Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 735-745 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002208073500

Intérêts et difficultés de la mise en oeuvre du traitement thermique des matériaux métalliques par lasers

J. Merlin et J. Dietz

C.A.L.F.E.T. MAT., G.E.M.P.P.M., U.A. 341, I.N.S.A. Bât. 502, 69621 Villeurbanne Cedex, France

Abstract
Laser application projects in metallic materials heat treatment are more and more numerous but they are not always realistic. Therefore it has been tried to take stock of capacities and limits of this technology. With this intention, existing source characteristics and elementary heat conduction and microstructural transformations theories have been considered. Issuing from these, only a short number of sources are fit for use in this type of applications, and working parameters (power, interaction time and beam size) may be chosen in a very short range, whatever the nature of the microstructural transformation and the alloy are. Furthermore, the compulsory interdependence between actual treatment parameters (temperature, duration, heating and cooling rates) needs a real knowledge of the metallurgical elementary phenomena and a true control of the source characteristics. This control passes through the realization of much more sophisticated devices than those presently existing for welding and cutting in manufacturing. Particularly real time measurements of beam characteristics (power and energy distribution) induced effects (reached surface temperature, and others) and the source control by them are necessary.

Résumé
Les projets d'applications des lasers en traitement thermique des matériaux métalliques sont de plus en plus nombreux mais pas toujours réalistes ; on a donc essayé de faire le point sur les possibilités et les limitations de cette technologie. Pour cela, on est parti des caractéristiques des sources existantes, des théories élémentaires concernant les phénomènes de transfert thermique et les transformations microstructurales. Il en ressort qu'un nombre restreint de sources sont utilisables pour ce type d'applications et que les paramètres de traitement (puissance, temps d'interaction, dimension du faisceau) ne peuvent être choisis que dans une gamme très étroite, quelle que soit la nature de la transformation microstructurale recherchée et l'alliage retenu. En outre, l'interdépendance inéluctable des paramètres effectifs de traitement (température, temps de maintien, vitesses de chauffage et de refroidissement) demande une bonne connaissance des phénomènes métallurgiques élémentaires et une grande maîtrise des caractéristiques de la source. Cette maîtrise passe par la réalisation d'installations plus sophistiquées que celles actuellement existantes dans l'industrie pour les applications de type découpe et soudage. Elle nécessite en particulier le suivi en temps réel des caractéristiques du faisceau (puissance, répartition d'énergie) et des effets induits (température de surface atteinte...) et la régulation de la source à partir de ces grandeurs.

PACS
4260K - Laser beam applications.
8140G - Other heat and thermomechanical treatments.

Key words
laser beam applications -- heat treatment -- metallic materials -- lasers -- heat conduction -- microstructural transformations