Application du soudage laser sur l'acier inoxydable 7

Défauts : Causes et Correctifs

Le soudage laser de l'acier inoxydable offre une précision inégalée, mais des défauts peuvent encore survenir si la préparation du matériau, les paramètres du processus ou l'apport de gaz de protection ne sont pas parfaitement optimisés. Contrairement au soudage à l'arc, le bain de fusion très réduit en soudage laser se solidifie extrêmement rapidement, de sorte que même de légères perturbations dans la distribution d'énergie ou la protection gazeuse peuvent provoquer des défauts visibles ou cachés. Ci-dessous figurent une analyse détaillée des types de défauts courants, leurs causes racines et des actions correctives éprouvées.

Porosité

· Cause métallurgique : Bulles de gaz (hydrogène, oxygène, azote) piégées dans le bain liquide pendant la solidification. L'hydrogène est le coupable le plus fréquent — souvent provenant de l'humidité ou d'hydrocarbures présents sur la surface du joint.

· Déclencheurs spécifiques au laser :

1. Dégraissage insuffisant (fluides de coupe, huiles, résidus d'adhésifs).

2. Absorption d'humidité provenant d'environnements humides.

3. La turbulence du gaz de protection aspire de l'air ambiant.

· Solutions :

1. Propreté : Nettoyer les pièces avec un solvant et les sécher immédiatement avant le soudage.

2. Protection : Maintenir un flux de gaz laminaire ; utiliser des buses plus grandes ou des diffuseurs pour éviter la turbulence.

3. Réglage des paramètres : Légèrement réduire la vitesse de déplacement pour permettre aux gaz de s'échapper avant la solidification ; éviter une profondeur de clé excessive pouvant piéger des gaz.

Fissuration à chaud (fissuration par solidification)

· Cause métallurgique : Une faible teneur en ferrite dans les soudures entièrement austénitiques entraîne une concentration des impuretés aux joints de grains pendant la solidification. Les contraintes de traction dues au retrait provoquent des fissures avant la solidification complète.

· Déclencheurs spécifiques au laser :

1. Des vitesses de déplacement très élevées produisent une solidification étroite et entièrement austénitique.

2. Un montage rigide qui empêche la contraction.

· Solutions :

1. Métallurgique : Utiliser un métal d'apport ayant un potentiel ferritique plus élevé (par exemple, ER308L, ER316L) afin d'obtenir une teneur en ferrite comprise entre 3 et 8 %.

2. Gestion des contraintes : Réduire l'emprisonnement dans le montage ; alterner les soudures pour répartir les forces de retrait.

3. Réglage des paramètres : Éviter les vitesses ultra-élevées sur les nuances sensibles ; ajuster la focalisation du faisceau pour obtenir un cordon légèrement plus large.

Manque de fusion / Pénétration incomplète

· Cause métallurgique : Fonte incomplète des bords d'assemblage ou du fond de soudure due à une densité d'énergie insuffisante ou à un mauvais positionnement du faisceau.

· Déclencheurs spécifiques au laser :

1. Faisceau défocalisé causé par une position focale incorrecte.

2. Désalignement entre le faisceau et l'axe longitudinal du joint.

3. Vitesse de déplacement excessive.

· Solutions :

1. Optique : Vérifier la distance focale et la position ; contrôler la contamination de l'objectif.

2. Paramètres : Augmenter la puissance ou réduire la vitesse de déplacement ; réduire l'amplitude de balancement si elle est excessive.

3. Assemblage : Améliorer la préparation du joint et s'assurer que l'écartement est inférieur à 0,1 mm pour les soudures autogènes.

Sous-coupe / Sous-remplissage

· Cause métallurgique : Fonte du métal de base au talon de la soudure sans suffisamment de métal en fusion pour le combler.

· Déclencheurs spécifiques au laser :

1. Densité d'énergie élevée combinée à une vitesse élevée, ce qui entraîne l'arrachement du métal au talon.

2. Positionnement excentré du faisceau.

· Solutions :

1. Réduire la vitesse de déplacement ou le décalage du faisceau afin d'améliorer le mouillage.

2. Ajouter un fil d'apport pour franchir l'écartement ou façonner le cordon.

3. Ajustez le gaz de protection pour éviter un panache de plasma excessif qui déstabilise le bain fondu.

Instabilité du trou de clé / projections

· Cause métallurgique : des fluctuations dans la cavité de vapeur (trou de clé) entraînent l'effondrement ou l'éjection du métal en fusion.

· Déclencheurs spécifiques au laser :

1. Une densité de puissance excessive provoque une vaporisation violente.

2. La contamination crée une absorption inégale.

3. Choix ou débit de gaz de protection inadéquat provoquant un panache instable.

· Solutions :

1. Réduisez légèrement la densité de puissance maximale ; ajustez la position focale pour assurer la stabilité.

2. Veillez à ce que les surfaces soient exemptes d'oxydes et sèches.

3. Utilisez des mélanges d'hélium pour stabiliser le trou de clé en mode de pénétration profonde.

Décoloration et oxydation

· Cause métallurgique : Le chrome dans l'acier inoxydable s'oxyde lorsque le métal chaud est exposé à l'oxygène, formant une coloration thermique qui peut réduire la résistance à la corrosion.

· Déclencheurs spécifiques au laser :

1. Couverture insuffisante du gaz de protection pendant et après le soudage.

2. Températures interpasses ou de refroidissement trop élevées sans protection arrière.

· Solutions :

1. Augmenter la protection primaire et ajouter des protections arrière pour couvrir le cordon de soudure en cours de refroidissement pendant 2 à 5 secondes.

2. Utiliser un gaz de haute pureté (>99,99 %).

3. Minimiser l'apport calorifique tout en maintenant la pénétration.

Distorsion excessive

· Cause métallurgique : Le coefficient élevé de dilatation thermique de l'acier inoxydable amplifie même de faibles variations de température, produisant des contraintes de retrait.

· Déclencheurs spécifiques au laser :

1. Faisceau trop puissant par rapport à l'épaisseur du joint.

2. Soudures longues et continues sans séquence équilibrée.

· Solutions :

1. Réduire l'apport de chaleur en ajustant la vitesse ou la puissance.

2. Séquencer les soudures afin d'équilibrer les contraintes.

3. Utiliser des outillages avec un serrage contrôlé permettant une expansion limitée sans perdre l'alignement.

Dans le cas du soudage laser de l'acier inoxydable, la plupart des défauts proviennent de l'une des quatre causes racines suivantes : contamination, mauvaise maîtrise du faisceau, apport de chaleur incorrect ou protection insuffisante. La porosité résulte de la contamination ou de l'entraînement de gaz, les fissures à chaud d'un mauvais contrôle de la teneur en ferrite et d'une forte retenue, le manque de fusion d'une pénétration insuffisante, le sous-coupage d'un mauvais alignement du faisceau, l'instabilité du keyhole d'une cavité de vapeur instable, la décoloration d'une exposition à l'oxygène, et la déformation d'un déséquilibre thermique. La solution est toujours ciblée : éliminer la cause racine, et non seulement le symptôme, en agissant sur la préparation, les paramètres et la distribution du gaz de protection.