Contexte de l'étude
Le soudage laser à forte puissance
Le soudage laser à forte puissance (P > 10kW) trouve de nombreuses applications en particulier dans les secteurs de la construction navale et de l’off-shore. Ses avantages sont nombreux : possibilité de souder des sections de forte épaisseur avec un nombre de passes limités, réduction des coûts liés à l’usinage ou encore possibilité de souder à des vitesses importantes.
Le problème du focus shift
Lors du soudage à forte puissance avec un laser solide une faible partie du faisceau est absorbée par les éléments optiques de la tête de soudage. Cela provoque un échauffement et une déformation locale des lentilles qui induisent un déplacement du plan focal selon la direction de propagation du faisceau. Par exemple lors du soudage laser à 16kW, la position du plan focal peut se déplacer de plus de 10mm en 30s.
Une tête 100% réflective
La tête de soudage Canunda-HP est le fruit d’une collaboration entre Cailabs et l’Institut Maupertuis démarrée en 2016. Contrairement à la plupart des têtes laser, constituées de lentilles transmissives, la Canunda-HP est 100% réflective, c’est-à-dire entièrement constituée de miroirs ce qui permet de limiter le focus shift. Conçue pour le soudage laser à haute puissance, elle présente trois avantages :
- Tenue à haute puissance : testée à l’Institut Maupertuis à 24 000W
- Focus shift limité : de l’ordre de 1mm à 16 kW, mesuré à l’Institut Maupertuis avec l’appareil BeamWatch (Ophir)
- La mise en forme du faisceau avec la technologie MPLC (Conversion Multi-Plan de la Lumière) de Cailabs.
Soudage d’acier de forte épaisseur
Des essais de soudage ont été réalisés à l’Institut Maupertuis sur des poutres en acier de construction de longueur 3m et d’épaisseur 20mm. Des lignes de fusion sont réalisées pour une vitesse d’avance de 0,8m/min et une puissance de 16 000W. L’objectif est d’obtenir une pénétration minimale de 15mm.
Deux têtes laser sont comparées :
- La Canunda-HP de Cailabs
- Une tête constituée de lentilles
Des soudures de longueur 3m sont réalisées avec le meilleur paramètre obtenu sur chaque tête. Des contrôles par examen macrographique sont réalisés après soudage : en début de soudure (position 20mm) et en fin de soudure (position 2980mm).
Une stabilité accrue de la tête réflective
La tête Canunda-HP de Cailabs, constituée de miroirs, a permis d’obtenir un cordon avec une pénétration stable à forte puissance (perte de 0,2mm au bout de 3min40 de tir (2960mm), contrairement à la tête constituée de lentilles qui présente une perte de pénétration de 2,2mm.
Ces résultats suggèrent que l’utilisation d’optiques réflectives dans les têtes laser permet de stabiliser la position du point focal à forte puissance et donc la pénétration.
N. Gaillard, D. Lemaitre
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