Brevet FR2624041A1 — publié le 19890609

La présente invention est du domaine des techniques de soudage et plus particulièrement du soudage au moyen de faisceaux Laser et elle a pour objet un procédé de soudage, des applications particulières de ce procédé et les produits résultant du procédé et de ses applications. On connaît la technique de sou- dage au moyen de faisceaux Laser suivant laquelle un faisceau Laser est focalisé dans une zone d'accostage de deux matériaux soudables l'un à l'autre; pour obtenir un soudage dans un temps raisonnable, il est nécessaire d'uti- liser des générateurs de faisceaux de forte puissance. Dans le cas des matériaux transparents à la lumière visible, on peut mettre en oeuvre un laser à gaz carbonique qui génère une lumière d'une longueur d'onde de 10, 6 fm pour laquelle les matériaux transparents tels que le verre sont opaques. On peut donc souder à l'aide d'un tel faisceau des pièces constituées de matériaux transparents. La zone de fusion peut être assez profonde, et elle débutera toujours à la surface du matériau. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de soudage d'un assemblage de pièces ayant une zone superficielle de contact éloignée des parties externes de l'assemblage, ce qui normalement n'est pas possible avec les techniques, connues de la Demanderes- se, telles que les techniques de soudage au Laser à C02, puisque la fusion commencerait au point d'impact du fais- ceau, sur la partie externe de l'assemblage. Selon la présente invention un procédé de soudage d'un assemblage d'au moins deux pièces ayant une zone superficielle de contact, au moyen d'un faisceau de lumière cohérente (Laser) est caractérisé d'une manière générale en ce que, l'une au moins desdites pièces étant transparente à la lumière du faisceau, on focalise le faisceau dans une zone d'opacité voisine de la zone de contact. Plus particulièrement l'une au moins desdites pièces étant un verre, ladite lumière cohérente a une longueur d'onde comprise dans la fourchette 0,1 à 1,5 tm; les générateurs produisant une telle lumière peuvent être des Laser à solides tel que Laser à rubis, Laser Yag, Laser verre-néodyme ou encore Laser à solides semi-conducteurs; de tels générateurs pourraient être utilisés soit en puis- sance continue, soit de préférence en puissance impulsion- nelle. Suivant un premier mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la zone d'opacité peut résulter d'un apport superficiel de matière opaque telle que mrétal, noir de fumée, dépolissage de l'une des surfaces en contact, etc...; s'agissant d'un métal, celui-ci pourra de manière avantageuse avoir été déposé par le procédé de métallisation sous vide. Suivant un second mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la zone d'opacité pourra résulter de ce que, l'une des pièces étant transpa- rente, l'autre pièce sera opaque au faisceau; ce sera par exemple le cas d'un "verre clair" (entendant par clair la transparence complète à la lumière perçue par l'oeil) sur un verre coloré, d'un "verre clair" sur un métal, etc... Avantageusement, on pourra lors du soudage, placer les pièces soudées dans une chambre vidée de son atmosphère, à une pression inférieure à 1 hPa. - Avantageusement encore, et de préférence cumulativement avec la disposition précédente, les pièces seront appliquées l'une contre l'autre avec une force supérieure à 1 kgp (soit encore 9,81 N) par cm2 de zone superficielle de contact. On pourra reconnaître un assem- blage de pièces, l'une des pièces étant en verre, soudées selon le procédé de l'invention par le fait que la composi- tion d'au moins ladite pièce de verre au voisinage de la zone de soudage, celle-ci étant une zone interne de l'assem- blage, diffère de la composition d'une zone plus éloignée. A titre indicatif et non res- trictif, il est indiqué deux applications intéressantes, du procédé de l'invention. Une première application du pro- cédé concerne la fabrication de cellules de mesure de pressions, cellules comprenant un corps évidé pourvu d'un rebord périphérique en couronne en verre ou céramique et une membrane en verre ou saphir (A1203) appliquée contre ledit rebord; dans ce cas d'application, la zone de soudage, ellemême en couronne, est voisine de la périphérie de l'évidement dudit corps évidé. Une variante de cette première application concerne la fabrication desdites cellules, cel- lules comprenant un corps transparent au faisceau Laser, évidé et pourvu d'un rebord périphérique en couronne, et une membrane soit transparente au dit faisceau munie d'une zone S15 d'opacité à l'endroit de la soudure, soit opaque au dit faisceau par exemple une membrane en céramique. Une seconde application concerne la fixation étanche d'un verre de montre sur un boitier de montre; dans ce cas le verre de montre sera soudé au boitier suivant une zone de soudage en couronne. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite tant du procédé en général, que de ses applications, en relation avec les figures de la planche unique annexée dans laquelle: - la fig.1 illustre un procédé de l'art antérieur pour souder un assemblage de deux pièces, - la fig.2 illustre le procédé de l'invention appliqué au soudage d'un assemblage de pièces semblables à celles de la fig.1, - la fig.3 illustre une forme particulière de mise en oeuvre du procédé de la fig.2, - la fig.4 illustre l'applica- tion du procédé de l'invention à la fabrication d'une cellule de mesure de pression différentielle, et - la fig.5 illustre l'applica- tion du procédé de l'invention au soudage d'un verre de montre sur un boitier de montre. Sur la fig.1, deux pièces 1 et 2 par exemple cylindriques, doivent être soudées l'une à l'au- tre. Une fagon connue de les souder consiste à fondre la partie périphérique de leurs faces en contact au moyen d'un faisceau Laser 3. Tel que cela est connu de l'art antérieur, le faisceau Laser 3 est produit par un générateur au gaz carbonique (CO2) lorsqu'il s'agit de pièces transparentes. Pour mener à bien cette opération de soudage, les pièces 1 et 2 ont été rainurées à leur périphérie pour laisser subsister deux nervures en saillie sur la ligne de contact desquelles est appliqué le point de focalisation du fais- ceau; grâce à cette dernière disposition, les irrégularités résultant du soudage ne perturberont pas l'encombrement cylindrique de l'assemblage, ce aui sera avantageux si l'assemblage doit être logé dans un alésage précis. On notera cependant que,- suivant cette fagon connue, il n'est pas possible de les souder dans une zone interne, par exemple centrale, puisque même si ces pièces sont en verre, elles ne sont pas transparentes au faisceau du Laser C02 dont la longueur d'onde est de l'ordre de 10,6 nm. Sur la fig.2 des pièces analo- gues 1',2' doivent elles aussi être assemblées par soudage, mais de préférence dans une zone interne telle par exemple qu'une zone en couronne à laquelle appartient un point 5. Conformément à l'invention, et bien entendu à la condition qu'au moins la pièce 1' soit en un matériau, verre par exemple, transparent à une lumière d'une longueur d'onde comprise entre 0,1 et 1,5.ma, on focalisera au point 5 un faisceau Laser 4 du type des faisceaux Laser produits par des Lasers à solides (rubis, Yag, verre-néodyme, semi-conducteur) ayant une longueur d'onde comprise en 0,1 et 1,5pm. Une autre condition sera cependant nécessaire à la fusion des matériaux au point de focalisation, cette condition étant qu'en ce point le faisceau rencontre une ou des zones d'opacité selon son degré de convergence; chaque zone d'opacité pourra résulter soit d'un dépt. de matière opaque, soit du fait que la pièce 2' est elle-même opaque au faisceau 4. Sur la fig.3, un empilage de pièces a été disposé dans une chambre étanche 9 pourvue d'un hublot 10 transparent à un faisceau 4 de lumière cohérente issue d'un générateur Laser du type à solides ayant une longueur d'onde comprise entre 0,1 et 1,5 Lm, et pourvue d'un conduit d'évacuation 11. Par le conduit 11, on amène la pression dans la chambre 9 à une valeur inférieure à 1 hPa. A travers le hubiot 10, on fait pénétrer le faisceau Laser 4 pour le focaliser dans une zone 11,12; la zone 12 est une zone opaque, ou rendue opaque, au faisceau 4; le soudage s'opère par la fusion qui a lieu dans la zone 12 et, grâce au fait que très peu de gaz se trouve présent entre les parties en contact des pièces 6,7,8, il n'y a pas lieu de craindre une dilatation néfaste du gaz, ce qui permet d'éviter que la dilatation dudit gaz n'éloigne les deux surfaces à souder l'une de l'autre. La même règle de vide serait aussi bien applicable pour le soudage de deux pièces au lieu de trois, de même on pourrait souder trois pièces empilées sous pression atmosphérique à condition d'accepter une puissance plus- faible, donc un temps de soudage plus long. L'opacité de la zone 12 peut résulter soit d'un dépôt de matière opaque sur une ou plusieurs des surfaces en contact, soit de l'opacité relative de la zone 7, soit de l'opacité relative ou absolue de la zone 8 la plus éloignée du point d'impact du faisceau sur l'assemblage. Dans le cas de zones opacifiées par métallisation, la zone entre les pièces 6 et 12 est rendue transparente par l'effet du premier soudage, ceci donne la possibilité de souder une ou plusieurs autres zones opaques qui se situent entre les pièces 7 et 8 à condition que la pièce 7 soit transparente au faisceau. Sur la fig.4, on a illustré de façon très schématique l'opération de soudage des membranes d'une cellule de mesures de pression différentielle, formant application d'un procédé sus-décrit; une telle cellule se compose essentiellement de deux corps évidés 12, de deux membranes 13 et d'un corps intermédiaire 14; un rebord périphérique 15 entoure l'évidement 16 de chacun des corps évidés; les corps évidés et le corps intermédiaire sont pourvus d'un canal 19 débouchant dans les évidements d'une part et à la périphérie de l'assemblage d'autre part. On suppose que les membranes 13 et les corps évidés sont en verre (le choix d'un tel matériau pour au moins la membrane ou le corps évidé a fait l'objet d'une demande de brevet de la présente Demanderesse) et il s'agit dès lors de fixer les membranes sur les corps évidés; on pourrait soit procéder à cette fixation suivant la technique de soudage de la fig.1 soit coller les membranes sur les rebords; l'une et l'autre de ces techniques conviennent mais comportent des inconvé- nients. On préferera, conformément à l'invention, procéder au soudage suivant une zone en couronne voisine de la périphérie de l'évidement sur chaque point, tel que 17, de laquelle on focalisera successivement, à travers la membrane 13 un faisceau 4 de Laser du type à solides. L'opération peut être répétée pour chacune des membranes; elle pourrait aussi être appliquée au soudage des corps évidés sur le corps intermédiaire, à la manière dont ont été soudées les trois pièces 6,7,8 de la figure précédente; elle pourrait être aussi bien appliquée à une cellule de mesure de pression ne comportant qu'un seul corps évidé, qu'une seule membrane. Toujours sur la fig.4, il sera avantageux, lors du soudage de comprimer l'assemblage entre des mâchoires 18 et en même temps de faire le vide à l'intérieur des corps en profitant pour celà du canal 19. Avantageusement aussi, l'assemblage et ses mâchoires pour- raient être placés dans une chambre à vide et le soudage effectué à travers un hublot. Sur la fig.5, et à titre d'il- lustration d'une autre application, on a représenté la fixation étanche d'un verre de montre 20 sur un boitier de montre 21 dont un rebord périphérioue 22 comoorte une feuillure propre à recevoir le bord du verre de montre; on a procédé, préalablement.au soudage, à la périphérie de la face interne du verre de montre, à un dépôt métallique, par exemple par métallisation sous vide; conformément à l'in- vention, et après avoir disposé le verre de montre dans la feuillure du boitie.r et créé ainsi une surface de contact en couronne 23, on focalise à travers la périphérie du verre de montre, un faisceau 4 de Laser du type à solides et on fait parcourir au faisceau la périphérie du verre de montre; il en résultera que le verre de montre sera soudé au boitier suivant une zone de soudage en couronne interne de l'assem- blage. Bien que l'on ait décrit et représenté des formes particulières d'application du procédé de l'invention, il doit être compris que la portée de cette dernière n'est pas limitée à ces formes mais qu'elle s'étend à toute application du procédé tel que celui-ci est défini plus haut de la manière la plus générale. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de soudage d'un assemblage d'au moins deux pièces ayant une zone superficielle de contact, au moyen d'un faisceau de lumière cohérente (Laser), caractéri- sé: en ce que, l'une (13) au moins desdites pièces étant transparente à la lumière du faisceau (4), on focalise le faisceau dans une zone d'opacité (17) voisine de la zone de contact; 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la zone d'opacité résulte d'un apport superficiel de matière opaque; 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la zone d'opacité résulte de ce que, l'une des pièces étant transparente, l'autre pièce est opaque au faisceau; 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé: en ce que la matière apportée superficiellement est un métal; 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé: en ce que ledit métal est déposé en couche mince par métallisation sous vide; 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé: en ce que l'une au moins desdi- tes pièces est un verre, et en ce que ladite lumière cohé- rente a une longueur d'onde comprise entre 0,1 et 1,5 /lm (laser à solides); 7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé: en ce *que, lors du soudage, lesdites pièces sont placées dans une chambre vidée de son atmosphère à une pression inférieure à 1 hPa; 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé: en ce que les pièces sont appli- quées l'une contre l'autre avec une force supérieure à 1 kgp (soit encore 9,81 N) par cm2 de zone superficielle de contact; 9.- Pièces soudées selon la revendication 6, caractérisées: en ce que, au moins ladite pièce de verre au voisinage de la zone de soudage, celle-ci étant une zone interne de l'assemblage, diffère de la composition d'une zone plus éloignée; 10.Application d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, à la fabrication de cellules de mesure des pressions, lesdites cellules comprenant un corps évidé pourvu d'un rebord périphérique en couronne, et une membrane appliquée contre ledit re- bord, ladite membrane au moins étant en un matériau transparent au dit faisceau ou à l'inverse ledit corps évidé lui étant transparent et la membrane opaque, caractérisée: en ce que la zone de soudage, elle-même en couronne, est voisine de la périphérie de l'évidement dudit corps évidé; 11.-Application d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, à la fixation étanche d'un verre de montre sur un boitier de montre, caractérisée: en ce que le verre de montre est soudée au boitier suivant une zone de soudage en couronne interne; 12.-Procédé selon la revendication 4, caractérisé: en ce que ledit métal est pré- senté sous la forme d'une feuille mince placée entre les pièces à souder.