D'une manière générale, l'expression "à la volée" fait référence à l'exécution de tâches de manière dynamique et en temps réel, sans arrêter ou interrompre le processus global. Dans le monde de la fabrication automatisée, le soudage laser à la volée incarne ce concept en permettant un soudage continu alors que la pièce ou la tête de soudage reste en mouvement.
Alors que les industries continuent à rechercher une production plus rapide et plus intelligente, cette méthode de soudage gagne du terrain dans les environnements de fabrication avancés. Cet article explique ce qu'est le soudage laser à la volée, comment il fonctionne et quels sont les principaux avantages qu'il offre aux fabricants.
Qu'est-ce que le soudage laser à la volée ?
Le soudage à la volée (OTF), également appelé soudage à la volée et parfois soudage par scanner, est un procédé de soudage laser automatisé qui utilise un système de balayage laser pour réaliser des soudures alors que la tête du procédé de soudage ou les composants cibles se déplacent continuellement.
Il est nécessaire d'examiner d'abord d'autres méthodes courantes de soudage laser automatisé pour comprendre le principe de base du soudage à la volée. Ces méthodes peuvent être considérées comme des approches "d'arrêt et de démarrage" du soudage au laser.
Grande vitesse : soudage laser avec arrêt et démarrage à l'aide d'une tête de soudage fixe
Méthode la plus simple et la plus courante de soudage au laser, les têtes de soudage laser fixes dirigent le faisceau vers une position stationnaire, directement sous l'optique. Il existe quelques exceptions, principalement pour les têtes de soudage conçues pour le "soudage par oscillation" qui utilisent un petit champ de vision pour créer des motifs de joints de soudure.
Pour réaliser des soudures plus importantes que la taille du point du faisceau ou pour effectuer une série de soudures individuelles, il est nécessaire de déplacer soit la tête de soudage fixe, soit les pièces à souder. La première solution est la plus courante, car elle est assez facile à réaliser.
Vitesse plus élevée : soudage laser avec arrêt et démarrage à l'aide d'une tête de balayage
Également appelées scanners et têtes de balayage galvées, les têtes de balayage laser utilisent un galvanomètre pour dévier les faisceaux laser par la rotation d'une série de miroirs judicieusement placés. Cette conception permet de guider ou de "balayer" le faisceau sur un large champ de vision. L'optique de balayage permet ainsi de créer de longs joints, des motifs de soudure complexes et de nombreuses soudures individuelles, alors que la tête de balayage et les pièces restent immobiles.
Le soudage par scanner est couramment utilisé pour des applications avancées et à haut rendement, comme le soudage de batteries. Cependant, si le soudage avec une tête de balayage réduit la fréquence à laquelle un système doit s'arrêter, il n'élimine pas complètement ce besoin. En outre, le soudage sur les bords du champ de vision d'une tête de balayage entraîne de subtiles distorsions dans la focalisation du faisceau, ce qui peut poser des problèmes dans les applications de haute précision avec des fenêtres de processus étroites.
Les difficultés rencontrées sur les bords du champ de vision peuvent être réduites en n'utilisant qu'une petite partie du champ du scanner. Cela permet de créer un point plus uniforme, mais nécessite de repositionner le scanner plus fréquemment pour couvrir la zone de soudage. Le repositionnement du scanner est un processus relativement lent qui réduit considérablement le rendement global.
La plus grande vitesse : Soudage à la volée avec une tête de balayage
Heureusement, la puissance du balayage laser peut être encore améliorée pour permettre la création de modèles de soudure complexes pendant que les optiques sont en mouvement ou que les pièces se déplacent sous elles. Cette méthode permet de réduire considérablement la fréquence des arrêts du système.
Lors de l'utilisation d'une tête de balayage laser pour le soudage à la volée, seule une petite partie du champ de vision est généralement utilisée. En d'autres termes, l'optique est maintenue la plupart du temps directement au-dessus de la cible de soudage, même lorsque les éléments du système sont en mouvement. Cela permet d'éliminer pratiquement toutes les distorsions des caractéristiques du point laser causées par l'orientation du faisceau vers les bords du champ de vision du scanner.
Étant donné que le soudage à la volée ajuste dynamiquement la focalisation et la trajectoire du faisceau laser, cette méthode permet également de tenir compte automatiquement des variations de hauteur et des géométries tridimensionnelles des pièces sans modifier la distance relative de la tête de balayage par rapport à la pièce.
Comment fonctionne le soudage à la volée
Lors du soudage alors que le scanner ou les pièces sont en mouvement, la configuration du faisceau créée par l'optique doit compenser ce mouvement. Cela nécessite une intégration étroite des composants du système.
Pour les applications de haute précision et à haut débit telles que le soudage de batteries, la combinaison d'un portique et d'un scanner est souvent optimale. Dans cet exemple, le contrôleur du scanner suit la position et la vitesse du scanner et compense la trajectoire du faisceau pour créer la forme de soudure correcte au bon endroit. Alors que les techniques traditionnelles de soudage par scanner ont pour tâche relativement simple de "dessiner" la forme souhaitée à partir d'une position fixe, le soudage à la volée doit guider le faisceau le long d'une trajectoire qui diffère de la soudure finale sur la base de calculs en temps réel.
Pour illustrer ce concept, considérons un cordon de soudure circulaire, une forme assez courante dans les applications de soudage par scanner. Comme le montre l'image de gauche ci-dessus, le logiciel du scanner guide le faisceau pour créer une forme de boucle. La soudure finale qui en résulte, illustrée à droite, est le cercle parfait souhaité.
La manière dont les trajectoires et les vitesses des faisceaux sont calculées dépend d'une série de facteurs tels que la vitesse, la trajectoire et la forme souhaitée de la soudure finale. Le type de mouvement - portique, robotique ou convoyeur - est également important.
Avantages du soudage à la volée
Efficacité et rendement accrus : En réduisant considérablement le nombre de démarrages et d'arrêts nécessaires, le soudage à la volée élimine efficacement les intervalles non productifs qui seraient autrement consacrés au changement de position des pièces ou des optiques. Pour les lignes de production qui doivent souder de grandes quantités de pièces individuelles, effectuer de nombreuses soudures sur la même pièce ou réaliser de nombreuses soudures longues et continues, il est généralement possible de multiplier la productivité plusieurs fois avec le soudage à la volée.
Précision et fiabilité accrues : le soudage à la volée calcule et ajuste en permanence les paramètres de soudage pour tenir compte des mouvements continus. Le faisceau laser est ainsi ciblé avec précision tout en conservant des propriétés optimales. En outre, comme la tête de balayage utilise un champ de vision limité, les résultats de soudage sont plus cohérents et prévisibles, ce qui permet de rester plus facilement dans des fenêtres de processus étroites.
Flexibilité : le soudage à la volée peut être utilisé lorsque la tête de lecture est en mouvement dans des applications où de nombreuses soudures individuelles doivent être réalisées sur une grande pièce, comme pour le soudage de barres de batterie. Le soudage à la volée peut également être utilisé lorsque la tête de lecture reste stationnaire et que de nombreuses petites pièces sont déplacées en dessous, par exemple pour le soudage d'éléments de batterie individuels se déplaçant le long d'un convoyeur rotatif.
En outre, le soudage à la volée fonctionne avec un portique à trois axes et un système cartésien, ainsi qu'avec un système robotique.
Compatibilité avec d'autres technologies de soudage laser : le soudage à la volée peut être utilisé avec d'autres technologies de soudage laser bénéfiques qui modifient les caractéristiques du faisceau et contrôlent le processus de soudage.
Par exemple, le soudage à la volée est compatible avec les lasers à double faisceau qui améliorent la qualité de la soudure et réduisent les projections. Le soudage à la volée peut également être intégré à la mesure directe de la soudure au laser en temps réel, une forme de contrôle du processus qui aide les fabricants à suivre les caractéristiques clés de la soudure, telles que la profondeur de la soudure.
Les capacités actuelles du soudage à la volée
La technologie de soudage à la volée est proposée par un nombre limité de fournisseurs de technologie laser. Les calculs et la programmation avancés qui permettent le soudage à la volée signifient que, bien que puissantes, les capacités et les fonctionnalités exactes sont étroitement surveillées.
Dans le cas de la technologie de soudage à la volée développée par IPG Photonics, des vitesses de soudage allant jusqu'à 1 000 soudures par minute ont été démontrées, même lors du soudage de motifs de soudure plus complexes tels que des spirales.
La technologie de soudage à la volée d'IPG est également compatible avec les lasers AMB monomodes à double faisceau et la mesure en temps réel des soudures par LDD (brevet en instance).
Quelles sont les industries et les applications qui bénéficient du soudage à la volée ?
Le soudage à la volée est une technologie relativement nouvelle, mais elle offre des avantages considérables en termes de productivité, de qualité et de fiabilité pour un grand nombre d'industries et d'applications.
Soudage de véhicules électriques et de batteries : utilisé par certains des plus grands constructeurs de véhicules électriques au monde, le soudage OTF répond naturellement aux exigences extrêmes de débit et de précision de l'industrie des véhicules électriques et des batteries.
On-the-fly welding, particularly in conjunction with dual-beam and real-time weld measurement technologies, is a powerful welding method for applications like battery cell-to-busbar welding, lid-to-can welding of battery cells, battery cold plate welding, and bipolar plate welding for fuel cells.
Automobile : bien qu'elle soit liée à l'industrie des véhicules électriques, l'industrie automobile dans son ensemble bénéficie également des capacités de production améliorées offertes par le soudage à la volée. Le soudage à la volée est bien adapté au soudage de pièces de tôle sur la carrosserie. Le soudage à la volée est également prometteur pour le soudage de diverses autres pièces automobiles utilisées dans les moteurs et les transmissions des véhicules.
Aérospatiale : la plupart des avantages offerts par le soudage OTF peuvent être appliqués à la grande variété de soudures requises dans l'industrie aérospatiale. Tout comme l'industrie de l'e-mobilité, l'industrie aérospatiale a souvent besoin d'un débit élevé et d'une grande précision.
Fabrication générale : en tant que méthode de soudage flexible utilisée à la fois pour le micro-soudage et le soudage structurel, le soudage à la volée est bien adapté à de nombreuses applications générales qui bénéficient d'une productivité accrue.
Démarrer avec le soudage à la volée
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