Brevet FR2671503A1 — publié le 19920717

La présente invention est relative au travail au laser Elle s'applique en particulier au travail au laser dans des tubes de petit diamètre, par exemple au soudage au laser de manchettes de répara- -5 tion dans des tubes d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Il a déjà été proposé de réaliser des soudures circulaires dans des tubes de petit diamètre en transportant un faisceau laser dans une tête de travail positionnée dans le tube et en focalisant ce faisceau sur le point de travail après passage à travers une série de lentilles et renvoi par un miroir incliné à 45 '. L'une des difficultés que l'on rencontre dans cette technique consiste à obtenir une focali- sation précise du faisceau sur le point de travail malgré l'important échauffement de la tête de travail au voisinage du miroir de renvoi. L'invention a pour but d'augmenter la pré- cision du procédé de façon simple et économique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de travail au laser, du type dans lequel un faisceau laser est transporté à l'intérieur d'une tête de travail, renvoyé par un miroir incliné monté dans celle-ci et focalisé sur un point de travail, et un gaz est envoyé dans la région de la tête de travail qui contient le miroir, caractérisé en ce qu'on fait passer une partie du gaz à travers des passages ména- gés dans une pièce massive thermiquement conductrice montée au-delà du miroir. De préférence, entre deux phases de travail, on continue à faire passer du gaz à travers les passages de la pièce massive. L'invention a également pour objet une tête de travail au laser destinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé Cette tête de travail, du type comprenant une enveloppe dans laquelle est montée un système optique de transport, de focalisation et de renvoi d'un faisceau laser comportant un miroir incliné, est caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce massive thermiquement conductrice montée dans l'enveloppe au- delà du miroir et pourvue de passages qui communiquent avec l'espace de l'enveloppe situé en-deçà du miroir. Suivant d'autres caractéristiques de la tête de travail la pièce massive est montée en relation d'échange thermique avec l'enveloppe; lesdits passages sont ménagés longitudinalement dans la pièce massive; la pièce massive est en un matériau meilleur con- ducteur thermique que celui de l'enveloppe, notamment en cuivre; la pièce massive est espacée du support du miroir. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, dont la figure unique représente en coupe longitudi- nale une tête de soudage au laser conforme à l'in- vention. La tête de soudage au laser 1 représentée au dessin est destinée à réaliser une ou plusieurs sou- dures circulaires dans un tube de petit diamètre (non représenté), notamment pour fixer une manchette de réparation dans un tube de générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée La tête 1, d'axe général X-X supposé vertical, comprend une enveloppe 2 de forme générale tubulaire, un système optique 3 monté dans cette enveloppe, et un nez supérieur 4 Le diamètre extérieur de l'enveloppe est légèrement in- férieur au diamètre intérieur du tube précité, et l'enveloppe est munie de moyens, classiques et non représentés, de positionnement axial et de centrage dans ce tube. Le système optique 3 comprend, d'amont vers l'aval, une fibre optique 5 qui se termine sur l'axe X-X, une lentille collimatrice 6, une lentille foca- lisatrice 7 et un miroir de renvoi 8 incliné à 45 ' Ce miroir constitue une face d'un porte-miroir 8 A qui est fixé par une vis 9 à une cloison support transversale de l'enveloppe 2 percée d'ouvertures 11, tandis que les lentilles 6 et 7 sont positionnées par des man- chons-entretoises 12 et par une bague annulaire de serrage 13. Le nez 4 comprend une pièce de refroidis- sement 14 et une ogive 15. La pièce 14 est un bloc massif en cuivre, de forme générale cylindrique, dont la partie inférieure, de diamètre agrandi, est filetée et vissée dans un taraudage 16 prévu à l'extrémité supérieure, ouverte, de l'enveloppe 2 Ce bloc est percé d'un certain nombre de conduits longitudinaux 17 débouchant sur ses deux faces d'extrémité. L'ogive 15 coiffe le bloc 14, et son extré- mité inférieure, filetée, se visse également dans le taraudage 16, jusqu'au contact de la partie inférieure du bloc 14 Cette ogive est pourvue à son extrémité d'un trou d'évent 18. En fonctionnement, la tête 1 étant posi- tionnée de la manière appropriée, du gaz de protection de soudage est envoyé dans cette tête, passe à travers des échancrures prévues sur le bord des lentilles 6 et 7, et sort de la tête vers le point de travail 19, à travers une fenêtre 20 de l'enveloppe 2 située en regard du miroir -Une partie de ce gaz traverse toutefois les ouvertures 11 de la cloison 10 puis les passages 17 de la pièce 16, et sort de la tête par l'évent 18. Puis, le courant de gaz étant maintenu, le faisceau laser de soudage est transporté par la fibre optique 5, collimaté par la lentille 6, et focalisé par la lentille 7 sur le point 19 après réflexion sur le miroir 8. Pendant toute l'opération de soudage, qui est destinée à réaliser une soudure circulaire et s'effectue en faisant tourner la tête 1 sur un tour complet autour de son axe, la partie du gaz qui traverse les ouvertures 11 et les passages 17 ainsi que les transferts de chaleur par conduction entre l'enveloppe 2 et la pièce 16 provoquent l'échauffement prioritaire de cette pièce 16, massive et à haute conductibilité thermique, ce qui limite l'échauffement du reste de la tête et notamment du miroir 8, du porte-miroir 8 A et de la cloison support 10. Entre deux opérations de soudage, on main- tient le courant de gaz, ce qui assure un refroidis- sement accéléré de la pièce 16 et également du reste de la tête 1. Ainsi, l'échauffement des parties de la tête qui sont importantes pour la qualité de la soudure est réduit pendant le soudage, et un refroidissement rapide est obtenu entre les opérations de soudage Les- déformations thermiques de la tête 1 sont donc ré- duites à un minimum. REVENDICATIONS 1 Procédé de travail au laser 1, du type dans lequel un faisceau laser est transporté à l'intérieur d'une tête de travail ( 1), renvoyé par un miroir incliné ( 8) monté dans celle-ci et focalisé sur un point de travail ( 19), et un gaz est envoyé dans la région de la tête de travail qui contient le miroir, caractérisé en ce qu'on fait passer une partie du gaz à travers des passages ( 17) ménagés dans une pièce massive ( 16) thermiquement conductrice montée au-delà du miroir. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre deux phases de travail, on continue à faire passer du gaz à travers les passages ( 17) de la pièce massive ( 16). 3 Tête de travail au laser, du type com- prenant une enveloppe ( 2) dans laquelle est montée un système optique ( 3) de transport, de focalisation et de renvoi d'un faisceau laser comportant un miroir incliné ( 8 >, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce massive ( 16) thermiquement conductrice montée dans l'enveloppe ( 2) au-delà du miroir ( 8) et pourvue de passages ( 17) qui communiquent avec l'espace de l'enveloppe ( 2) situé en-deçà du miroir. 4 Tête de travail au laser suivant la re- vendication 3, caractérisée en ce que la pièce massive ( 16) est montée en relation d'échange thermique avec l'enveloppe ( 2). Tête de travail au laser suivant la re- vendication 4, caractérisée en ce que lesdits passages ( 17) sont ménagés longitudinalement dans la pièce massive ( 16). 6 Tête de travail au laser suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la pièce massive ( 16) est en un matériau meilleur conducteur thermique que celui de l'enveloppe ( 2), notamment en cuivre. 7 Tête de travail au laser suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la pièce massive ( 16) est espacée du support ( 8 A, 10) du miroir ( 8).