LASER-PEENING-MOTION

Choc Laser

Le Choc Laser est capable avec une très grande précision d’introduire des contraintes résiduelles de compression extrêmement profondes dans des zones spécifiques de composant, ce qui permet d’augmenter la tenue à la fatigue en retardant l’initiation et la propagation de fissures.

Le Choc Laser n’est pas un procédé de substitution au grenaillage de précontrainte traditionnel (Shot Peening), mais il offre des possibilités supplémentaires.

Avantages du Choc Laser

  • Les fortes profondeurs de contraintes résiduelles permettent une meilleure résistance:
    • en fatigue oligo-cyclique (fortes contraintes appliquées / faibles nombre de cycles
    • en fatigue poli-cyclique (faibles contraintes appliquées / forts nombre de cycles) dans un environnement détériorant la surface
    • dans des conditions d’érosion, d’impacts subis en service, de
  • fretting fatigue et fretting corrosion
  • Le plus faible écrouissage subit par la matière permet une plus faible relaxation des contraintes résiduelles sous fortes charges et/ou à forte température
  • Pas de contamination par les billes
  • Très faible altération de la rugosité
  • Très grande précision et répétabilité du procédé

Applications du Choc Laser

Le Choc Laser est utilisé pour prolonger la durée de vie de composants aéronautiques critiques tels que les moteurs, les trains d’atterrissage, les structures.

Le Choc Laser est aussi utilisé dans des applications de formage, et il permet en comparaison du formage par grenaillage traditionnel d’obtenir des rayons de courbures plus faibles du fait de la plus forte profondeur plastifiée ; cela rend possible la fabrication de profils de voilures plus efficace et consommant moins de carburant.

Des applications se développement également dans les domaines de l’automobile, des turbines terrestres, du stockage de déchets nucléaires, du forage pétrolier, des implants médicaux et du matériel de sport.

Procédé du Choc Laser

Laser-Peening-diagram Laser-Peening-diagram

Description du procédé de choc laser : (a) la pièce est revêtue d’une couche de protection sacrificielle puis recouverte d’une pellicule d’eau. (b) L’impulsion laser forme un plasma à haute pression en surface, qui produit une onde de pression traversant la pièce et générant une déformation plastique.

Un faisceau laser Nd:glass pulsé, typiquement caractérisé par une énergie de 25 Joules et une durée de 18 nanosecondes, est projeté sur une surface afin d’introduire des contraintes résiduelles de compression. La surface de la pièce à traiter peut être recouverte d’un matériau agissant comme couche sacrificielle et protection thermique. La surface peut aussi être traitée directement, ce qui nécessite alors un enlèvement postérieur de matière sur quelques microns de profondeur.

Un film d’eau s’écoule en continue sur la surface de la pièce. Les photons du laser traversent cette couche d’eau transparente et sont absorbés par la couche sacrificielle ou le métal de la pièce en l’absence de couche sacrificielle. Cette absorption ionise et vaporise rapidement le matériau en surface et crée un plasma qui absorbe le reste de l’impulsion laser.

La pression du plasma ainsi formé atteint 100 kBar (1T / cm2) et est confiné par l’inertie de la couche d’eau s’écoulant sur la surface. Cette très forte augmentation de pression crée une onde de choc qui pénètre sous la surface et plastifie la sous-couche

La déformation plastique génère une contrainte résiduelle de compression atteignant 1 à 8 mm de profondeur selon le matériau traité et les paramètres procédé. Cette forte profondeur de contrainte résiduelle crée une barrière contre les endommagements en service, l’initiation et la propagation de fissures, augmentant ainsi la durée de vie de la pièce et la résistance à la corrosion sous contrainte, au fretting fatigue et fretting corrosion

Choc Laser sur aluminium AI 6061-T6

Laser-Peening

Les multiples impacts du Choc Laser sur une surface pré-définie créent une contrainte résiduelle de compression en surface et en sous-couche. Les paramètres procédé sont adaptés en fonction de la pièce à traiter et des mécanismes d’endommagement, ce qui permet une augmentation de la charge admissible sur les pièces ayant des critères de légèreté.

Les bénéfices des contraintes résiduelles exceptionnellement profondes sont illustrés par la courbe de Wöhler ci-dessus. Les essais de fatigue ont été réalisés sur des échantillons non traités, grenaillés de façon conventionnelle (shot peening), et traités par Choc Laser.

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