déjeuner du gate | les procédés laser
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www.novika.ca
Les procédés laser soudage et traitement de surface
Lorraine Blais
VP et Chef de section – Procédés laser
Février 2014
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- Fondée en 1983 sous le nom CSTPQ
- Organisation privée à but non lucratif
- Plus de 2000 projets réalisés pour au-delà de 500 clients industriels
- Certifiée ISO 9001:2000
- 50 employés à temps plein
Novika en bref
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Secteurs d’activité
Conception d’équipements
dédiés Produits électroniques
Procédés laser Solutions logicielles
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• Développement de procédés laser
• Développement de produits pour les
procédés laser
• Fabrication de prototypes
• Services conseil pour l’implantation de
procédés laser
• Soutien technique et formation
Laboratoires laser - services
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Le faisceau laser et la matière
Énergie incidente
Énergie réfléchie : laser + chaleur
Énergie absorbée
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Métal fondu Métal
vaporisé
Métal solide
Le faisceau laser et la matière
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Le faisceau laser et la matière Fiber Laser,
Yb: YAG Laser and
DDL Laser
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2000 images/seconde
Temps d’exposition de 50 µs
Le faisceau laser et la matière
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Les procédés laser
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Une installation multiprocédés
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• Procédé très productif
• Procédé très précis, soudures fines
• Peu de chaleur transmise aux pièces
• Possibilité de souder des matériaux dissimilaires
• Soudage autogène ou avec apport de matériel
Le soudage laser
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Séquences multi-procédés
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Soudage de composantes d’automobiles chez Volvo :
- depuis 1988;
- dessous du véhicule, portes, capot/coffre, bracketterie;
- environ 11 mètres de soudure par C70.
Application « classique »
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Volvo (suite) :
- diminution de l’épaisseur des tôles dans certaines régions;
- diminution du nombre de pièces;
- diminution des « tabs » nécessaires au soudage par résistance;
- seulement au niveau de la carrosserie (Body in White), une diminution de poids de 40 kg a été réalisée.
Application « classique »
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Comparaison des coûts Soudage par résistance vs laser
$0
$500 000
$1 000 000
$1 500 000
$2 000 000
$2 500 000
$3 000 000
$3 500 000
$4 000 000
0 10 20 30 40 50
Co
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x a
nn
uels
($/a
nn
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Millions de spots/année
Soudage par résistance - 1 pistolet
Soudage par résistance - 4 pistolets
Soudage laser à distance
Source : Rob Mueller, Lasers-at-Work
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Hybrid Laser-Arc Welding = HLAW
Faisceau laser + arc électrique du procédé GMAW
Les soudage hybride laser-GMAW
Torche
GMAW
Faisceau
laser
Arc
Capillaire
Gaz de
protection
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• Pour combler l’écartement entre les pièces
• Pour compenser l’évaporation de métal
• Pour contrôler la géométrie de la surface
• Pour ralentir le refroidissement
Pourquoi ajouter une torche GMAW?
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• Le faisceau laser
– Assure la pleine pénétration, avec accès d’un
seul côté
– Permet de grandes vitesses d’avance
• L’arc du GMAW
– Procure le métal d’apport nécessaire
– Procure un apport d’énergie peu coûteux et
facile à intégrer au procédé
Le soudage hybride laser-GMAW
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Types d’assemblages et de
préparations de joint pour GMAW
bout-à-bout à recouvrement
en T en L
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Types d’assemblages pour
hybride laser-GMAW (pas de préparation)
bout-à-bout à recouvrement
en T en L
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Configurations
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Le soudage hybride laser/GMAW
https://www.youtube.com/watch?v=TyLnvCHCHJE
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Cas classique : la construction navale
• une des premières applications du soudage hybride
Le soudage hybride laser/GMAW
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Motivations (construction navale, suite):
- réduction de poids et de matériel
- réduction des déformations : - de 20 à 30 % des heures de fabrication d’un
bateau sont dues aux déformations; - une économie dans les coûts de redressage
de 0,45 $US à 13,72 $US du pied carré.
Soudage hybride laser/GMAW
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Conditions gagnantes
100 000 $
1 000 000 $
10 000 000 $
1 000 10 000 100 000 1 000 000 10 000 000
Co
ût
an
nu
el ($
/an
née)
Production annuelle de soudures (pieds/année)
Coût annuel vs Production annuelle Assemblages bout-à-bout ép.1/2"
Manual MIG
Robotic MIG
Twin-Wire MIG
Laser Hybrid
Laser
MIG manuel
MIG robotisé
MIG bifil
HLAW
Laser
Source : Rob Mueller, Lasers-at-Work
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Conditions gagnantes
0,00 $
0,50 $
1,00 $
1,50 $
2,00 $
2,50 $
Manual MIG Robotic MIG Twin-Wire MIG Laser Hybrid Laser
Co
ût
des s
ou
du
res (
$/p
ou
ce)
Coût par longueur de soudure vs Procédés Bout-à-bout ép. 1/2’’, incluant la préparation de joint
Annual cost of Capital inc Financing
Preparation
Electricity
Consumables
Worker costs
Floor space
Coût annuel de financement des équipements
Préparation
Électricité
Consommables
Main-d’œuvre
Espace au sol
MIG manuel MIG Robotisé MIG Bifil HLAW Laser
Source : Rob Mueller, Lasers-at-Work
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Consommables et temps de
soudage
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• Trempe locale
• La pièce se trempe d’elle-même, sans fluide de trempe
• Possible de tremper des métaux non-trempables conventionnellement
La trempe de surface par laser
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• Nitruration, carbonitruration,
méthanisation…
• Sous l'effet de l'énergie laser, des
éléments chimiques migrent en surface de
la matrice métallique
Les traitements thermochimiques
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• Traitement localisé
• Amélioration de la dureté, de la résistance
à la corrosion et à l’usure.
Les traitements thermochimiques
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• Fusion d’un matériau d’apport sur un matériel de base
• Restauration des dimensions d’une pièce usée, comportant des défauts de fabrication ou abimée
• Fusion du matériel d’apport (poudre ou fil) par laser sur une mince couche du matériel de base
Le revêtement par laser
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• Zones précises et complexes
• Vaste choix de matériaux d’apport
• Procédé peu rapide mais beaucoup plus précis que les techniques conventionnelles
• Faibles déformations
• Excellent contrôle de la qualité
Le rechargement laser
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Le rechargement laser
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Ablation en surface avec un faisceau laser
Sans agent chimique - sans résidu toxique Sans masquage Traitement à des endroits difficiles d’accès
Le nettoyage laser
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• Permet d’enlever avec grand contrôle :
• les oxydes, l’huile, la peinture, les résidus de plastique, etc.
• Peut être utilisé pour nettoyer des moules, des outils, des pièces primaires, des ustensiles de cuisson et des monuments historiques!
Le nettoyage laser
Source : p-laser.com
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Source : LaserAge
Le nettoyage laser
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• Ablation localisée afin de créer une texture qui
sera transférée du moule aux pièces
– Aucun masquage nécessaire
– Entièrement numérique
– Textures peu profondes: moins de 70 µm par passe
La texturation laser S
ou
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: GFA
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La
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Questions?
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