Brevet FR2704469A1 — publié le 19941104

La présente invention a pour objet un procédé de soudage bord à bord d'au moins deux flans de tôle d'épaisseur supérieure à lmm, dites tôles fortes, pour la réalisation de tôles raboutées, utilisées principale- ment dans l'industrie navale, la construction mécano-sou- dée, ou pour la fabrication de tubes épais soudés longitudinalement. On connaît pour souder deux flans de tôle bord à bord d'utiliser un faisceau à haute densité d'énergie du type faisceau laser. Pour cela, les bords à souder des flans de tôle sont mis en contact d'attouchement et le faisceau laser permet de fondre le plan de joint ainsi formé pour réaliser une liaison soudée. Cette technique nécessite que les bords à souder des flans de tôle présentent une qualité de surface irréprochable de manière à assurer un jeu maximal entre lesdits bords à souder inférieur à O,2mm. En effet, si le jeu maximal est supérieur à 0,2mm, le joint soudé s'affaisse pour combler le jeu et la soudure présente un caniveau. Ainsi, pour des flans de tôle d'épaisseur inférieure à 3mm, on utilise des cisailles d'une très grande précision assurant une bonne qualité de coupe des bords à souder. Pour des flans de tôle d'épaisseur supérieure à 3mm, les bords à souder desdits flans de tôle sont généralement usinés. Par ailleurs, lorsque l'on soude au moyen d'un faisceau laser, du fait de la haute densité d'éner- gie, le temps de refroidissement de 800 à 500 C est de l'ordre de 1 à 3 secondes selon l'épaisseur des flans de tôle à souder et la puissance du laser utilisé. Par conséquent, il en résulte, au niveau du joint soudé, une zone fondue et une zone affectée thermiquement ayant des caractéristiques mécaniques modi- fiées par rapport aux caractéristiques mécaniques du matériau d'origine constituant les flans de tôle. En particulier, du fait de l'effet de trempe localisé issu du soudage au moyen du faisceau laser, le joint soudé présente une augmentation de dureté qui peut doubler, voire tripler par rapport à la dureté du matériau constituant les flans de tôle. Ce phénomène est d'autant plus accentué dans le cas o le matériau constitutif des flans de tôle à souder est un acier à fort pourcentage de carbone et contenant des éléments dits durcissant du type par exemple manganèse, silicium ou chrome. Or, les aciers utilisés par exemple dans l'industrie navale, la construction mécano-soudée ou la fabrication de tubes soudés sont des aciers dont la teneur en carbone est généralement comprise entre 0,1 et 0,25%. Ainsi, après soudage, la dureté du joint soudé peut atteindre pour de tels aciers 400Hv. Or, les codes de soudage imposent une dureté du joint soudé à ne pas dépasser qui est, par exemple, dans le cas de gros tubes soudés, de 250 Hv. La présente invention a pour but de proposer un procédé de soudage bord à bord d'au moins deux flans de tôle au moyen d'un faisceau laser qui permet, d'une part, de limiter l'augmentation de la dureté du joint soudé et, d'autre part, d'éviter une préparation impor- tante des bords à souder desdits flans de tôle. L'invention a donc pour objet un procédé de soudage bord à bord d'au moins deux flans de tôle au moyen d'un faisceau laser, dans lequel on amène les flans de tôle en contact au niveau de leurs bords à souder pour former un plan de joint et on effectue le soudage dudit plan de joint au moyen du faisceau laser, caractérisé en ce que l'on interpose au niveau du plan de joint entre les bords à souder des flans de tôle, un feuillard d'apport en acier à très bas carbone dont la teneur en carbone est inférieure à 0,03%. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - la teneur en carbone du feuillard d'apport est inférieure au dizième de la teneur en carbone des flans de tôle, - la teneur en carbone du feuillard d'apport est inférieure au dizième de la teneur en carbone du flan de tôle ayant la plus faible teneur en carbone, - la composition métallurgique de l'acier constitutif du feuillard d'apport ne comporte des éléments durcissants du type manganèse, silicium ou chrome qu'à titre de résiduel, - le feuillard d'apport a une épaisseur comprise entre 0,2 et 0,8mm, - le feuillard d'apport a une épaisseur comprise ente 0,3 et 0,5mm pour le soudage de flans de tôle d'épaisseur inférieure à 10mm, - le feuillard d'apport a une épaisseur comprise entre 0,5 et 0,8mm pour le soudage de flans de tôle d'épaisseur supérieure à 10mm, - le feuillard d'apport a une largeur supérieure ou égale à l'épaisseur des flans de tôle, - le feuillard d'apport a une largeur supé- rieure ou égale à l'épaisseur du flan de tôle ayant la plus faible épaisseur, - le feuillard d'apport a une largeur supé- rieure de 2mm et de préférence de lmm à l'épaisseur des flans de tôle, le feuillard d'apport a une largeur supérieure de 2mm et de préférence de lmm à l'épaisseur du flan de tôle ayant la plus faible épaisseur, - le feuillard d'apport présente un bord tombé destiné à venir s'appliquer sur une des faces principales du flan de tôle ayant la plus faible épaisseur, - la largeur du rebord tombé est inférieure à 3mm et de préférence inférieure à 2mm, - on exerce une pression latérale sur les flans de tôle à souder en direction du plan de joint, - le point de focalisation du faisceau laser est compris entre le bord du feuillard placé en regard dudit faisceau laser et le tiers de l'épaisseur des flans de tôle, - le point de focalisation du faisceau laser est compris entre le bord du feuillard placé en regard dudit faisceau laser et le tiers de l'épaisseur du flan de tôle ayant la plus faible épaisseur. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence à la figure unique annexée qui représente un exemple de réalisation du procédé selon l'invention. Sur la figure unique, on a représenté deux flans de tôle 1 et 2 qui sont destinés à être soudés le long de leurs bords 3 et 4 au moyen d'un faisceau laser 5. Ces flans de tôle 1 et 2 en acier peuvent avoir la même épaisseur ou une épaisseur différente et peuvent avoir la même composition métallurgique ou une composition métallurgique différente. Le procédé selon l'invention consiste: - à amener les flans de tôle 1 et 2 en contact au niveau de leurs bords à souder 3 et 4 pour former un plan de joint, - à interposer au niveau du plan de joint entre les bords à souder 3 et 4 des flans de tôle 1 et 2, un feuillard d'apport 6 en acier à très bas carbone dont la teneur en carbone est inférieure à 0, 03%, - et à effectuer le soudage desdits flans de tôle 1 et 2 au niveau du plan de joint au moyen du faisceau laser 5. Avantageusement, la teneur en carbone de l'acier constitutif du feuillard d'apport 6 est infé- rieure au dizième de la teneur en carbone de l'acier constitutif des flans de tôle 1 et 2. Dans le cas o les flans de tôle 1 et 2 ne sont pas réalisés en acier de même composition, la teneur en carbone de l'acier constitutif du feuillard d'apport 6 est inférieure au dizième de la teneur en carbone de l'acier constitutif du flan de tôle 1 ou 2 ayant la plus faible teneur en carbone. Mais, la teneur en carbone de l'acier constitutif du feuillard d'apport 6 peut être inférieure au dizième de la teneur en carbone de l'acier constitutif du flan de tôle 1 ou 2 ayant la plus forte teneur en carbone. Lors du soudage, le faisceau laser 5 fond le feuillard d'apport 6 et les bords à souder 3 et 4 pour réaliser, après refroidissement, un joint soudé. Par effet de dilution de l'acier constitutif du feuillard d'apport 6 et des flans de tôle 1 et 2, la teneur en carbone du joint soudé ainsi utilisé est diminuée si bien que la dureté du joint soudé est égale- ment diminuée. Pour diminuer encore la dureté du joint soudé, la composition métallurgique de l'acier constitu- tif du feuillard d'apport 6 ne comporte des éléments durcissants du type manganèse, silicium ou chrome qu'à titre de résiduel. Outre, les caractéristiques de composition métallurgique du feuillard d'apport 6, ce dernier doit également posséder des caractéristiques géométriques particulières. Ainsi, le feuillard d'apport 6 a une épaisseur e comprise entre 0,2 et 0,8mm, selon l'épaisseur des flans de tôle 1 et 2 à souder. Avantageusement, l'épaisseur e du feuillard d'apport 6 est comprise entre 0,3 et 0,5mm dans le cas du soudage des flans de tôle 1 et 2 d'épaisseur infé- rieure à l0mm et est comprise entre 0,5 et 0,7 mm dans le cas du soudage des flans de tôle 1 et 2 d'épaisseur supérieure à 10mm. Par ailleurs, la largeur 1 du feuillard d'apport 6 est supérieure ou égale à l'épaisseur du flan de tôle 1 et 2 à souder. En effet, pour que le feuillard 6 constitue un métal d'apport destiné à combler les vides dus au jeu entre les bords à souder 3 et 4 des flans de tôle 1 et 2 et aux ondulations importantes desdits bords à souder 3 et 4, la largeur 1 du feuillard d'apport 6 doit être supérieure ou égale à l'épaisseur des flans de tôle 1 et 2, sinon le joint soudé s'affaisserait et présenterait un caniveau. Dans le cas du soudage de flans de tôle 1 et 2 de différentes épaisseurs, la largeur 1 du feuillard d'apport 6 est supérieure ou égale à l'épaisseur du flan de tôle 1 ou 2 de plus faible épaisseur. Pour éviter que le joint soudé ne présente une surépaisseur, la largeur 1 du feuillard d'apport 6 ne doit pas dépasser de plus de 2mm et de préférence de plus de lmm, l'épaisseur des flans de tôle 1 et 2 dans le cas de flans de tôle de même épaisseur, et de plus de 2mm et de préférence de plus de lmm, l'épaisseur du flan de tôle 1 ou 2 ayant la plus faible épaisseur dans le cas du soudage de flans de tôle d'épaisseurs différentes. Pour faciliter la mise en place du feuillard d'apport 6 entre les bords à souder 3 et 4, ledit feuillard d'apport 6 peut présenter un rebord tombé 7 disposé sensiblement à angle droit et destiné à venir s'appliquer sur une des faces principales des flans de tôle 1 ou 2. Dans l'exemple représenté, le rebord tombé 7 du feuillard d'apport 6 repose sur l'une des faces principales du flan de tôle 1. La largeur du rebord tombé 7 est inférieure à 3mm et de préférence inférieure à 2mm. Dans le cas du soudage de deux flans de tôle 1 et 2 de différentes épaisseurs, le rebord tombé 7 repose sur l'une des faces principales du flan de tôle 1 ou 2 ayant la plus faible épaisseur. Lorsque le feuillard d'apport 6 a été mis en place entre les bords à souder 3 et 4 des flans de tôle 1 et 2, on maintient verticalement lesdits flans de tôle 1 et 2 à souder par bridage et on réalise le soudage au moyen du faisceau laser 5 soit en faisant défiler ledit faisceau laser 5 fourni par une tête laser 8 le long du plan de joint, ou soit en faisant défiler les flans de tôle 1 et 2 au-dessous du faisceau laser 5. Durant cette opération, le faisceau laser 5 est réglé de telle manière que son point de focalisation est compris entre le bord du feuillard d'apport 6 placé en regard dudit faisceau laser 5 et le tiers de l'épais- seur des flans de tôle 1 et 2. Dans le cas du soudage de flans de tôle d'épaisseurs différentes, le faisceau laser 5 est réglé de telle manière que son point de focalisation se situe entre le bord du feuillard d'apport 6 placé en regard dudit faisceau laser et le tiers de l'épaisseur du flan de tôle 1 ou 2 ayant la plus faible épaisseur. Au cours de l'opération de soudage, le feuillard 6 constitue un métal d'apport qui fond et vient combler les vides qui peuvent exister entre les bords à souder 3 et 4 du fait des défauts de leur état de surface. Par conséquent, le feuillard d'apport 6 absorbe les défauts de rugosité des bords à souder des flans de tôle 1 et 2. Avantageusement, on peut exercer une pression latérale sur les flans de tôle 1 et 2 à souder en direction du plan de joint. Le procédé selon l'invention a été appliqué pour souder bord à bord deux flans de tôle en acier d'épaisseur de 10mm et dont la composition métallurgique en millième de * est la suivante: C Mn P S Si 1600 30 30 500 Après un soudage laser autogène classique sans métal d'apport au moyen d'un laser d'une puissance de 11kW avec un gaz de protection, en l'occurrence de l'argon, et à 1,2m/mn, on constate que le joint soudé n'est pas totalement continu et présente un caniveau ainsi que des interstices. La dureté du joint soudé atteint 295 Hv. Le même acier a été soudé selon le procédé de l'invention en interposant entre les bords à souder 3 et 4 des flans de tôle 1 et 2, un feuillard d'apport 6 de 0,7mm d'épaisseur et de 10mm de largeur, en acier dont la composition métallurgique en millième de % est la suivante: C Mn P S Si Al 3 133 4,6 7,7 14 22 Ni Cr Cu Mo Sn Ti 23 13 1 1 2 45 Après soudage dans les mêmes conditions que précédemment, le joint soudé est parfaitement continu et la dureté de ce joint soudé n'est plus que de 210 Hv. Cet exemple montre bien que le procédé selon l'invention permet d'assurer un joint soudé de bonne qualité sans préparation particulière des bords à souder des flans de tôle et de minimiser la dureté dudit joint soudé. De ce fait, le procédé de soudage selon l'invention s'applique plus particulièrement au soudage de flans de tôle d'épaisseur supérieure à 5mm, de préférence supérieure à 10mm, en acier dont la teneur en carbone est supérieure à 0,1%. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage bord à bord d'au moins deux flans de tôle (1, 2) au moyen d'un faisceau laser (5), dans lequel on amène les flans de tôle (1, 2) en contact au niveau de leurs bords à souder (3, 4) pour former un plan de joint et on effectue le soudage au moyen dudit faisceau laser (5), caractérisé en ce que l'on interpose au niveau du plan de joint entre les bords à souder (3, 4) des flans de tôle (1, 2), un feuillard d'apport (6) en acier à très bas carbone dont la teneur en carbone est inférieure à 0,03%. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la teneur en carbone du feuillard d'apport (6) est inférieure au dizième de la teneur en carbone des flans de tôle (1, 2). 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la teneur en carbone du feuillard d'apport (6) est inférieure au dizième de la teneur en carbone du flan de tôle (1, 2) ayant la plus faible teneur en carbone. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la composition métallurgique de l'acier constitutif du feuillard en apport (6) ne comporte des éléments durcissants du type manganèse, silicium ou chrome qu'à titre de résiduel. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard d'apport (6) a une épaisseur comprise entre 0,2 et 0,8mm. 6. Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le feuillard d'apport (6) a une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5mm pour le soudage de flans de tôle (1, 2) d'épaisseur inférieure à 10mm. 7. Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le feuillard d'apport (6) a une épaisseur comprise entre 0,5 et 0,8mm pour le soudage de flans de il tôle (1, 2) d'épaisseur supérieure à lOmm. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le feuillard d'apport (6) a une largeur supérieure ou égale à l'épaisseur des flans de tôles (1,2). 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le feuillard d'apport (6) a une largeur supérieure ou égale à l'épaisseur du flan de tôle (1, 2) ayant la plus faible épaisseur. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le feuillard d'apport (6) a une largeur supérieure de 2mm et de préférence de lmm à l'épaisseur des flans de tôle (1, 2). 11. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le feuillard d'apport (6) a une largeur supérieure de 2mm et de préférence de lmm à l'épaisseur du flan de tôle (1, 2) ayant la plus faible épaisseur. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard d'apport (6) présente un rebord tombé (7) destiné à venir s'appli- quer sur une des faces principales du flan de tôle (1, 2) ayant la plus faible épaisseur. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la largeur du rebord tombé (7) du feuillard d'apport (6) est inférieure à 3mm et de préférence inférieur à 2mm. 14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on exerce une pression latérale sur les flans de tôle (1, 2) en direction du plan de joint des bords à souder (3, 4) desdits flans de tôle (1, 2). 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le point de focalisa- tion du faisceau laser (5) est compris entre le bord du feuillard d'apport (6) placé en regard dudit faisceau laser (5) et le tiers de l'épaisseur du flan de tôle (1, 2). 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le point de focalisation du faisceau laser (5) est compris entre le bord du feuillard d'apport (6) placé en regard dudit faisceau laser (5) et le tiers de l'épaisseur du flan de tôle (1, 2) ayant la plus faible épaisseur.