Brevet FR2575686A1 — publié le 19860711

Procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique et utilisant une exposition à un faisceau Laser La présente invention concerne un procédé de soudage au moyen d'une résistance électrique traversée par un courant à haute fréquence pour le chauffage des bords d'une pièce à usiner pour produire une soudure, dans LequeL des points à souder sont exposés à un faisceau Laser alors que le chauffage par le courant électrique à haute fréquence est maintenu, afin de pouvoir effec- tuer de façon efficace le soudage en faisant appel à la fois à un chauffage au moyen du courant électrique à haute fréquence et à un chauffage au moyen du fais- ceau Laser. Le soudage de métaux est un procédé ayant été utilisé dans de nombreux domaines, différents procédés de soudage étant disponibles. Dans la pro- duction de tubes par soudage, le procédé le plus courant est le soudage à haute fréquence. Le soudage à haute fréquence au moyen d'une résis- tance électrique est connu comme étant un procédé de soudage à grande vitesse et de productivité élevée pour la production de ce que l'on désigne générale- ment sous le nom de "tubes soudés électriquement". Dans le procédé de production de tubes soudés par le procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique de l'art antérieur, un feuillard d'acier est mis sous une forme tubulaire au moyen d'un ensemble de cylindres de formage et les bords du feuillard sous forme tubulaire sont mis bout à bout au moyen d'une paire de rouleaux pin- ceurs de façon à ce que les bords prennent la forme d'un coin présentant une arête à l'extrémité en bout à bout. Une tension à haute fréquence est appliquée à un contact situé en amont des rouleaux pinceurs'de façon à faire passer un courant à haute fréquence entre le contact et un autre contact, pour qu'un courant à haute fréquence puisse s'écouler 'le long des bords de la forme en coin. Les bords sont chauf- fés par Le courant à haute fréquence jusqu'à ce que le point à souder constitué par l'arête du coin atteigne une température de soudage, lorsqu'une pression est appliquée par les rouleaux pinceurs de façon à former une soudure. La qualité de la soudure produite de cette manière est fortement liée à la valeur du courant de soudage. Lorsque le courant de soudage est trop faible, les bords reçoivent peu de chaleur, ce qui conduit à une soudure défectueuse, généralement désignée sous le nom de "soudure froide". En revanche, lorsque le courant de soudage est trop important et que les bords reçoivent une grande quantité de cha- leur, il peut parfois se produire une soudure défec- tueuse généralement désignée sous le nom de "pénétra- teur". Le chauffage insuffisant des bords est princi- palement responsable de la soudure froide produite lorsque le soudage est effectué avec un faible apport de chaleur. La principale cause du "pénétrateur", qui se produit lorsque le soudage est effectué avec un apport de chaleur important, est une variation pério- dique des positions des points à souder par rapport à l'axe du tube, en raison du métal fondu produit au fur et à mesure que les bords fondent et se détachent de la soudure par la force électromagnétique. Les problèmes mentionnés ci-dessus, dont a souffert le procédé de l'art antérieur, seront décrits ci-après de façon plus détaillée. D'une manière géné- rate, un courant électrique à haute fréquence utilisé pour produire des tubes soudés électriquement se situe dans La gamme de fréquences de 10 à 500 KHz. Les effets obtenus en chauffant au moyen d'un courant à haute fréquence augmentent progressive- ment au fur et à mesure que la fréquence s'élève, du fait du synergisme de la "profondeur pelliculaire" et de l'"effet de proximité" caractéristiques d'un courant à haute fréquence. C'est pourquoi on pré- fère un courant à haute fréquence pour la produc- tion de tubes soudés électriquement. Pour le soudage électrique à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique, les bords d'une pièce à usiner sont soumis à une fusion par chauffage par un cou- rant à haute fréquence et, simultanément, une force d'écrasement de grande intensité est exercée sur le joint au moyen d'une paire de rouleaux pinceurs. On considère que ce procédé met en jeu le mécanisme selon lequel un soudage est obtenu lorsque La majeure partie du métal fondu est exprimée depuis la soudure vers l'extérieur en même temps que des oxydes pro- duits par le chauffage. La soudure est déformée par l'écrasement, et un écoulement de métal s'élève dans la zone affectée par la chaleur, comme représenté dans la figure 2. Une augmentation de l'écoulement de métal conduit à une augmentation simultanée des inclusions dans le métal du feuillard. Cela donne lieu au défaut que l'intérieur du métal,qui présente des propriétés mécaniques et chimiques inférieures à celles de la partie superficielle, est exposé. Cependant, lorsqu'on n'applique pas d'écrasement, des soudures défectueuses sont produites. La figure 3 représente la relation entre l'angle de montée e de l'écoulement de métal et la dureté de la soudure. La dureté est d'autant plus faible que l'angle de montée e est grand. Lorsque l'angle de montée O est faible, la dureté peut subir des variations du fait de la soudure défectueuse, la valeur de la dureté s'abaissant à un niveau exces- sivement bas. Dans la figure 3, une zone hachurée représente La zone de dureté. La dureté varie dans la zone hachurée. L'angle de montée de L'écoulement de métal était jusqu'à présent considéré comme étant acceptable lorsqu'il se situait dans La gamme de à 700. Un courant à haute fréquence est concen- tré à La surface des bords qui sont disposés bout à bout, en particulier dans Les coins. Par conséquent, le métal fond en plus grandes quantités dans Les coins que dans la partie centrale des bords dispo- sés bout à bout. Le métal fondu produit aux bords est éjecté des bords vers l'extérieur sous l'effet de La pression électromagnétique produite par les contre-courants s'écoulant à travers les bords dis- posés bout à bout. La figure 4 représente les direc- tions de la pression électromagnétique, et La figure 5a représente la forme des bords disposés bout à bout immédiatement avant d'effectuer le soudage. On remar- quera que chaque bord présente une surface convexe, sa partie centraLe faisant saillie. Immédiatement apres le soudage, L'acier fondu remplit l'interstice séparant Les bords. Si on laissait se solidifier l'acier fondu dans cet état ou sans exercer aucune force d'écrasement sur La soudure, des pores seraient produits à proximité des coins en raison du retrait par solidification de l'acier fondu, rendant la sou- dure défectueuse. La figure 5b représente cette sou- dure défectueuse. Si une force d'écrasement de grande intensité était exercée sur la soudure, la soudure serait déformée de façon à prendre une forme convexe ou plane, et la couche de métal solidifié se trouve- rait sous la forme d'une fine pellicule sans forma- tion de pores, en raison du retrait, comme illustré dans La figure 5c. Dans le cas du soudage électrique par résis- tance utilisant un courant à haute fréquence de l'art antérieur, La force d'écrasement devait être accrue pour éviter la production de soudures défectueuses, comme cela est décrit ci-après. Cependant, une augmentation de la force d'écrasement posait le problème que l'angle de montée e de l'écoulement de métal devenait important et que la soudure perdait de sa dureté. Ce phénomène a été observé non seulement lors de la production de tubes soudés électriquement à cordon droit, mais également lorsqu'on a effectué le soudage électrique par résistance de tubes en spi- rales. Une autre raison pour laquelle il a été jusqu'à présent difficile d'effectuer un soudage avec une faible force d'écrasement était que les bords de la pièce à usiner étaient mis en fusion de façon non uniforme en raison de la non uniformité de la répar- tition du courant à haute fréquence. On a trouvé que si les bords pouvaient être mis en fusion de façon uniforme, il serait possible d'effectuer un soudage avec une faible force d'écrasement. On a également constaté que te courant électrique se concentrait à environ 20 % de l'épaisseur de la plaque par rap- port aux coins, en provoquant une fusion excessive de l'acier, et que l'acier fondait de façon pratique- ment uniforme dans une plage d'épaisseur comprise entre 1/4 et 3/4 de l'épaisseur de la plaque. Cependant, le procédé de soudage utilisant un faisceau laser ou un faisceau d'électrons peut être utilisé pour produire une soudure saine tout en minimisant les effets thermiques observés lors du soudage. Des propositions ont été faites pour utiliser un procédé de soudage dans lequel un faisceau d'énergie rayonnante de ce type est appliqué sur l'arête d'un coin constituant un point devant être soudé, comme cela est par exemple décrit dans la demande de brevet japonais n 107120/83. Le procédé de soudage décrit dans ce docu- ment de l'art antérieur sera examiné. Les bords (faces opposées en forme de coins devant être soudées) d'un élément tubulaire sont chauffés uniformément jusqu'à une température de chauffage dans la totalité de l'épaisseur par l'effet Joule produit par le courant à haute fréquence apporté par l'intermédiaire d'un contact et par un faisceau laser appliqué au moyen d'un-guide de faisceau en provenance d'une unité à laser. Le faisceau laser balaye par un mouvement de va.et vient les-bords opposés de l'élément tubu- laire dans une gamme prédéterminée d'angles. par rap- port à l'arête du coin qui forme un angle prédéter- miné et constitue un point à souder disposé au centre. Le faisceau laser est projeté sur l'un des bords oppo- sés et est réfléchi par celui-ci de façon à être pro- jeté sur l'autre bord opposé, cette réflexion du fais- ceau laser se répétant jusqu'à ce que le point à souder soit atteint. En d'autres termes, même si le faisceau laser n'est pas directement appliqué aux points à sou- der, le faisceau réfléchi converge jusqu'à ce que le faisceau laser soit amené à converger automatiquement sur le point à souder. Lorsque ce procédé de soudage combiné a été utilisé, des difficultés ont été observées pour obtenir une répartition prédéterminée du chauffage en raison des variations de la position qui est exposée aux rayonnements du faisceau laser, provoquées par les variations de position du point à souder qui elles-mêmes sont dues à des variations d'épaisseur et de résistance du matériau constituant l'élément tubulaire. On a décou- vert que la fréquence de ce phénomène augmentait sensi- blement lorsque l'acier avait une grande épaisseur. De même, on a trouvé que ce phénomène se produisait lorsque se posaient certains problèmes en ce qui concerne l'uniformité de l'acier, l'ajustement de la position du faisceau et la forme du faisceau pro- jeté. Ce phénomène peut se produire même si la posi- tion du faisceau est correctement ajustée, en raison de variations mécaniques de La position, et en par- ticulier, d'irrégularités de forme de:l'élément tubu- laire, de variations de position de l'éLément tubu- taire et de variations de position de l'unité émettant le faisceau d'énergie. La présente invention a pour but de fournir un procédé amélioré de soudage combiné, dans lequel on effectue un soudage au moyen d'une résistance électrique en utilisant un courant à haute fréquence en même temps que le rayonnement d'un faisceau laser. En concentrant le faisceau laser sur une partie de la pièce à usiner devant être soudée, la o Le chauffage et la fusion par le courant à haute fréquence sont insuffisants, il est possible de rendre la fusion uniforme dans toute l'épaisseur de la pièce à usiner, de façon à obtenir un soudage précis avec un écrasement minimaL, sans risque de produire une soudure défectueuse. La soudure produite présente un faible angle de montée de l'écoulement de métal, et présente par conséquent des performances aussi éLevées que celles d'un joint. La production de soudures défectueuses du fait d'ir- régularités mécaniques ou d'erreurs de positionnement ou d'ajustement de la pièce à usiner et de l'unité de soudage peut être évitée. La figure 1 est une vue utilisée pour la description d'un système permettant de mettre en oeuvre le procédé de soudage de l'invention; La figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, du joint produit par le procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique de l'art antérieur; La figure 3 est une représentation sous forme de diagramme de La relation entre l'angLe de montée du joint représenté dans la figure 2 et la dureté du matériau; La figure 4 est une vue en coupe repré- sentant les conditions dans lesqueles les bords à souder sont mis en fusion en fonction de la force électromagnétique utilisée dans le procédé de soudage au moyen d-'une résistance électrique de l'art antérieur; La figure 5a est une vue en coupe repré- sentant les conditions dans lesquelles les bords soudés sont mis en fusion; La figure 5b est une vue en coupe repré- sentant les conditions dans lesquelles on laisse refroidir les bords après soudure sans compression; La figure 5c est une vue en coupe repré- sentant les conditions dans lesquelles on laisse refroidir les bords après qu'ils ont été soudés avec application d'un écrasement; La figure 6 représente un modèle du coin constitué par Les bords d'une pièce à usiner qui est chauffée par un courant à haute fréquence; La figure 7 est une vue en coupe verticale des parties principales du guide de faisceau utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention; Les figures 8a, 8b et 8c sont des coupes d'une soudure produite par le courant à haute fré- quence lorsqu'un faisceau laser est appliqué sur la soudure, les diamètres du faisceau laser étant réglés à 0,25 t, 0,3-0,8 t et 0,9 t (t est l'épaisseur de la plaque), respectivement; et La figure 9 est un graphique représentant les résultats d'essais menés sur les échantillons de soudure pour déterminer sa dureté. La figure 1 représente un système utilisable pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Un feuillard métallique est mis sous une forme tubulaire 1 et ses bords opposés 2 sont mis bout à bout L'un contre eautre. On fait passer un courant à haute fréquence emtre une source de courant à haute fréquence 8 par l'intermédiaire de contacts 7-et les bords 2, et un faisceau laser LB est fourni par une unité à laser 4 par l'intermédiaire d'un guide de faisceau 29 et d'une unité de commande de profil du faisceau 5 comprenant un miroir astigmatique, un miroir ordinaire et une len- tille, vers les bords 2, de façon à ce que les bords soient chauffés par l'effet Joule produit par le cou- rant à haute fréquence, et qu'ils soient exposés au faisceau laser LB de façon à fondre uniformément dans la totalité de l'épaisseur de la plaque. Le faisceau laser LB est commandé par l'unité de commande de pro- fil 5 du faisceau laser de telle manière qu'il illu- mine une zone couvrant plus de 30 % et moins de 80 % de l'épaisseur de la plaque des bords mis bout à bout, y compris le centre de l'épaisseur de la plaque. La référence 3 désigne une paire de rouleaux pinceurs des- tinés à appliquer une pression prédéterminée à la forme tubulaire 1 lorsqu'un cylindre hydraulique 10 est actionné par une commande délivrée par une unité de commande de pression 9 opérant en fonction des résul- tats du calcul effectué par une unité de traitement/ commande 11, selon la résistance et l'épaisseur de plaque de la forme tubulaire 1, le profil du produit final (diamètre du tube) et l'angle de montée de l'écoulement métallique visé (inférieur à 40 degrés). Les informations énumérées ci-dessous sont fournies en entrée à l'unité de traitement/commande 11: Données de vitesse de soudage (en prove- nance d'un compteur de vitesse 21); Données de compression, données d'épaisseur de plaque, données de hauteur et autres conditions de soudage et données de com- mande; Données d'épaisseur réelle de la plaque (en provenance d'un capteur d'épaisseur (compteur d'épaisseur à rayon gamma) 16); ?5686 Données de hauteur réettlle (ei provenance d'un coapteur de hauteur 1S); *onnees d'écart par raport & La tigne centralte de ta rainure AC (provenant d'une unité arithmétique 14); Largeur d'expositi*n au faisceau requise WLH (en provenance de lt'unité arithmétique 14)L; Position réelle du faisceau et profil réel du faisceau (en provenance d'un analyseur vidéo 23). Une caméra vidéo 12 ayant une sensibilité élevée dans la région infrarouge est située dans une position dans laquelle un point légèrement antérieur au point devant être soudé joue le rôle de centre du champ de vision, et produit sur son tube cathodique une image optique des bords mis bout à bout dans une position précédant d'une distance déterminée x (voir figure 6) un point soudé 0 et fournit un signal vidéo à un analyseur vidéo 13 qui caLcule Wh pour chacun des bords 2 précédant d'une distance prédéterminée x le point soudé 0, sur la base du signal vidéo, puis fournit une valeur moyenne de Wh à l'unité arithmé- tique 14 qui a reçu préalablement les données de position de la ligne centrale de la rainure (données concernant la ligne centrale du coin). L'unité arithmé- tique 14 effectue le calcul de l'écart de la ligne centrale réelle de la rainure fourni par l'image optique à partir des données concernant la ligne centrale de la rainure qui y sont stockées, afin de produire des données d'écart AC qui sont fournies à l'unité de traitement/commande 11. L'unité arithmé- tique 14 fournit en outre à une unité de visualisa- tion à tube cathodique 25, des données d'images numé- riques dans lesquelles les données d'image de la ligne centrale de la rainure et les données d'image de la ligne indiquant la position de mesure de la masse fondue produites par rapport aux données de la ligne centrale de la rainure et à La donnée de posi- tion x qui lui est fournie préalablement, chevauchent les données d'images numériques reçues en provenance de L'anaLyseur vidéo 13. L'unité de visualisation à tube cathodique 25 indique sur l'écran du tube catho- dique la ligne centrale de la rainure (une ligne poin- tillée disposée horizontalement dans le bloc 25 de la figure 1) qui Lui a été fournie préalablement. le capteur de hauteur 15 et le capteur de position et de profil de faisceau 22 sont situés de telle manière que le faisceau laser LB ne soit pas obturé à proximité d'une forme en coin, et le capteur d'épaisseur 16 est situé dans une partie plate de la plaque. Les capteurs 15 et 16 détectent la hauteur de la surface supérieure de la forme tubulaire 1, la position projetée et le profil du faisceau laser LB et l'épaisseur sous la surface supérieure. Les données de hauteur détectée (hauteur réelle), Les données d'épaisseur détectée (épaisseur réelle), les données de position de faisceau détectée (position réelle: bi-dimensionnelle) et les données de profil de fais- ceau détecté (profil réel du faisceau)(données d'image) sont fournies en entrée à l'unité de traitement/com- mande 11. Selon les conditions de soudage, parmi les- quelles la vitesse de soudage, le refoulement, l'épais- seur de plaque et d'autres facteurs fournis en entrée préalablement à l'aide d'un ordinateur central ou au moyen d'un panneau de commande, l'unité de traitement/commande 11 fournit respective- ment Les données de profil et les données de puissance à une unité de commande 17 du système optique et à une unité de commande 18 du laser. De plus, l'unité de traitement/commande 11 produit, sur la base des données qui lui sont fournies, des données graphiques au moyen desquelles le point soudé (l'arête du coin) est vu depuis La rainure de la forme tubulaire 1, et des données de profit de projection de faisceau, et fournit ceLLes-ci à une unité de visulation à tube cathodique 24. L'unité de visualisation à tube catho- dique 24 affiche sur L'écran du tube cathodique un profit de rainure prédéterminé et un profil de pro- jection de faisceau Prédéterminé (représentés en Lignes pointillées dans Le bloc de La figure 1). A une cadence appropriée, L'unité de traitement/commande 11 fournit une commande pour déclencher L'opération de soudage. Les conditions initiales du soudage sont ainsi réglées. L'unité de visualisation à tube cathodique 25 affiche sur l'écran du tube cathodique une tigne indi- quant le point de mesure de la masse fondue (Ligne verticale en trait plein) en plus de La ligne centrate prédéterminée de La rainure (Ligne en pointitlés). Une fois que t'opération de soudage a com- mencé, l'unité de traitement/commande tit Les données obtenues par des mesures réeltes et Les compare aux valeurs initialement réglées (conditions de soudage initiales), afin de calculer un écart (ou une erreur) et effectue un contrôle rétroactif (correction des données d'indication de sortie) en fonction de cet écart. En chauffant les bords opposés 2 de La forme tubulaire 1 par chauffage au moyen d'une résistance électrique à haute fréquence et par exposition à un faisceau Laser de La façon décrite ci-dessus, il est possible de faire fondre Les coins des bords 2 au moyen du chauffage à haute fréquence, au moyen d'une résistance électrique et de faire fondre la partie centrale des bords 2, o Le chauffage par le courant à haute fréquence est retardé, au moyen du faisceau laser qui est concentré sur celle-ci, afin que Les actions combinées du cou- rant à haute fréquence et du faisceau laser amènent les bords 2 à un état de fusion uniforme au voisinage de l'arête du coin, Les bords opposés mis bout à bout l'un contre L'autre étant simuLtanément soumis à une compression par Les rouleaux pinceurs 3. Cela a pour résultat que la majeure partie du métal fondu est exprimée de La couche de métal fondu et est transfor- mée en une fine couche de métal fondu et se solidifie sous la forme d'une peLLicule sans formation de pores due à un retrait par solidification. Comme la pression appliquée par les rouleaux pinceurs 3 est adaptée à la résistance et à l'épaisseur de La forme tubulaire 1 et au profil du produit final, l'angle de montée de l'écoulement métallique est maintenu en dessous de et le joint soudé obtenu présente une dureté éle- vée et est exempt de défauts. La structure du guide de faisceau 29 est décrite ci-après en référence à la figure 7. Le guide de faisceau 29 comprend une lentille de focalisation FL et des miroirs transparents M1 et M2. Le faisceau laser LB est disposé de façon à traverser le centre du condenseur FL et à être réfléchi par les centres des miroirs transparents M1 et M2 à tout instant. Le guide de faisceau 29 com- prend en outre une paroi composée d'une base 29a, d'une partie intermédiaire 29b et d'une partie d'extrémité avant 29c. La partie d'extrémité avant 29c qui pré- sente pratiquement la forme d'un L comporte un ajutage 29F situé à son extrémité avant, qui présente une forme cylindrique et un aspect externe tronconique, et pré- sente un angle de même valeur que l'angle du coin de la forme tubulaire 1. L'ajutage 29F qui dirige le faisceau laser LB et les gaz non oxydants présente un fini de surface de miroir à sa périphérie intérieure et le miroir M2 est monté au coin de la partie d'extrémité en L 29c qui reçoit à son extrémité arrière une extré- mité avant de la partie intermédiaire 29b. La partie d'extrémité avant 29c peut tourner autour de l'extrémité avant de La partie intermédiaire 29b et est mobile verticalement par un mouvement coulissant dans les directions des flèches AD3. La partie intermédiaire 29b est également pratiquement en forme de L, et te miroir M1 est monté sur Le coin de la partie intermédiaire en L 29b. La partie intermédiaire 29b qui présente également un fini de miroir sur sa surface intérieure, comporte une extrémité arrière qui est insérée dans une extré- mité avant de La base 29a en vue d'un mouvement de coulissement télescopique dans les directions des flèches AD1. La lentille de focalisation FL est montée sur une extrémité arrière de la base 29a qui présente un fini de miroir sur sa surface. La base 29a est montée à son extrémité arrière sur un guide de faisceau 29o de l'unité à laser 4 et est capable d'un mouvement de coulissement télescopique dans les directions des flèches AD4. Un élément tubulaire 29E permettant l'introduction de gaz non oxydants G est intégré à la base 29a et reçoit une alimentation en gaz inerte, de préférence du gaz hélium (He) sous une pression prédéterminée. Le gaz hélium est éjecté par l'ajutage 29F à travers la base 29a, la partie intermédiaire 29b et la partie d'extrémité 29c, pour atteindre le point à souder. Le courant d'hélium éjecté par l'ajutage 29F a pour effet de refroidir le guide de faisceau 29 et de repousser les poussières à distance du guide de faisceau 29 tout en l'empêchant de s'y introduire. L'hélium présente un potentiel d'ionisation de 24,6 V, cette valeur étant supérieure au potentiel d'ionisa- tion de l'argon (Ar), qui est de 15,76 V, de sorte que l'héium inhibe la production de plasma par le faisceau laser LB illuminant pratiquement coaxiale- ment le gaz hélium et minimisant l'absorption d'éner- gie du faisceau. L'hélium s'écoule depuis l'ajutage 29F vers le point à souder le long du trajet du faisceau Laser LB, de façon à recouvrir les bords opposés 2, avant qu'ils soient soudés, de la forme tubulaire 1, et le point à souder, afin d'éviter toute oxydation du point soudé. Comme L'hélium s'écoule régulièrement à chaque instant, la répartition des températures le Long du trajet du faisceau Laser LB entre l'ajutage 29F et Le point soudé devient uniforme. Par conséquent, iL ne se produit aucune déviation du faisceau laser LB et celui-ci peut être dirigé vers n'importe queLLe posi- tion souhaitée. Le fonctionnement du guide mobile 29 décrit ci-dessus peut se résumer de la manière suivante: 1. Ajustements du profil de projection du faisceau; 2. Prévention de l'accumulation de poussières dans le système optique qui comporte des miroirs, des lentilles, etc.; 3. Effet de réflexions multiples obtenu par le faisceau laser sur les bords opposés de La forme tubulaire avant que ceux-ci ne soient soudés, en évi- tant l'oxydation des bords; 4. Elimination de la poussière et de l'humi- dité du trajet du faisceau laser et perte de puissance réduite._ Bien que cela ne soit pas représenté, le guide de faisceau 29 est muni de moyens pour commander la position du guide de faisceau dans les directions AD1 à AD4, de façon à ce que la position vers laquelle le faisceau laser est dirigé, et à ce que le profil de projection du faisceau puissent être réglés et ajustés de la manière suivante: 1. Ajustements de la position du faisceau dans la direction du soudage (AD1) (axe X); 2. Ajustements de la position du faisceau dans la direction horizontale (AD2) (axe Y); 3. Ajustements de la position du faisceau dans la direction verticale (AD3) (axe Z); 2575686-- 4. Ajustements de la forme projetée (AD4) (ajustements des distances LB1 et LB2 dans la direction de l'axe des X: ajustements de chevauchement). La commande de la position du faisceau selon trois directions et la commande de la forme de projec- tion du faisceau, qui sont résumées ci-dessus, seront décrites de façon détaitlée en se référant à la figure 7. 1. Commande de la position du faisceau dans la dire- tion du soudage (axe X): Pour effectuer cette commande, la position du foyer et La position de l'ajutage à l'extrémité avant du guide sont ajustées. La position intermédiaire 29b est ajustée dans les directions AD1, par rapport à la base 29a. La partie intermédiaire 29b (miroir M1) et la partie d'extrémité avant 29c (miroir M2) se déplacent en bloc par rapport à la base 29a, de façon à pouvoir ajuster La position de l'ajutage 29F. Lorsque Les miroirs transparents M1 et M2 sont des miroirs ayant une certaine courbure, les distances entre La tentille de focalisa- tion FL et les miroirs M1 et M2 subissent des variations, de sorte que les caractéristiques du système à lentille de focalisation composite (l'image du faisceau au point projeté) subissent des modifications. Plus précisément, la posi- tion du foyer du faisceau et la position du système de focalisation (l'image du faisceau au point projeté) subissent des modifications. Par conséquent, il est, possible de commander le profil et la position du faisceau par rapport à La position exposée, et donc de commander Le profil du faisceau orienté dans la direction de l'épaisseur de la forme tubulaire 1, ce qui permet de commander la forme de la partie à faire fondre. 2. Commande du faisceau laser dans la direction hori- zontale (axe Y): En faisant tourner la partie d'extrémité avant 29c par rapport à la partie intermédiaire 29b, on peut déplacer le miroir M2 (dans la partie d'ex- trémité avant 29c) par rapport au-miroir M1, de sorte qu'il est possible d'ajuster dans la direction hori- zontale la position vers laquelle le faisceau laser est orienté après avoir été réfléchi par ces miroirs en leurs centres. Il en résulte qu'il est possible d'éviter une fusion non uniforme de l'un des bords opposés 2 à souder. 3. Commande du faisceau laser dans la direction verti- cale (axe Z): En déplaçant la partie d'extrémité avant 29c vers le haut et vers le bas dans les directions des flèches AD3, il est possible de commander le mouvement vertical du faisceau laser afin de déplacer celuici vers le centre de l'épaisseur de la forme tubulaire et de le déplacer en fonction de la répartion de la chaleur produite par le soudage électrique par résis- tance. 4. Commande du faisceau laser pour compenser les varia- tions d'épaisseur: Il est nécessaire que la position vers la- quelle est projeté le faisceau laser puisse être modi- fiée en fonction de modifications, de variations ou de fluctuations d'épaisseur du feuillard d'acier à partir duquel la forme tubulaire 1 est réalisée. Cela est nécessaire car une augmentation de l'épaisseur du feuillard d'acier provoque, si elle se produit lorsque la surface inférieure du feuillard d'acier reste sta- tionnaire, un déplacement vers le haut de sa surface supérieure (et du centre de son épaisseur), rendant ainsi nécessaire le déplacement vers le haut de la position vers laquelle le faisceau laser est orienté. Lorsqu'on fait varier l'épaisseur, la partie d'ex- trémité avant 29c se déplace verticalement dans les directions des flèches AD3, de façon à amener la posi- tion vers Laquelle le faisceau Laser est orienté à coïncider avec Le centre de l'épaisseur. Une modifi- cation de la longueur du trajet du faisceau résultant de la commande décrite ci-dessus du faisceau Laser est annulée par déplacement de la partie intermédiaire 29b dans les directions AD1. * 5. Le point d'intersection de LB1 et de LB2 dans LB = LBX = LB1 + LB2 est situé pratiquement sur le point à souder. Par déplacement de la base 29a dans les directions AD4, il est possible de déplacer Le point d'intersection vers L'avant et vers L'arrière du point à souder, provoquant ainsi une modification de la Lon- gueur du chevauchement de LB1 et de LB2. Par conséquent, La longueur de chevauchement peut être ajustée par dépla- cement de La base 29a dans Les directions AD4 (ajuste- ment de La forme de la projection). On décrit ci-dessous Les fonctionnements du capteur de hauteur 15 et du capteur de position et de profil du faisceau 22. Le capteur de hauteur 15 peut être sous la forme d'un transducteur différentiel qui génère un signal indiquant un déplacement de la surface supé- rieure de la forme tubulaire 1 par rapport à une sur- face de référence réglée préalablement. Ce signal est fourni en entrée à l'unité de traitement/commande 11. Le capteur de position et de profil du faisceau 22, qui est inséré dans le trajet de propagation du fais- ceau laser LB lors de l'échantillonnage de mesures est utilisé pour obtenir des données vidéo sur la position devant être chauffée et le profil du faisceau fournit un signal vidéo à l'analyseur vidéo 23 qui numérise le signal vidéo et fournit des données d'image concernant le profil d'un trou à travers lequel passe le faisceau pour atteindre l'unité de traitement/commande 11. Simul- tanément, l'unité de traitement/commande 11 fournit à L'unité de visualisation à tube cathodique 24 des don- nées de position indiquant les coordonnées centrales du trou à travers lequel le faisceau doit passer pour atteintre l'unité de traitement/commande 11, qui pro- duit des données d'image sur le profil de la partie à chauffer (données d'image indiquant la position réelle et le profil réel du faisceau laser), des don- nées d'image indiquant les positions des surfaces supérieure et inférieure de la forme tubulaire 1 et la position vers tLaquelle le faisceau laser doit être orienté, obtenue par calcul à partir des données fournies en entrée au moyen o le système a fait l'ob- jet de réglages (données d'image indiquant Le profil de la rainure et la position vers laquelle le faisceau laser doit être orienté obtenue par calcul à partir de la donnée cible initiale) et des données d'image concernant le chevauchement des positions réelles des surfaces supérieure et inférieure de la forme tubulaire 1, obtenues par calcul à partir de l'écart au centre Ac par l'unité arithmétique 14, des données de hauteur provenant du capteur de hauteur 15 et des données d'épaisseur provenant du capteur d'épaisseur 16. Au même instant, l'unité de traitement/commande 11 recal- cule les données de pression, de puissance haute fré- quence et le profil et la puissance du faisceau laser, sur la base des mesures effectivement obtenues par l'unité arithmétique 14, le compteur de vitesse 21, le capteur de hauteur 15, le capteur d'épaisseur 16 et la caméra 22, et apporte des modifications aux commandes délivrées à l'unité de commande 17 du système optique et à l'unité de commande 18 du laser en synchronisme avec le déroulement de l'opération de soudage. Lorsque l'opération de soudage commence, l'unité de traitement/ commande 11 calcule les valeurs cibles et les fournit aux sections concernées, de la façon décrite précédem- ment. Cependant, après que l'opération de soudage a commence, l'unité de traitement/commande 11 contrôle L'opération de soudage sur la base des vaLeurs effec- tivement mesurées par les capteurs et effectue une commande par rétroaction afin d'optimiser Les condi- tions dans Lesquelles te soudage est effectué. L'unité d'affichage à tube cathodique-25 indique les conditions dans Lesquelles s'effectue le soudage (La fusion des bords opposés mis bout à bout) et montre la rainure telLe qu'eLle est vue de dessus, en même temps que la Ligne centraLe cible de La rai- nure ajustée initialement (ligne pointiLLée) et la position à LaqueLLe est mesurée la masse fondue (Ligne en trait pLein verticale). L'unité de visualisation à tube cathodique 24 indique La position réettLLe de La surface supérieure de la forme tubulaire 1. (Ligne en trait plein horizontale), la position de la surface inférieure de la forme tubulaire 1 (Ligne en trait plein horizontale), le centre réeL de la rainure (point à souder qui est l'arête du du coin indiquée par une ligne en trait plein verticale) et la position réelle vers laquelle Le faisceau laser est orienté, ainsi que Le profil du faisceau (zone circulaire hachu- rée indiquée par des lignes en trait plein) en même temps que la position de La surface supérieure de la forme tubulaire 1 (ligne pointilLée horizontaLe),-que la position de La surface inférieure de la forme tubu- laire 1 (Ligne pointillée horizontale), que le centre de la rainure (Ligne pointillée verticale), que la position vers laquelle le Laser est orienté et que le profil du faisceau (zone circulaire définie par une ligne pointillée) qui ont été ajustés initialement. L'opérateur peut obtenir des informations sur les con- ditions dans lesquelles s'effectue le soudage à partir des panneaux constitués par les unités de visualisation à tube cathodique 24 et 25, et comparer les conditions réelles dans lesquelles s'effectue Le soudage aux condi- tions réglées initialement pour effectuer le soudage. L'unité de traitement/commande 11 est capable de four- nir en entrée des conditions de soudage modifiées afin de modifier ou de corriger les conditions dans les- quelles s'effectue le soudage, afin de s'adapter aux conditions réelles dans lesquelles s'effectue le sou- dage. Des moyens de détection de la position et du profil du faisceau laser LB peuvent comprendre des éléments de capteurs optiques disposés bidimensionnel- lement. Les capteurs peuvent être sous la forme de thermocouples. Des capteurs d'autres types connus peuvent être utilisés en tant que capteur de hauteur 15 et que capteur d'épaisseur 16. - Se référant de nouveau à la figure 1, la forme du faisceau laser LB et la répartion de sa puissance sont ajustées en fonction de l'épaisseur de la plaque, de la vitesse de soudage et d'autres condi- tions de soudage, par l'unité de traitement/commande 11. Le moyen d'ajustement du guide de faisceau 29 est com- mandé en fonction de la forme du faisceau laser LB par l'unité de commande du système optique 17, afin d'ajus- ter la position vers laquelle le faisceau est orienté (la plage étant supérieure à 30 % et inférieure à 80 % de l'épaisseur, et comprenant son centre) et l'image du faisceau projeté. La puissance de production du faisceau est ensuite réglée. Il en résulte qu'un soudage peut être effectué avec une répartition uniforme de la température de chauffage dans la direction de l'épais- seur, afin que la soudure produite soit exempte de défauts, présente une dureté élevée et une zone affec- tée par la chaleur de dimensions minimales. Comme on effectue le soudage en contrôlant les conditions réelles du soudage, les résultats obtenus sont conformes aux résultats voulus. Lorsque le point à souder est chauffé par le faisceau laser, le faisceau laser est projeté dans une direction horizontale vers la rainure formée par les bords de la forme tubulaire, qui ont la forme d'un coin. Cependant, il n'est pas essentiel que le fais- ceau laser soit projeté dans la direction horizontale, celui-ci pouvant être dirigé de façon oblique tant que cette projection est réalisable dans la pratique. Il n'est pas nécessaire que le faisceau laser projeté sur le point à souder soit un faisceau fin focalisé sur le point à souder, mais celui-ci peut être un faisceau épais. Ce faisceau de grandes dimensions peut être projeté de telle manière qu'il soit dirigé vers des parties des bords opposés de la rainure, situées en amont de l'arête du coin, et peut être déplacé d'un bord à l'autre de façon à ce que l'intensité de L'éner- gie dans l'interstice défini par les parois de la rai- nure en forme de coin augmente du fait des réflexions multiples du faisceau laser sur les bords opposés, jusqu'à ce que l'arête du coin (point à souder) soit chauffée et fonde. Le faisceau laser peut être réalisé de façon à balayer dans la direction de l'épaisseur. L'unité laser utilisée dans te procédé de l'invention peut comprendre une pluralité de générateurs de fais- ceaux laser. ExepmDle 1 Un feuillard de métal ayant une épaisseur de plaque t de 12,7 mm a été soudé en utilisant pour effectuer le soudage un laser de 5 KW, un courant à haute fréquence de 270 KW, une vitesse de soudage de 12 m/min. et un angle d'écoulement de métal de 35 , en faisant varier le diamètre du faisceau laser de la manière suivante: a) Diamètre du faisceau laser... 0,25 t b) Diamètre du faisceau laser... 0,3 à 0,8 t c) Diamètre du faisceau laser... 0,9 t. On a obtenu les résultats ci-après. Lorsque le diamètre du faisceau laser était de 0,25 t, un trou s'est formé dans la partie centrale de l'épaisseur de la plaque o une surfusion s'est produite, et des pores se sont formés en raison du retrait par refroi- dissement dans les coins, comme cela est représenté dans la figure 8a. La surfusion dans la partie centrale et le retrait par refroidissement dans Les coins étaient responsables des soudures défectueuses. Lorsque le dia- mètre du faisceau laser était de 0,3 - 0,8 t, la fusion s'est produite uniformément dans la direction de l'épais- seur de la plaque et les pores formés en raison du retrait par refroidissement étaient situés à L'exté- rieur de la plage d'épaisseur de plaque représentée dans la figure 8b. La soudure était exempte de défauts et la déformation de la zone affectuée par la chaleur était minimale. Lorsque le diamètre du faisceau laser était de 0,9 t, l'efficacité du chauffage était faible et la partie centrale était insuffisamment fondue, conduisant à une soudure froide telle que représentée dans la figure 8c. La figure 9 représente les résultats d'es- sais de dureté. Dans cette figure, le résultat repré- senté comme étant celui obtenu par le procédé de l'in- vention a été obtenu au moyen d'échantillons produits par utilisation du faisceau laser de diamètre 0,3 - 0,8 t, et le résultat représenté comme étant obtenu par le procédé de l'art antérieur a été obtenu par utilisation de l'échantillon représenté dans La figure 5c. Exemple 2 Des tubes électriquement soudés (diamètre extérieur: 406 mm; épaisseur: 16 mm) étaient produits à partir d'un feuilttard d'acier (API 51X-X70) par uti- lisation d'un procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique de l'art antérieur et du procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique met- tant en jeu une exposition à un fasceau laser, conformément à L'invention. La puissance de la machine de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique et la puissance nominale du générateur de faisceau laser étaient respectivement de 800 KW et de 15 KW dans ces expériences. L'exposition au faisceau Laser a été effectuée dans les conditions C et D. Dans les conditions C, la surface de La pièce à usiner devant être exposée couvrait 5( % de l'épaisseur, te centre de l'épaisseur étant situé au centre de la surface à exposer, et dans les conditions D, la surface corres- pondante était de 80 %. La masse fondue Wh a été mesu- rée dans une position intermédiaire entre la position d'amorçage de La fusion et l'arête du coin, au moyen de la caméra vidéo 12 et de L'analyseur vidéo 23. La masse fondue Who produite dans Le sens de la Largeur de La pièce à usiner et la masse fondue Wvo produite dans Le sens de l'épaisseur de la pièce à usiner, sur L'arête du coin, ont été calculées par l'unité de trai- tement/commande 11 (voir figure 6). Les résultats d'ex- périences préliminaires montrent que la fusion la plus homogène a été obtenue Lorsque Wh = 0,8 mm et Lorsque la vitesse de soudage était de 18 m/min. dans les condi- tions C, et pour Wh = 0,5 mm et une vitesse de soudage de 14 m/min. dans les conditions D. Par conséquent, L'unité de commande de puissance à haute fréquence a été ajustée de façon à commander la puissance de la machine de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique de telle manière que les valeurs de Wh deviennent respectivement égales à 0,8 mm et 0,5 mm dans les conditions C et D. Le refoulement était de 1,5 mm dans Le pro- cédé de l'invention, et l'angle de montée de l'écoule- ment de métal était d'environ 30 . Dans le procédé de l'art antérieur, le refoulement optimal a été réglé à 4,3 mm (conditions A), la valeur de 1,5 mm (condi- tions B) étant utilisée comme témoin. En ce qui concerne l'apport de chaleur pour le soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique, les conditions permet-, tant une moindre production de soudures défectueuses ont été déterminées par des expériences préliminaires, et l'apport de chaleur a été ajusté en consequence à une valeur appropriée. Une fois l'opération de soudage achevée, la surface extérieure de la soudure a été recuite à 1 0O0 C par un dispositif de traitement thermique du joint. Les échantillons destinés aux essais de chocs de la norme n 4 JIS ont été obtenus à partir des soudures des tubes d'acier produits dans les expé- riences, et des essais ont été menés pour les compa- rer les uns aux autres en ce qui concerne la dureté. Le tableau I illustre la relation entre les conditions de soudage et la dureté. Tableau 1 Condi- Puissance Vitesse Puissance Refou- tions de haute se de lement vE-20 vTrs laser Lmn soudage fréquence (KW) soudage m (Kgfm) (C) (KW) C/i) m) (Kgf-m) ( C) (KW) (m/min) A 740 0 18 4,3 7,5 -18 B 793 0 18 1,5 3,2 7 C 612 15 18 1,5 35,8 -62 D 548 15 14 1,5 37,9 -61 Il ressort de la description faite ci-dessus qu'il est possible de produire des soudures de grande dureté, comme représenté dans la figure 9, par le pro- cédé de l'invention. Les soudures produites sont telles qu'elles présentent une profondeur faible et uniforme dans la direction de l'épaisseur de la pièce à usiner et qu'aucune soudure défectueuse n'est produite. La déformation de la zone touchée par la chaleur est rendue minimale et l'angle de montée -de l'écoulement de métal est faible. Par conséquent, les soudures produites peuvent jouer le rôle de joint de grande qualité, et le procédé de l'invention peut trouver une application non seulement dans la production de tubes éLectrique- ment soudés, mais également dans la réalisation de divers types de soudage bout à bout. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique et utilisant une exposition à un faisceau Laser, comprenant Les étapes consistant: à introduire en continu une pièce à usiner (1) et transformer des bords (2) opposés de celle-ci en une forme de coin en Les faisant converger de façon à ce qu'ils soient disposés bout à bout l'un contre l'autre; à chauffer les bords opposés mis bout à bout avec un courant électrique à haute fréquence; et à projeter un faisceau Laser (LB) vers l'arête des bords mis bout à bout de la forme en coin, par son côté ouvert, afin de chauffer l'arête des bords mis bout à bout de La forme en coin, jusqu'à une température de soudage; caractérisé en ce que lp faisceau Laser est projeté sur une plage d'épaisseur supérieure à 30 % et inférieure à 80 % de L'épaisseur des bords mis bout à bout de La pièce à usiner, et comprenant une partie cen- trale de l'épaisseur. 2. Procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique et utilisant une exposition à un faisceau Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que en outre un refoulement aussi faible-que possi- ble est produit lors du soudage, par introduction conti- nue de la pièce à usiner et transformation de ses bords opposés en forme de coin en les faisant converger de façon à ce qu'ils soient disposés bout à bout l'un contre l'au- tre, en ce.que la partie centrale de l'épaisseur des bords mis bout à bout de la pièce à usiner est exposée à un faisceau laser ayant un profil de section transversal et une répartition d'énergie capable de faire fondre les bords. mis bout à bout de facon importante dans la direction de l'épaisseur, tout en minimisant la profondeur afin d'obtenir le refoulement souhaité seLon la vitesse de soudage, les propriétés physiques de La pièce à usiner et la puissance du faisceau Laser, et que les parties d'extrémité opposée de l'épaisseur des bords mis bout à bout de La piece à usiner sont chauffées par L'effet Joule produit par le courant étlectrique à haute fréquence. 3. Procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique utilisant une exposition à un faisceau laser selunt La revendication i, caractérisé en ce que en outre une force de refoulement est exercée sur la pièce à usiner de telLe manière que l'angLe de montée de L'écoulement de métal d'une zone soumise à la chaleur devienne inférieure à 40 . 4. Procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique et utiLisant un faisceau Laser selon La revendication 1, caractérisé en ce que en outre un capteur de position (22) et qu'un capteur d'épaisseur (16) sont disposés sur les bords mis bout à bout afin de contrôler respectivement la position des bords mis bout à bout et l'épaisseur de la pièce à usiner, et que la position du faisceau laser projeté vers les bords mis bout à bout de la forme en coin est contrôlée de façon à amener le centre du faisceau laser à coïncider dans l'épaisseur des bords mis bout à bout en fonction d'une information obtenue par contrôle. 5. Procédé de soudage à haute fréquence au moyen d'une résistance électrique et utilisant un faisceau laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que en outre une masse fondue située dans les coins des bords mis bout à bout est mesurée, au moins l'un des volumes d'énergie du faisceau laser projeté sur les bords mis bout à bout, et au moins l'une des caractéristiques sui- vantes, à savoir le volume d'énergie du faisceau laser projeté sur les bords mis bout à bout, la répartition d'énergie dans le point vers lequel le faisceau laser est orienté et la valeur du courant à haute fréquence, est commandé sur la base de la mesure de la masse fondue.