Brevet FR2382707A1 — publié le 19780929

-La présente invention concerne les appareils à laser et plus précisément un procédé et un appareil de répartition des radiations provenant drun laser entre deux faisceaux séparés. L'appareil selon l'invention est particulièrement utile dans l'appareil de soudage à laser qui permet la soudure de manchettes de tuyauteries de grand diamètre, successivement, sous forme d'une canalisation. Cet appareil convient notamment avec un tel appareil de soudage qui doit former à la fois un joint interne et un joint externe de raccordement de deux tronçons de tuyauterie, les soudures étant réalisées simultanément ou successivement. L'invention concerne ainsi un appareil de répartition d'un faisceau laser mixte en deux faisceaux suivant des trajets optiques différents, ces deux faisceaux secondaires ayant des énergies relatives choisies, et l'appareil comprend un premier miroir placé sur le trajet du faisceau mixte et ayant une surface réfléchissante destinée à renvoyer une partie du faisceau mixte vers un second miroir distant radialement de l'axe du faisceau mixte alors que le reste du faisceau continue sur son trajet, le premier miroir ayant une surface réfléchissante dont la configuration et la dimension, par rapport à la répartition d'énergie du faisceau mixte, sont telles que les énergies des faisceaux secondaires présentent une relation choisie l'une par rapport à l'autre, l'appareil comportant en outre un dispositif destiné a' faire tourner le premier et le second miroir à l'unisson autour d'un axe coaxial à celui du faisceau mixte afin que l'un des faisceaux secondaires, après réflexion sur le second miroir, puisse faire au moins un tour complet autour de taxe. Le faisceau laser mixte peut etre formé par combinaison de faisceaux (appelés primaires dans la suite) provenant de deux lasers distants, l'un au moins des faisceaux ayant une répartition non uniforme d'énergie. Les faisceaux primaires peuvent astre combinés par projection afin que leurs trajets se recoupent, et par disposition d'une surface réfléchissante dans la région du recoupement des trajets, cette surface réfléchissante étant destinée à renvoyer l'un des faisceaux primaires suivant un trajet parallèle à celui de l'autre faisceau primaire et de préférence coaxial, l'autre faisceau primaire restant pratiquement inchangé. L'énergie de chacun des faisceaux primaires est avantageusement concentrée dans une région ayant la configuration d'un cylindre creux coaxial à l'axe longitudinal du faisceau. Dans ce cas, il est avantageux que les dimensions des régions cylindriques des deux faisceaux primaires soient telles que le faisceau mixte formé par ces deux faisceaux comprend, en coupe transversale, une région annulaire d'énergie élevée placée dans une autre région, les deux régions étant de préférence coaxiales. Il est aussi possible que le faisceau mixte puisse comprendre, en coupe transversale, une région annulaire externe d'énergie élevée entourant une région circulaire interne ayant une répartition uniforme d'énergie. Les énergies des deux faisceaux secondaires formés par répartition du faisceau mixte peuvent titre les-memes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'appareil selon l'invention, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma en coupe petielle d'un dispositif de répartition de faisceau selon l'invention, logé à l'extrémité d'une manchette de tuyauterie qui doit etre soudée sur une canalisation non représentée ; et - la figure 2 représente une variante du montage de l'un des miroirs afin que celui-ci soit rétractable. Les dessins représentent un organe annulaire interne 1 de support logé à une première extrémité d'une manchette 2 de tuyauterie (représentée uniquement en partie) et maintenu en position par plusieurs pinces 3. Ces dernières sont disposées radialement à la périphérie de l'organe 1 et peuvent se déplacer en direction radiale vers ltextérieur afin qu'elles serrent la face interne de la manchette 2. Une première extrémité d'un organe tubulaire 4 passe au centre de organe 1 de support alors que autre extrémité passe par un second organe annulaire de support 5 fixé par un montant 40 sur le pont d'un navire ou une autre surface de support. L'organe tubulaire 4 est monté sur des paliers 6 des organes 1 et 5 de support afin qu'il puisse tourner par rapport à ces organes. Ceux-ci sont distants l'un de l'autre et laissent un espace annulaire 9 destiné au passage d'un bras tubulaire latéral 7 qui dépasse perpendiculairement à l'organe tubulaire 4, lors de la rotation de ce dernier. Un moteur 8 fixé au support 5 et coopérant avec l'extrémité externe de organe tubulaire 4,peut faire tourner le bras 7 par rapport aux organes de support. L'organe 4 est suffisamment robuste pour qu'il transmette au montant 4O le poids de l'extrémité de la manchette 2 de tuyauterie à laquelle est serré l'organe 1, et les paliers 6 permettent la rotation nécessaire de l'organe 4. Un miroir annulaire 10 réfléchissant vers l'avant, obtenu par formation d'une surface réfléchissante à l'ex- trémité elliptique obtenue par découpe transversale oblique d'un corps cylindrique creux, est formé à l'extérieur de ltextrémité externe de organe tubulaire 4, l'axe lqpgi- tudinal correspondant à l'axe de organe tubulaire, la surface réfléchissante étant adjacente à l'extrémité de T organe tubulaire. Le premier faisceau laser primaire 12 provenant avantageusement d'un laser 23 dont la matière active est l'anhydride carbonique et dont l'énergie est concentrée dans une région annulaire coaxiale à l'axe du faisceau, est dirigé suivant l'axe de l'organe tubulaire 4. Les dimensions de la région annulaire sont telles que le faisceau peut passer pratiquement sans perturbation par l'ori- fice central du cylindre creux 11. Un second faisceau laser primaire 13 analogue au premier faisceau 12 et provenant d'un laser 24 est dirigé radialement vers l'intérieur, vers le miroir annulaire 10. L'énergie du second faisceau 13 est concentrée dans une région annulaire dont la dimension est telle que, lorsque les deux faisceaux sont coaxiaux, la région annulaire d'énergie élevée du second faisceau entoure le premier faisceau. L'inclinaison du miroir annulaire 10 est choisie afin qu'il réfléchisse le second faisceau 13 suivant l'axe de l'organe tubulaire 4, les dimensions du miroir annulaire 10 étant choisies afin que le second faisceau 13 soit réfléchi pratiquement en totalité, l'énergie de la région centrale du faisceau étant absorbée par le miroir ou dissipée d'une autre manière. Ainsi, le faisceau mixte 14 provenant du ctté gauche (sur le dessin) du miroir 10 comprend deux faisceaux lasers coaxiaux placés l'ur; à l'intérieur de l'autre. Un second cylindre creux 15 formant un miroir annulaire oblique 16 identique au cylindre Il et au miroir 10, est placé dans l'organe tubulaire 4 dans lequel il est maintenu par plusieurs supports 21 placés à sa face externe Le cylindre 15 est coaxial à organe 4 et sa surface réfléchissante est parallèle et adjacente au miroir 10. Le faisceau mixte 14, lorsqu'il atteint le second miroir, est réparti en deux faisceaux secondaires. Le premier (formé par la partie externe du faisceau mixte) passe après réflexion par le second miroir, en direction radiale vers l'extérieur par un orifice 19 de l'organe tubulaire 4 et le long du bras 7. Un miroir 18 dont la face avant est réfléchissante, placé à l'extrémité du bras 7, réfléchit le faisceau 13 du bras 7 vers un orifice 22 formé dans ce bras.Le faisceau 13 est dirigé vers l'autre extrémité (non représentée) de la manchette de tuyauterie et est destiné à etre focalisé sur les extrémités en butée de cette manchette et d'un tronçon de tuyauterie placé contre elle, afin qutune soudure externe puisse raccorder les deux éléments. Les supports 21 peuvent aussi etre supprimés et dans ce cas, le miroir 15 peut etre mobile entre la position représentée et une seconde position dans laquelle il dégage le passage du faisceau incident. Dans la seconde position, toute l'énergie du faisceau peut etre utilisée pour la soudure interne. Le second faisceau secondaire (formé par la partie interne du faisceau laser mixte 14) passe d'autre part sans perturbation par l'orifice central du cylindre 15 et continue à se propager le long de l'axe de la manchette 2 puis est focalisé, à l'autre extrémité de celle-ci, à la périphérie interne des extrémités en butée afin qu'il permette la formation dtun raccord interne soudé. Dans un cas idéal, les faisceaux secondaires sont identiques aux faisceaux primaires respectifs, mais il existe inévitablement des pertes d'énergie au niveau des miroirs Il et 15. La commande du moteur 8 provoque la rotation de l'organe tubulaire 4 et, avec - celui, du miroir annulaire 16 et du bras 7 portant le miroir 18, si bien que le faisceau laser 13 fait au moins un tour complet autour de ltextérieur de la manchette 2 alors que le faisceau interne 12 suit un trajet coaxial à la manchette 2. il faut ainsi noter que ce mode de réalisation de l'invention permet l'utilisation indépendante des deux faisceaux. La focalisation de chacun des faisceaux, destinée à la formation des soudures interne et externe, est assurée par un appareil qui n'entre pas dans le cadre de l'invention et qu'on ne décrit donc pas en détail. Bien quton ait décrit l'invention en référence à un cylindre creux portant les surfaces réfléchissantes 10 et 16, ces cylindres peuvent wetre pleins pourvu que la matière qui les forme soit transparente aux faisceaux lasers particuliers utilisés. On a décrit l'invention en référence à ltutili- sation d'un miroir annulaire répartissant un faisceau mixte par réflexion d'une partie externe du faisceau. Cependant, l'invention concerne aussi l'utilisation d'un miroir circulaire ou elliptique qui réfléchit la partie interne d'un faisceau mixte, le miroir ayant des dimensions telles que la partie externe du faisceau peut se propager sans perturbation en pratique, sauf à ltemplacement d'incidence sur les supports du miroir central au niveau desquels il existe une perte d'énergie. REVENDICATIONS 1. Appareil de répartition d'un faisceau laser mixte entre deux faisceaux secondaires suivant des trajets optiques différents et ayant des énergies relatives choisies, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un premier miroir placé sur le trajet du faisceau mixte et ayant une surface réfléchissante destinée à renvoyer une partie de ce faisceau vers un second miroir distant radialement de l'axe du faisceau mixte, le reste du faisceau continuant le long de son trajet, la configuration et les dimensions de la surface réfléchissante du premier miroir, par rapport à la répartition d'énergie du faisceau mixte, étant telles que les énergies des faisceaux secondaires présentent une relation choisie l'une par rapport à autre, l'appareil comprenant en outre un dispositif destiné à faire tourner le premier et le second miroir à l'unisson autour d'un axe coaxial à celui du faisceau mixte afin que l'un des faisceaux secondaires, après réflexion par le second miroir, puisse faire au moins un tour complet autour dudit axe. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un appareil destiné à combiner les faisceaux primaires de deux lasers séparés sous forme d'un faisceau mixte, l'appareil de combinaison comprenant un troisième miroir placé à l'intersection des faisceaux primaires, le troisième miroir étant destiné à réfléchir l'un des faisceaux primaires suivant un trajet parallèle à celui de l'autre faisceau primaire, la présence du miroir n'apportant pratiquement aucune perturbation à cet autre faisceau primaire. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le troisième miroir au moins a une surface réfléchissante en forme de boucle fermée, de préférence en forme d'ellipse, et le faisceau laser primaire parvenant sur le miroir a une répartition transversale non uniforme d'énergie, sous forme d'un anneau d'énergie élevée entourant une région centrale de faible énergie, le troisième miroir ayant des dimensions telles qu'il réfléchit la partie d'é nergie élevée du faisceau incident et absorbe ou dissipe d'une autre manière l'énergie de la partie centrale. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier miroir a aussi une surface réfléchissante en forme de boucle fermée et dont les dimensions sont telles que le faisceau secondaire réfléchi contient ltessentiel de 11 énergie du faisceau primaire parvenant sur le troi sième miroir. 5. Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'un au moins des miroirs choisis parmi le premier et le troisième est sous forme drun tube ayant une face plane d'extramité oblique polie ou rendue réfléchissante d'une autre manière afin qu'elle renvoie le faisceau laser correspondant. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les énergies des deux faisceaux secondaires sont égales. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier miroir est mobile entre une position de fonctionnement dans laquelle il recoupe le faisceau mixte et une position de repos dans laquelle il ne recoupe pas ce faisceau. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier miroir est fixé à l'intérieur d'un support tubulaire qui peut tourner dans au moins un organe creux destiné à Aetre serré à l'intérieur d'une première extrémité autre manchette de tuyauterie. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un bras tubulaire latéral creux dépasse à ltextérieur du support tubulaire, le second miroir étant monté dans le bras, à 12 extrémité externe de celui-ci, un orifice de la paroi du support tubulaire permettant au faisceau secondaire correspondant de parvenir au second miroir. 10. Appareil selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le support tubulaire est destiné à tourner par rapport à l'organe creux lors de la commande d'un moteur électrique. 11. Appareil de répartition d'un faisceau primaire de radiations cohérentes ou analogues en deux faisceaux secondaires suivant des trajets optiques séparés et ayant des énergies relatives choisies, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un miroir placé sur le trajet du faisceau primaire et ayant une surface réfléchissante ayant la forme d'une boucle fermée et destinée à réfléchir une partie périphérique du faisceau primaire, à une distance de l'axe de ce faisceau primaire, afin qu'un faisceau secondaire soit formé, le reste du faisceau primaire continuant suivant son trajet passant par le centre du miroir et formant un autre faisceau secondaire, les sections relatives de la surface réfléchissante et de la partie centrale non réfléchissante étant choisies afin que les faisceaux secondaires aient une répartition relative d'énergie voulue,