Calcul des effets thermiques induits par un dispositif optique permettant de condenser un faisceau laser de puissance en une tache rectangulaire

(Reçu le 31 décembre 1992, révisé et accepté le 7 avril 1993)

Abstract
In order to increase the quality of surface treatments of metallic materials by laser, we realized a device able to focuse a laser beam in a rectangular spot with an energy repartition more or less homogeneous depending of the wished treatments. Thermal treatments have already been realized with this device. This work using some reducing assumptions wants also compute a code leading to the determination of the temperature fields during laser treatments with this kind of device. The usual calculations considering incident laser beam as a beam with homogeneous or Gaussian energy repartition do not give indeed correct results in this case. Comparing our calculations with experimental results, we show the validity of our approach and the possibility to predict the affected zones shape for given treatment conditions.

Résumé
Dans le but d'améliorer la qualité des traitements superficiels des matériaux métalliques par laser de puissance, nous avons précédemment réalisé un dispositif susceptible de condenser un faisceau laser de puissance en une tache de forme rectangulaire avec une répartition de densité de puissance plus ou moins homogène suivant les traitements souhaités. Des traitements thermiques ont déjà été développés avec ce dispositif. Le présent travail a pour objectif de mettre au point un code de calcul simplifié permettant d'évaluer la répartition de température durant le traitement avec ce dispositif. En effet, les calculs habituels qui considèrent le faisceau laser incident comme étant de section circulaire avec des répartitions homogène ou gaussienne ne peuvent pas donner des résultats corrects dans le cas des formes de taches envisagées. De plus, en comparant avec des résultats expérimentaux nous montrons la validité des calculs théoriques et la possibilité de prévoir théoriquement la forme des zones transformées martensitiquement pour des conditions de traitement données.