Optimisation du processus de texturation des surfaces métalliques par faisceau laser

Le processus de texturation par laser représente la réalisation de motifs micro/macro géométrique, plus ou moins réguliers sur une surface métallique, à l'aide d'un faisceau d'énergie concentré dans un spot très fin. Obtenir des indicateurs de performances optimaux, oblige à étudier et comprendre les interactions physico-chimiques apparues dans la zone d'impact faisceau laser - matière. Cet article présente l'étude expérimentale et numérique sur le processus de texturation par laser pulsé de l'alliage de titane TA6V. Dans une première partie l'influence des paramètres opératoires sur les indicateurs des performances a été quantifiée par la méthodologie des plans des expériences. En analysant les résultats on a observé que la productivité et la qualité de la surface texturée dépend de l'énergie et de la fréquence des impulsions. Afin de déterminer les corrélations entre les paramètres opératoires et les fonctions objectifs, des modèles empiriques ont été établis

Direct keyhole laser welding of aluminum alloy AA5754 to titanium alloy Ti6Al4V

The tensile strength of direct AA5754/Ti6Al4V joints performed by high speed Yb:YAG laser welding is found to be determined by morphology and phase content of dissimilar interface formed between contacting Al-rich and Ti-rich melted zones. Three types of contact interfaces were observed: (1) thin (10 m/min. Maximal linear tensile force (220 N/mm for 2 mm thick weld) can be attained when thin contact interface is formed. In this case, the fracture starts in intermetallics-rich zone but propagates mainly in Al-rich melted zone, when in other cases it occurs in brittle intermetallic layers

QUALITATIVE ANALYSIS OF PLASMA CREATED BY SHOCK LASER

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Dépôts par projection de poudre dans un faisceau laser Nd:YAG : cas des faibles puissances

This paper follows Lemoine's work [1]. It concerns the modelling of cladding with Nd:YAG laser. Now we are interested in cladding with low laser powers (typically $P < 800$ W). Experimental observations of the evolution of the mass of the clads allows to show two power thresholds. The theoretical study relies on a calculation of fluence provided to the substrate and on a model of heat transfer into the substrate. We suppose that the first threshold is the required power for the melting of the substrate. The second threshold is the power which allows to melt directly the powder during its flight.Ce travail fait suite à celui de F. Lemoine [1]. Il concerne la modélisation des dépôts réalisés par projection d'une poudre métallique dans un faisceau laser Nd:YAG. Son originalité concerne notamment l'utilisation de faibles puissances laser ($\rm P < 800$ W). Dans ce domaine, nous avons montré l'existence, en fonction de la puissance laser, de deux seuils associés à la muse des revêtements réalisés. L'étude théorique est fondée sur le calcul de la fluence (J/cm$^{-2}$) fournie au substrat et l'utilisation d'un modèle de transfert de chaleur à l'intérieur de celui-ci. Les hypothèses émises et vérifiées sont que: i) le premier seuil correspond à la puissance laser minimale à mettre en oeuvre afin de porter à fusion la surface du substrat, ii) le second seuil correspond quant à lui à la puissance requise pour porter la poudre à sa température de fusion lors de sa chute

Etude d'un invariant permettant de caractériser un faisceau laser : application à une source YAG-Nd de forte puissance

L'invariant de Lagrange-Smith du faisceau étudié varie entre 77 et 266 $\mu$m en fonction de la puissance, du mode de fonctionnement et du mode de transport du faisceau. Cela entraîne une variation de la puissance surfacique de 0,2 à 2 MW/cm$^2$, ainsi que des variations importantes de dimensions de la tache irradiée, de la profondeur du champ et de la répartition spatio-temporelle de l'énergie du faisceau

Observation des modes d'un laser de puissance. Validation de la méthode

The objective of the proposed method is a better knowledge of the spatial energy distribution (SED) supplied by multimodal cavities. The principe of the method consists of observing the laser beam intensity at different locations of a section. After recording beam with a CCD camera, the information is treated in view to recompose the sources SED. The knowledge of the later and the fondamental equations allows us to calculate the propagation characteristics. The obtained results are compared with those coming from Badawi's method and a good agreement was found. So we thunk that the method is valid.L'étude proposée vise une meilleure connaissance de la répartition spatiale de l'énergie (RSE) d'un faisceau laser, que ce qui est classiquement présenté. Le principe consiste à observer l'intensité du faisceau laser en différents points d'une section située à une position bien déterminée de sa propagation. Pour ce faire, il convient d'enregistrer le faisceau à l'aide d'une caméra matricielle CCD. Un traitement de l'information permet alors de reconstituer la RSE de la source. Connaissant cette RSE il est possible, à partir des équations fondamentales, de calculer les caractéristiques de propagation du faisceau considéré. Les valeurs obtenues sont proches de celles dues à la méthode de Badawi et permettent de penser que la méthode est valide

Étude expérimentale de l'interaction laser-matière dans le cas du soudage d'un acier inoxydable austénitique par laser Nd:YAG continu de 2 kW

The laser-matter interaction acting during cw 2 kW Nd:YAG laser welding of an austenitic stainless steel is studied and particulary the effects linked to the presence of a keyhole in the liquid bath. This is done in order to define parameters useful to the process modelling. The absorption factor of target has been measured in order to better understand the Nd:YAG laser/stainless steel 304 interaction. Then an experimental approach of the keyhole angle value determination is proposed. Values are presented showing the important keyhole angle at the bottom of the bead. Finally a study relative to the plume above the keyhole shows that it is responsible for the formation of the nail-head part, observed on the experimental melting zone, by laser beam scattering.
L'interaction laser-matière se produisant lors du soudage par laser Nd:YAG continu de 2 kW d'un acier inoxydable austénitique est étudiée, et notamment les effets liés à la présence du capillaire dans le bain liquide, de façon à définir les paramètres utiles à la modélisation du processus. Le facteur d'absorption des cibles utilisées a été mesuré afin de mieux appréhender l'interaction laser Nd:YAG/acier inoxydable austénitique 304. Puis une approche expérimentale de détermination de l'angle d'inclinaison du capillaire est proposée. Des valeurs sont présentées montrant la forte inclinaison du capillaire en fond de cordon. Finalement une étude relative au panache présent audessus du capillaire met en évidence qu'il est responsable de la formation de la partie en tête de clou observée sur les zones fondues expérimentales par diffusion du faisceau lase

Modélisation de la section de dépôts obtenus par fusion d'une poudre métallique projetée dans un faisceau laser Nd-YAG

This work presents a cross-section modeling of laser claddings by powder spraying in a cw Nd-YAG laser. We admit a homogeneous temperature repartition inside each powder particle during interaction time, a material's intern energy variation equals its absorbed energy and an optical extinction through a powder cloud following a Beer-Lambert law. Apart the good correlation obtained between model and experiments, this one shows experimentals data which change widely the cross-section (power, power feed, scanning speed). And we define and obtain experimentally an absorption coefficient which is nearly the value of a liquid metal absorption coefficient.L'objectif de cette étude est la modélisation de la section des dépôts obtenus lors d'opération de revêtement de surface par projection de poudre dans un faisceau laser Nd-YAG. Pour ce faire, nous admettons que la répartition des températures au sein de chaque particule est homogène pendant le temps d'interaction, que la variation d'énergie interne du matériau est égale à l'énergie absorbée par celui-ci et que l'atténuation du faisceau au travers du nuage de poudre suit une loi de type Beer-Lambert. Outre la bonne corrélation obtenue entre le modèle et l'experience, les paramètres opérationnels qui influent fortement sur le résultat apparaissent clairement (puissance, débit de poudre, vitesse de travail). Enfin, nous définissons et obtenons expérimentalement un coefficient d'absorption qui est de l'ordre de grandeur du coefficient d'absorption d'un métal en phase liquide

Etude des caractéristiques d'une cavité laser en X de forte puissance

This study is devoted to a new ring cavity, an X geometry. It allows to obtain about 280 W in opposite to the 450 W of the initial linear cavity. The difference in the values comes from the formation of an instable cavity due to the length of the cavity which is longer. Expecting that, the quality factor of the beam is lower for the X configuration and consequently power density are higher and cutting speed are 50 % greater than for the linear system. Concerning welding, due to the higher level of power density, the key hole is more easily formed than with the linear configuration and the penetration increases. So, even if the optical way is difficult to adjust, cutting and welding performances are interesting.Cette étude est relative à une nouvelle cavité en anneau, avec une géométrie en “X”. Elle permet d'obtenir un faisceau de meilleure qualité que lorsque la cavité est sous forme linéaire, et par suite les puissances spécifiques peuvent être multipliées par un facteur 10 au moins. Ce gain, qui se fait au détriment de la puissance moyenne maximale délivrable (75 % de celle atteinte avec la configuration linéaire) reste intéressant car les vitesses de découpe et de soudage en faibles épaisseurs sont augmentées d'environ 50 %