Brevet FR2660225A1 — publié le 19911004

Procédé et appareil de soudage longitudinal des bords d'un tube métallique de faible diamètre La présente invention concerne un procédé de soudage longitudinal des bords d'un tube métallique de faible diamètre, dans lequel on fait défiler longitudinalement le tube selon un axe horizontal dans une tête de soudage au laser, à une distance sensiblement constante du système de focalisation de cette tête, les bords de la génératrice du tube ayant été rapprochés au préalable dans un de ses plans de symétrie, et on focalise le rayonnement laser à une distance de quelques millimètres des arêtes externes des bords à souder. Elle s'étend en outre à un appareil de mise en oeuvre de ce procédé.Elle s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, au soudage longitudinal des bords d'un tube destiné à contenir des fibres optiques de télécommunication, de tels tubes ayant couramment quelques mm de diamètre extérieur. On a déjà proposé dans le document EP-A-299 123 un procédé et un dispositif de ce genre pour le soudage d'un tube dans lequel on introduisait des fibres optiques, où la tête de soudage était disposée dans le plan vertical de symétrie du tube, et celui-ci était maintenu à proximité de la tête de soudage entre un galet supérieur fixe rainuré et un galet inférieur rainuré porté par un ressort. Le rayonnement laser était focalisé par une lentille un peu au-dessus des arêtes externes des bords à souder du tube, de façon à ne pas risquer de pénétrer à l'intérieur de celui-ci et d'endommager les fibres optiques.Le maintien des arêtes supérieures des bords du tube à une hauteur constante et la longueur focale du rayonnement laser étaient contrôlés indépendamment, l'un par le ressort de support du rouleau inférieur, l'autre manuellement, et la lentille de focalisation était solidaire de la tête de soudage, de sorte que l'on ne pouvait compenser des irrégularités de l'un des réglages par l'autre et que l'on ne pouvait obtenir une grande précision de la zone des bords du tube soumise à la fusion. La présente invention a pour but de procurer un procédé et un dispositif assurant un réglage plus précis de la zone des bords du tube soumise à la fusion par le rayonnement laser, même avec un tube pouvant présenter des irrégularités de centrage sur son axe ou d'épaisseur. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que l'on fixe à des valeurs déterminées la distance des bords à souder à l'axe de défilement du tube et la position de la tache focale du rayonnement laser, et en ce que l'on règle en fonction de ces valeurs la distance entre le bord de la tête de soudage proche du tube et les arêtes externes des bords à souder et la position de la tache focale du rayonnement laser de façon à maintenir constante la distance entre cette tache focale et les arêtes externes des bords à souder. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - On insuffle dans la zone des bords du tube à souder un gaz de protection. - On aspire à partir de la zone de soudage les fumées et les particules formées. - On dispose la tête de soudage au laser au-dessus du tube à souder dans son plan de symétrie vertical. L'appareil de mise en oeuvre de l'invention, comprenant des moyens pour faire avancer et guider le tube selon un axe longitudinal, des moyens pour axer ses bords à souder par rapport à un plan de symétrie du tube, une tête de soudage au laser dans ce plan de symétrie, des moyens de réglage de la distance des arêtes externes des bords à souder à l'axe de défilement du tube, et des moyens de réglage de la position de la tache focale du rayonnement laser, est caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de positionnement en continu de la distance des arêtes externes des bords à souder à l'axe de défilement du tube, des moyens de positionnement de la tache focale du rayonnement laser, et des moyens pour régler en fonction de ces valeurs la distance entre le bord de la tête de soudage proche du tube et les arêtes externes des bords à souder et la position de la tache focale du rayonnement laser, pour maintenir constante la distance entre la tache focale du rayonnement et les arêtes externes des bords à souder. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Il comporte en outre des moyens d'insufflation dans la zone des bords du tube à souder d'un gaz de protection. - Il comporte en outre des moyens d'aspiration de la zone des bords du tube à souder des fumées et particules formées par le soudage. - La tête de soudage est disposée au-dessus du tube à souder dans son plan de symétrie vertical. - Il comporte une lentille de focalisation du rayonnement laser disposée dans une monture de position ajustable. - Il comporte une lentille de focalisation du rayonnement laser disposée dans une monture amovible interchangeable. - Il comporte des galets d'avance et de guidage du tube, disposés du côté de celui-ci tourné vers la tête de soudage, munis de nervures centrales d'épaisseur progressivement décroissante au fur et à mesure qu'ils sont plus proches de la tête de soudage. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un procédé et un appareil de soudage par laser d'un tube métallique de faible diamètre selon l'invention. La figure 1 représente la zone de l'appareil proche de la tête de soudage. La figure 2 représente une coupe du tube et des galets d'avance et de guidage par un plan perpendiculaire à l'axe d'avance, selon l'axe Il-Il de la figure 1. La figure 3 est une vue à échelle agrandie de la nervure centrale du galet supérieur de la figure 2. La figure 4 représente une coupe du tube et des galets d'avance et de guidage par un plan perpendiculaire à l'axe d'avance un peu au-delà de la tête de soudage, selon l'axe IV-IV de la figure 1. Dans la figure 1, le tube 1 avance dans le poste de soudage entre les portées 2 et 3 du boîtier 22 de support des galets de guidage du tube, dans le sens indiqué par les flèches. Il est entraîné par des galets supérieurs tels que 4, 6, 8, 16 et inférieurs tels que 5, 7, 9, 11, 13. Les galets supérieurs 4, 6, 8 sont munis de nervures centrales telles que 28, d'épaisseur décroissante au fur et à mesure que l'on se rapproche de la buse de soudage 23 fixée dans le boîtier 22. Ils sont repoussés vers le tube par des vis creuses munies d'un ressort interne, représentées schématiquement par les carrés 10, 12, 14, leur pression sur les galets étant représentée par les flèches associées.Les galets inférieurs ne comportent pas de nervure centrale, mais ceux d'entre eux proches de la buse de soudage 9, 11, 13 comportent également des vis creuses munies d'un ressort interne les repoussant vers le tube, représentées schématiquement par les carrés 15, 17 et 19 et les flèches associées. La tête de soudage par laser 20 est munie d'une lentille de focalisation du rayonnement 21, disposée dans une monture amovible 21A. Le rayonnement laser est obtenu par exemple par un laser à anhydride carbonique. La puissance de celui-ci est choisie en fonction de la vitesse de soudage du tube désirée et peut être de l'ordre de 500 watts à quelques kilowatts. La tête de soudage est portée par des platines mobiles 25, 26 de réglages transversal et vertical selon les axes Y et Z, comme représenté. Le boîtier 22 du support des galets de guidage du tube glisse sur la platine de réglage longitudinal 24 selon l'axe X. La tête 20 est munie d'un ajutage 27 de soufflage horizontal d'un gaz de protection de la lentille de focalisation contre les projections ou fumées qui pourraient l'endommager. Bien que la tête de soudage soit représentée sur la figure 1 d'axe vertical, elle sera disposée en pratique avec un axe incliné de quelques degrés par rapport à la verticale, par exemple à 850 par rapport à l'axe d'avance du tube, de façon à éviter que des réflexions du rayonnement laser sur le tube à souder ne viennent endommager la génératrice laser. Il a été représenté en 29 la forme du faisceau laser à la sortie de la buse 23. Il se focalise quelques millimètres au-dessus des arêtes supérieures des bords du tube à souder, de sorte que le rayonnement résiduel ne peut pénétrer entre ceux-ci jusqu'aux fibres optiques disposées dans le tube. Une ouverture latérale 30 dans le bâti porteur des galets permet l'aspiration des fumées dégagées par le soudage. En face de celui-ci, une autre ouverture, non visible, permet l'insufflation d'un gaz de protection de la soudure. La figure 2 représente une coupe à échelle agrandie selon l'axe Il-Il de la figure 1. On y voit le galet inférieur 7 supportant le tube 1 et le galet supérieur 6 muni d'une nervure centrale 28 pénétrant à l'intérieur du tube 1 entre ses bords à souder. Le profil de cette nervure est représenté de façon plus précise à échelle encore agrandie en figure 3, correspondant au détail III de la figure 2. Elle présente un bord central effilé, lui permettant de pénétrer dans le tube entre ses bords très rapprochés. Les rouleaux 16, 13 représentés en figure 4 enserrent le tube fermé par le soudage, et présentent donc un profil concave de forme circulaire correspondant à la surface externe du tube. REVENDICATIONS 1/ Procédé de soudage longitudinal des bords d'un tube métallique de faible diamètre (1), dans lequel on fait défiler longitudinalement le tube selon un axe horizontal dans une tête de soudage au laser (20), à une distance sensiblement constante du système de focalisation de cette tête, les bords de la génératrice du tube ayant été rapprochés au préalable dans un de ses plans de symétrie, et on focalise le rayonnement laser à une distance de quelques millimètres des arêtes externes des bords à souder, caractérisé en ce que l'on fixe à des valeurs déterminées la distance des arêtes externes des bords à souder à l'axe de défilement du tube et la position de la tache focale du rayonnement laser, et en ce que l'on règle en fonction de ces valeurs la distance entre le bord de la tête de soudage proche du tube et les arêtes externes des bords à souder et la position de la tache focale du rayonnement laser de façon à maintenir constante la distance entre cette tache focale et les arêtes externes des bords à souder. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on insuffle dans la zone des bords du tube à souder un gaz de protection. 3/ Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on aspire (30) à partir de la zone de soudage les fumées et les particules formées. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on dispose la tête de soudage au laser (20) au-dessus du tube à souder (1) dans son plan de symétrie vertical. 5/ Appareil de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant des moyens pour faire avancer et guider le tube selon un axe longitudinal, des moyens pour axer les bords à souder par rapport à un plan de symétrie du tube une tête de soudage au laser (20) dans ce plan de symétrie, des moyens de réglage de la distance des arêtes externes des bords à souder à l'axe de défilement du tube, et des moyens de réglage de la position de la tache focale du rayonnement laser, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de positionnement en continu de la distance des arêtes externes des bords à souder à l'axe de défilement du tube, des moyens de positionnement de la tache focale du rayonnement laser, et des moyens pour régler en fonction de ces valeurs la distance entre le bord de la tête de soudage proche du tube et les arêtes externes des bords à souder et la longueur focale du rayonnement laser, pour maintenir constante la distance entre la tache focale du rayonnement et les arêtes externes des bords à souder. 6/ Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'insufflation dans la zone des bords à souder d'un gaz de protection. 7/ Appareil selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (30) d'aspiration de la zone des bords du tube à souder des fumées et particules formées par le soudage. 8/ Appareil selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la tête de soudage est disposée au-dessus du tube à souder dans son plan de symétrie vertical. 9/ Appareil selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille (21) de focalisation du rayonnement laser disposée dans une monture de position ajustable. 10/ Appareil selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille (21) de focalisation du rayonnement laser, disposée dans une monture amovible (21A) interchangeable. 11/ Appareil selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des galets (4, 6, 8) d'avance et de guidage du tube, disposés du côté de celui-ci tourné vers la tête de soudage, munis de nervures centrales (28) d'épaisseur progressivement décroissante au fur et à mesure qu'ils sont plus proches de la tête de soudage.