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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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Les faisceaux à haute énergie se caractérisent par la propriété de concentrer des puissances de plusieurs dizaines de kilowatts sur des surfaces de quelques dixièmes à quelques millimètres carrés, développant ainsi des puissances spécifiques de 106 W/cm2, voire plus, bien supérieures à celles mises en œuvre dans les autres procédés de soudage.
On classe dans cette catégorie les faisceaux d’électrons et les rayons laser que l’on utilise en soudage sous les noms de soudage par faisceau d’électrons (en abrégé : par FE) ou par bombardement électronique (BE) et de soudage (par ou au) laser.
Les premières applications de fusion sous vide par faisceau d’électrons datent du début du siècle, mais il faut attendre 1956 pour que, simultanément, J. Stohr du CEA en France et K. Steigerwald de Zeiss en Allemagne décrivent des applications industrielles de soudage et de perçage utilisant ce moyen.
Il est remarquable de noter que, cette même année 1956, apparaît, aux États‐Unis, le premier laser à rubis, développant une énergie suffisante pour fondre du métal.
Pour des raisons technologiques, le soudage par faisceau d’électrons a fait le premier l’objet d’un développement rapide et plusieurs milliers de machines sont en service actuellement dans le monde. Deux décennies seront, par contre, nécessaires pour voir apparaître les premières applications de soudage par laser, résultant des progrès moins rapides des lasers de puissance multikilowatt susceptibles d’emploi industriel dans le travail des métaux.
Il y a lieu de noter ici que les lasers ont très vite connu quelques applications de microsoudage et aussi de découpage de tous matériaux et en particulier de tôles métalliques minces.
Se reporter également à l’article Procédés de soudage- Principes généraux et critères de choix pour les différents procédés de soudage.
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Faisceaux à haute énergie
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4. Comparaison faisceau d’électrons/laser
Bien que de natures différentes mais d’effets similaires, sinon identiques, les procédés par FE et laser se doivent d’être comparés dans leur mise en œuvre (figure 17 et tableau 5).
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Complémentarité
Le paramètre puissance (épaisseurs soudées) détermine en tout premier lieu les domaines respectifs de chacun des procédés :
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FE : le domaine s’étend de quelques kilowatts à 100 kW, c’est‐à‐dire qu’il permet des soudures allant d’épaisseurs infimes à des épaisseurs de l’ordre de 10 cm rencontrées en chaudronnerie lourde (nucléaire, par exemple). La machine classique relève de puissances de 5-10 à 30 kW. Le coût de la puissance n’est qu’une partie du coût total de l’installation lequel découle davantage de l’enceinte et de sa mise sous vide ;
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laser : le domaine s’étend de quelques dizaines de watts (continus ou pulsés) pour les lasers solides à 45 kW (CO2), mais les lasers les plus utilisés en soudage ont des puissances de 1 à 2 kW pour les premiers et de 2 kW à 5-10 kW pour les seconds, la limitation pratique s’exerçant par le prix encore très élevé des lasers de puissance. Le coût de la puissance vient alors en premier lieu (laser, refroidissement, conduit optique).
On trouve en pratique une interférence des domaines pour des puissances de 5 à 10 kW pour lesquelles il y a lieu de comparer soigneusement les deux procédés.
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Similitudes
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Technologies de même niveau : FE et laser mettent en œuvre des principes physiques nouveaux et particuliers qui ont dû faire l’objet d’industrialisation poussée.
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Encombrement similaire : les lasers sont relativement gros et leur refroidissement important.
Contraintes d’exploitation similaires : les interventions d’entretien sont plus fréquentes en FE (canon) mais le coût de l’alignement (facile) et de l’entretien des miroirs n’est pas négligeable. La consommation de gaz des lasers CO2 (remplissage) est à prendre en compte. Elle est supérieure à la consommation des huiles des pompes.
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Sécurité :...
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