Brevet FR2731373A1 — publié le 19960913

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de soudage de tôles par un faisceau laser. Elle vise également un assemblage de tôles soudées obtenu à l'aide de ce procédé. On a déjà proposé depuis longtemps de souder les tôles métalliques à l'aide d'un appareil laser fonctionnant en mode continu ou pulsé et émettant un faisceau monochromatique de longueur d'onde pouvant aller de l'ultraviolet à l'infrarouge. Toutefois, la ligne de soudage des tôles est généralement de mauvaise qualité. En effet, les faces en regard des tôles et/ou leurs faces externes sont généralement recouvertes d'un revêtement de zinc dont la température de fusion est plus basse que celle de l'acier, de sorte que, lors du soudage, il se produit une vaporisation du zinc qui est préjudiciable à la qualité de la soudure. Plus précisément, il se produit des bulles de vapeur de zinc occasionnant des cratères dans la ligne de soudure, ce qui évidemment nuit à l'esthétique et à la solidité de la ligne de soudure. De plus, le soudage engendre des projections de matière vers l'extérieur des tôles. Ces projections ont pour effet, d'une part, de diminuer la qualité du soudage par manque de matière (résistance mécanique faible de la soudure et non étanchéité du cordon), et de conférer à la soudure un aspect irrégulier. D'autre part, les projections de métal en fusion endommagent les optiques associées à l'appareil laser pour obtenir la focalisation du faisceau sur les tôles à souder. Pour rémédier à ces inconvénients, il a été proposé de ménager un jeu entre les tôles pour favoriser l'évacuation des vapeurs de zinc lors du soudage. Toutefois, les moyens proposés pour réaliser un tel jeu et par exemple constitués par des cales ou bien par un cintrage sur toute la longueur des tôles, n'étaient pas satisfaisants. En effet, ces moyens étaient d'une mise en oeuvre compliquée, augmentaient le temps de travail sur les tôles, et nécessitaient des étapes intermédiaires. Ceci engendrait des coûts supplémentaires, ne permettait pas d'assurer la continuité des formes géométriques de l'assemblage des pièces à souder, et procurait un jeu entre les tôles qui était parfois trop important et donc susceptible de nuire à la qualité de la soudure et à la rigidité de l'assemblage des tôles soudées. Aussi, la présente invention a pour but de remédier à tous les inconvénients ci-dessus en proposant un procédé de soudage de tôles qui conduit à des assemblages de grande qualité et sans modification de la rigidité des pièces de tôle composant l'assemblage, c'est-à-dire sans modification de la continuité initiale des formes géométriques de ces pièces de tôles qui peuvent être planes mais également galbées. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de soudage de tôles par un faisceau laser et du type consistant à ménager un jeu entre les tôles à souder avant d'y appliquer ledit faisceau laser, caractérisé en ce qu'on réalise le jeu entre les tôles, avant soudage, par une opération d'emboutissage ou analogue sur au moins l'une des tôles pour créer une pluralité de bossages ou analogues ponctuels qui s'interposent entre les tôles superposées pour faciliter le départ des vapeurs dans l'intervalle entre les tôles lors du soudage par le faisceau laser. On comprend donc déjà que l'espace ou le jeu nécessaire pour assembler les tôles peut être réduit au minimum, d'où un gain de matière et de masse pour par exemple la caisse d'un véhicule automobile utilisant des assemblage soudés selon le procédé de l'invention. Suivant une autre caractéristique de ce procédé, la création des bossages précités est réalisée simultanément au façonnage des tôles. I1 n'y aura donc pas d'étapes intermédiaires ni coûts supplémentaires. On précisera encore ici que les bossages sont obtenus à l'aide d'inserts ou analogues disposés et répartis sur l'outil de façonnage ou de formage des tôles. Le procédé selon cette invention est encore caractérisé par le fait qu'on effectue le soudage suivant une ligne au droit des bossages lorsque ceux-ci présentent une dimension transversale moyenne inférieure à une valeur prédéterminée, ou bien suivant une ligne située en dehors des bossages lorsque ladite dimension est supérieure à cette valeur. La valeur prédéterminée en question est comprise entre environ 2 et 3 mm. Selon une autre caractéristique de ce procédé, les bossages précités sont répartis sur au moins une tôle suivant au moins une ligne. Les bossages peuvent également être disposés en vis-àvis ou en quinconce. La forme des bossages peut être une forme allongée, circulaire ou conique. Suivant un exemple de réalisation, les bossages peuvent présenter en section transversale une forme circulaire et posséder un diamètre compris entre environ 0,1 et 10 mm. On ajoutera encore ici que si les tôles sont solidaires l'une de l'autre par un sertissage, on peut avantageusement compléter ce sertissage par un soudage à l'aide du faisceau laser précité. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - les figures 1, 2 et 3 illustrent respectivement, et en coupe verticale, trois modes de réalisation de répartition des bossages sur deux portions de tôle superposées et à souder par un faisceau laser - la figure 4 illustre, en coupe verticale, la ligne de soudure sur deux tôles, formée après passage du faisceau laser sur une ligne de bossages ; et - les figures 5, 6 et 7 illustrent schématiquement et en coupe transversale trois profils possibles pour deux tôles superposées et à souder en utilisant le procédé de l'invention, les tôles étant éventuellement galbées. En se reportant aux figures 1 à 3 et 5 à 7, on voit deux tôles superposées, à savoir une tôle supérieure 1 et une tôle inférieure 2 comportant l'une et/ou l'autre des bossages ponctuels s'interposant entre les deux tôles lorsqu'elles sont plaquées l'une contre l'autre, pour créer un jeu 3 entre ces tôles qui est réduit au minimum mais qui permet, lors du soudage par un faisceau laser matérialisé schématiquement par la flèche F sur les figures, l'évacuation des vapeurs de zinc lors de la réalisation du soudage. En effet, comme expliqué au début de cette description, l'une ou les deux surfaces des tôles à assembler sont la plupart du temps recouvertes d'un revêtement de zinc. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, c'est la tôle supérieure 1 qui est pourvue de bossages 4, alors que les faces extérieures 2a de la tôle inférieure 2 sont planes. Dans le mode de réalisation visible sur la figure 2, les faces externes la de la tôle supérieure 1 sont planes et lisses, tandis que la tôle inférieure 2 est pourvue de bossages ponctuels 5 en regard de la tôle supérieure 1. Mais, suivant un autre mode de réalisation illustré par la figure 3, les deux tôles superposées 1 et 2 peuvent comporter chacune et respectivement des bossages 4 et 5 pour créer le jeu 3 entre les deux tôles qui sera d'environ 0,1 à environ 0,5 mm, en fonction de l'épaisseur des tôles à assembler par le faisceau laser F. Les bossages 4, 5 peuvent avoir une forme allongée ou autre, telle que par exemple une forme circulaire ou conique. Ainsi, dans le cas où les bossages 4, 5 présentent en section transversale une forme circulaire, leur diamètre peut être compris entre environ 0,1 et 10 mm. On précisera ici que les bossages 4, 5, constituant des déformations très localisées, peuvent être répartis sur l'une 1 et/ou l'autre tôle 2 suivant un nombre et une configuration quelconques. Ainsi, les bossages peuvent former une ou plusieurs lignes, et être disposés en vis-à-vis ou en quinconce. On observera ici que la ligne de soudage effectuée par le faisceau laser F ne devra pas passer par l'axe d'alignement des bossages, au droit de ceux-ci, lorsque lesdits bossages auront un diamètre supérieur à environ 2-3 mm. En effet, dans ce cas là, la soudure sur les bossages conduirait à un jeu 3 nul entre les tôles 1 et 2, de sorte qu'on se trouverait en face des défauts mentionnés au début de cette description. Par contre, pour des bossages 4, 5 ayant des petits diamètres inférieurs à environ 2 - 3 mm, il est possible de souder en trait continu sur la ligne de bossages, car la longueur de soudage avec un jeu 3 nul est très faible. C'est ce que l'on voit sur la figure 4 notamment où le soudage par faisceau laser F a été effectué en suivant une ligne de bossages de petit diamètre pour, en quelque sorte, transformer ces bossages participant au soudage en une ligne de soudage 6. Les bossages 4, 5 constituant des déformations ponctuelles ou très localisées, peuvent être réalisés sur des tôles planes, comme on le voit bien sur les figures 1 à 4, ou bien sur des tôles galbées, comme cela est visible sur les figures 5 et 6, ces dernières figures n'illustrant que des exemples d'assemblage non limitatifs de la présente invention. Sur la figure 5, les tôles 1 et 2 sont galbées suivant une direction perpendiculaire au cordon de soudure 7, les bossages 4 et 5 étant disposés comme sur la figure 3. Sur la figure 6, les tôles 1 et 2 sont galbées comme précédemment, mais chacune peut comporter un bord d'extrémité replié 9 venant en contact avec l'autre tôle. Les bossages peuvent se trouver en 4 et 5 comme sur la figure 3 ou être disposés "en rive", c'est-à-dire au niveau des bords repliés 9, soit sous forme de bossages complets comme les bossages 4 et 5, soit sous forme de demi-bossages, comme montré en 9a. Sur la figure 7, on voit que la tôle supérieure 1 comporte un bord d'extrémité replié 10 qui s'applique sur la tôle inférieure 2 qui, elle, est plane. On précisera ici que le cordon de soudure 7 visible sur les figures 5, 6 et 7 et reliant les tôles 1 et 2 passe en dehors des bossages 4 et 5. Revenant à la figure 7, on pourrait imaginer que le bord 10 de la tôle supérieure 1 soit serti avec un bord replié (non représenté) de la tôle inférieure 2. Dans ce cas là, il est non seulement possible de réaliser le soudage des tôles 1 et 2 suivant une ligne passant sur ou au voisinage de la ligne de bossages 4, mais aussi de compléter le sertissage en faisant passer, comme matérialisé par la flèche F' sur la figure 7, le faisceau laser F sur les sertis afin d'augmenter ainsi la rigidité des pièces en tôle, ce qui peut être utile lorsqu'il s'agit de réaliser les portes, la caisse, les parois de coffre ou le capot d'un véhicule. I1 est important d'observer ici que les bossages 4, 5, sont, suivant l'invention, réalisés simultanément à l'opération de façonnage ou de formage des tôles 1, 2. Ainsi, les bossages précités sont bruts d'emboutissage à moindre coût, sans étapes intermédiaires ou supplémentaires. Pour ce faire, les outils ou les presses de formage des tôles 1, 2 à assembler sont équipés de petits inserts (non représentés) en acier très dur disposés en un nombre et suivant une configuration appropriée afin de réaliser les bossages 4, 5, pendant la frappe des outils. I1 faut encore ajouter que, dans certains cas, il peut être nécessaire d'assurer un plaquage des tôles 1, 2, afin d'obtenir un jeu 3 constant et égal tout au long de la ligne de soudure. Dans ce but, on pourra utiliser des éléments conformateurs appropriés aux pièces à assembler et d'un type connu en soi. On a donc réalisé suivant l'invention un procédé de soudage par faisceau laser et un assemblage de pièces obtenu par ce procédé, présentant les avantages essentiels suivants. La prévision de bossages ponctuels sur l'une et/ou l'autre tôle permet d'assurer la continuité des formes géométriques de l'assemblage des pièces à souder sans en modifier la rigidité. I1 n'y a donc pas d'ondulations exagérées des bords de tôle à prévoir ni de rattrapage de jeux excessifs. L'espace ou jeu nécessaire pour assembler les pièces peut être réduit au minimum, d'où un gain de matière et de masse pour le véhicule devant être équipé d'assemblages des pièces soudées par le procédé. Les bossages sont réalisés simultanément au formage des pièces à souder, ce qui n'altère pas les coûts et ne nécessite pas d'étapes intermédiaires ou supplémentaires. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le nombre, la forme et la répartition des bossages sur l'une et/ou l'autre tôle à assembler peuvent être quelconques, de même que l'invention peut s'appliquer à des tôles non revêtues aussi bien qu'à des tôles revêtues de zinc. C'est dire que l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage de tôles par un faisceau laser et du type consistant à ménager un jeu (3) entre les tôles (1, 2) à souder avant d'y appliquer ledit faisceau laser (F), caractérisé en ce qu'on réalise le jeu (3) entre les tôles (1, 2), avant soudage, par une opération d'emboutissage ou analogue sur au moins l'une des tôles (1, 2) pour créer une pluralité de bossages ou analogues ponctuels (4, 5) qui s'interposent entre les tôles superposées pour faciliter le départ des vapeurs dans l'intervalle entre les tôles (1, 2) lors du soudage par le faisceau laser (F). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la création des bossages précités (4, 5) est réalisée simultanément au façonnage des tôles (1, 2). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bossages (4, 5) sont obtenus à l'aide d'inserts ou analogues disposés et répartis sur l'outil de façonnage ou de formage des tôles (1, 2). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue le soudage suivant une ligne au droit des bossages (4, 5) lorsque ceux-ci présentent une dimension transversale moyenne inférieure à une valeur prédéterminée, ou suivant une ligne située en dehors des bossages lorsque ladite dimension est supérieure à cette valeur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée précitée est comprise entre environ 2 et 3 mm. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bossages précités (4, 5) sont répartis sur au moins une tôle suivant au moins une ligne. 7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les bossages précités (4, 5) sont diposés en vis-à-vis ou en quinconce. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bossages précités (4, 5) présentent une forme allongée, circulaire ou conique. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les bossages précités (4, 5) présentent en section transversale une forme circulaire et possèdent un diamètre compris entre environ 0,1 et 10 mm. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tôles (1, 2) étant solidaires l'une de l'autre par un sertissage, on complète ce sertissage par soudage à l'aide du faisceau laser (F). 11. Assemblage de tôles soudées obtenu à laide du procédé selon l'une des revendications 1 à 10.