La soudure au laserest une technologie puissante qui utilise la chaleur générée par la technologie laser pour fusionner deux matériaux (comme des plaques d'acier).Le soudage est confronté au défi de la déformation des soudures due à la réaction naturelle des métaux à une chaleur extrême.Il s'agit d'une déformation qui compromet l'intégrité du métal en fusion.Heureusement, il existe des moyens de minimiser la distorsion en mettant en œuvre des paramètres de processus de soudage.
Dans cet article, nous nous concentrerons sur ce quesoudagela distorsion est, ce qui la cause et comment minimiser ses effets.Vous trouverez également des conseils efficaces pour vous aider à gérer les effets de la distorsion du soudage.
Qu'est-ce quela soudure au laserdéformation?
La déformation ou déformation par soudure implique des changements dans la forme et la taille de la structure métallique.C'est un effet naturel du soudage.Quand les métaux sontsoudé au laser, ils sont exposés à une chaleur extrêmement élevée qui les fait fondre.Cela provoque une expansion du matériau.
Lorsque le métal en fusion refroidit à température ambiante, il se solidifie et commence à rétrécir.C'est du stress résiduel.Si l’échauffement est localisé et que le reste de la surface métallique n’est pas chauffé, elle ne se dilatera ni ne se contractera de la même manière.Cela provoque une distorsion.
Matériaux qui se déforment facilement aprèssoudage
Pour déterminer pourquoi un matériau est sensible àsoudagedistorsion, vous devez comprendre les propriétés qui affectent la distorsion.Certains matériaux sont plus susceptibles de se déformer en raison de leurs propriétés physiques et mécaniques.
1. Les propriétés physiques sont des mesures de dilatation thermique et de conductivité thermique.
La dilatation thermique est le mouvement du métal lorsqu'il se dilate lorsqu'il est chauffé et se contracte lorsqu'il est refroidi.Si le coefficient est élevé, le matériau se dilate et se contracte plus facilement – il se tord donc davantage.
La conductivité thermique, quant à elle, mesure le flux de chaleur le long d’un matériau.Une conductivité thermique élevée dissipe la chaleur plus rapidement.Étant donné que la présence de chaleur peut facilement déformer les matériaux, une faible conductivité augmente le risque de déformation pendant le soudage.
2. En termes de propriétés mécaniques, deux facteurs doivent être pris en compte : la limite d'élasticité et le module élastique.
La limite d'élasticité fait référence à la pression qu'un matériau peut résister en réponse à des forces externes.Par conséquent, les matériaux ayant des limites d’élasticité plus élevées ont des contraintes résiduelles plus élevées et se déforment donc plus facilement.
Le module d'élasticité fait référence à la capacité d'un matériau à se dilater et à se contracter.Un module élastique plus élevé signifie que le matériau a une plus grande capacité à résister à la déformation.
En tenant compte de ces propriétés, vous pouvez supposer que si un matériau a un coefficient de dilatation thermique plus élevé, une conductivité thermique plus faible, une limite d'élasticité plus élevée et un module d'élasticité plus faible
Matériaux qui se déforment facilement aprèssoudage
En comparant l'acier inoxydable à l'acier au carbone, vous pouvez supposer que le premier est plus susceptible à la déformation car il a une limite d'élasticité et un coefficient de dilatation thermique plus élevés ainsi qu'une conductivité thermique plus faible.
Entre l'aluminium et le cuivre, le premier est sujet à la déformation car il a un coefficient de dilatation thermique de limite d'élasticité plus élevé et une conductivité thermique plus faible.
Types et causes dela soudure au laserdéformation
Plusieurs études ont été menées pour identifier les causes réelles de déformation après lela soudure au laserprocessus.Selon une étude, 3 facteurs affectent de manière significative le rendement du soudage laser : le matériau, le processus et la géométrie.
Par exemple,la soudure au laserse déforme car les paramètres de soudage sont appliqués à la surface métallique de différentes manières.La vitesse de soudage, le courant, l'angle, etc. seront concentrés sur les pièces à souder.En s'éloignant de la zone de soudage, la chaleur diminue progressivement et les effets thermiques tels que la dilatation du métal sont également réduits.
Par conséquent, on peut supposer avec certitude que la dilatation variera en fonction de l’intensité de la chaleur reçue par le métal.Dans l'exemple donné, c'est la partie soudée qui se dilate le plus car elle reçoit le plus de chaleur de la source laser.
Quand lesoudagele processus se termine, le métal commencera à refroidir et à rétrécir.Le métal continuera à rétrécir du même montant à mesure qu’il se dilate.C’est ce qu’on appelle la contrainte résiduelle.
Si la contrainte est supérieure à la limite d'élasticité du matériau parent, deux types de contraintes peuvent survenir.
La contrainte de compression se produit dans la zone située autour du bord du métal de base.
Contrainte de traction Cela se produit lorsque le reste de la surface du métal (la surface non chauffée) résiste à la contraction d'un métal chauffé.
Pour mieux comprendre cela, il est préférable de considérer les différentes manières dont la déformation peut se produire lorsquesoudageest terminé.
1. Déformation longitudinale
Comme son nom l’indique, cette déformation se produit sur la longueur du matériau à souder.En refroidissant, la soudure et la zone qui l'entoure rétrécissent.En conséquence, la pièce deviendra plus courte.Cela donne aux bords extérieurs un aspect plus long et à la section centrale un aspect arqué.
Surtout si la pièce n'est pas correctement fixée, la déformation sera maximale.
2. Distorsion latérale
Ce type de distorsion se produit lorsque les bords du métal sont tirés l’un vers l’autre.Cette déformation est causée par un retrait dépassant l'expansion initialement survenue lors de lala soudure au laser.
3. Distorsion angulaire
La distorsion d'angle se produit lorsque l'angle de la plaque métallique change en raison du retrait après lesoudagela tâche est terminée.Les bords de la tôle sont tirés l’un vers l’autre d’un côté, ce qui donne au matériau un aspect courbé.
Si la soudure joint le métal selon un angle vertical, le métal vertical n’apparaîtra pas droit, mais plutôt courbé.
4. Distorsion complexe
Ce type est une combinaison des rebondissements évoqués précédemment.On dirait qu'il se déforme, se plie ou se déforme.Il s'agit de différents types de courbures et de déformations qui peuvent compromettre l'intégrité dumatériau soudé.Quelle que soit la résistance du métal, si le soudage au laser provoque sa déformation, la soudure échouera.
10 façons de minimiser la distorsion des soudures
Même si la distorsion est inévitable, cela ne signifie pas que vous ne pouvez rien faire pour la minimiser.Tout comme il existe différents types de déformation, il existe également différentes manières d’empêcher la déformation de l’acier inoxydable et d’autres métaux.Cela n'a rien à voir avec la résistance de l'acier choisi.Ce qui compte le plus, c'est ce que vous faites avant, pendant et après votresoudagetâche.
En voici 10 différentssoudagedes idées que vous pouvez utiliser.
1. Évitez les soudures excessives
Soudagede grandes surfaces augmentent le retrait qui se produit.C'est pourquoi vous devriez planifier votrela soudure au laserprocessus surtout lorsque vous devez travailler sur de grandes surfaces.L'ajustement des dimensions de la surface minimisesoudagedistorsion et contraintes résiduelles, évitant ainsi le gaspillage de métal et de temps.
2. Utilisez par intermittencesoudage
C'est une technique qui laisse de l'espace entre les soudures.Au lieu d'une soudure continue, vous souderez un pouce, puis laisserez de l'espace pour le métal non soudé avant de réaliser une autre soudure.Cela peut réduire efficacement la déformation aprèssoudageest terminé.
3. Réduire le nombre de transferts
Une autre façon d'éviter la distorsion est de limiter le nombre de passes dans lesoudageprocessus.Assurez-vous qu'une seule fois suffit pour éviter la déformation.Vous pouvez essayer d'effectuer une grande passe de soudure au lieu de plusieurs petites passes de soudure.Selon TWI, une soudure unique plus grande produit moins de déformation angulaire qu'une soudure formée par plusieurs petites passes.
4. Pensez à l’emplacement de soudage
L'emplacement dusoudageest également important.Idéalement, vous devez placer la soudure près du centre ou de l’axe neutre du matériau.Cela minimisera la distorsion lorsque la soudure laser commence à se rétrécir, car il y aura moins de levier lorsque les forces de retrait tenteront de se désaligner.
5. Essayez le pas en arrièresoudagetechnique
Pas en arrièresoudageest une technique où la direction de soudage est de gauche à droite, mais les segments de cordon de soudure sont déposés de droite à gauche.Cela élargira les bords où les segments de cordon sont placés pour séparer temporairement la tôle.
Lorsque le mouvement de gauche à droite est terminé, la continuation des perles entraînera une diminution de l'expansion à mesure que le processus est terminé.C'est un moyen efficace de minimiser la distorsion.
6. Préréglagepièces à souder
Cela impliquera des tests pour garantir une distorsion minimale une fois le soudage terminé.Déterminez le préréglage requis pour le soudage précédent afin de pouvoir estimer le retrait que vous subirez.Cela vous permettra de faire des ajustements pour minimiser le retrait et la distorsion.
7. Créez une séquence de soudage
Ne vous contentez pas d'utiliser une ligne droite pour souder des pièces.Créez une séquence de soudage planifiée qui peut contrecarrer le retrait d'une autre partie du matériau en cours d'assemblage.En vous basant sur vos connaissances sur la façon dont le métal rétrécit, vous pouvez créer une séquence qui équilibre les réactions pour éviter la déformation.
8. Serrez la pièce pour la verrouiller en place
Une autre option consiste à utiliser un gabarit lorsque vous êtessoudageles pièces ensemble.Cela les sécurisera et empêchera l’expansion ou la contraction de les déformer.Gardez les pièces en place jusqu'à ce que le processus soit terminé.Le manque de mouvement réduit la distorsion.
9. Envisagez le soulagement du stress thermique
Il s'agit d'une technologie qui contrôle le chauffage et le refroidissement des pièces reliées parsoudage.C'est à ce moment-là que vous augmentez la température et contrôlez la contrainte de gestion du refroidissement en le portant pendant le soudage du produit.
10. Raccourcirtemps de soudage
Vous pouvez également raccourcir le temps de soudage pour réduire les risques de déformation.Ce serait difficile si vous deviez le faire manuellement.Les pièces que vous soudez en premier refroidiront avant d’être terminées.Cependant, si vous disposez d’un équipement de soudage mécanisé, vous pouvez réduire le temps de traitement et minimiser la distorsion.