Le plasma généré par le faisceau laser peut être influencé par le gaz de travail de manière à obtenir un processus de soudage stable et sûr.
Le choix du gaz de processus peut donc être déterminant pour la rentabilité du soudage au laser. Le soudage au laser convient par exemple à l'aluminium, le laiton, les plastiques thermoplastiques et l'acier.
Les gaz de protection et de processus tels que l'hélium, l'argon, l'azote et les mélanges gazeux de qualité LASGON® sont utilisés.
Le faisceau laser généré dans la source de faisceau est dirigé vers la pièce à usiner à l'aide de miroirs ou de fibres optiques, puis focalisé sur la pièce à usiner. La lumière laser est absorbée à la surface de la pièce et transformée en chaleur. Lors d'un mouvement relatif entre le faisceau laser focalisé et la pièce à usiner, celle-ci est fondue par son énergie, créant ainsi un joint de soudure.
Toutes les dispositions de joints de soudure ne conviennent pas au soudage laser. Il existe quatre types standard:
Il est particulièrement important lors du soudage au laser de serrer et aligner correctement les pièces à assembler les unes avec les autres sans aucun écart. Si l'écart est supérieur à environ 10% de l'épaisseur de la tôle, le faisceau laser ne peut plus transférer d'énergie et rayonne simplement à travers le joint. Des défauts de soudure peuvent en résulter. Une structure de surface appropriée est également importante. Si la surface de la pièce à usiner réfléchit trop, l'énergie laser ne peut pas être absorbée par la pièce et elle ne se fond donc pas. Cet effet peut se produire, par exemple, en aluminium poli.
Il y a essentiellement deux façons différentes de souder avec le faisceau laser :
La conduction thermique est typique du soudage avec une puissance de faisceau laser plus faible (<500 W) car l'intensité n'est pas suffisante pour former une cavité de vapeur. Le joint de soudure est relativement large et plat.
Le soudage profond est observé lorsque l'intensité du faisceau est d'au moins 105 W/mm2, donc régulièrement lors de l'utilisation de lasers de haute puissance. Le matériau est alors fondu et partiellement vaporisé. La pression de vapeur déplace la matière fondue, ce qui permet de former une cavité de vapeur (Keyhole). Le taux d'absorption de la radiation laser est particulièrement élevé dans la cavité de vapeur, car la radiation laser est réfléchie plusieurs fois sur les parois, transférant de l'énergie au matériau à chaque fois. Des soudures profondes et étroites jusqu'à 20 mm et plus peuvent être produites.
Pendant le soudage en profondeur, des conditions prévalent dans la cavité de vapeur qui sont désignées en physique par le terme "plasma", telles que la vapeur métallique ionisée et des températures supérieures à 10 000 K. Le plasma absorbe très bien le rayonnement laser et contribue à transférer l'énergie laser dans le matériau.
La haute pression dans la cavité de vapeur pousse la vapeur de métal/plasma vers le haut et forme un jet de plasma ou un nuage de plasma. C'est là que le rayonnement laser est également absorbé, dispersé et élargi selon l'expansion de ce jet ou de ce nuage, modifiant la taille du point de focalisation, la position focale et l'intensité. Cela résulte en une profondeur de fusion réduite et une section transversale de joint en forme de T en raison de l'apport de chaleur plus élevé par la flaque de plasma sur la surface supérieure de la pièce à usiner. Si l'absorption par le jet de plasma est trop forte, le processus de soudage s'effondre complètement.
Le jet de plasma se distingue par une lumière bleue intense et se compose d'atomes, d'ions et d'électrons métalliques ainsi que de composants de l'atmosphère gazeuse environnante. Un plasma peut également être produit dans une atmosphère gazeuse pure, en particulier lorsque l'argon est impliqué.
La longueur d'onde plus courte du rayonnement laser Nd:YAG par rapport au rayonnement laser CO2 montre moins d'interaction avec le jet de plasma au-dessus de la cavité de vapeur au-dessus de la pièce. Par conséquent, ces problèmes surviennent beaucoup moins souvent.