Brevet FR2836081A1 — publié le 20030822

La présente invention concerne un procédé de soudage de deux tôles minces. Plus particulièrement, au moins une des tôles possède un pli de telle manière que les tôles ont deux portions parallèles rapprochées qui sont adjacentes à deux portions divergentes formant un sillon. L'invention est par exemple utilisable dans l'industrie automobile pour le soudage des tôles métalliques de carrosserie. Pour souder de telles tôles au niveau du sillon, on utilise actuellement les procédés classiques de soudage aux gaz ou à l'arc. On aurait pu également penser à utiliser des lasers de soudage de type YAG ou CO2. Les caractéristiques de ces lasers, et notamment leur tâche focale circulaire de petit diamètre permettant l'obtention d'une densité d'énergie importante, rendent ceux-ci parfaitement adaptés au soudage par transparence qui pourrait être utilisé pour réaliser une soudure des portions accolées. Toutefois, ces mêmes caractéristiques empêchent que le soudage soit réalisé par émission du faisceau laser directement vers le fond du sillon, ce qui peut être intéressant en particulier lorsque les portions accolées sont difficilement accessibles. En effet, cela supposerait que le dispositif d'émission du laser soit toujours parfaitement aligné avec le fond du sillon et que le jeu entre les tôles soit très faible. Or, ces conditions sont difficiles à respecter dans le cadre d'une exploitation industrielle. En outre, la liaison des tôles ne serait obtenue qu'au fond du sillon de sorte que sa résistance serait relativement faible. Le soudobrasage laser avec fil d'apport peut constituer une solution obviant à cet inconvénient. Cependant, ce procédé nécessite l'utilisation d'un matériel complexe et présente un coût d'exploitation important. Il serait donc intéressant de disposer d'un moyen pour le soudage laser de ces tôles, permettant la réalisation économique de soudures de qualité. A cet effet, on propose, selon l'invention, un procédé de soudage qui comprend les étapes d'émettre un faisceau laser en direction du sillon et de déplacer le faisceau selon une trajectoire sensiblement parallèle au sillon, le faisceau ayant une dimension transversale au sillon et une puissance adaptées pour former un bain de fusion à partir de chaque portion divergente au voisinage des portions parallèles. Une soudure chevauchant le sillon pour relier les portions divergentes peut alors être réalisée de manière simple, efficace et économique. Avantageusement, la puissance du faisceau varie selon une direction transversale au sillon pour fondre une épaisseur sensiblement constante de chaque portion divergente au voisinage des portions parallèles et, de préférence alors, le faisceau comprend, selon cette direction et en regard de chaque portion divergente au voisinage des portions parallèles, une zone de puissance croissante depuis l'extérieur vers le centre du faisceau. Ainsi, la profondeur de pénétration du faisceau est adaptée localement à la quantité de matière à fondre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle, en perspective, illustrant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, - les figures 3,4 et 5 sont des vues partielles en coupe transversales de différents assemblages de tôles qui peuvent être soudés par le procédé de l'invention. En référence aux figures 1 et 2, le procédé de soudage conforme à l'invention est ici décrit en application au soudage de deux tôles généralement désignées en 1 et 2, qui sont pliées de telle manière qu'elles comportent chacune deux portions 3.1, 3.2 et 4.1, 4.2 qui forment un angle entre elles et se rejoignent au niveau d'un pli 5.1, 5.2. Les tôles 1,2 sont accolées par leurs portions 3.1, 3.2 de telle manière que les portions 4.1, 4.2 divergent l'une par rapport à l'autre et délimitent entre elles, au niveau des plis 5.1, 5.2, un sillon 6 ayant un fond 7. Les portions 3.1, 3.2 peuvent également être légèrement écartées pour laisser entre elles un jeu par exemple de l'ordre de 1 mm. Le procédé de soudage conforme à l'invention comprend les étapes de : - émettre un faisceau laser généralement désigné en 8 en direction du fond 7 du sillon 6, - déplacer le faisceau 8 selon une trajectoire sensiblement parallèle au sillon 6. Le faisceau 8 est ici obtenu par la réunion de faisceaux 9 émis par des diodes laser 10 agencées en une barrette 11 s'étendant perpendiculairement au sillon 6. Des moyens optiques de focalisation non représentés, tels que des lentilles, peuvent être disposés entre la barrette 11 et les tôles 1,2. Les diodes sont agencées et commandées, ainsi que plus généralement l'ensemble du dispositif d'émission du faisceau laser, pour fournir un faisceau 8 ayant une dimension d transversale au sillon 6 et une puissance adaptées pour former un bain de fusion à partir de chaque portion 4.1, 4.2 au voisinage du fond 7 du sillon 6. Chaque diode laser 10 est commandée individuelle- ment en puissance pour que son faisceau 9 ait une puissance adaptée à la quantité de matière à fondre, et donc une profondeur de pénétration p telle que l'épaisseur e de métal fondu par le faisceau 8 formé de l'ensemble des faisceaux 9, sur chacune des portions 4.1, 4.2, soit constante. L'épaisseur e est mesurée localement selon une normale à la portion 4.1, 4.2 en question. Les diodes laser 10 peuvent également être commandées en puissance par groupes de une et/ou plusieurs diodes accolées ou non, c'est-à-dire que les diodes d'un même groupe émettent des faisceaux de même puissance. Le faisceau 8 comprend ainsi, selon une direction transversale au sillon 6 et en regard de chaque portion 4.1, 4.2 au voisinage du fond 7 du sillon 6, une zone 12 de puissance croissante depuis l'extérieur vers le centre du faisceau. Il ressort en effet de la vue de la figure 2 que, pour avoir une épaisseur e constante, la profondeur de pénétration p du faisceau 8 doit croître à mesure que l'on s'approche du fond 7. En revanche, il est apparu qu'il n'est pas obligatoire pour l'obtention d'une soudure correcte de fondre superficiellement les portions 4.1, 4.2 à proximité immédiate du fond 7. Les diodes laser 10 s'étendant en regard du fond 7 sont donc commandées pour que le faisceau 8 comprenne une zone de puissance réduite 13 (la croissance de la puissance y est interrompue) en regard du fond 7 du sillon 6. Ces diodes peuvent donc être associées pour former un groupe commandé en puissance comme mentionné ci-dessus. Ces diodes laser pourraient également être omises ou désactivées. L'ensemble du dispositif d'émission du faisceau laser 8 est agencé (notamment en ce qui concerne la disposition des diodes laser 10 et la structure des éventuels moyens optiques de focalisation) pour que le faisceau 8 ait une section transversale oblongue, et plus particulièrement ici de forme sensiblement rectangulaire, dont la plus grande dimension d est perpendiculaire au sillon 6. La dimension d est ici de l'ordre de 2 à 3 millimètres, cette dimension pouvant être modifiée en fonction de la forme du sillon 6 ou de l'épaisseur des tôles. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe également tout mode de réalisation et variante reproduisant l'objet des revendications. En particulier, d'autres sources laser peuvent être utilisées aux lieu et place des diodes laser. De même, le nombre et l'agencement des diodes laser peut être modifié de telle manière par exemple que les diodes se présentent sur plusieurs rangs ou soient décalées les unes par rapport aux autres selon une direction sensiblement parallèle à la bissectrice du sillon 6. Plusieurs barrettes peuvent être associées les unes aux autres afin notamment d'augmenter la puissance. Les diodes ou des groupes de diodes peuvent être commandées pour fournir des faisceaux de même puissance. En outre, bien que les portions 3 forment un angle droit avec les portions 4 sur les figures 1 et 2, cet angle peut être aigu (voir la figure 3) ou obtus (voir la figure 4) ou une seule des tôles peut être pliée (voir la figure 5). Par tôle, on entendra un flan ou une plaque mince : ainsi, bien que l'invention ait été décrite en relation avec le soudage de tôles métalliques, l'invention est applicable au soudage de tôles non métalliques et notamment en matière plastique. La configuration du faisceau peut également être modifiée, notamment en fonction de la forme du sillon et/ou de la répartition de l'épaisseur à fondre si celleci n'est pas constante. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage de deux tôles (1,2) minces, au moins une des tôles ayant un pli (5.1, 5.2) de telle manière que les tôles ont deux portions parallèles rapprochées (3.1, 3.2) qui sont adjacentes à deux portions divergentes (4.1, 4.2) formant un sillon (6), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - émettre un faisceau laser (8) en direction du sillon, - déplacer le faisceau selon une trajectoire sen- siblement parallèle au sillon, le faisceau ayant une dimension (d) transversale au sillon et une puissance adaptées pour former un bain de fusion à partir de chaque portion divergente au voisinage des portions parallèles. 2. Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance du faisceau (8) varie selon une direction transversale au sillon (6). 3. Procédé de soudage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la variation de puissance est déterminée pour fondre une épaisseur (e) sensiblement constante de chaque portion divergente (4. 1, 4.2) au voisinage des portions parallèles (3. 1, 3.2). 4. Procédé de soudage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau (8) comprend, selon cette direction transversale et en regard de chaque portion divergente (4.1, 4.2) au voisinage des portions parallèles, une zone (12) de puissance croissante depuis l'extérieur vers le centre du faisceau. 5. Procédé de soudage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le faisceau (8) comprend une zone centrale de croissance interrompue de la puissance (13). 6. Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau (8) a une section transversale oblongue dont la plus grande dimension (d) est sensiblement perpendiculaire au sillon (6). 7. Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau (8) est formé par la réunion de faisceaux (9) émis par au moins deux diodes laser (10) agencées selon au moins une barrette (11) sensiblement perpendiculaire au sillon (6). 8. Procédé de soudage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les diodes laser (10) sont commandées en puissance par groupes d'au moins une diode.