HAL Id: jpa-00227039
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Submitted on 1 Jan 1987
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SOUDAGE D’ACIER Z 2 CN 18-10 PAR LASER CO2
B. Petesch, A. Sakout, M. Laurent, M. Robin
To cite this version:
B. Petesch, A. Sakout, M. Laurent, M. Robin. SOUDAGE D’ACIER Z 2 CN 18-10 PAR LASER CO2. Journal de Physique Colloques, 1987, 48 (C7), pp.C7-185-C7-186. �10.1051/jphyscol:1987735�.
�jpa-00227039�
JOURNAL DE PHYSIQUE
C o l l o q u e C 7 , supplément au n 0 1 2 , Tome 4 8 , décembre 1 9 8 7
SOUDAGE D'ACIER Z 2 CN 18-10 PAR LASER CO,
B. PETESCH, A. SAKOUT, M. LAURENT et M. ROBIN
CALFETMAT/IUT, 17, Rue de France, F-69100 Villeurbanne, France
Résumé : Le soudage d ' u n a c i e r Z 2 CN 18 p a r f a i s c e a u l a s e r a é t é é t u d i é . L ' i n f l u e n c e d e s p r i n c i p a u x p a r a m è t r e s v i t e s s e , p u i s s a n c e , f o c a l i s a t i o n a é t é examinée. Les moyens c l a s s i q u e s d e c a r a c g é r i s a t i o n d e s s o u d u r e s o n t é t é u t i l i s é e s : o b s e r v a t i o n s m e t a l l o g r a p h i q u e s forme d e l a zone fondue, q u a n t i t é d e p o r o s i t é s e t é n e r g i e a b s o r b é e . Le maximum d e p é n é t r a t i o n c o r r e s p o n d a u maximum d ' é n e r g i e a b s o r b é e .
A b s t r a c t : - The LASER welding of 304 L s t e e l h a s been s t u d i e d . The welding parame- t e r s t a k e n i n t o a c c o u n t have been t h e w e l d i n g s p e e d , t h e power and t h e f o c u s i n g of t h e l a s e r beam. C l a s s i c a l weld c h a r a c t e r i s a t i o n means have been employed i . e . m e t a l - l o g r a p h i c o b s e r v a t i o n s , weld shape, amount of p o r o s i t i e s and i n p u t energy. The maxi- mum of p e n e t r a t i o n a s a f u n c t i o n of f o c u s p o i n t p o s i t i o n c o r r e s p o n d s t o t h e maximum o f i n p u t energy.
D e nombreux p a r a m è t r e s s o n t à c o n s i d é r e r pour l e soudage de m a t é r i a u x p a r f a i s c e a u l a s e r ; parmi c e s p a r a m è t r e s l a p o s i t i o n d e l a t a c h e f o c a l e p a r r a p p o r t à l a s u r f a c e , l a p u i s s a n c e i n c i d e n t e e t l a v i t e s s e d e déplacement d e l a p i è c e s o n t p a r t i c u l i è r e m e n t i m p o r t a n t e s . Nous p r é s e n t o n s i c i p r i n c i p a l e m e n t l ' i n f l u e n c e d e chacun de c e s para- m è t r e s s u r l a morphologie d e l a zone fondue pour un a c i e r a u s t é n i t i q u e Z 2 CN 18-10.
Des l i g n e s d e f u s i o n o n t é t é e f f e c t u é e s a v e c deux l a s e r s CO2 c o n t i n u s de p u i s s a n c e maximum 1 000 W e t 3 500 W (CI 1 0 0 0 , CI 4 0 0 0 , CILAS). Les p i è c e s o n t é t é r e c t i f i é e s e t soigneusement n e t t o y é e s dans un b a i n à 60°C d e phosphate t r i s o d i q u e e t s i l i c a t e d e soude, p u i s a p r è s r i n ç a g e , immergées d a n s u n e s o l u t i o n d ' a c i d e n i t r i q u e à 1 0 %.
A l a s u i t e d ' e s s a i s p r é l i m i n a i r e s , l e f a i s c e a u a é t é f o c a l i s é à l ' a i d e d ' u n e l e n t i l l e d e 127 mm d e d i s t a n c e f o c a l e e t l a p r o t e c t i o n g a z e u s e a é t é a s s u r é e p a r d e l ' H é l i u m i n j e c t é p a r un t u b e i n c l i n é à 30' p a r r a p p o r t à l a s u r f a c e d e l a p i è c e . Pour examiner l ' i n f l u e n c e d ' u n d e s t r o i s p a r a m è t r e s f o c a l i s a t i o n , p u i s s a n c e , v i t e s s e , l e s deux a u t r e s o n t é t é f i x é s et l ' o n a o b s e r v é , l a forme d e l a zone fondue, l a q u a n t i t é d e p o r o s i t é s , l ' é n e r g i e a b s o r b é e p a r l a p i è c e e t l ' é n e r g i e u t i l e n é c e s s a i r e pour f o n d r e un volume d ' a c i e r c o r r e s p o n d a n t à l a zone fondue. Sur l a f i g u r e 1 e s t r e p o r t é e , pour une p u i s s a n c e d e 2 000 W e t une v i t e s s e de 3 m/mn, l a p é n é t r a t i o n e n f o n c t i o n d e l a f o c a l i s a t i o n . Pour c e t t e p u i s s a n c e l a v i t e s s e d e 3 m/mn c o r r e s p o n d à d e s cordons s a i n s e t p r o f o n d s l o r s q u e l a p é n é t r a t i o n e s t maximale. On p e u t c o n s t a t e r s u r c e t t e f i g u r e que l e maximum d e p é n é t r a t i o n a l i e u l o r s q u e l a p o s i t i o n de l a t a c h e f o c a l e e s t a u v o i s i n a g e d e l a s u r f a c e e t l é g è r e m e n t s o u s l a s u r f a c e (- 0,5 mm).
11 f a u t n o t e r que pour o b t e n i r une bonne p é n é t r a t i o n il e s t n é c e s s a i r e d e c o n t r ô l e r a v e c p r é c i s i o n l a p o s i t i o n f o c a l e , à q u e l q u e s dixièmes d e m i l l i m è t r e s p r è s . La f i g u r e 2 montre l ' é a o l u t i o n d e l a p é n é t r a t i o n e t d e l a l a r g e u r du cordon e n f o n c t i o n d e l a p u i s s a n c e pour une f o c a l i s a t i o n d e - 0 , s mm e t u n e v i t e s s e d e 3 m/mn. La péné- t r a t i o n c r o î t beaucoup p l u s rapidement que l a l a r g e u r , c e c i c o r r e s p o n d à d e s d e n s i - t é s de p u i s s a n c e p l u s i m p o r t a n t e s à l a s u r f a c e d e l a p i è c e q u i p e r m e t t e n t de v a p o r i - s e r p l u s r a p i d e m e n t l ' a l l i a g e e t a i n s i d e l e c r e u s e r e t d ' é t a b l i r un " t r o u d e
s e r r u r e " p l u s profond. L ' i n t é r ê t de d i s p o s e r de s o u r c e s l a s e r s m u l t i k i l o w a t t a p p a r a i t n e t t e m e n t . Cependant l a c o u r b e d e p é n é t r a t i o n s ' i n f l é c h i t v e r s l e s f o r t e s p u i s s a n c e s , l e plasma formé e n s u r f a c e devenant p l u s opaque e t r é f l e c t e u r .
La p é n é t r a t i o n P e n f o n c t i o n d e l a v i t e s s e V s u i t approximativement une l o i de l a
forme :
- bV P = a e
où a e t b s o n t d e s consEantee pour une f o c a l i s a t i o n e t une p u i s s a n c e donnée ( v o i r t a b l e a u 1 ) . C e t t e e x p r e s s i o n i n d i q u e que l o r s q u e l a v i t e s s e diminue l a p é n é t r a t i o n t e n d v e r s une l i m i t e , l a p é n é t r a t i o n augmente peu e t l e cordon s ' é l a r g i t e n s u r f a c e .
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1987735
Ci-186 JOURNAL DE PHYSIQUE
I l e s t i n t é r e s s a n t d e n o t e r que l ' é n e r g i e absorbée par l a p i è c e e s t l i é e à l a forme de l a zone fondue. Lorsqu'on f a i t v a r i e r l a f o c a l i s a t i o n l e maximum de p é n é t r a t i o n correspond au maximum d ' é n e r g i e absorbée. Pour une f o c a l i s a t i o n à 0,5 mm sous l a s u r f a c e e t une v i t e s s e de 3 m/mn pour des p u i s s a n c e s comprises e n t r e 800 e t 3 2 0 0 W, l ' é n e r g i e absorbée correspond approximativement à 55 % de l ' é n e r g i e i n c i d e n t e e t l ' é n e r g i e u t i l e à 25 %.
FIGURE 1 FIGURE 2
P e n e t r a t i o n a s a f u n c t i o n of f o c u s p o i n t p o s i t i o n (Power 2 kW, speed : 3 m/mn, C I 4000 l a s e r ) .
>
I n f l u e n c e d e l a puissance s u r l a p é n é t r a t i o n e t l a l a r g e u r du cordon
( l a s e r C I 4 0 0 0 , f o c a l i s a t i o n :
- 0,5 mm v i t e s s e : 3 mlmn)
P e n e t r a t i o n and width a s f u n c t i o n s of power. (Focus p o i n t p o s i t i o n :
- 0,5 mm, speed : 3 mlmn, C I 4000 C I 4000 L a s e r ) .
, ,,. ,,,,
, 8.,,,#,.
,.,,,~,*,,,,
2liiii. L. .,l,.IIF ,
,"b.,,.--fi.
- 5 - 4
- >
- 2-,
O . I . I. >
TABLEAU 1
Fmals*l,on .mm.
I n f l u e n c e d e l a f o c a l i s a t i o n s u r l a p é n é t r a t i o n ( l a s e r C I 4000,
puissance : 2 000 W , V i t e s s e : 3 m/mn).
- bV
Termes de I ' e x p r e s s i o n P = a e pour p l u s i e u r s p u i s s a n c e s donnant l a p é n é t r a t i o n en f o n c t i o n de l a v i t e s s e pour une f o c a l i s a t i o n de - 0,5 mm (CI 4 0 0 0 ) .
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