Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Roland CAZES : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - ex-Directeur des Recherches. Société Sciaky
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Lire l’articleINTRODUCTION
Avec la puissance et la vitesse ou le temps, le format du faisceau au point de focalisation constitue le troisième paramètre d’une opération de soudage ou de coupage par laser.
Les caractéristiques d’un faisceau laser découlent directement des phénomènes électromagnétiques qui prennent place à l’intérieur du résonateur. Un développement mathématique de ces derniers, tenant compte de la diffraction, conduit aux expressions de la distribution du champ et de la densité de puissance, aux limites du résonateur, et de leur évolution lors de la propagation du faisceau, de sa focalisation ou d’un traitement particulier.
Ces expressions, à la base de toute démarche scientifique, sont compliquées. On les retrouvera dans les ouvrages spécialisés ou dans les articles rappelés ci-après que l’on consultera si besoin. Ce sont leurs conclusions, exprimées simplement et facilement compréhensibles, qui nous intéressent, pour en tirer les enseignements recherchés.
Dans les articles du traité Génie mécanique, relatifs aux procédés de soudage en général, la part réservée au soudage laser, associé de surcroît au soudage par faisceau d’électron (soudage FE) dans les procédés à haute énergie [BE 7 740], se trouve réduite à un descriptif quelque peu sommaire. Il en est de même de la place que les articles généraux et théoriques [A 1 095], [AF 3 270], [AF 3 271] réservent aux lasers de puissance. Ces différents articles, auxquels on ne manquera pas de se reporter, ne traitent que rapidement des notions relatives aux faisceaux proprement dits, qui sont cependant d’intérêt pratique certain. Le présent supplément vise à les compléter sur ce point, avec comme toile de fond la norme ISO 11146.
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Focalisation
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5. Collimation
On peut modifier par une optique appropriée la divergence d’un faisceau. On peut ainsi soit le faire diverger davantage soit le faire converger, dans le but par exemple de lui conférer, dans sa propagation sur une certaine distance, un diamètre inférieur à une valeur donnée.
-
On doit alors déterminer les caractéristiques de l’élément optique à mettre en œuvre et sa position dans la trajectoire.
Dans tous les cas, cela revient à définir, pour une trajectoire de longueur donnée correspondant à telle distance de travail, le diamètre d’un tube fictif dans lequel le faisceau occupera le plus grand volume sans toucher les bords. On constate alors que :
-
plus la longueur est importante, plus grand doit être le diamètre du tube ;
-
pour la même longueur, le diamètre sera d’autant plus grand que M 2 est élevé.
S’il s’agit d’un simple transport (point de focalisation fixe par exemple), l’optimum diamètre-longueur est atteint lorsque l’on crée un col à mi-distance, dont le diamètre sera égal à 30 % de celui des extrémités.
S’il s’agit d’une zone de travail (focalisation flottante), le diamètre au col doit alors être de l’ordre de 95 % de celui des extrémités (sauf indication particulière) donnant 5 % de variation de diamètre.
-
L’effet d’une optique de focalisation est de modifier le rayon du front d’onde du faisceau.
Pour une longueur focale f de l’optique, avec R1 le rayon d’onde entrant et R2 le rayon d’onde sortant (négatif s’il y a convergence), on doit avoir :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOGELNIK (H.), LI (T.) - Laser beam and resonators. - Applied Optics. oct. 1966.
-
(2) - FOX (A.C.), LI (T.) - Resonant modes in a maser interferometer. - BSTJ. 1961.
-
(3) - FREIBERG (M. J.), HALSTED (A.S.) - Properties of low Order Transverse Modes in Argon Ion Lasers. - Applied Optics. fev. 1969.
-
(4) - ISO 11146 - Lasers et équipements associés aux lasers. Méthodes d’essai des paramètres des faisceaux laser. Largeurs du faisceau, angle de divergence et facteur de propagation du faisceau - (1999-06-01).
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(6) - * - Le lecteur se reportera utilement aux articles de la rubrique « Soudage » et notamment à :
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