Contribution à l'optimisation des traitements laser en phase solide : Caractérisation des répartitions énergétiques et modélisation de l'interaction laser-matériau

= Contribution to the optimization of laser treatments in solid state Characterization of energy repartitions and modelization of the laser-material interaction

• Auteur / Autrice : Carlos Rego de Oliveira
• Direction : Jacques Merlin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitements de surface

Solides

Faisceaux laser

Résumé

Dans le cadre d'une action ayant pour objectif l'optimisation et le contrôle du ''Process laser'' en vue d'applications en traitements superficiels, la présente étude a été lus spécialement consacrée à la caractérisation des répartitions énergétiques des faisceaux laser et à la modélisation de l'interaction laser-matériau. Pour cela ont été dégagés des paramètres pertinents intervenant dans la description des effets induits et permettant de décrire des répartitions énergétiques plus ou moins complexes. Une· méthode- d'évaluation expérimentale de ces paramètres a été développée. Ensuite un modèle permettant de prévoir plus rapidement qu'avec les méthodes de calcul numériques classiques les champs de température superficielle avec une précision acceptable pour une utilisation en contrôle, en temps réel, a été proposé. La validation du modèle a été réalisée au moyen d'une confrontation avec le suivi expérimental de l'évolution des températures de surface au moyen d'une caméra IR à balayage pour différents types de répartitions énergétiques incidentes et en situation de faisceau fixe ou mobile. Enfin, une attention plus particulière a été portée à l'étude de l'absorption d'un rayonnement IR par un substrat revêtu ou non en vue de proposer des solutions permettant l'amélioration du couplage dans le cas du traitement des matériaux métalliques.

In order to optimize and control the ''laser process'' in surface treatments of materials, this work concerns specially the characterization of energy repartitions laser beams and the modelling of the laser-material interaction. We define some relevant parameters taking place in the description of the induced effects and allowing to describe energy repartitions with a more or less complexity. Therefore, a method to evaluate experimentally these parameters is developed. Then we propose a model that allows a much more rapid prevision of surface temperature fields than by numerical methods and with an acceptable accuracy for an utilization in line control. The validation of this model is carried out by means of surface temperature measurements using a scanning IR camera. This comparison between theory and experiments is done for different types of incident energy repartitions in stationary and moving beam situation. Finally our attention is turned to the study of the absorption of an IR radiation by a substrate with or without a coating in order to propose some solutions to improve the energetic efficiency during laser treatments of metallic materials.