L’apport de chaleur déterminé lors des essais de qualification était en moyenne de 50 J/mm environ et donc nettement inférieur aux valeurs TIG typiques de 300-800 J/mm pour des épaisseurs de matériau comparables.

Soudage laser manuel

Aciers inoxydables de grande épaisseur

Nouvelles possibilités de précision, d’efficacité et de réduction de l’apport de chaleur dans la construction métallique moderne.

Texte et photos : Eros Togni Metalcostruzioni SA

Le perfectionnement des procédés d’assemblage permet d’améliorer l’efficacité et la qualité dans la construction métallique. Dans ce domaine, Eros Togni Metalcostruzioni SA allie savoir-faire artisanal traditionnel et technologies de fabrication modernes.
L’entreprise a récemment obtenu l’une des premières qualifications de procédés pour les aciers inoxydables de grande épaisseur selon ISO 15614-11:2025. Le procédé qualifié, le soudage laser manuel (HLBW), était limité aux tôles fines ou aux applications de microsoudage il y a quelques années encore.
L’analyse suivante met en lumière les effets techniques, métallurgiques et constructifs du soudage laser manuel sur de grandes épaisseurs ainsi que ses différences avec les procédés conventionnels à l’arc tels que MIG/MAG et TIG.

Physique et cinématique de processus du soudage laser manuel

La technologie HLBW (Hand Laser Beam Welding) est basée sur des sources laser à fibre à haute densité de puissance. Contrairement aux processus à l’arc, le laser concentre ici l’énergie sur un point de quelques fractions de millimètre, avec pour résultat un effet dit de trou de serrure, dans lequel un capillaire de vapeur pénètre dans le matériau.
L’apport de chaleur déterminé lors des essais de qualification était en moyenne de 50 J/mm environ et donc nettement inférieur aux valeurs TIG typiques de 300-800 J/mm pour des épaisseurs de matériau comparables. Cela réduit considérablement la zone affectée thermiquement (ZAT), les tensions internes et les déformations thermiques.

Analyse métallurgique : structure à grains fins et ténacité

L’une des principales constatations des essais en laboratoire concerne la vitesse de refroidissement élevée du bain de fusion. La vitesse d’avance élevée et le faible volume de fusion sont à l’origine d’un gradient thermique prononcé qui réduit la croissance des grains et favorise une structure plus fine.
Ceci a plusieurs avantages :
1. Des propriétés mécaniques améliorées grâce à des structures plus fines.
2. Une ténacité accrue et un risque réduit de friabilité, en particulier pour les applications structurelles.
3. Une meilleure résistance à la corrosion grâce à la réduction de la durée de maintien à des températures critiques pour les précipitations de carbure de chrome.

Exigences normatives : ISO 15614-11:2025

La qualification des instructions de soudage laser manuel est basée sur la norme ISO 15614-11:2025. Par rapport aux procédés classiques à l’arc, la norme définit des champs d’application plus spécifiques et parfois plus étroits.
L’une des principales différences réside dans le domaine de qualification réduit. Des modifications de paramètres tels que la puissance du laser, la vitesse d’avance, la fréquence de modulation ou la géométrie des joints peuvent déjà nécessiter un nouveau WPQR. Cela accroît les exigences de planification des processus, de reproductibilité et d’assurance qualité.

« Les résultats de la qualification des procédés montrent que les procédés de soudage laser manuel conviennent aujourd’hui aussi aux applications plus exigeantes avec des matériaux plus épais. »

Défis opérationnels et conditions d’atelier

Malgré ses avantages techniques, le soudage laser manuel de grandes épaisseurs de paroi nécessite un guidage précis du processus. Les raisons sont les suivantes :

Tolérances d’assemblage (fit-up)
Le faisceau laser focalisé réagit de manière sensible aux fentes et aux ouvertures de joints. Alors que les processus MIG peuvent combler des fentes plus importantes, le soudage laser requiert une préparation plus précise des cordons. L’oscillation de faisceau (« wobbling ») permet toutefois aussi de maîtriser les petites fentes.

Systèmes de serrage et de fixation
De faibles déformations thermiques peuvent impacter la bande de soudage. Les dispositifs de serrage rigides améliorent donc la stabilité du processus, même si les moyens de serrage conventionnels en atelier suffisent dans de nombreux cas.

Conduite du gaz de protection
Un acheminement stable et laminaire du gaz de protection est décisif pour éviter l’oxydation et la formation de pores. La procédure est très similaire à celle du soudage TIG.

Illustration 1 : Dans la construction métallique classique, le dimensionnement des soudures d’angle est basé sur la cote A extérieure, et la pénétration n’est souvent prise en compte que de manière limitée.

Design for Laser Welding

La technologie HLBW permet de nouvelles approches pour de grandes épaisseurs de paroi. Dans la construction métallique classique, le dimensionnement des soudures d’angle est basé sur la cote A extérieure (illustration 1), et la pénétration n’est souvent prise en compte que de manière limitée.
Des profondeurs de pénétration atteignant 5 mm ont été obtenues en un seul passage lors des tests (illustration 2). Il en résulte des avantages constructifs :
• Réduction de l’espace requis :
Il est possible de réduire la cote A extérieure en conservant la résistance mécanique, pour un montage dans des espaces restreints.
• Efficacité des joints en T :
Comme le montre la coupe macro (illustration 3, macro joint en T ), il est possible d’obtenir un soudage à cœur complet de la section verticale avec deux passes de soudage latérales (une par côté). Cela garantit une continuité structurelle totale qui nécessiterait des chanfreins longs et fastidieux (préparations V ou HV) dans les procédés à l’arc.

Illustration 2 : Des profondeurs de pénétration atteignant 5 mm ont été obtenues en un seul passage lors des tests.

Possibilités d’utilisation

Architecture en acier inoxydable :
Le soudage laser permet d’obtenir des surfaces visibles de qualité en réduisant le ponçage, le satinage et le décapage. Les décolorations dues à la chaleur diminuent aussi nettement.

Construction métallique et de machines :
Le faible apport de chaleur réduit au minimum les déformations et les travaux de dressage ultérieurs. Il est ainsi possible de fabriquer et monter efficacement des composants préfabriqués avec précision.

Secteur alimentaire et pharmaceutique :
Les surfaces lisses et la faible oxydation améliorent les possibilités de nettoyage et la résistance à la corrosion : des exigences importantes pour les applications hygiéniques et les processus CIP.

Transports et domaine ferroviaire :
L’apport de chaleur réduit et les tensions internes contrôlées ont un effet positif sur la résistance à la fatigue et le comportement à long terme des composants porteurs.

Focalisation sur l’acier inoxydable :
La technologie laser présente des avantages particuliers pour les aciers inoxydables :
• Précipitations réduites de carbure de chrome
• Couleurs de revenu et traitement ultérieur réduits
• Meilleure stabilité de forme
• Moins de procédés de dressage à chaud

Illustration 3 : La macro joint en T montre qu’il est possible d’obtenir un soudage à cœur complet de la section verticale avec deux passes de soudage latérales.

Eros Togni Metalcostruzioni SA : innovation dans la construction métallique

Avec la qualification du soudage laser manuel, Eros Togni Metalcostruzioni SA élargit son spectre technologique dans le domaine des constructions métalliques exigeantes.
L’accent est mis sur les points suivants :
• Des processus de fabrication innovants
• Une qualité mécanique et optique élevée
• Un post-traitement réduit
• Des solutions conformes aux normes et certifiées

Conclusions

Le soudage laser manuel (HLBW) est un développement significatif des technologies d’assemblage modernes dans la construction métallique. Le faible apport de chaleur, la vitesse de processus et le gauchissement réduit offrent de nouvelles possibilités de qualité de fabrication, de stabilité dimensionnelle et d’efficacité pour les aciers inoxydables.
Les résultats de la qualification des procédés montrent que les procédés de soudage laser manuels conviennent aujourd’hui aussi aux applications plus exigeantes avec des matériaux plus épais, si les exigences de préparation de cordon, de paramétrage et d’assurance qualité sont respectées.
Ce procédé ne remplace pas les processus conventionnels à l’arc, mais il élargit le spectre technologique des entreprises modernes de construction métallique, là où les exigences de précision, de qualité de surface et de réduction du post-traitement sont élevées.
En qualifiant la procédure selon ISO 15614-11:2025, Eros Togni Metalcostruzioni SA souligne son orientation sur des technologies innovantes et axées sur la qualité dans la construction métallique suisse.

Questions fréquentes sur le soudage laser manuel

Le soudage laser manuel permet-il de gagner du temps ?
Oui, ce procédé permet souvent des vitesses de travail plus élevées que le procédé TIG et parfois le procédé MIG. L’apport de chaleur, le gauchissement et le post-traitement sont nettement réduits.

La technologie permet-elle des économies ?
Oui, à long terme, en particulier pour les fabrications récurrentes ou axées sur la précision. Des déformations et des post-traitements moins fréquents réduisent les temps de fabrication et les coûts totaux.

La procédure requiert-elle du personnel spécialisé ?
Oui. Malgré sa grande stabilité, le soudage laser manuel nécessite un personnel qualifié avec des connaissances de sécurité laser, de paramétrage et de contrôle des processus.

Quels sont les investissements nécessaires ?
L’introduction de cette technologie nécessite des investissements dans l’installation laser, la technique de sécurité, la formation et l’infrastructure. Ce procédé complète de manière ciblée les procédés de soudage conventionnels là où la précision, la qualité de surface et l’efficacité sont décisives. ■

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