SOUDAGE & FABRICATION ADDITIVE PAR LASER

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Adèle Constance Boudreau
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avec plus de 20 lasers industriels pour répondre à tous les besoins des entreprises Un ressourcement permanent avec l appui

1 SOUDAGE & FABRICATION ADDITIVE PAR LASER Présenté par Emmanuelle MIQUET QUI SOMMES NOUS? Société de recherche et développement industriels Plus de 30 ans d expérience dans les procédés laser Un parc machine complet avec plus de 20 lasers industriels pour répondre à tous les besoins des entreprises Un ressourcement permanent avec l appui scientifique de 600 chercheurs de l Institut Carnot MICA L accompagnement sur mesure des clients industriels les plus exigeants, grands groupes internationaux et PME 1

NOS SERVICES Développement de solutions sur mesure Industrialisation de procédés laser Conseil, assistance technique Développement de systèmes, ingénierie Expertise

2 NOS SERVICES Développement de solutions sur mesure Industrialisation de procédés laser Conseil, assistance technique Développement de systèmes, ingénierie Expertise matériaux Contrôle de procédés Sécurité laser (audits) NOS SERVICES Centre de Formation Laser Traitement et transformation des matériaux Contrôle et qualité Sécurité laser 2

de fusion aval Bain de fusion amont Échauffement localisé Zone affectée thermiquement (ZAT)

3 Le soudage laser Déplacement relatif faisceau / pièce SOUDAGE LASER : PRINCIPE Faisceau laser Pièces à assembler Concentration de l énergie en surface du matériau Absorption Bain de fusion aval Bain de fusion amont Échauffement localisé Zone affectée thermiquement (ZAT) Capillaire rempli de vapeurs métalliques (keyhole) Fusion Métal fondu resolidifié Vaporisation 3

4 AVANTAGES & LIMITES AVANTAGES Vitesse de soudage (1 m/mn à > 6 m/mn) Pas de métal d apport Accessibilité (pas de contact) Faible déformation (vitesse de soudage élevée => faibles dimensions des zones fondues et des ZAT) Soudage par transparence Soudage de fines épaisseurs (qq 1/100 à 1mm) Maîtrise du procédé (automatisation, énergie de soudage parfaitement maitrisée) LIMITES TECHNIQUES Nécessite une automatisation jeu d accostage faible (5% de l épaisseur à souder) Niveau de pénétration limité ( 5 mm) SOLUTIONS POUR COMBATTRE LE JEU Le soudage avec oscillation du faisceau Possible grâce l utilisation de systèmes que l on appelle têtes scanner : le faisceau laser est déplacé à l aide de 2 miroirs Condition de soudage: Laser fibre, diamètre de focalisation: 320 µm Soudage bord à bord, AC S235, épaisseur 1 et 3 mm Vitesse de soudage: 2 m/mn Oscillation sur 1 axe Soudage sans métal d apport Contrôles mis en place: Examen visuel Coupes macrographiques avec caractérisation des défauts selon ISO

5 SOLUTIONS POUR COMBATTRE LE JEU Défaut majeur: caniveau Épaisseur 1 mm Jeu maxi admissible 0,3 mm (exigence modérée) Épaisseur 3 mm Jeu maxi admissible 0,5 mm (exigence modérée) SOLUTIONS POUR COMBATTRE LE JEU Le soudage hybride Arc + laser Synergie entre les deux procédés 1 seul bain de fusion Transfert de métal Fil capillaire Bain de fusion 5

Soudage d éviers inox Cordon non débouchant Soudage de

matière : inox contrainte : cordon non débouchant

acier HLE, ou inox contraintes: volume fermé tenue

6 Soudage d éviers inox Cordon non débouchant Soudage de pattes de fixation sur un évier fibre optique + robot matière : inox contrainte : cordon non débouchant Soudage de boules de pétanque Volume fermé matières: acier HLE, ou inox contraintes: volume fermé tenue mécanique gains: rapidité limitation de la reprise d usinage 6

7 Soudage de capteurs Étanchéité He matière: inox 17-4 PH contraintes: étanchéité He, 10-8 gains: suppression du vide (FE) rapidité flexibilité Soudage de pacemakers Précision, faible échauffement matière coques Ti, épaisseur : 0,4 mm contraintes: o éléments électroniques sensibles derrière la cloison : pénétration cordon = 0,25mm o étanchéité 7

8 Réparation d un carter de turboréacteur Découpe+soudage avec la même machine Réparation d un carter de turboréacteur découpe et soudage sur la même machine soudage d une collerette neuve matière : base Ni CONTRÔLE DE PROCÉDÉ Température Plasma Réflexions TRUMPF Precitec 8

9 LES NORMES POUR LE SOUDAGE LASER SYSTÈME QUALITE EN SOUDAGE Généralités Personnel en soudage Niveau de qualité Guide en soudage Procédé de soudage Descriptif de mode opératoire prévisionnel Descriptif de mode opératoire Qualification du mode opératoire Suivi des qualifications de mode opératoire Formation qualification suivi des opérateurs soudeurs Consommables Gaz Métal d apport La fabrication additive par projection de poudre 9

10 FABRICATION CLAD PRINCIPE Principe: Injection de poudres dans un faisceau laser focalisé Fusion des poudres Dépôt localisé des poudres fondues sur un substrat Empilage des couches Buse coaxiale CLAD : Construction Laser Additive et Directe SEALING RING ROTATION SPEED: TR/MIN REPARATION Réparation de lèvres usées sur pièces d étanchéité moteur Collaboration avec une société spécialisée dans la réparation moteur Société : Chromalloy France 100 personnes Essentiellement réparation pour Pratt & Wittney : PW100/ PT6/ JT15 APU (901) 10

REPARATION couches 400µm lèvre Usinage sous Ø nominal

lèvres reconstruites avant usinage pièce : Ti alloy TTH

granulométrie : 45 75 µm Largeur de cordon : 1,12mm

11 REPARATION couches 400µm lèvre Usinage sous Ø nominal avant réparation matériau Vue en coupe d une pièce avec lèvres reconstruites avant usinage pièce : Ti alloy TTH après réparation poudre : Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo granulométrie : µm Largeur de cordon : 1,12mm AJOUT DE FONCTIONS MULTI-AXES AJOUT DE FONCTIONNALITES SUR PIECES GAUCHES 11

EXEMPLES DE RAJOUTS DE FONCTIONS Screwrotor APPROCHE ÉCONOMIQUE (pour une pièce unitaire dans une série de

lancement et prépa machine laser (prix unitaire dans une série 100p), préparation du tube avant

80 mm) / 13,5 Coût du rechargement hors tube et poudre (15 min) / 57,5 Coût pièce rechargée sans usinage /

(prix unitaire dans une série 100p) + usinage 40 0 176,5 31,5 prix de revient de la pièce finie 326,50

12 EXEMPLES DE RAJOUTS DE FONCTIONS Screwrotor APPROCHE ÉCONOMIQUE (pour une pièce unitaire dans une série de 100 pièces) Coûts principaux dans le cas de la fabrication de 3 pâles sur un tube Coût tube de départ Coûts lancement et prépa machine laser (prix unitaire dans une série 100p), préparation du tube avant rechargement, poudres, Usinage classique (prix en Euro) 110 (Ø= 125 mm) Procédé CLAD (prix en Euro) 35 (Ø= 80 mm) / 13,5 Coût du rechargement hors tube et poudre (15 min) / 57,5 Coût pièce rechargée sans usinage / 106 Coût préparation du tube avant l usinage (prise dans les mors) Coûts lancement et prépa machine usinage (prix unitaire dans une série 100p) + usinage ,5 31,5 prix de revient de la pièce finie 326,50 137,50 Temps de rechargement 0 15min Temps d usinage 3h30min 30min Temps total d obtention de la pièce 3h30min 45min 28 12

longi 12,3 373 6,86 558 80 102,1 27,6 5 longi 12,67 380 7,04 556 80 101,2 26,5 2 travers 12,88 256 6,31 490 80 105,2

13 RESISTANCE MÉCANIQUE TRACTION Essais de traction en sens longitudinal et travers court Longitudinal Matière : AISI SS 316L Travers court N Section Rp 0,2% Fm (KN) Rm (N/mm²) L0 mm Lu mm A% 1 longi 11, , ,6 30,8 3 longi 12, , ,1 27,6 5 longi 12, , ,2 26,5 2 travers 12, , ,2 31,5 4 travers 13, , ,6 30,8 6 travers 12, , ,1 32, MERCI DE VOTRE ATTENTION! 13

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