Brevet FR2832337A1 — publié le 20030523

DISPOSITIF ET PROCEDE DE SOUDAGE HYBRIDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine du soudage hybride combinant le soudage laser ainsi que le soudage à l'arc électrique avec fil d'apport métallique. Plus particulièrement, le domaine technique de l'invention concerne les dispositifs et les procédés de soudage hybride dans lesquels le soudage à l'arc électrique met en oeuvre une électrode fusible. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les procédés de soudage hybride ont fait l'objet de diverses réalisations dans l'art antérieur. En effet, on connaît les procédés de soudage hybride, combinant de façon simultanée une opération de soudage laser ainsi qu'une opération de soudage à l'arc électrique, cette combinaison ayant pour principal but de pouvoir bénéficier de l'ensemble des avantages conférés par chacune des deux techniques de soudage. L'opération de soudage laser s'effectue soit en utilisant une source laser du type Nd-YAG, soit en utilisant une source laser du type CO2. Cette méthode de soudage, très utilisée dans le domaine industriel, permet d'effectuer des soudures étroites et profondes à des vitesses élevées, en générant seulement de faibles déformations des pièces à assembler. Ces avantages proviennent essentiellement de la très forte densité d'énergie apportée par le faisceau laser utilisé. En revanche, la mise en oeuvre d'une telle méthode de soudage laser nécessite une préparation des pièces à souder qui est très délicate. En effet, une des conditions requises pour aboutir à une soudure de bonne qualité est l'obtention du jeu le plus faible possible entre les différentes pièces à assembler. De plus, cette méthode de soudage laser est très onéreuse, les investissements matériels nécessaires pour la mise en oeuvre de cette technique étant très importants. En raison des problèmes évoqués ci-dessus relatifs aux méthodes de soudage laser, il a été proposé de combiner un procédé de soudage laser avec un procédé de soudage à l'arc électrique. Les méthodes de soudage à l'arc électrique, très répandues dans le milieu industriel, sont en effet peu coûteuses et sont moins critiques en ce qui concerne la préparation des pièces à souder. Cependant, ces méthodes sont mises en oeuvre à des vitesses très limitées par rapport aux vitesses d'exécution des méthodes de soudage laser, et engendrent de surcroît des déformations importantes des pièces. Un autre inconvénient afférent à ce type de méthode concerne sa difficulté à pouvoir pénétrer profondément à l'intérieur des pièces à souder. Parmi ces méthodes de soudage à l'arc électrique destinées à être combinées avec une méthode de soudage laser, on note trois principaux types de technique. Tout d'abord, on connaît la technique de soudage MIG/MAG (de l'anglais Metal Inert Gas/Metal Active Gas))) réalisée à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre un fil électrode d'apport, massif ou fourré de poudres de type oxydes et/ou métalliques, à dévidage continu et à vitesse constante, et une pièce à souder. L'énergie calorifique de l'arc électrique fait fondre localement la pièce à assembler et le fil électrode d'apport, afin de constituer un bain de fusion. On connaît également de l'art antérieur la technique de soudage TIG (de l'anglais Tungsten Inert Gas ), dans laquelle un arc électrique est créé et entretenu entre une électrode infusible de tungstène et la pièce à souder. Dans un tel cas, le métal d'apport est amené manuellement ou automatiquement avec un dévidoir motorisé dans un bain de fusion. Enfin, on peut aussi employer une technique de soudage à l'arc électrique du type mettant en oeuvre un arc à plasma. Cette technique se rapproche sensiblement de la technique de soudage TIG décrite cidessus. L'arc électrique est créé entre une électrode infusible, préférablement en tungstène, et la pièce à souder, à l'intérieur d'une tuyère se situant dans une torche de soudage spéciale à plasma. Cette tuyère permet la constriction ou l'étranglement mécanique de l'arc électrique à travers un orifice calibré dans une colonne de gaz central ou plasmagène, qui génère une énergie calorifique très élevée. Cette énergie calorifique fait fondre localement la pièce à assembler ainsi qu'un éventuel fil d'apport rapporté manuellement ou automatiquement, afin de constituer un bain en fusion. A titre d'exemple, un tel procédé de soudage hybride est décrit dans le document US 4 507 540. Dans ce document, on procède à la combinaison des deux méthodes, l'une laser et l'autre à l'arc électrique, cette dernière employant la technique spécifique du soudage MIG/MAG. D'après ce document, une pièce à souder est fondue à l'aide de l'arc électrique MIG/MAG, afin de générer un cratère formé par des gouttes de métal fondu éjectées d'une extrémité d'un fil électrode d'apport. On vient ensuite focaliser un faisceau laser sur le cratère formé, ce qui a pour effet de permettre d'augmenter l'épaisseur soudée. Dans l'ensemble des réalisations de l'art antérieur, le but recherché est donc de disposer d'un procédé de soudage optimisé, tant selon le point de vue technique que selon le point de vue économique. Cependant, même si les combinaisons de l'art antérieur permettent d'obtenir un effet de synergie entre les méthodes de soudage laser et les méthodes de soudage à l'arc électrique, les procédés présentés ne sont pas toujours satisfaisants en terme de temps de soudage. En effet, pour répondre aux besoins industriels toujours croissants, il est nécessaire de mettre en oeuvre des nouveaux procédés diminuant le temps de soudage tout en conservant ou en augmentant le taux de dépôt, ou encore de fournir des procédés augmentant le taux de dépôt tout en conservant ou en diminuant le temps de soudage. C'est notamment pour pallier cet inconvénient concernant le temps de soudage que le document US 5 821 493 s'est proposé de mettre en oeuvre un procédé de soudage hybride particulier, utilisant un dispositif de soudage laser, ainsi que deux autres dispositifs de soudage à l'arc électrique. D'après ce document, le fait de placer une source supplémentaire de soudage à l'arc, en l'occurrence un dispositif de soudage du type TIG, permet de renforcer l'apport énergétique du laser. Cet ajout confère par conséquent la possibilité de souder à des vitesses plus élevées, en conservant le même taux de dépôt. Bien que cette combinaison particulière de trois différents dispositifs de soudage engendre une réduction du temps de soudage, elle reste néanmoins très coûteuse à mettre en oeuvre et entraîne de plus un encombrement important. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients cités ci-dessus que présentent les procédés et les dispositifs de soudage hybride de l'art antérieur. L'invention a donc pour but de présenter un dispositif de soudage hybride de conception simple ainsi qu'un procédé de soudage hybride apte à être mis en oeuvre par un tel dispositif, ce dispositif et ce procédé autorisant des vitesses de soudage élevées, tout en conservant un taux de dépôt important. Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de soudage hybride comprenant des moyens de soudage laser ainsi que des moyens de soudage à l'arc électrique avec électrode fusible. Le dispositif selon l'invention est réalisé de telle sorte que l'électrode fusible comprend une section transversale de forme sensiblement rectangulaire. Cette caractéristique spécifique de l'invention confère avantageusement au dispositif la possibilité d'engendrer un taux de dépôt supérieur par rapport à celui que présentent les dispositifs de l'art antérieur à vitesse similaire. Pareillement, la vitesse de soudage peut ainsi être augmentée, tout en conservant un taux de dépôt identique ou supérieur à celui obtenu par les dispositifs de l'art antérieur. Ces avantages proviennent du fait qu'en utilisant une telle électrode fusible, on élargit de façon considérable la colonne de plasma créée entre l'électrode fusible et les pièces à souder, et on augmente la section de métal déposé. Les conséquences découlant de cette caractéristique spécifique sont une canalisation plus importante de l'énergie calorifique à l'intérieur du plasma, notamment de l'énergie provenant de la partie du faisceau laser réfléchie sur les pièces à souder, ainsi qu'une limitation de l'effet creusant provoqué par l'arc électrique formé. Il est alors possible de souder à des vitesses encore plus élevées, tout en obtenant des caractéristiques techniques et morphologiques acceptables pour le cordon de soudure généré. De préférence, la section transversale de forme sensiblement rectangulaire de l'électrode fusible comprend une largeur dont la mesure s'étend entre environ 0,5 mm et environ 0,6 mm, et une longueur dont la mesure s'étend entre environ 3,5 mm et environ 4 mm. Par ailleurs, on peut prévoir que l'électrode fusible est une électrode prise parmi les électrodes fusibles massives et les électrodes fusibles fourrées. Ainsi, lors de l'utilisation d'une électrode fusible fourrée, en plus du rôle métallurgique et de protection contre l'oxydation du cordon de soudure, le flux, ayant pour origine le fourrage de poudres, forme en se solidifiant un laitier qui protège et maintient le bain de fusion, notamment pour le soudage en position. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse dans le cas d'un bain de fusion volumineux, ce cas étant notamment rencontré lors d'opérations de soudage de pièces d'épaisseurs importantes, pour éviter que ce bain ne coule par gravité. De façon préférentielle, les moyens de soudage laser sont choisis parmi les moyens de soudage utilisant une source laser du type Nd-YAG et les moyens de soudage utilisant une source laser du type CO2. De plus, les moyens de soudage à l'arc électrique sont choisis parmi les moyens de soudage aptes à mettre en oeuvre une opération de soudage MIG et les moyens de soudage aptes à mettre en oeuvre une opération de soudage MAG. Ainsi, l'utilisation de deux ensembles de moyens connus de l'art antérieur et utilisés couramment dans l'industrie, permet avantageusement de réduire l'encombrement et le coût du dispositif, notamment par rapport à une combinaison de trois dispositifs de soudage distincts. L'invention a également pour objet un procédé de soudage hybride combinant simultanément une opération de soudage laser ainsi qu'une opération de soudage à l'arc électrique avec électrode fusible. Ce procédé selon l'invention est apte à être mis en oeuvre par un dispositif tel que celui objet de l'invention et décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif selon un mode de réalisation préféré de l'invention, - la figure 2 représente une section prise selon la ligne A-A de la figure 1. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence à la figure 1, on voit un dispositif 1 de soudage hybride selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ce dispositif 1 étant destiné à assembler par soudage deux pièces 3 l'une avec l'autre. Le dispositif 1 comprend des moyens de soudage laser 2 ainsi que des moyens de soudage à l'arc électrique 4 avec une électrode fusible 6. Les moyens de soudage laser 2 disposent d'une source laser 8 du type Nd-YAG ou du type C02. On peut utiliser indifféremment l'une ou l'autre de ces sources laser 8, la principale différence entre les deux étant que la source du type Nd-YAG dispose d'un transport par fibres optiques d'un faisceau laser 10. Par conséquent, cette caractéristique spécifique engendre une meilleure flexibilité de la tête de soudage. Le faisceau laser 10 focalise sur une partie des pièces 3 constituée d'un bain de métal en fusion 12. Les moyens de soudage à l'arc électrique 4 sont des moyens utilisant une électrode fusible 6. En d'autres termes, l'apport en métal pour réaliser un cordon de soudure 18 sur les pièces à souder 3 est réalisé par l'électrode fusible 6, qui se consomme au fur et à mesure de la formation de ce cordon de soudure 18. Les moyens de soudage à l'arc électrique 4 sont indifféremment des moyens pouvant mettre en oeuvre une opération de soudage MIG ou des moyens pouvant mettre en oeuvre une opération de soudage MAG. Les moyens 4 comprennent donc une torche de soudage 14 reliée à un dévidoir motorisé (non représenté) dans lequel se trouve l'électrode fusible 6, encore appelée fil d'apport. Un arc électrique 16 est formé entre l'électrode fusible 6 et les pièces à souder 3, au niveau du bain de métal en fusion 12. Les deux ensembles de moyens de soudage 2 et 4 convergent donc vers un même bain de métal en fusion 12, leur combinaison provoquant un effet de synergie au vu des caractéristiques de soudage obtenues. Selon l'invention, l'électrode fusible 6 est réalisée de telle sorte qu'une section transversale de cette électrode fusible 6 est de forme sensiblement rectangulaire. Ainsi, une colonne de plasma entre l'électrode fusible 6 et les pièces à souder 3 est élargie, permettant de limiter l'effet creusant d'un arc électrique 16 et d'augmenter la section de métal déposé. En raison de l'élargissement du plasma, le taux de dépôt du fil d'apport sur les pièces à souder 3 s'en trouve augmenté, ce qui procure en outre la faculté d'augmenter la vitesse de soudage et/ou le taux de dépôt. De préférence et en référence à la figure 2, la section transversale de forme sensiblement rectangulaire comprend une largeur dont la mesure s'étend entre environ 0,5 mm et environ 0,6 mm, et une longueur dont la mesure s'étend entre environ 3,5 mm et environ 4 mm. Bien entendu, l'homme du métier peut adapter ces mesures en fonction des diverses conditions de soudage qui peuvent se présenter à lui. L'électrode fusible 6 peut être de tout type. En effet, il peut s'agir d'une électrode fusible massive, également appelée fil d'apport plein, ou bien d'une électrode fusible fourrée. Dans ce dernier cas, on note en particulier des électrodes fourrées du type basique ou encore du type rutile , l'utilisation de telles électrodes permettant d'obtenir une meilleure tenue du bain de fusion en position, notamment en raison de la présence du laitier. Ces électrodes fusibles fourrées sont notamment constituées par des poudres de type oxydes et/ou métalliques. Il est à préciser que la mise en oeuvre d'électrodes fusibles fourrées permet d'augmenter encore davantage la vitesse de soudage et/ou le taux de dépôt par rapport à la mise en oeuvre de fils d'apport pleins. Le procédé selon l'invention peut être illustré à l'aide de la figure 1. Il combine en effet une opération de soudage laser ainsi qu'une opération de soudage à l'arc électrique. De plus, le procédé selon l'invention est apte à être mis en oeuvre par un dispositif 1 de soudage hybride tel que celui décrit ci-dessus. Ce procédé de soudage, dont une des caractéristiques particulières est d'effectuer un soudage à l'arc électrique avec une électrode fusible 6 de section transversale comprenant une forme sensiblement rectangulaire, peut être mis en oeuvre de différentes manières. C'est ainsi que l'on peut souder en position poussée , à savoir dans une position où un angle formé entre une direction principale de soudage représentée par la flèche, et un axe principal de la torche de soudage 14 portant l'électrode fusible 6, est supérieur à 90 . Cette configuration est représentée sur la figure 1. De même, on peut souder en position tirée (ce cas n'est pas représenté), à savoir dans une position où l'angle formé entre une direction principale de soudage et l'axe principal de la torche de soudage 14 portant l'électrode fusible 6 est inférieur à 90 . Dans l'une ou l'autre des positions mentionnées ci-dessus, l'électrode fusible 6 peut prendre deux positions distinctes sur la torche de soudage 14. Notons que l'électrode fusible 6 peut également être mise en place dans une position intermédiaire quelconque, cette position se situant entre une position transversale et une position alignée, le choix étant effectué en fonction des mesures que souhaite adopter l'homme du métier. Si l'on considère que la section transversale de forme sensiblement rectangulaire de l'électrode fusible 6 comporte une largeur et une longueur, alors dans un premier cas, la largeur de cette section est perpendiculaire à la direction principale de soudage. Dans un second cas, c'est la longueur de la section transversale de forme sensiblement rectangulaire qui est perpendiculaire à la direction principale de soudage. On voit par conséquent qu'une pluralité de configurations du dispositif 1 est possible pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Ce dispositif 1 et ce procédé de soudage hybride peuvent s'appliquer à tout domaine industriel présentant des besoins en matière de construction soudée, dont notamment le domaine de l'automobile. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier au dispositif et au procédé de soudage hybride qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de soudage hybride comprenant des moyens de soudage laser (2) ainsi que des moyens de soudage à l'arc électrique (4) avec électrode fusible (6), caractérisé en ce que l'électrode fusible (6) comprend une section transversale de forme sensiblement rectangulaire. 2. Dispositif (1) de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale de forme sensiblement rectangulaire comprend une largeur dont la mesure s'étend entre environ 0,5 mm et environ 0,6 mm, et une longueur dont la mesure s'étend entre environ 3,5 mm et environ 4 mm. 3. Dispositif (1) de soudage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode fusible (6) est un électrode prise parmi les électrodes fusibles massives et les électrodes fusibles fourrées. 4. Dispositif (1) de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de soudage laser (2) sont choisis parmi les moyens de soudage utilisant une source laser du type Nd-YAG et les moyens de soudage utilisant une source laser du type C02. 5. Dispositif (1) de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de soudage à l'arc électrique (4) sont choisis parmi les moyens de soudage aptes à mettre en oeuvre une opération de soudage MIG et les moyens de soudage aptes à mettre en oeuvre une opération de soudage MAG. 6. Procédé de soudage hybride combinant simultanément une opération de soudage laser ainsi qu'une opération de soudage à l'arc électrique avec électrode fusible (6), caractérisé en ce que ce procédé est apte à être mis en oeuvre par un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Procédé de soudage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un angle entre une direction principale de soudage et un axe principal d'une torche de soudage (14) portant l'électrode fusible (6) est supérieur à 90 . 8. Procédé de soudage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un angle entre une direction principale de soudage et un axe principal d'une torche de soudage (14) portant l'électrode fusible (6) est inférieur à 90 . 9. Procédé de soudage selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'une largeur de la section transversale de forme sensiblement rectangulaire est perpendiculaire à la direction principale de soudage. 10. Procédé de soudage selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'une longueur de la section transversale de forme sensiblement rectangulaire est perpendiculaire à la direction principale de soudage.