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

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

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

Growth of titanium oxynitride layers by short pulsed Nd:YAG laser treatment of Ti plates: Influence of the cumulated laser fluence.

International audienceTitanium oxynitride layerswere formed by surface laser treatment of Ti plates in air using a Nd:YAG laser source of short pulse duration about 5 ns. The cumulated laser fluence was varied in the 100–1200 J cm2 range and its influence on the composition and the structure of the formed layers was studied by different characterization techniques providing physico-chemical and structural information. It was shown that the laser treatment induces the insertion of light elements as O, N and C in the formed layer with the amount increasing with the laser fluence. The in-depth composition of the layers and the co-existence of different phases were also studied. The way in which the laser parameters such as fluence affect the insertion of nitrogen and oxygen was discussed in connection with the effects of the plasma plume formed above the target

Modeling of Laser Cladding with Powder Injection

Laser cladding is one of the material additive manufacturing processes used to produce a metallurgically bonded deposition layer. To obtain a high-quality resulting part, a deep understanding of the underlying mechanisms is required. In this article, a mathematical model is developed to simulate the coaxial laser-cladding process with powder injection, which includes laser- substrate, laser-powder, and powder-substrate interactions. The model considers most of the associated phenomena, such as melting, solidification, evaporation, evolution of the free surface, and powder injection. The fluid flow in the melt pool, which is mainly driven by Marangoni shear stress as well as particle impinging, together with the energy balances at the liquid-vapor and the solid-liquid interfaces, are investigated. Powder heating and laser power attenuation due to the powder cloud are incorporated into the model in the calculation of the temperature distribution. The influences of the powder injection on the melt pool shape, penetration, and flow pattern are predicted through the comparison for the cases with powder injection and without powder injection. Dynamic behavior of the melt pool and the formation of the clad are simulated. The effects of the process parameters on the melt pool dimension and peak temperature are further investigated based on the validated model