Avez-vous rencontré des défauts de soudure tels qu'un éclaboussement excessif, une formation de soudure inesthétique et de nombreux pores après le soudage ? Vous vous demandez peut-être si cela est dû à un mauvais réglage des paramètres du procédé de soudage laser, mais savez-vous que l'utilisation correcte du gaz de protection est également un facteur crucial affectant la formation et la performance de la soudure ? Choisir le gaz de protection optimal est en fait un moyen d'améliorer la qualité et l'efficacité du soudage.

Puisque le gaz de protection est si important, quelle est exactement sa fonction ? Comment choisir le type de gaz de protection ? Comment le gaz de protection doit-il être insufflé pendant le soudage ?

Le rôle du gaz de protection

Dans le soudage laser, le gaz de protection influence la formation de la soudure, la qualité de la soudure, la pénétration et la largeur de la soudure. Dans la plupart des cas, l'insufflation de gaz de protection a un impact positif sur la soudure, mais elle peut aussi avoir des effets négatifs.

Effets positifs

1) Un gaz de protection correctement introduit protège efficacement le bain de fusion, réduisant voire empêchant l'oxydation.

2) Un gaz de protection correctement introduit réduit efficacement les projections pendant le soudage.

3) Un gaz de protection correctement introduit favorise la répartition uniforme du bain de fusion lors de la solidification, ce qui donne une soudure uniforme et esthétiquement agréable.

4) Un gaz de protection correctement introduit réduit efficacement l'effet d'écran des panaches de vapeur métallique ou des nuages de plasma sur le laser, augmentant le taux d'utilisation effective du laser.

5) Un gaz de protection correctement introduit réduit efficacement la porosité de la soudure.

Tant que le type de gaz, le débit de gaz et la méthode d'introduction sont correctement choisis, des résultats idéaux peuvent être obtenus.

Cependant, une mauvaise utilisation du gaz de protection peut également avoir un impact négatif sur le soudage.

1) Une application incorrecte du gaz de protection peut aggraver la soudure :

① Choisir un mauvais type de gaz peut provoquer des fissures dans la soudure et réduire les propriétés mécaniques de la soudure ;

② Choisir un débit de gaz incorrect peut entraîner une oxydation plus sévère de la soudure (que le débit soit trop élevé ou trop faible), et peut aussi causer une forte perturbation du bain de fusion, entraînant un affaissement ou une formation inégale de la soudure ;

③ Choisir une mauvaise méthode d'application du gaz peut entraîner une protection inefficace voire inexistante, ou affecter négativement la formation de la soudure ;

2) L'application du gaz de protection peut affecter la pénétration de la soudure, en particulier dans le soudage de tôles fines, réduisant la pénétration de la soudure.

Types de gaz de protection

Les gaz de protection couramment utilisés pour le soudage au laser comprennent N2, Ar et He. Leurs propriétés physico-chimiques diffèrent, et par conséquent leurs effets sur la soudure varient.

Azote (N2)

Le moins cher, mais inadapté au soudage de certains aciers inoxydables. L'azote (N2) a une énergie d'ionisation modérée, plus élevée que celle de l'Ar mais inférieure à celle de l'He. Sous irradiation laser, son degré d'ionisation est généralement faible, ce qui réduit efficacement la formation de nuages de plasma et augmente ainsi le taux d'utilisation effective du laser. Cependant, l'azote peut réagir chimiquement avec les alliages d'aluminium et l'acier au carbone à certaines températures, produisant des nitrures. Cela augmente la fragilité de la soudure et réduit la ténacité, impactant significativement de manière négative les propriétés mécaniques du joint soudé. Par conséquent, l'azote n'est pas recommandé pour la protection des soudures des alliages d'aluminium et de l'acier au carbone.

D'autre part, les nitrures produits par la réaction chimique de l'azote avec l'acier inoxydable peuvent augmenter la résistance du joint de soudure, améliorant ses propriétés mécaniques. Par conséquent, l'azote peut être utilisé comme gaz de protection lors du soudage de l'acier inoxydable.

Argon (Ar)

est relativement peu coûteux, a une densité élevée et offre une bonne protection. La surface de soudure est plus lisse qu'avec l'hélium. Cependant, il est facilement ionisé par le plasma métallique à haute température, ce qui peut empêcher une partie du faisceau laser d'atteindre la pièce, réduisant ainsi la puissance de soudage effective et entravant la vitesse et la pénétration du soudage. Ar (Ar) a la plus faible énergie d'ionisation, mais son degré d'ionisation est relativement élevé sous irradiation laser, ce qui n'est pas favorable au contrôle de la formation des nuages de plasma et aura un certain impact sur le taux d'utilisation effective du laser. Cependant, Ar a une très faible réactivité et réagit difficilement chimiquement avec les métaux courants. De plus, Ar est peu coûteux. En outre, Ar a une densité élevée, ce qui facilite son dépôt au-dessus du bain de soudure, offrant une meilleure protection pour le bain de soudure. Par conséquent, il peut être utilisé comme gaz de protection conventionnel.

Hélium (He)

Il est plus cher, mais offre le meilleur effet, permettant au laser de passer directement sans obstruction jusqu'à la surface de la pièce. Il a la plus haute énergie d'ionisation, mais son degré d'ionisation est très faible sous irradiation laser, ce qui peut contrôler efficacement la formation de nuages de plasma. Le laser peut bien agir sur les métaux, et He a une réactivité très faible, ne réagissant pratiquement pas chimiquement avec les métaux. C'est un excellent gaz de protection pour les soudures. Cependant, He est trop cher, et il n'est généralement pas utilisé pour la production de masse. He est généralement utilisé pour la recherche scientifique ou les produits à forte valeur ajoutée.

Méthodes d'injection de gaz de protection

Il existe actuellement deux principales méthodes pour introduire les gaz de protection : l'une est le soufflage latéral hors axe du gaz de protection... Gaz protecteur soufflé latéralement en parallèle

Un autre type est le gaz protecteur coaxial.

Gaz de protection coaxial

Le choix entre les deux méthodes de soufflage dépend d'une combinaison de facteurs, mais le soufflage latéral du gaz de protection est généralement recommandé.

Principes pour choisir les méthodes de soufflage du gaz de protection

Tout d'abord, il est important de préciser que le terme « oxydation de la soudure » est une expression familière. Théoriquement, il fait référence à une réaction chimique entre la soudure et des composants nocifs dans l'air, entraînant une détérioration de la qualité de la soudure. Des exemples courants incluent la réaction du métal de soudure avec l'oxygène, l'azote et l'hydrogène dans l'air à certaines températures.

Prévenir l'oxydation de la soudure implique de réduire ou d'éviter le contact entre ces composants nocifs et le métal de soudure à haute température. Cette haute température ne se réfère pas seulement au métal de la piscine en fusion, mais aussi à toute la période depuis la fusion du métal de soudure jusqu'à sa solidification et la baisse de sa température en dessous d'un certain niveau.

Par exemple, dans le soudage des alliages de titane, l'hydrogène est rapidement absorbé au-dessus de 300 ° C, l'oxygène au-dessus de 450 ° C, et l'azote au-dessus de 600 ° C. Par conséquent, les soudures des alliages de titane nécessitent une protection efficace après la solidification et pendant la période où la température descend en dessous de 300 ° C ; sinon, elles seront « oxydées ».

Comme l'explique la description ci-dessus, le gaz de protection soufflé doit non seulement protéger la piscine de soudure en temps utile, mais aussi la zone nouvellement solidifiée. Par conséquent, la méthode de soufflage latéral hors axe du gaz de protection illustrée à la Figure 1 est généralement utilisée car elle offre une plage de protection plus large que la méthode de protection coaxiale montrée à la Figure 2, offrant notamment une meilleure protection pour la zone de soudure nouvellement solidifiée.

Pour les applications d'ingénierie, le gaz de protection soufflé latéralement hors axe ne convient pas à tous les produits. Pour certains produits spécifiques, seul le gaz de protection coaxial peut être utilisé. Le choix doit être adapté à la structure du produit et au type de joint.

Sélection spécifique de la méthode de soufflage du gaz de protection

1) Soudures droites

Comme montré à la Figure 3, la forme de la soudure du produit est droite. Le type de joint peut être un joint bout à bout, un joint à recouvrement, un joint d'angle ou une soudure chevauchante. Pour ce type de produit, la méthode de soufflage latéral hors axe du gaz de protection montrée dans est préférée.

2) Soudures planes en forme fermée

La forme de la soudure du produit est une forme fermée telle qu'un cercle plan, un polygone plan ou une ligne multi-segments plane. Le type de joint peut être un joint bout à bout, un joint à recouvrement ou un joint de soudure chevauchante. Pour ce type de produit, le gaz de protection coaxial est préféré.

Soudure plane en forme fermée

Le choix du gaz de protection affecte directement la qualité, l'efficacité et le coût de la production de soudage. Cependant, en raison de la diversité des matériaux de soudage, la sélection du gaz de soudage dans le soudage réel est assez complexe. Il est nécessaire de prendre en compte de manière globale le matériau de soudage, la méthode de soudage, la position de soudage et l'effet de soudage requis. Ce n'est qu'à travers des tests de soudage qu'un gaz de soudage plus adapté peut être sélectionné pour obtenir de meilleurs résultats de soudage.