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Soudure Laser

Soudure laser : tout ce que vous devez savoir sur la technologie

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 !

Soudage laser : présentation générale et normes

La soudure laser, une technique de précision

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.

⚡️  Retrouvez les 12 particularités de la soudure laser  

Les avantages de la soudure laser

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.

Les normes de la soudure laser à connaître

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.

Les différents types de laser et les techniques de soudure

Le soudage laser CO2, YAG et les autres technologies

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.

Comment souder au laser : en mode pulsé ou continu ?

  • 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.

Envie d'en savoir plus ? Retrouvez la comparaison entre le laser pulsé et le laser continu !

La soudure laser par transparence et autres techniques clés

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 soudure laser en salle blanche

Réalisé en salle blanche, l’usinage au laser permet de minimiser la présence de particules pouvant contaminer la pièce. Les pièces produites sont alors emballées en doubles sachets, et protégées avant de quitter l’environnement propre de la salle blanche.

Zoom sur la soudure laser en salle blanche

La micro-soudure laser

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.

La soudure laser de l’aluminium et des autres matériaux

Soudure laser et titane

Le titane est un métal léger et résistant, qui plus est, amagnétique et biocompatible. Plébiscité dans les secteurs aéronautique et médical, ce métal est néanmoins sujet à inflammation en cas d’échauffement. Si la soudure sur titane demande des précautions particulières, le laser convient bien au soudage de ce métal du fait d’un échauffement très localisé.

Soudure laser et nickel

Métal haut de gamme, le nickel est un matériau résistant à plusieurs titres : mécanique, à la température et à la corrosion. Comme ses alliages (Inconel®, Invar® et Kovar®), le nickel se soude bien au laser. Le soudage laser du nickel est courant, notamment dans l’industrie chimique, l’aéronautique et le nucléaire.

Soudure laser et cuivre

Très bon conducteur d’électricité et de chaleur, le cuivre est délicat à souder au laser car il réfléchit la lumière. Les risques de fissuration, de déformation et d’autres défauts réactionnels sont importants.

Souder le cuivre au laser demande donc de la rigueur. Une analyse fine de ses alliages (bronze, étain, laiton…) est nécessaire avant de s’attaquer à la soudure. Toutefois, les très récents lasers bleus et verts donnent des résultats prometteurs.

Soudure laser Invar® et Kovar®

Invar® et Kovar® sont deux des alliages de fer et de nickel. Ayant des coefficients de dilatation modestes, ils sont souvent présents dans des assemblages verre et métal. Ferromagnétiques, ils entrent fréquemment dans la fabrication de pièces sensibles et chères comme les tubes cathodiques pour rayons X. 

Leur principal défaut est d’être oxydables à l’état brut, ce qui les rend hypersensibles à la corrosion. La soudure laser s’avère parfaitement adaptée à leur assemblage, en mode pulsé comme continu.

Comment faire pour souder de l'aluminium ?

Grâce aux différents types de laser, le soudage laser est compatible avec de nombreux matériaux, dont l’aluminium. Tout est question de paramètres.

Alors que ce métal léger et conducteur plébiscité dans l’industrie est un matériau réfléchissant difficile à souder, la soudure laser convient parfaitement à l’aluminium et ses différents alliages. Elle permet également de limiter la déformation des pièces

Soudure hétérogène au laser

Une soudure laser hétérogène est une soudure permettant d’assembler différents alliages ou matériaux entre eux. Par exemple ? Une soudure laser vanadium et titane, ou cuivre et aluminium. 

C’est un vaste sujet sur lequel travaillent les laboratoires et la recherche. L’objectif : pouvoir obtenir une soudure laser parfaite, quels que soient les matériaux utilisés. La soudure hétérogène entre Invar® et inox fait actuellement l’objet de recherches pour l’industrie spatiale.

Soudure laser et aciers inox

L’inox fait partie des aciers inoxydables, qui se distinguent en 3 grandes familles :

  • les aciers inoxydables ferritiques ;
  • les aciers inoxydables austénitiques, offrant une plus grande résistance à la corrosion que les ferritiques ;
  • les aciers inoxydables martensitiques, caractérisés par une très grande dureté, mais généralement magnétiques.

Seule technique de soudage permettant de souder les inox magnétiques, la soudure laser est adaptée à l’assemblage des aciers inox austénitiques. À noter : une analyse des risques de fissuration de la matière est possible (et conseillée) avant de souder des pièces inox, notamment pour les aciers inoxydables austénitiques qui ont tendance à fissurer à chaud.

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La soudure laser et son prix : une solution économique

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.

Pourquoi choisir la sous-traitance pour des travaux de soudure laser ?

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.

Les domaines d’application de la découpe à la soudure laser

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…

La soudure laser dans l’industrie aéronautique

Répondant aux nombreuses normes qui régissent le secteur, la soudure laser est partout : du plus petit équipement électronique au moteur.

Ses atouts ? La polyvalence, la fiabilité du laser et l’étanchéité de la soudure qui s’avère capitale pour résister à la pression atmosphérique à laquelle sont soumis les composants.

La soudure laser dans le secteur nucléaire

Le nucléaire est une filière stratégique, sérieusement encadrée par une réglementation contraignante et un système qualité très poussé. Ici encore, la soudure laser est capable de répondre aux exigences du secteur. On l’utilise notamment dans l’assemblage en moyenne série de pièces techniques pour les centrales nucléaires, comme des vannes ou des éléments de sécurité.

La soudure laser dans l’industrie médicale

La précision et le rendu parfait d’un soudage au laser sont très recherchés dans la fabrication de dispositifs médicaux implantables (des pacemakers titane). Sans apport de métal, cette technique assure la biocompatibilité des implants. Réalisée en salle blanche, la soudure laser est hermétique et garantit l’absence de particules parasites lors d’une implantation en chirurgie.

La soudure laser et le transport

Dans le secteur de la mobilité et dans l’industrie automobile, la soudure laser sert notamment à souder les cellules qui composent les batteries. Ses caractéristiques techniques sont un réel atout dans la fabrication de ces éléments : stabilité dans le temps, préservation de l’intégrité des pièces sensibles, compatibilité avec des matériaux conducteurs comme l’aluminium...

La soudure laser et la filière aérospatiale

Une fois de plus, la soudure laser est capable de répondre aux contraintes de cette filière hors du commun, à savoir : travailler sur des matériaux légers, avec des matériaux et des assemblages résistants, garantissant l’étanchéité et la fiabilité des pièces.

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En résumé ?

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 !

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