Brevet FR2128872A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne le souclage et plus particulièrement le soudage au moyen d'ion faisceau laser. Des soudures à pénétration profonde, ayant un rapport proforifeur à largeur élevé, peuvent être produites sous des conditions appropriées. 5 Le soudage au moyen d'un faisceau d'électrons focalisé est bien connu par l'état de la technique, cette technique de soudage est utilisée depuis plusieurs années dans l'industrie. Depuis l'invention du laser, beaucoup de chercheurs trouvèrent qu'un faisceau focalisé de lumière cohérente pouvait aussi être utilisé 10 pour le soudage. Des soudures produites avec succès au moyen d'un faisceau laser ont été décrites dans plusieurs publications. Cependant, des soudures à pénétration profonde, produites couramment par la technologie du faisceau d'électrons, n'ont pas encore été réalisées en utilisant un faisceau laser, à l'exception de la 15 présente invention. Le phénomène de soudage à pénétration profonde avec un faisceau d'électrons fut découvert et divulgué par Steigerwald dans son brevet US, n° 2.987.610. En général, avant la découverte du phénomène de soudage à pénétration profonde, les soudures furent produites même avec les faisceaux d'électrons 20 simplement par conduction de chaleur plutôt que par un transfert d'énergie direct. Dans les soudures par conduction de chaleur, l'énergie est fournie à la surface du matériau et se propage dans le matériau par conduction thermique. La conduction est un procédé relativement lent et la chaleur- se déplace uniformément 25 dans toutes les directions à partir de la source vers le matériau homogène. La vitesse de soudage est par conséquent limitée et la soudure présente une partie hémisphérique avec une largeur approximativement égale à la profondeur. Avec la découverte du soudage par faisceau d'électrons à pénétration profonde ou le soudage se 30 fait par un transfert direct de l'énergie, il fut possible de produire des soudures profondes et étroites avec un rapport profondeur è. largeur de 20 à 1 et plus. Avec ce genre de soudure, les dommages métallurgiques aux parties de la pièce adjacente à la soudure peuvent être évités, et l'on peut obtenir des soudures 35 plus solides et plus propres. La déformation thermique est aussi minimisée puisqu'un minimum d'énergie est utilisé pour effectuer la soudure. Avec la venue du soudage à pénétration profonde, le soudage par faisceau d'électrons et son emploi par l'industrie ont augmentés substantiellement. 40 un désavantage du soudage par faisceau d'électrons est 72 08572 2 2128872 le fait qu'une chambre à vide complexe et coûteuse est nécessaire pour la plupart des soudures parce que la densité d'énergie focalisée disponible des électrons mobiles diminue rapidement dans l'atmosphère, ceci étant provoqué par des collisions avec les mo-5 lécules d'air. Récemment on a fait porté des améliorations aux machines à souder sans chambres à vide, mais une chambre à vide est encore nécessaire pour produire le faisceau d'électrons, et la pièce à souder doit être placée immédiatement adjacente à la sortie du faisceau d'électrons sortant de la chambre à vide dans 10 les situations de soudage dîtes sans vide. Ceci a pour résultat une restriction de la géométrie des soudures possibles, et le rapport profondeur à largeur des soudures est réduit substantiellement . Il est connu que le soudage par laser a un avantage sur 15 le soudage par faisceau d'électrons, du fait qu'il ne nécessite pas une chambre à vide pour la pièce à souder puisque le faisceau laser est propagé facilement à travers l'atmosphère. Un avantage supplémentaire du soudage par faisceau laser est le fait que le faisceau peut être réfléchi, focalisé et dirigé directement et 20 plus facilement qu'un faisceau d'électrons similaire. En outre, aucune protection contre des rayons X n'est nécessaire comme ceci est le cas pour l'équipement à faisceau d'électrons. Cependant, avant la présente invention, il n'était pas possible de réaliser une soudure à pénétration profonde avec un faisceau lasey, réduisant 25 ainsi le soudage au laser aux types de soudures par conduction de chaleur, ce qui dans bien des cas peut aussi bien être réalisé avec un appareil à souder conventionnel. Le prix élevé de l'équipement puissant au laser ne justifie pas son emploi pour de simples soudures par conduction de chaleur. Beaucoup de chercheurs ont 30 rendu compte d'expériences avec des soudures au laser, mais avec peu de succès pratique. Avant la présente invention, les soudures avec succès furent limitées aux matériaux minces t et les soudures produites star des épaisseurs pratiques furent soit produites trop lentement, soit qu'elles furent d'une mauvaise qualité. La non 35 disponibilité d'ion équipement laser de grande puissance avait l'inconvénient de réduire aussi les puissances disponibles des chercheurs et de réduire la profondeur à laquelle même les soudures conventionnelles à conduction de chaleur pouvaient être réalisées. En outre, le fait que les surfaces métalliques réfléchissent 40 souvent un pourcentage élevé du faisceau laser qui frappe la piè- 72 08572 3 2128872 ce à souder conduisit beaucoup de chercheurs à la conclusion qu'une soudure à pénétration profonde ne pouvait pas être réalisée avec un faisceau laser.Par exemple,dans la revue"Machine Design" du 15. 10.70 et la page 136 et suivantes,les auteurs indiquent que les 5 lasers sont de mauvais instruments pour souder des métaux ayant une épaisseur supérieure à une mince feuille et qu'une épaisseur de 0,1cm est généralement considérée comme étant la limite supérieure pratique pour les soudures au laser.Cet article précise que le faisceau d'électron est plus pratique à l'industrie pour le tra-10 vail des métaux.Certains chercheurs ont utilisés des lasers du type à impulsions pour leurs expériences, mais en plus du problême soulevé par la réflexion,la durée des impulsions présentement disponibles limite les soudures à une épaisseur d'environ 0,16cm.Ceci est dû aux densités de puissance extrêmement élevées obtenues qui 15 ont tendance à vaporiser le matériau sur la pièce à souder et perce un trou plutôt que de produire la fusion et l'écoulement nécessaires pour une soudure. Les lasers continus n'ont pas cette limitation et produisent un faisceau pouvant être mieux contrôlé qui évite beaucoup des désavantages du laser puisé pour les appli-20 cations de soudage. La présente invention surmonte les inconvénients et des systèmes de soudage par faisceau d'électrons et des systèmes de soudage par laser de l'état de la technique. Selon la présente invention, un laser au CO^ amplifie un 25 faisceau laser dans le mode TEM . Le faisceau laser est focalisé oo par un dispositif optique transmetteur ou réflecteur sur le matériau de la pièce à souder. Le faisceau laser est focalisé de façon qu'il a une densité de puissance au point de collision sur 6 8 2 le matériau de la pièce à souder de 3,543x10 ^P/A 0,5x10 W.cm , 3? P étant la puissance du laser et A la surface du point focal. Des puissances de faisceau de l'ordre de 3 killosiatfcs sont nécessaires pour obtenir une pénétration d'une certaine importance. Une soudure à pénétration profonde ou efficace sera produite par xjïiïiou-vement relatif entEe le faisceau laser et la pièce à souder à une 35 vitesse donnée par lOd dans laquelle d est le diamètre du la- *"exp ser au point focal et est la caractéristique du temps pour la vaporisation et l'expulsion (résultat du perçage d'un trou) tel que gouverné par la puissance incidente et la densité de 40 puissance. 72 08572 4 2128872 En. outre, selon la présente invention, la réflexion du faisceau laser de la pièce à souder causée par le facteur de réflexion élevé du matériau devant être soudé doit être surmontée avant que l'on puisse réaliser une soudure à pénétration profonde. Par conséquent, le soudage à pénétration profonde par laser exige que la région du matériau de la pièce S souder directement sous le point focalisé, soit c?tauffée à sa température de vaporisation à un temps égal, à; ou inférieur au temps de diffusion thermique caractéristique dans cette région. De cette façon, le facteur de réflexion élevé du métal pour le rayonnement laser est récuit et son absorption est sccriîe. La densité de puissance nécessaire augmente proportionnellement au pouvoir de diffusion thermique du matériau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annéxés sur lesquels: La Figure 1 est une vue schématique d'un appareil à souder au laser. La Figure 2 représente une soudure bout à bout à pénétration profonde par laser selon l'invention. Les soudures à pénétration profonde, seulement possible jusqu'ici avec des systèmes de soudage par faisceau d'électrons sont caractérisées par des rapports profondeur S largeur substantiellement supérieurs à l'unité, par une faible surface affectée par la chaleur, par une résistance élevée et par un minimum de chaleur d'entrée à la pièce à souder. La réalisation de -fêLles soudures dépend principalement d'une puissance suffisamment élevée et d'une densité de puissance suffisamment élevée à la surface du matériau. Avant cette invention., cette haute densité de puissance ne pouvait être réalisée qu'avec un équipement à faisceau d'électrons. Jusqu'à environ 1965, les soudures à pénétration profonde ne pouvaient être réalisées qu'avec des faisceaux d'électrons avec la pièce S souder disposée dans un système à vide. Par conséquent, la grandeur de la pièce S souder et la vitesse de soudage furent très limitées par les caractéristiques de. la chambre S. vide. Le développement récent d''un équipement de soudage par faisceau d'électrons réalise sans chambre à vide augmenta les capacités de cette technique de soudage notamment sous ccnditicns atmosphériques. Dans les systèmes sans chambre à vide, des chambres pom- COPY 8AD ORIGINAL 72 08572 2128872 pëeê^différentielleiuent et une fenêtre aérodynamique sont utilisées pour diriger le faisceau d'électrons de la chambre à vide jusque dans 15environnement de travail à pression atmosphérique. Cependant, la densité de puissance du faisceau décrcit substantiellement avec une augmentation de la distance de travail du faisceau de l'orifice de sortie, ceci est dû à la dispersion du fa.isceau par le gaz de densité atmosphérique. Ce facteur limite présentement les distances d-e soudage au faisceau d'électrons dans le vide, S environ 1,27cm et restreint ainsi la géométrie de la pièce qui peut être soudée par cette technique. En outre, à cause de la densité de puissance du faisceau , réduite provoquée par la propagation du faisceau dans un environnement à haute pression, les soudures par faisceau d'électrons sans chambre à vide présentent ur_ rapport profondeur à largeur inférieur à celui obtenu par des puissances de faisceau identiques dans le vide. Les possibilités de pénétration de soudure diminuent en conséquence. Un autre inconvénient de la soudure par faisceau d'électrons est le fait qu'il faut prévoir un écran de protection contre les rayons £ par dessus toute la zone de la pièce a scuder. Par contre le soudage au laser présente les avantages suivants: d'abord le faisceau d'énergie peut être transporté sur des distances appréciables à travers l'atmosphère sans sérieusement récuire le pouvoir de focaliser, ensuite une chambre à vide pour la pièce à souder devient superflu, troisièmement, des rayons X ne sont pas produits après collision du faisceau sur la pièce- a souder et quatrièmement, le faisceau peut être facilement dévié, focalisé et for mé "avec un équipement, optique réflecteur et/cu réfractif ordinaire. Un désavantage du soudage au laser est que la plupart des métaux sont très réflecteurs aux longueurs d'onde produites par les lasers C.iï à grande puissance présentement disponibles. A cause de ce fait, beaucoup de chercheurs ont conclu qu'il serait impossible d'obtenir des soudures S profende pénétration avec les lasers, ou que dans le cas ou une telle soudure serait possible, il "faudrait des puissances extrêmement élevées, pour compenser les pertes causées par la réflexion du faisceau. Pour les procédés de soudure ordinaires,' tel que par oxy-acétylène MIG, TIG, S arc submergé etc. l'énergie thermique est fournie à la surface du matériau puis est trs.nspcrtée dans le matériau par conduction thermique. Puisque l'écoulement thermique gc ' BAD QNQu 72 08572 6 2128872 avance uniformément dans toutes les directions de la surface dans les matériaux homogènes, la zone de la soudure présente un rapport profondeur à largeur d'environ l'unité. Pour cette raison il résulte une grande zone affectée par la chaleur, il faut beau-5 coup d'énergie et il se produit des distortions thermiques. Pour les densités de puissance incidente suffisamment élevées qu'on peut atteindre qu'avec un équipement au faisceau d'électrons ou laser, un vide peut être établi dans le matériau, de façon que l'énergie est déposée à travers toute l'épaisseur du matériau. 10 Des réflexions multiples se produisent à 1'intérieur du vide avec une absorption partielle â chaque réflexion. Ainsi, l'énergie est distribuée le long de la surface du vide avec les nombreuses réflexions donnant une absorption essentiellement complète. Le vide produit n'est pas statiquement stable et résulterait en une 15 création d'un trou s'il n'y avait pas un mouvement relatif entre le faisceau et la pièce à souder. Si la pièce à souder est déplacée relative au faisceau de soudage à une vitesse au moins égale à 10 fois le diamètre du point dans le temps nécessaire à l'expulsion du matériau, c'est à dire, V>lOd le vide devient dynamique- 20 fcexp ment stable et traverse le matériau en laissant derrière lui une solidification. Les caractéristiques de la soudure ainsi formée peuvent être prédites en supposant qu'une source de chaleur linéai-25 re mobile eèt distribuée a travers le matériau. La largeur de la zone soudée est de l'ordre de la grosseur du point du faisceau et sa profondeur est proportionnelle à la puissance incidente. L'unique caractéristique de ce procédé de soudage est représentée par une valeur profondeur à largeur substantiellement supérieure 30 à l'unité. la Figure 1 représente une configuration typique pour produire des soudures à profonde pénétration avec un faisceau laser. Un laser 10, comme par exemple un laser au CC>2 fonctionnant à une longueur d ' onde de 10,6 microns r produit un faisceau. 12 35 d'une puissance élevée TEMqq qui frappe sur un élément de mise au point 14 puis est dirigé par celui-ci sur une pièce à souder 16 placée au foyer du faisceau. La pièce à souder est placée sur une table de travail qui peut être déplacée par rapport au faisceau laser au moyen d'un moteur 20 relié à la table pour produire ^0 un mouvement doux et continu. Du gaz inerte 22 peut être alimente 72 03572 7 2128872 par le conduit 24 dans le voisinage de la pièce 16 pour éviter toute réaction indésirable à la surface de la pièce à souder. La pièce' 16 est constituée de deux pièces métalliques qui doivent être soudées ensemble avec un mouvement de la table 18 relatif au 5 faisceau laser. D'autres types de soudures peuvent aussi être réalisés. Le montage des pièces devant être soudées ainsi que l'appareil pour donner le mouvement à ceux-ci sont connus dans l'art du soudage par faisceau d'électrons et ne seront pas décrits ici en détail. 10 Le laser 10 peut être n'importe quel type d'oscillateur ou d'amplificateur laser pouvant produire un faisceau qui peut atteindre des densités de puissance à l'intérieur des limites (3,543xlO®4^P/A D yonnement, f est la longueur focale, et D est l'ouverture du 2Q faisceau. Puisque la distribution de l'énergie dans le mode TEMqg est gaussienne avec l'énergie maximale au centre du faisceau elle facilite l'établissement du vide qui est caractéristique du procédé de pénétration profonde. Des modes d'un ordre supérieur dans lesquels une grande fraction de l'énergie du faisceau peut se 25 présenter dans la partie extérieure du faisceau, conduisent à un dépôt d'énergie excessif aux bords de la soudure en produisant une interruption du procédé de pénétration profonde et peut avoir pour résultat une section en forme de "verre à vin" avec une réduction de la profondeur de soudure ou une soudure peu profonde par conduc 30 tion de chaleur. Un facteur important devant être considéré pour le soudage au laser, comparé au soudage par faisceau d'électrons, est que le pouvoir de réflexion de la plupart des métaux aux longueurs d'onde d'opération de laser à grande puissance est très élevé et peut 35 dans certains cas dépasser 90%. Si une soudure efficace doit vraiment être réalisée par une profonde pénétration, ce problème doit être écarté. Par conséquent, une procédure non nécessaire pour le soudage au faisceau d'électrons est exigée. Il faut noter que le pouvoir de réflexion superficielle R ^0 d'un matériau typique en métal pur aux longues longueurs d'onde 72 08572 2128872 des lasers à puissance élevée est proportionnel à la racine carrée de sa conductibilité électrique, c'est à dire, en première approximation, le pouvoir de réflexion est inversement proportionnel à la racine carrée de la température. Puisque le pouvoir de rë-5 flexion est une fonction complexe de l'état chimique et physique de la surface, cette relation est valide seulement pour des spécimens très polis du matériau pur. Le comportement réel de la surface suit, cependant, cette tendance générale de façon que la relation serve de ligne de conduite. La capacité d'absorption A pour 10 les matériaux opaques est donnée par A = 1 - R l'énergie laser absorbée augmente avec la température selon la relation A ^ Aq l/l +()- (T-TQ)dans laquelle 15 Aq est la capacité d'absorption à la température de référence, T , T est la température de la pièce à souder, et^ est la constante dont la valeur dépend du matériau. La fraction d'énergie laser absorbée par le matériau augmente, par conséquent avec la température. Les capacités d'absorption en pourcent de nombreux matériaux 20 en fonction de la température est disponible dans la littérature. L'absorption augmente aussi substantiellement lorsque le matériau change de l'état solide à l'état liquide. Après la vaporisation du matériau, un vide se crée qui augmente l'absorption en vertu de la retenue du rayonnement diîe aux multiples réflexions 25 La réalisation de cette dernière condition conduit à une absorption essentiellement complète. Afin d'établir le vide profond de la soudure, il est nécessaire qu'une énergie suffisante soit fournie au point de soudure initial pour surmonter les pertes causées par le pouvoir de ré-30 flexion du matériau. Le dépôt d'énergie doit être localisé pour permettre au matériau au point du foyer du faisceau de vaporiser en un temps inférieur au temps de diffusion thermique caractéristique du matériau. En d'autres mots, le matériau au point du foyer du faisceau doit s'évaporer avant que suffisamment d'énergie ait 35 été conduite dans le matériau environnant pour provoquer la fusion typique d'un soudage normal par conduction de chaleur. Si une telle conduction et fusion se présentait une soudure à pénétration profonde ne peut se réaliser parce qu'un vide stable ne peut pas être établi, et la soudure résultante aura un rapport profondeur à largeur 40 de l'ordre de l'unité. 72 08572 2128872 Pour obtenir la vaporisation nécessaire du matériau au point du foyer du faisceau laser et pour éviter la conduction thermique à travers le matériau qui causera un bain de matériau fondu, la densité de puissance incidente du faisceau à la surfa-5 ce doit être initialement très élevée. Ceci est facilité par la distribution de Gauss du mode TEMqq d'opération. Si le pouvoir de réflexion du matériau à souder est si élevée qu'une énergie insuffisante pour provoquer la vaporisation locale peut être absorbée par le matériau à souder à l'intérieur de la courte 10 durée de temps prescrite, il peut être nécessaire d'augmenter instantanément la puissance du faisceau de soudage pour éviter la vaporisation et pour établir le vide. L'absorption superficielle peut aussi être accrue artificiellement par un revêtement qui est très absorbant à la longueur d'onde du laser. Une fois 15 que la vaporisation se produit, la puissance du faisceau peut être réduite et un mouvement relatif entre la pièce à souder et le faisceau peut être maintenu avec un vide stable. Une fois le vide formé, la puissance du faisceau doit être réduite à son niveau de soudage constant sans cela il peut se produire tin trou. 20 Un amorçage.similaire peut s'obtenir par une réduction initiale de la vitesse de soudage avec la puissance du faisceau maintenue constante. Si la densité de puissance est suffisamment élevée, le vide formé permet une pénétration du faisceau dans le matériau et agit 25 comme une cavité de corps noir en enfermant toute l'énergie du faisceau incidente sur la surface. Cependant, te:l que susmentionné le vide est statiquement instable et résulterait en la formation d'un trou si on ne permet pas un mouvement relatif entre le faisceau et la pièce à souder. Spécifiquement, il est nécessaire que 30 le faisceau se déplace relatif à la pièce à souder d'au moins environ 10 diamètres du point focalisé, c'est à dire V > lOd pendant -1 exp le temps nécessaire au perçage d'un trou. Sous ces conditions le vide devient dynamiquement stable avec une petite surface de 35 matériau fondu disposée adjacente à la source de chaleur linéaire, et le vide se déplace à travers le matériau, en formant une zone de matériau fondu très chauffée qui fusionne pour former une soudure dont les caractéristiques peuvent être prévues -d'avance ou supposant que la source de chaleur linéaire est distribuée à travers 40 le matériau. La largeur de la zone de la soudure sera de l'ordre 72 08572 i» 2128872 du diamètre du point indiquant l'absence d'une diffusion thermique latérale appréciable et sa profondeur sera proportionnelle à la puissance incidente totale pour une vitesse de soudage donnée. Pour un soudage par points, le dépôt d'énergie se 5 produit tel que décrit, mais la densité d'énergie n'est pas aasez élevée pour provoquer un enlèvement de matériau.Aucun mouvement relatif ne se produit entre le faisceau et la pièce à souder. Des essais furent réalisés en utilisant un laser au CC^ à décharge électrique par convection fonctionnant comme amplifi- 10 cateur dans le mode TEM ^ avec une sortie de l'ordre de 3 à 4KW. oo Le faisceau laser de sortie fut dirigé sur un miroir aligné pour donner un foyer sur la pièce à souder localisée, désaxé du faisceau laser principal. Un dispositif optique de réflexion comme 1e miroir 14 de la figure 1 fut employé, mais on peut aussi utiliser un 15 dispositif optique transmetteur si ce dispositif optique capable de fonctionner aux niveaux de puissance exigés est disponible. Ce miroir de mise au point 14 peut avoir une forme géométrique ^quelconque, par exemple sphërique, elliptique parabolique etc. appropriée pour obtenir un point au foyer défini nettement. 20 L'aberration sphërique due à une mise au point décentrée avec un miroir sphërique peut être minimisée par restriction de la position décentrée de la pièce à souder à des angles d'environ 10° ou par utilisation de deux miroirs avec une disposition et courbure relatives choisies pour effectuer une destruction mutuelle de l'aberra-25 tion. De telles techniques sont bien connues. La pièce à souder ftît montée sur une table permettant une disposition suivant les trois axes, et ayant une commande à moteur suivant un axe. La vitesse de la table fût commandée par un moteur à vitesse variable. La construction de la table a prévu 30 l'emploi de douille à billes pour minimiser le frottement de la table et pour obtenir un mouvement continu essentiel pour des soudures uniformes. Les essais furent réalisés en utilisant une variété de métaux à deux foyers différents, les deux avec et sans gaz de protec-35 tion pour éviter une oxydation superficielle, et à des vitesses allant jusqu'à 12 7cm par minute. La ligure 2 représente des résultats typiques, des essais produisant une soudure à pénétration profonde. Cette figure montre une soudure bout à bout réalisée au moyen d'un faisceau 40 laser sur un acier inoxydable d'une épaisseur de 0,6 35 cm à me 72 08572 ii 2128872 vitesse de soudage de 12 7cm par minute. La puissance du laser fut de l'ordre de 3 à 4 KW. La pénétration est similaire à celle o-btenue au moyen d'un faisceau d'électrons dans le vide, mais la soudure de la figure 2 fut faite dans l'atmosphère sans un envi-5 ronnement de protection. Un fonctionnement au laser à onde continue est préféré pour les soudures à pénétration profonde, mais un fonctionnement à onde quasi continue à une fréquence^1 KHz peut aussi être u-tilisé. Pour ce cas, la durée d'impulsion et la fréquence doivent 10 être choisies de façon à empêcher un affaissement du vide entre deux impulsions. Des soudures à pénétration profonde ont été produites par recouvrement et bout à bout. Ces soudures sont caractérisées par une zone affectée par la chaleur relativement petite et par 15 un rapport profondeur à largeur de 7 ou plus. De bonnes liaisons par soudure furent réalisées qui furent vérifiées aux moyens d'essais de traction et au moyen de rayon X. Il est souhaitable mais non essentiel pour une soudure au laser à pénétration profonde qu'on utilise un dispositif 20 optique pour focaliser le faisceau ayant un grand rapport F/D (distance focale du faisceau à l'ouverture du faisceau) de façon que la réflexion interne et la propagation de l'énergie du faisceau dans le matériau est accrue grâce à l'incidence du faisceau qui effleure le matériau. En outre des valeurs pour F/D supérieures 25 à 4 sont préférées parce que la profondeur du champ est plus grande et que la disposition critique de la pièce â souder est par conséquent réduite; Une fois que la soudure à pénétration profonde est amorcée au moyen du faisceau laser, la densité de puissance, la puissance, 30 le mouvement relatif, la profondeur de la pénétration du faisceau, etc. peuvent être déterminés par l'expérience selon les lignes de conduites formulées pour les techniques de soudage à pénétration profonde au moyen du faisceau d'électrons. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées 35 par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de 11 invention. 72 08572 12 2128872 REVENDICATIONS 1. Méthode pour souder un matériau sans exiger une conduction de chaleur à travers le matériau pour fondre celui-ci à la profondeur de soudure désirée, caractérisée par le fait qu'elle consiste 5 à produire un faisceau de rayonnement optique cohérent, à focaliser ce faisceau dans le voisinage du matériau devant être soudé, à régler la densité de puissance et la puissance du faisceau selon le matériau devant être soudé de façon que- le matériau au point de collision du faisceau soit vaporisé en un temps inférieur au temps 10 de diffusion thermique du matériau de façon, à former un vide dans le matériau et à retirer le faisceau de la partie du matériau dans laquelle est formée le vide avant l'expulsion de matériau de celui-ci et la formation d'un trou dans celui-ci afin, de former la soudure par solidification du matériau fondu. 15 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réglage de la puissance du faisceau est fait de façon que le faisceau pénètre dans le matériau à la profondeur désirée. 3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, lorsqu'elle est appli quée au soudage des joints, caractérisée en ce que l'opération 2 0 qui consiste à retirer le faisceau de la partie du matériau dans laquelle est formé le vide, consiste à déplacer le faisceau par rapport au matériau devant être soudé pour déplacer le vide à travers le matériau pour former la soudure des joints. 4. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca-25 ractérisëe en ce que le faisceau de rayonnement optique cohérent est un faisceau dans le mode TEM oo 5. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le réglage de la densité de puissance et de la puissance du faisceau est fait, selon le pouvoir de réflexion 30 du matériau devant être soudé. 6. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par l'opération qui consiste à réduire la puissance du faisceau après que le vide est formé dans le matériau devant être soudé. 35 7. Méthode selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, lorsqu'elles ne dépendent pas de la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le mouvement relatif du faisceau et du matériau devant être soudé se produit à une vitesse de façon que le faisceau est déplacé au moins d'une distance égale à 10 fois le diamètre 40 du faisceau pendant le temps nécessaire au faisceau pour former 72 08572 13 2128872 le vide dans le matériau devant être soudé. 8. Méthode selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, lorsqu'elles ne dépendent pas des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la vitesse du déplacement du faisceau par rap- S port au matériau devant être soudé est augmentée lorsque le vide est formé. 9. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la puissance du faisceau et la densité de puissance sont réglées pour être au point de collision d\i fais-10 ceau à une valeur supérieure à celle nécessaire pour qu'une zone fondue soit principalement formée par conduction de chaleur dans le matériau et inférieure à une valeur qui produirait un trou dans le matériau, le matériau adjacent latéralement le faisceau pénétrant le long de son entière profondeur étant chauffe par un 15 transfert direct d'énergie pour former une zone d'un matériau fondu très chauffé, qui fusionne en formant une soudure lorsque le faisceau est retiré. 10. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le faisceau est focalisé pour avoir une 20 distribution d'énergie de section transversale qui soit substantiellement gaussienne. 11. Appareil pour produire une soudure à pénétration profonde d'un matériau selon la méthode revendiquée par l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un 25 moyen pour produire un rayonnement optique cohérent dans le mode TEM , un moyen de mise au point du faisceau pour fournir une fi 8 9 densité de puissance entre 3,543 X 10 et 3,543 X 10 W/cm a une puissance d'au moins 3KW à la surface de la pièce devant être soudée et un moyen pour retirer le faisceau de son point de col- 30 lision lorsque le vide est formé. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen pour retirer le faisceau donne le mouvement relatif entre le faisceau et la pièce à souder. 13. Appareil selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en 35 ce que le moyen de mise au point est un miroir placé dans la trajectoire du faisceau optique pour réfléchir le faisceau sur le matériau devant être soudé. 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le rapport de la distance focale du miroir au diamètre de l'ouver- 40 ture du faisceau focalisé est supérieur à 4. 72 03572 14 2128872 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le moyen de production est un laser.