Lexique – Le vocabulaire de la soudure laser

Arc électrique, chalumeau, TIG… Le vocabulaire de la soudure laser se compose de nombreux termes techniques et de différents procédés qui peuvent sembler complexes. Pour vous aider, nous vous avons concocté un lexique passant en revue les notions à connaître. Cet outil vous permettra de mieux appréhender le sujet afin de bien l’intégrer à vos projets !

Atmosphère contrôlée

On parle d’atmosphère contrôlée ou modifiée lorsqu’on change et vérifie la composition d’un gaz dans un environnement donné. 

C’est notamment nécessaire pour obtenir un environnement de fabrication industrielle destiné à usiner des composants fragiles qui pourraient être altérés dans des conditions atmosphériques courantes.

Le soudage sous atmosphère contrôlée permet ainsi de maîtriser la pression et / ou le vide emprisonné à l’intérieur de la pièce au moment de sa fermeture. Pour cela, Laser Rhône Alpes est équipé de deux enceintes entièrement automatisées de 350x250x200 mm³ pour fermer des sous-ensembles sous vide primaire – jusqu’à 1.10-4 mbar – et sous hélium (He), argon (Ar) ou azote (N2) soumis à une pression allant d’une dizaine de millibars à 2 bars absolus.

Étanchéité

L’étanchéité désigne le fait d’être étanche. Ça, vous le savez déjà. En soudure laser, un dispositif d’étanchéité consiste à empêcher tout liquide ou gaz de circuler dans une pièce. 

Lorsqu’on constate un transfert de fluide, on considère qu’il y a fuite, ce qui fait référence à un volume de gaz entrant ou sortant d’un système fermé. En guise d’exemple, un taux de fuite avec une QL de 1 mbar.l/s-1 équivaut à un échange de gaz produisant une augmentation ou une baisse de pression de 1 mbar dans un volume d’un litre, en l’espace d’une seconde.

Faisceau laser

Le faisceau laser est un faisceau de lumière cohérent (tous les photons ont la même longueur d’onde), issu de différents milieux – solide, gazeux, semi-conducteur ou à fibre. La densité d’énergie d’un faisceau laser est de l’ordre de 10⁶ W/cm2, contre 10³ W/cm2 pour un procédé de soudage de type TIG.

Les lasers peuvent fonctionner en mode continu ou impulsionnel :

• le mode continu, lorsque la source de pompage excite le milieu amplificateur avec un flux régulier (les lasers continus peuvent, dans certaines conditions, fonctionner en mode impulsionnel).
• le mode pulsé, lorsque le milieu est excité avec une source qui génère un faisceau impulsionnel (lampes flash, diodes, gaz) dont la fréquence et la durée d’impulsion peuvent être variables. Ce type de laser permet de générer des puissances-crêtes très importantes (de l’ordre du mégawatt) liées à la durée d’impulsion, qui peut atteindre quelques femtosecondes selon la source.

Laser

Le terme laser est un acronyme issu de l’anglais Light amplification by stimulated emission of radiation, que l’on traduirait en français par « amplification de la lumière produite par une émission stimulée de la radiation ». Il désigne un rayonnement lumineux intense et concentré, qui résulte d’un effet physique : l’émission stimulée de photons dans un milieu amplificateur.

Il existe plusieurs types de laser, selon le milieu amplificateur utilisé. Voici les plus exploités dans l’industrie :

• Le laser à solide : la lumière est issue d’un milieu solide, comme un cristal (Nd:YAG, par exemple) ou le verre dopé.
• Le laser à gaz : dans un milieu gazeux, le laser est généralement composé d’un mélange de gaz. Les lasers à gaz couvrent tout le spectre optique, de l’UV à l’infrarouge.
• Le laser à fibre : le support actif est une fibre optique, stimulée par un composé chimique, le plus connu étant l’ytterbium. Très précis, le laser à fibre est utilisé pour le marquage, la découpe et la soudure.
• Le laser à diode, qui a une faible intensité et dont l’émission se fait dans un semi-conducteur. En mode continu ou impulsionnel et en combinant les stacks de diodes, il est idéal pour la soudure, l’impression 3D ou le marquage. C’est le laser que l’on retrouve dans les lecteurs CD.

Profondeur de pénétration

On désigne par profondeur de pénétration la profondeur de fusion de deux matériaux soudés, mesurée en millimètres. Elle dépend notamment de la puissance du faisceau utilisé : plus il y a d’énergie dans le faisceau, plus la profondeur est importante. Certains matériaux demandent plus de puissance – c’est par exemple le cas de l’aluminium, qui réfléchit la lumière. La profondeur de pénétration est généralement mesurée en réalisant une coupe métallographique.

Point de focalisation

L’endroit où l’intensité de l’énergie est maximale est appelé « point de focalisation ». Le faisceau en sortie est comme un tube de lumière : il a tendance à diverger et s’élargir selon un flux circulaire. Pour concentrer la puissance du faisceau, on utilise un système optique combinant une lentille de collimation et une lentille de focalisation.

Soudure

La soudure est l’action d’assembler des pièces afin d’obtenir un soudage. Deux modes de soudure laser existent :

• le mode conduction est obtenu avec de faibles densités d’énergie, et le cordon de soudure a la forme d’un demi-cercle ;
• le mode keyhole est obtenu avec des densités d’énergie plus importantes, et le cordon de soudure a une forme de tête de clou.

Taux de fuite

Si l’étanchéité absolue n’existe pas, l’étanchéité d’une pièce peut être évaluée grâce au taux de fuite. Plus son taux de fuite est faible, plus la pièce est considérée comme étanche.

Un débit de fuite s’exprime en débit massique (M°f) ou débit volumique (V°f). La fuite constatée doit dans tous les cas être inférieure à la valeur admissible fixée par les normes et règlements applicables.

Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour détecter les fuites sur les soudures, joints et points critiques :

• les tests à bulles consistant à déceler l’apparition de bulles à travers un liquide ;
• la détection de fuite par gaz traceur (de type fréon ou hélium) introduit dans le système pour identification par une sonde aspirante reliée à un spectromètre de masse – cette méthode doit être utilisée dans un lieu aéré pour éviter l’accumulation du traceur ; le reniflage et le ressuage en sont deux méthodes.

Test hélium

Régi par la norme ISO 20485, le test hélium permet de vérifier le niveau d’étanchéité de la soudure. Cette dernière est contrôlée par un essai non destructif avec un gaz traceur, l’hélium. Différentes méthodes locales ou globales permettent de déterminer des taux de fuites.

ZAT

La zone affectée thermiquement, ou ZAT, est située entre la soudure (le bain de fusion) et le métal soudé (dans son état normal). Sans passer par une phase liquide, elle subit un échauffement qui modifie l’état de la matière. Selon l’échauffement et la technique de soudage utilisée, la perturbation du matériau est plus ou moins importante. Le laser limite cette zone et les déformations du matériau.

Gardez ce lexique sous le coude pour bien maîtriser le vocabulaire de la soudure laser… Vous voulez en savoir plus sur le sujet ? Rendez-vous sur notre page dédiée au savoir-faire en matière de soudure laser !

Crédit image : Unsplash – Jason Leung