Brevet FR2600923A1 — publié le 19880108

La présente invention se rapporte à un procédé de soudage en recouvrement d'aciers revêtus en utilisant des émissions laser en mode continu ou pulsé, avec des longueurs d'ondes variant entre l'ultra violet l'infrarouge. Lorsqu'on effectue une soudure au laser sur deux plaques métalliques en recouvrement, la plaque supérieure reçoit localement une chaleur trop intense pour que celleci puisse être diffusée par convection, conduction ou émission du point incident, il se forme donc dans la plaque supérieure une zone de soudage avec un cratère dans le métal avec un vaporisation locale. Les forces provenant de la pression de vapeur de métal soutiennent cette cavité contre les forces hydrostatiques du métal liquéfié qui l'entoure. Ainsi, en réalisant un mouvement relatif de la pièce par rapport au faisceau la cavité devient dynamiquement stable et se déplace à travers le métal avec un effet de fusion en avant dudit faisceau et une solidification en arrière de celui-ci. La présence de cette cavité remplie de vapeur permet à la puissance laser d'être appliquée en profondeur à l'intérieur du métal et non seulement en surface de sorte qu'on obtient ainsi une soudure en profondeur, pour une largeur très faible qui permet d'assembler des matériaux à une très grande vitesse. Une telle méthode de soudure pose de nombreux problèmes lorsqu'on désire souder en recouvrement des aciers revêtus tels que des aciers au carbone, des aciers alliés ou des aciers revêtus d'un matériau dont la température de vaporisation est faible. En effet, la pression de vapeur du matériau de revêtement aux faces en contact des aciers à souder, est supérieure à la pression de la cavité ce qui engendre, d'une part, un affaissement du cratère au voisinage des faces en contact et, d'autre part, une augmentation de la pression de vapeur du matériau de revêtement avec éjection de matière en fusion à l'extérieur. Ainsi on risque d'endommager les lentilles du canon qui sont situées au voisinage de la zone de soudage. De plus, les soudures ainsi réalisées sont de mauvaise qualité avec un aspect irrégulier du cordon de surface et du cordon inférieur et des propriétés mécaniques médiocres. L'un des buts de la présente invention est de remédier à ces divers inconvénients et de permettre d'obtenir un assemblage d'aciers revêtus par soudure en utilisant des émissions laser et ayant de bonnes propriétés mécaniques et une bonne apparence. Le procédé, selon l'invention, vise le soudage en recouvrement d'au moins deux plaques d'acier revêtu et utilisant un faisceau d'énergie à émissions laser et dans lequel il est formé dans le métal une zone de soudage avec un cratère de fusion, ladites plaques étant maintenues appliquées l'une contre l'autre, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ménager entre les faces en contact des plaques un intervalle. Grâce à cette disposition on évite que la pression de vapeur du matériau de revêtement s'échappe par le cratère de fusion et que de la matière en fusion soit éjectée à l'extérieur et on obtient une soudure régulière ayant un bel aspect et une bonne résistance mécanique. Dans le cas ou l'intervalle est important on peut apporter un fil métallique dans la zone de soudage pour compenser le jeu entre les faces en contact. De préférence, on réalisera l'intervalle entre les faces en contact des plaques d'acier revêtu de manière qu'elles correspondent à une valeur située entre 5% et 15% de l'épaisseur des plaques à souder. Enfin suivant une dernière caractéristique, on focalise le faisceau d'énergie de manière à ce qu'il traverse une plaque d'acier revêtu et vienne se situer en dessous de la face de la seconde plaque d'acier revêtu en contact avec la face de la première plaque. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de mise en oeuvre particuliers donnés à titre d'exemple seulement et représentés aux dessins annexés. Figure 1 est une vue en élévation schématique imageant une première forme d'exécution du procédé. Figure 2 montre schdmatquement le procédé. Figure 3 est une vue en élévation imageant une variante de mise en oeuvre du procédé. A la figure 1, on a représenté deux plaques d'aciers 1 et 2 qui présentent respectivement un revêtement 3 et 4. Les plaques 1 et 2 sont appliquées et maintenues serrées l'une contre l'autre par tout moyen approprié au voisinage de l'emplacement de la soudure. Conformément à l'invention on réalise une déformation de la face de la plaque 1 tournée contre la plaque 2 de manière à ménager un léger intervalle 6. Comme on le voit à la figure 3, le canon 7 est disposé de manière que le faisceau laser soit focalisé en dessous de la face supérieure de la plaque 2, le faisceau passant ainsi au travers de la plaque 1, de l'intervalle 6 et au travers de la plaque 2. I1 se forme un cratère de fusion 8 qui est maintenu en place car la vapeur de fusion des revêtements 3 et 4 des faces en contact des plaques 1 et 2 ne s'échappe pas par ledit cratère mais remplit l'intervalle 6. De préférence, la valeur de l'intervalle 6 ménagé entre les deux faces en contact des plaques 1 et 2 correspond à environ 5 % à 15 % de l'épaisseur des plaques à souder. Un autre avantage de l'invention est que la vapeur du revêtement en fusion ne s'échappant pas par le cratère de fusion on évite la projection de matière en fusion à l'extérieur et ainsi les composants optiques ne risquent pas d'être endommagés. La figure 3 montre une variante dans laquelle des plaques d'acier 10 et 11 comportent respectivement des revêtements 12 et 13. Conformément à l'invention la face de la plaque 10 appliquée contre la face de la plaque 11 est légèrement cintrée. Un cintrage identique est réalisé sur la face de la plaque 11 tournée vers la face correspondante de la plaque 10. Ainsi, il est ménagé un- intervalle 14. L'intervalle 14 dans ce cas est relativement important ce qui peut engendrer un affaissement du lit de soudure et réduire l'épaisseur de la plaque supérieure au droit de la soudure. Dans ce cas, on prévoit l'apport d'un fil métal iique 15 qui est disposé dans la zone de soudage pour amener sa fusion afin de combler la cavité qui se forme à la face supérieure de la plaque 10. Bien entendu l'avance du fil est régulée pour que cet apport de métal soit régulier. Le faisceau laser est focalisé juste au-dessous de la face supérieure de la plaque 11 au droit du fil 15. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits et représentés. On pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir pour cela du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé de soudage en recouvrement d'au moins deux plaques d'aciers revêtus et utilisant un faisceau d'énergie à émissions laser et dans lequel il est formé dans le métal une zone de soudage avec un cratère de fusion, lesdites plaques étant maintenues appliquées l'une contre l'autre, caractérisé en ce qu'il consiste à ménager entre les faces en contact des plaques (1-2) 20 Procédé de soudage, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on apporte dans la zone de soudage un fil métallique. 3 - Procédé de soudage, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser entre les faces en contact des plaques (1-2), (10-11) un intervalle dont la valeur correspond de 5 % à 15 d de la valeur de l'épaisseur des plaques. 40 Procédé de soudage, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on focalise le faisceau d'énergie de manière à ce qu'il traverse une ~plaque (1-10) d'acier revêtu et vienne se situer en dessous de la face de la seconde plaque d'acier revêtu (2-11) en contact avec la face de la première plaque (1-10).