Brevet FR2658103A1 — publié le 19910816

L'invention concerne le soudage au laser de tôles d'acier revêtues de zinc et, plus généralement, le soudage de tôles revêtues d'un matériau dont la température d'évaporation est inférieure à la température de fusion du métal de base. Lorsqu'on soude au laser deux tôles d'acier revêtues de zinc, il se forme au niveau du faisceau laser une poche dans laquelle le fer est liquide, mais de la vapeur de zinc est présente dans cette poche. Cette vapeur soulève et expulse le liquide, ce qui conduit à un cordon de soudure irrégulier et ayant de mauvaises qualités mécaniques. Il est connu, pour éviter cet inconvénient, de ménager un espace entre les tôles afin que la vapeur de zinc puisse s'échapper. Cependant, cela nécessite une préparation des tôles et/ou un appareillage spécial et, dans certains cas, il est souhaitable de laisser les tôles en contact, par exemple si le soudage laser vient en complément d'un autre procédé de soudage. La présente invention a pour objet un procédé de soudage à l'aide d'un faisceau laser de deux tôles revêtues, qui permet de laisser les tôles en contact pendant le soudage au laser. Ce procédé est caractérisé en ce que - dans une première étape on prend une tôle d'essai dont l'épaisseur est égale à la somme des épaisseurs des deux tôles à souder et dont le matériau constitutif est le métal de base de ces deux tôles éventuellement revêtu de la même matière, on déplace le long de la tôle d'essai le faisceau laser réglé aux paramètres désirés pour le soudage, en faisant varier la distance entre la tôle et le système de focalisation du faisceau laser autour de la valeur de la distance focale, on répète cette opération en faisant varier la vitesse de déplacement du faisceau laser jusqu'à ce que, pour une vitesse v, on obtienne une zone perlée sur l'envers de la tôle d'essai, et on détermine la distance d du système de focalisation à la tôle à l'endroit où la pénétration du faisceau laser dans la tôle est maximale;; - et en ce que, dans une seconde étape, on place les tôles au contact l'une de l'autre, sous le faisceau laser et qu'on effectue un passage laser à la vitesse v, le système de focalisation étant à -la distance d de la surface extérieure de la tôle la plus proche de ce système. On entend par "zone perlée" une zone d'aspect irrégulier, où s'est produite une transition de phase liquide-solide et dans laquelle des gouttelettes solidifiées donnent à la surface de la tôle un aspect granuleux et brillant. On a decritci-apres à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, avec référence au dessin annexé schématique dans lequel: La Figure 1 montre la première étape du procédé; La Figure 2 en montre la seconde étape. Pour souder deux tôles revêtues 1 et 2 à l'aide d'un faisceau laser focalisé par une lentille 3 de distance focale f, on commence par prendre une tôle d'essai 4 dont l'épaisseur est égale à la somme des épaisseurs des tôles 1 et 2 et dont le matériau constitutif est le métal de base de ces tôles 1 et 2, éventuellement revêtu de la même matière. On déplace alors le long de la tôle 4 le faisceau laser réglé aux paramètres désirés pour le soudage, en 'faisant varier la distance entre la tôle 4 et la lentille 3 autour de la valeur moyenne f, le point de focalisation 5 du faisceau laser se déplaçant ainsi de part et d'autre de la tôle 4.On répète cette opération en faisant varier la vitesse de déplacement du faisceau laser jusqu'à ce que, pour une vitesse v, on obtienne une zone perlée 6 sur l'envers de la tôle 4, la longueur de cette zone perlée étant de préférence sensiblement égale à la moitié de la longueur du cordon de soudure à réaliser. On mesure la distance d de la lentille 3 à la tôle 4 à l'endroit où la pénétration du faisceau laser dans la tôle est maximale, c'est-à-dire pratiquement au milieu de la zone perlée 6; la détermination de cet endroit peut se faire par tout moyen connu, par exemple par observation visuelle, à l'aide d'un palpeur ou en déterminant le rayonnement maximal émis par la face arrière de la tôle à l'aide d'une photodiode. Il ne reste plus qu'à placer les tôles 1 et 2 au contact l'une de l'autre sous le faisceau laser et à effectuer un passage laser à la vitesse v, la lentille 3 étant à la distance d de la surface extérieure de la tôle 1 la plus proche de cette lentille. Lors de la mise en oeuvre de ce procédé, on prévoit un poste d'essai où se trouve un analyseur permettant de déterminer la position du milieu de la zone perlée, et un poste de soudure où est prévu un dispositif de mesure de la distance entre la lentille 3 de la source laser et la surface de la première tôle 1. Lorsqu'on soude les deux tôles 1 et 2 à l'aide du faisceau laser, il se forme au niveau de âelui-ci une cavité appelée "keyhole" qui présente une zone gazeuse entourant immédiatement le faisceau et une zone liquide entourant cette zone gazeuse. La distance d correspond à la position du faisceau pour laquelle la zone gazeuse traverse les deux tôles de part en part, ce qui permet l'évacuation des vapeurs de zinc. Il va de soi que la présente invention ne doit pas être limitée au mode de mise en oeuvre décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. Par exemple, la distance d peut être asservie à un capteur optoélectronique qui mesure l'émission de la face arrière de la deuxième tôle 2, ce qui permet de piloter le procédé en temps réel pour s'affranchir de certains défauts des tôles, par exemple d'une variation d'épaisseur. On peut encore, en particulier si cet asservissement n'est pas possible (cas des corps creux), faire osciller le système de focalisation ou la valeur de distance focale (par exemple en modifiant la courbure d'un miroir) à une fréquence suffisamment élevée (par exemple 1000 Hz) pour que des défauts n'aient pas le temps de se créer, l'amplitude de l'oscillation étant déterminée en fonction de l'incertitude de l'asservissement en position du système de focalisation par rapport aux tôles et en fonction des tolérances dimensionnelles de celles-ci. Revendications 1. Procédé de soudage de deux tôles revêtues, caractérisé en ce que - dans une première étape on prend une tôle d'essai (4) dont l'épaisseur est égale à la somme des épaisseurs des deux tôles à souder (1 et 2) et dont le matériau constitutif est le métal de base de ces deux tôles éventuellement revêtu de la même matière, on déplace le long de la tôle d'essai (4) le faisceau laser réglé aux paramètres désirés pour le soudage, en faisant varier la distance entre la tôle (4) et le système de focalisation (3) du faisceau laser autour de la valeur de la distance focale f, on répète cette opération en faisant varier la vitesse de déplacement du faisceau laser jusqu'à ce que, pour une vitesse v, on obtienne une zone perlée (6) sur l'envers de la tôle d'essai (4), et on détermine la distance d du système de focalisation (3) à la tôle (4) à l'endroit où la pénétration du faisceau laser dans la tôle (4) est maximale; - et en ce que, dans une seconde étape, on place les tôles au contact l'une de l'autre, sous le faisceau laser et qu'on effectue un passage laser à la vitesse v, le système de focalisation étant à la distance d de la surface extérieure de la tôle la plus proche de ce système. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine la distance d à l'endroit situé sensiblement au milieu de la zone perlée. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la distance d est asservie à un capteur optoélectronique qui mesure l'émission de la face arrière de la deuxième tôle (2). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on fait osciller le système de focalisation (3) ou la valeur de la distance focale.