Assemblage de métaux au moyen de technologies à haute concentration d’énergie

Image d’un système robotique de soudage par laser ND-YAG

Système robotique de soudage par laser ND-YAG

À son installation de Montréal, le CNRC étudie et met au point des méthodes d'assemblage de produits métalliques faisant appel à des technologies à haute concentration d'énergie. Les études qui s’y poursuivent présentement visent à créer des méthodes de soudage par faisceau laser et par faisceau d'électrons pour les composants aérospatiaux.

Le CNRC est en train d'acquérir une expertise dans le domaine du soudage et du découpage, par laser, de matériaux aérospatiaux à l'aide d'un système robotique de soudage par laser Nd-YAG de 4 kW et d'un centre de traitement au laser CO2 de 2,7 kW. Cette technologie, qui peut servir au soudage, au surfaçage et au découpage de précision de feuilles ou de pièces 3D, offre de nombreux avantages. Elle permet de créer une étroite zone affectée thermiquement présentant une distorsion minimale et un fini de découpe propre qui, en raison de la haute concentration d'énergie dans le faisceau laser, n'exige aucun traitement ultérieur. Plus rapide et plus précise que les méthodes classiques, cette technologie est souple, hautement automatisée et facilement intégrable à d'autres procédés. Des travaux visant à déterminer dans quelle mesure cette technologie peut être appliquée au soudage et à la réparation de composants du fuselage et des moteurs sont en cours.

Le CNRC effectue des études portant sur le soudage par faisceau d'électrons avec une soudeuse à faisceau d'électrons de 42,5 kW, dont la chambre est suffisamment grande pour permettre le soudage d'éléments de grandes tailles et de pièces multiples. On traite les pièces avec un faisceau d'électrons afin de produire de la chaleur au joint à souder et de découper une ouverture dans laquelle s'écoule ensuite le métal en fusion. La haute concentration d'énergie dans le faisceau d'électrons et le vide qui règne dans le milieu permettent d'obtenir d'étroites zones affectées thermiquement, des soudures profondes présentant une distorsion minimale et des soudures de haute qualité de très faible porosité renfermant très peu de contaminants. Cette technologie permet de souder des métaux réactifs et réfractaires, des métaux possédant une haute conductivité thermique, des métaux de nature différente, ainsi que des pièces de grande surface ou de forme complexe, en utilisant ou non un métal d'apport. À l’heure actuelle, des études sont en cours, visant à mettre au point des méthodes pour le soudage de matériaux différents (par ex., alliages de cuivre, alliages de zirconium, alliages de titane, superalliages à base de nickel, aciers, aciers inoxydables) ainsi que pour la fabrication de superalliages à base de nickel et d'alliages de titane par superposition de couches.

 Centre de soudage par faisceau d'électrons

Centre de soudage par faisceau d'électrons

Spécifications du matériel :

Système robotique laser de 5 kW à fibres optiques (fibre utile de 100-600 µm) :

  • Faisceau de moins de 4,5 mm/mrad;
  • Robot industriel Abicor-Binzel 4400;
  • Chargeur de fil AB et technologie de transfert métallique à froid de Fronius (VR7000 CMT);
  • Soudage à l’arc TransPuls Synergic 4000 de Fronius;
  • Surfaçage par application de poudre et porte-têtes de coupe laser;
  • Table magnétique contrôlée électroniquement pour la fabrication d’accessoires.

Centre de traitement au laser à diode :

  • Laser TruDiode TRUMPF de 3,0 kW;
  • Rendement de 40 % à la prise murale, contre 6 % pour un laser Nd:YAG comparable;
  • Faisceau de 30 mm/mrad (qualité similaire au faisceau du Nd:YAG);
  • Longueur d’onde de 900 à 1000 nm;
  • Insensible à la rétroréflexion;
  • Appareil à six axes commandé numériquement et entièrement programmable par ordinateur avec boîtier de commande Sinumerik 840D de Siemens;
  • Programmable à 0,001 mm avec une précision de ± 0,1 mm;
  • Vitesse de déplacement linéaire : axes X et Y : 50 m/min; axe Z : 30 m/min;
  • Vitesse de déplacement rotatif : axes A, B et C : 360°/sec;
  • Table rotative de 0,5 m de diamètre;
  • Grande surface de travail 3D : X : 1,25 m, Y : 1,5 m, Z : 0,5 m;
  • Positionnement de la tête suivant les axes C (360°) et B (±120°);
  • Adapté aux applications à dépôt direct par laser, notamment pour les métaux réactifs :
    • i) système à tête optique et à chargeur de fil Trumpf;
    • ii) tête de placage YC50 de Precitec;
    • iii) système d’injection de poudre Metco twin-10 de Sulzer.

Centre de soudage par faisceau d’électrons :

  • Émission thermo-ionique d'électrons par un filament de tungstène;
  • Tension de sortie : 0-60 kV; courant de sortie : 0-700 mA;
  • Plage de puissance : 0-42 kW;
  • Chambre sous vide poussé (1-100 µtorr) de 68 po x 68 po x 84 po;
  • Chargeur de fil : fil de 0,02 à 0,046 po; 0-100 po/min;
  • Dégagement du canon – pièce de 19 po pour soudures perpendiculaires;
  • Table à souder contrôlée numériquement par ordinateur de 30 po Φ;
  • Cinq axes de déplacement :
    • Axe X – table; déplacement de 33 po, vitesse de 0-100 po/min;
    • Axe Y – canon; déplacement de 50 po, vitesse de 0-100 po/min;
    • Axe Z – table; déplacement de 30 po, vitesse de 0-100 po/min;
    • R – table; vitesse 0-10 tr/min;
    • T1 – table; de -10 à 90°, vitesse de 0-6°/s (1 tr/min);
    • T2 – canon; de -10 à 90°, vitesse de 0-30°/s (5 tr/min).
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