Caracterisation du plasma d'interaction laser-matiere obtenu lors du soudage de cibles metalliques. Contribution au controle du procede

par MAMADOU KANE

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de J. FONTAINE.

Soutenue en 1996

à Strasbourg 1 .


  • Résumé

    Cette these porte sur la caracterisation du soudage par laser co#2 continu de forte puissance, en vue d'elaborer un controle du procede en temps reel. Les materiaux traites sont de l'acier doux e24 et un alliage d'aluminium, al 5083. Les gaz de protection utilises sont l'helium et l'argon. Le procede a ete fait dans des conditions proches des conditions industrielles du soudage laser. Ce memoire est compose d'une etude theorique et d'une partie experimentale. Dans la partie theorique, nous presentons d'abord les aspects macroscopiques du principe du soudage par laser et nous montrons que sa reussite technologique incontestable doit beaucoup a des connaissances empiriques. Les techniques utilisees pour eliminer les nombreux inconvenients lies a un ecart des parametres de leur valeurs optimales sont presentees. Cela permet de donner une premiere approche du comportement et des effets contradictoires du plasma lors de l'interaction entre le faisceau de puissance et le materiau. Nous etudions aussi l'interaction entre une source laser continue de forte puissance (5000 w) et un metal et les mecanismes de formation du plasma. Nous dressons un inventaire des processus interdependants et de leurs effets sur le procede ; cela permet de definir l'expression analytique du seuil d'absorption suffisante a un regime de soudage profond. Nous montrons que le plasma joue un role equivoque, etant soit une source d'energie secondaire, soit un ecran total au faisceau qu'il absorbe au detriment de l'efficacite du procede. Enfin les methodes des diagnostic les plus courantes utilisees actuellement (optiques, acoustique, imagerie) sont presentees avec les outils theoriques permettant de mieux comprendre les phenomenes intervenant au niveau macroscopique. La partie experimentale reunit tous les elements utiles a l'acquisition et au traitement des dizaines de signaux emis par le plasma. Nous optimisons les parametres du procede par la determination des maxima de l'elancement, rapport entre la profondeur et la largeur du cordon de fusion et critere de qualite pertinent pour l'evaluation du procede. Nous montrons que l'elancement est maximal pour le minimum d'intensite d'emission du plasma dans le spectre uv et nous soulignons l'importance de l'autoabsorption dans ce phenomene. Nous effectuons ensuite une analyse temporelle de l'emission du plasma qui confirme ce resultat et qui ouvre surtout des voies interessantes pour un controle du procede au moyen de detecteurs photoelectrique et/ou pyroelectrique. Nous mettons aussi en evidence la relation entre l'evolution du pic de la frequence d'excitation rf du laser de puissance (24,7 khz) et celle des conditions d'interaction. Cette etude a permis de tester une methodologie d'analyse facile a mettre en place pour une meilleure comprehension des aspects macroscopiques du procede et a les relier a des phenomenes physiques par ailleurs plus complexes. Ces resultats originaux pourront etre etendus a d'autres materiaux ; l'etude entamee avec des cibles en aluminium pourrait notamment etre avantageusement approfondie. Une plus grande maitrise du procede par un controle simple devrait permettre un developpement dans l'industrie d'un outil au potentiel d'evolution enorme et c'est sans doute la un des axes de recherche prioritaires dans le proche avenir

  • Titre traduit

    Characterization of the plasma of laser-matter interaction during the welding of metal targets laser welding: contribution to the process control


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Informations

  • Détails : 133 P.
  • Annexes : 91 REF.

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  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.1996;2430
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : H 503.000,1996
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