Soudage laser par transmission

Soudage laser par transmission

Points clés

• Une pièce transmet, l'autre absorbe. Le faisceau traverse le composant supérieur et dépose son énergie à l'interface.
• La chaleur n'est générée qu'où on la souhaite : le procédé n'ajoute ni vibration ni particules.
• Une fois l'absorption suffisante, c'est l'ajustement qui décide de la qualité de la soudure : un jeu ne se comble pas avec plus de puissance.
• Le noir de carbone est l'absorbeur traditionnel, ce qui explique que tant d'assemblages soudés au laser soient sombres.

Soudage laser par transmission

Le soudage laser par transmission est un procédé d'assemblage dans lequel un faisceau proche infrarouge traverse un composant supérieur transmissif et est absorbé à la surface d'un composant inférieur, générant la chaleur précisément à l'interface du joint, de sorte que les deux faces fondent et fusionnent sous la pression de serrage. C'est la configuration de soudage laser dominante pour les thermoplastiques, et la raison pour laquelle la technique est viable sur des matériaux que le chauffage de surface endommagerait.

L'intérêt de cette disposition est que l'énergie est déposée à l'intérieur de l'assemblage plutôt qu'à l'extérieur. Rien n'est chauffé de façon appréciable sur la surface visible, si bien que les faces esthétiques restent intactes, et aucune énergie mécanique n'est appliquée à l'assemblage, ce qui explique que la méthode convienne aux boîtiers contenant de l'électronique, des capteurs ou des circuits de fluide que le soudage par ultrasons ou par vibration perturberait.

Ce que chaque moitié du joint doit faire

Les deux pièces doivent normalement être du même polymère, ou de polymères dont la compatibilité est démontrée. Des matériaux dissemblables, à températures de fusion et viscosités différentes, produisent rarement une soudure saine, quelle que soit la disposition optique.

Conception du joint et ajustement

Une fois l'absorption suffisante, la qualité de la soudure est une question mécanique. C'est là que la plupart des programmes réussissent ou échouent réellement :

• Un contact intime est obligatoire. Le bain fondu doit franchir l'interface, et un jeu ne lui offre rien à rejoindre. Ajouter de l'énergie au-dessus d'un jeu brûle la matière au lieu de la souder.
• La tolérance de jeu est plus serrée que pour le soudage par ultrasons ou par vibration. Le gauchissement des pièces et la tolérance de moulage doivent être maîtrisés au niveau du joint, et pas seulement sur les dimensions globales de la pièce.
• Concevez un joint de positionnement. Un épaulement, un assemblage rainure-languette ou un joint de cisaillement positionne les pièces et concentre le bain fondu où on le souhaite, au lieu de compter sur des faces planes parfaitement en contact.
• Le serrage doit être uniforme le long du chemin de soudure. Une pression inégale produit une soudure solide à certains endroits et absente à d'autres.
• L'outil de serrage se trouve dans le trajet du faisceau. Les plaques de pression en verre ou en acrylique doivent rester propres et sans rayures, car leur état modifie directement l'énergie délivrée.
• Éloignez le chemin de soudure des points d'injection et des lignes de soudure de moulage dans la pièce transmissive, qui diffusent localement le faisceau et produisent un point faible reproductible.

Stratégies de soudage

Diagnostic des défauts de soudure

Termes connexes et lectures

• Soudage laser des plastiques
• Additifs laser à double fonction
• Soudage laser des plastiques
• Choix du noir de carbone pour le soudage par transmission

Application en production

The Sabreen Group apporte un soutien d'ingénierie indépendant pour la mise au point du soudage par transmission, l'appariement des matériaux et la qualification des joints. Si vous spécifiez un procédé, qualifiez un matériau ou dépannez un problème de production, notre équipe de services d'ingénierie peut vous aider. Contactez-nous pour discuter de votre application.

Foire aux questions

Pourquoi une pièce doit-elle transmettre et l'autre absorber ?

Pour que la chaleur soit générée à l'interface du joint plutôt qu'à l'extérieur de l'assemblage. Le faisceau traverse le composant supérieur sans déposer d'énergie appréciable, est absorbé à la surface du composant inférieur, et la chaleur produite fait fondre les deux faces ensemble sous la pression de serrage. C'est ce qui permet aux surfaces esthétiques et aux composants internes de survivre à un procédé qui soude à quelques millimètres.

Une pièce transparente transmet-elle forcément bien le faisceau ?

Non, et cette hypothèse fait perdre beaucoup de temps en développement. La clarté visible et la transmission dans le proche infrarouge sont deux propriétés différentes : une pièce peut sembler limpide comme de l'eau tout en atténuant à 1064 nm, et un polymère semi-cristallin diffuse le faisceau par ses zones cristallines quelle que soit son apparence. Mesurez la transmission à la longueur d'onde de travail plutôt que de juger à l'œil.

Pourquoi la soudure est-elle faible alors que la charge en absorbeur est correcte ?

Généralement à cause de l'ajustement. Les faces doivent être en contact intime sous la pression de serrage, car le bain fondu doit franchir l'interface ; en présence d'un jeu, l'énergie supplémentaire brûle la matière au lieu de le combler. Le soudage laser tolère moins bien les jeux que le soudage par ultrasons ou par vibration : la tolérance du joint et le gauchissement des pièces doivent donc être maîtrisés spécifiquement au niveau de la soudure.

Un assemblage soudé au laser doit-il être noir ?

Plus maintenant. Le noir de carbone est l'absorbeur traditionnel et reste le moins cher, ce qui explique que tant d'assemblages soudés au laser soient sombres, mais les additifs à double fonction et absorbant le proche infrarouge apportent désormais l'absorption sans être visuellement noirs. Cela permet des assemblages soudés clairs, colorés et, avec certains systèmes, quasi transparents, moyennant un coût d'additif plus élevé.

Quelle stratégie de soudage choisir ?

Le soudage par contour convient aux chemins grands ou complexes avec un coût d'outillage modeste ; le balayage quasi simultané fait fondre tout le joint en même temps, ce qui permet l'affaissement du joint et tolère mieux les petits jeux, d'où son usage habituel pour les scellements hermétiques ; le soudage simultané donne le cycle le plus court pour une géométrie fixe à grand volume, au coût d'outillage le plus élevé. La tolérance de jeu et le volume tranchent normalement.

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