Plus qu’une alternative à la soudure classique (MIG-MAG ou TIG) ou à la soudure par faisceau d'électrons, la soudure laser est une technique de haute précision. Avec ses propres particularités, elle présente un large spectre d’applications aux nombreux avantages pour les industriels. Mais connaissez-vous bien cette technologie laser et son usage dans l’industrie ? Quels sont les matériaux qui peuvent être soudés au laser, et les secteurs d’activité dans lesquels le soudage laser est particulièrement apprécié ? Dans ce dossier, retrouvez tout ce qu’il faut savoir sur la soudure laser !

Acronyme de l’anglais Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, le LASER est un faisceau de lumière concentrée. Apparue dans les années 1960, cette technologie en constante évolution est largement utilisée dans l’industrie, notamment pour le soudage.

Elle permet d’effectuer une soudure de précision, appréciée dans de nombreux secteurs industriels – de l’aéronautique au domaine médical.

La précision n’est pas la seule qualité de la soudure laser, loin s’en faut. Réalisée sans apport de métal, cette soudure dite autogène est particulièrement esthétique et peut être réalisée sans déformation de matière. Elle offre également une grande résistance mécanique et permet de réaliser des assemblages étanches.

Avec une zone affectée thermiquement très réduite, la soudure au laser permet de travailler à proximité de composants fragiles comme le verre. Ce type de soudure est par ailleurs compatible avec de nombreux matériaux, y compris des pièces magnétiques comme les aimants, contrairement à la soudure par faisceau d’électrons.

Parmi les principaux avantages de la soudure laser se trouve aussi l’automatisation de la technologie, qui permet la maîtrise de la pénétration de la soudure et la répétabilité du process.

Pas moins de 9 normes s’appliquent aux métiers de la soudure, pour des questions de sécurité et pour garantir la qualité des résultats grâce à un système de contrôle. Les principales normes laser à connaître sont les suivantes :

• NF EN ISO 13919, qui fixe un cadre de référence pour la soudure laser : elle permet d’évaluer le niveau d’exigence et les défauts acceptables en sortie d’atelier ;
• NF EN ISO 15614-11 et NF EN ISO 15609-04, relatives à la qualification des modes opératoires et à leurs descriptions ;
• NF EN ISO 14732, concernant la qualification des professionnels de la soudure pour le soudage mécanisé (opérateurs, régleurs…).

D’autres normes existent et s’appliquent dans des secteurs spécifiques comme l’aéronautique ou l’aérospatial – comme la norme ISO 24394 sur la qualification des soudeurs.

Plusieurs technologies laser sont utilisées pour la soudure. La plus ancienne, qui sert encore pour le plastique, est le soudage laser CO₂ (dioxyde de carbone), un laser à gaz.

Idéal pour la micro-soudure, le laser Nd:YAG est malheureusement coûteux. Plus récents, les types de lasers à diode et à disque offrent des capacités intéressantes pour le marquage et l’usinage des matériaux métalliques. Parmi toutes les technologies, le laser fibré ou à fibre (composé d'une fibre optique) est le plus polyvalent et sans maintenance. Derniers arrivés mais de puissance encore limitée, les lasers verts et bleus sont intéressants pour l’usinage du cuivre et de l’aluminium de faibles épaisseurs. La longueur d'onde de ces types de laser diffère et ont une influence sur la zone de soudure.

• Un laser en mode pulsé émet un faisceau de lumière impulsionnel de fréquence et de durée fixées au préalable. Cela permet d’obtenir des puissances crêtes plus importantes, de l’ordre du mégawatt. À l’origine, tous les laser étaient pulsés.
• À l’opposé, un laser en mode continu offre un flux régulier. C’est le cas du laser YAG, apparu dans les années 1990. Ayant gagné en puissance moyenne, les lasers continus ont pris le pas sur les lasers pulsés grâce à leurs meilleurs rendements et leur entretien plus facile. Si un laser continu peut être utilisé en mode pulsé, l’inverse n’est pas vrai.

On distingue différentes techniques d’utilisation du laser en soudure :

• la soudure laser par transparence, qui consiste à souder une pièce à travers une autre ;
• la soudure en bord à bord, qui s’attache à assembler deux pièces juxtaposées ;
• la soudure à clin ou en angle, qui revient à souder des matériaux en effondrant l’arête d’une première pièce sur la deuxième.

La micro-soudure laser est une technique de soudage adaptée aux pièces sensibles, en particulier :

• composées de matériaux comme le titane et les alliages fer-nickel-cobalt ;
• contenant des éléments fragiles (liaisons verre et métal, capteurs et pièces électroniques) ou rares ;
• très petites ou très fines, par exemple des membranes d’une épaisseur de 50 µm.

Grâce à un échauffement maîtrisé, la micro-soudure laser permet de conserver l’intégrité fonctionnelle des pièces sensibles tout en produisant une soudure parfaitement esthétique.

Avantageuse sur la durée, la soudure laser présente un intérêt économique, en amont comme en aval. Ne nécessitant pas de reprises mécaniques ou de retouches comme la passivation et le polissage, elle offre un gain de temps au niveau du traitement, de la préparation et de la manipulation des pièces.

Avec un environnement préservé et l’utilisation de technologies stables, le soudage au laser présente un faible taux de rebut. Le prix global d’une soudure laser peut donc s’avérer moins élevé que celui d’autres technologies.

D’abord parce que le coût d’une machine est très élevé. Il faut donc avoir un grand nombre de pièces à réaliser pour rentabiliser l’acquisition d’un laser. Par ailleurs, le laser est une technologie de pointe nécessitant des compétences spécifiques, soumises à une réglementation stricte (en application de la norme relative à la qualification des professionnels de la soudure ainsi qu’aux règles de sécurité liées à la dangerosité d’un faisceau laser).

Confier des travaux de soudage laser à un sous-traitant est donc souvent la meilleure solution. Dans ce cas, il est préférable de privilégier une sous-traitance industrielle made in France pour bénéficier d’une relation étroite avec le sous-traitant, essentielle en phase préparatoire, et d’un meilleur respect des délais favorisé par la proximité.

L’utilisation des lasers dans l’industrie n’est pas limitée au soudage. Selon les technologies, plusieurs usages sont permis.

• La découpe ou micro découpe laser : hautement précise et adaptée aux pièces très fines, rares et fragiles, elle est très utilisée dans les secteurs de l’optique, de l’automobile et de l’aéronautique. Compatible avec de nombreux matériaux et métaux, elle permet la découpe 3D.
• Le marquage et la gravure : plus profonde que le marquage, la gravure résiste plus longtemps et permet un hachurage. Cette application du laser permet la réalisation de circuits d’isolement électrique ci3D par ablation de certaines zones métallisées.
• La fabrication additive : un processus de fabrication permettant de créer des objets à partir de poudres métalliques.
• Le soudo-brasage.
• Le traitement de surface pour nettoyage ou texturisation de pièces…

Apparues dans les années 1960, les technologies laser et leurs applications dans l’industrie ont considérablement évolué depuis. Précise et esthétique, la soudure laser est compatible avec de nombreux matériaux. Étanche et résistante, elle répond aux contraintes poussées de certains secteurs exigeants comme le nucléaire, le médical et l’industrie aérospatiale. 

Cependant, le soudage au laser nécessite un savoir-faire de précision qui ne laisse aucune place à l’improvisation. Une étude de faisabilité et la rédaction d’un mode opératoire de soudage (DMOS) peuvent être nécessaires, voire obligatoires, en amont de la soudure. Une exigence qui doit vous inciter à choisir votre sous-traitant avec soin !