Brevet FR2862552A1 — publié le 20050527

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR SOUDER DES PIECES METALLIQUES AU LASER DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des soudures de pièces métalliques au laser. Plus particulièrement, l'invention concerne sous un de ses aspects un procédé de soudage de tôles métalliques, notamment en présence d'une couche de revêtement en zinc, éventuellement allié à d'autres métaux. L'invention concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. La présente invention trouve une application particulière pour l'assemblage de tôles en acier galvanisées, par exemple pour l'industrie automobile. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Le soudage par laser de tôles métalliques est très répandu, notamment dans l'industrie automobile pour la réalisation de profils assemblés complexes. Pour réaliser l'assemblage, les deux tôles sont maintenues l'une contre l'autre par pressage, notamment pour assurer la conductivité thermique, et le faisceau à émission laser est activé ; l'énergie traverse par transparence les deux tôles et provoque la fusion temporaire du métal, ce qui assure la liaison entre les deux tôles après refroidissement par création d'un cordon de soudure. 2 2862552 Très efficace, cette méthode pose cependant quelques problèmes lorsque les tôles sont galvanisées. En effet, le zinc a une température de vaporisation basse, et en particulier inférieure à la température de fusion de l'acier. L'énergie du faisceau laser utilisée pour fusionner les tôles en acier provoque donc un dégagement de gaz issu du zinc. Ce dégazage, outre son éventuelle toxicité, crée des bulles dans le bain de soudure, qui entraînent la formation de cratères dans la zone de soudure solidifiée. Le cordon de soudure est alors poreux et inégal: l'aspect esthétique est certes problématique, mais en outre, la soudure est fragilisée. Différentes solutions ont été proposées pour pallier ce problème. Le système optique a par exemple été modifié, en utilisant deux faisceaux laser (voir par exemple DE 19715102) ou en défocalisant le faisceau incident (voir par exemple DE 10047807). Ces solutions impliquent des puissances de laser plus élevées, et donc augmentent le coût de fabrication. Il a par ailleurs été proposé de modifier l'environnement de la zone de soudage, avec un enrichissement de l'atmosphère en oxygène de manière à oxyder le zinc et diminuer les cratères de dégazage (voir par exemple EP 0503703). Cependant, ce procédé entraîne une modification de la nature de l'acier, altération de la qualité qui diminue la tenue mécanique de la soudure. La solution la plus communément adoptée concerne la création d'espaces de dégazage. Différentes approches ont été proposées: la forme des tôles et/ou 3 2862552 de l'assemblage a ainsi été modifiée pour créer des protubérances et/ou espaces vides (voir par exemple US 4682002 ou US 4916284), ce qui impose des contraintes de fabrication, notamment à l'emboutissage. Il a été par ailleurs suggéré de maintenir les deux tôles écartées d'un côté du joint de soudure pour assurer un espace de dégazage (WO 02/81140), ce qui impose un suivi de soudure complexe. Ou encore, l'une des tôles a été revêtue d'un matériau qui se liquéfie pour assurer un jeu à la surface du zinc (WO 01/98017), ce qui pose également le problème de la modification de la qualité de l'acier. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention se propose notamment 15 de remédier aux problèmes précédemment évoqués lors du soudage par laser. L'invention concerne un procédé de soudage par laser de deux pièces métalliques tel qu'un espace est créé entre les deux pièces à l'endroit du soudage par l'intermédiaire d'une couche poreuse. La couche poreuse est fabriquée de préférence avec un matériau inerte, afin de ne pas altérer la qualité métallurgique, ou avec un matériau métallique. Ce procédé trouve une application particulière pour la soudure de deux tôles en acier galvanisées, mais n'est pas restreint à cet usage. La couche poreuse est de préférence fabriquée uniquement pour la zone qui sera activée par l'émission laser. L'un des modes de réalisation préféré concerne la projection sur une première pièce métallique d'une couche de particules inertes, par 4 2862552 exemple en verre ou céramique. Avantageusement, ces particules sont des billes de diamètre de l'ordre de 0,1 mm. Il peut être souhaitable d'enrober les particules d'un agent liant volatil afin d'assurer l'adhérence des particules sur le support. L'invention concerne sous un autre aspect un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. Le dispositif selon l'invention comprend des moyens pour fabriquer une couche poreuse sur un support à souder. Avantageusement, ces moyens peuvent comporter une buse de projection, de préférence associée à un robot afin de déplacer buse et support l'un par rapport à l'autre le long de la zone de soudure. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures données à titre indicatif, et nullement limitatives en ce qui concerne l'objet de l'invention. La figure 1 représente une coupe de deux plaques prêtes à être soudées selon un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 2 représente un dispositif selon l'un des modes de réalisation préférés de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 représente deux tôles en acier 25 (1, 2) galvanisées, c'est-à-dire revêtues d'une couche en zinc (3), sur chaque face. Si l'invention trouve son application préférée dans ce cadre, il est clair que la galvanisation n'est pas indispensable: les tôles peuvent être revêtues en partie seulement, 2862552 éventuellement d'un autre métal, voire non revêtues. Par ailleurs, les éventuelles caractéristiques implicites du terme tôle (notamment un rapport épaisseur sur surface très faible) ne doivent pas être interprétées de façon limitative: le procédé selon l'invention s'applique également pour d'autres configurations, et d'autres métaux que l'acier, où la soudure par laser est préconisée, par exemple le soudage d'une barre sur une plaque. Pour assurer une soudure correcte, des moyens (4) pour presser les deux tôles (1, 2) l'une contre l'autre sont prévus, à côté desquels, et tel que connu précédemment, un faisceau d'énergie à émission laser (5) permet le soudage. Le soudage par un faisceau à émission laser est basé sur la fusion des métaux à souder situés dans la zone traversée par le faisceau (5), afin d'obtenir, après refroidissement, une zone continue joignant les deux pièces et appelée cordon de soudure. Dans le cadre de cet exemple, on peut noter que le soudage est effectué par transparence à travers toutes les épaisseurs des deux plaques (1, 2, 3, 6). Il est cependant envisageable d'avoir une zone soudée uniquement sur une partie de la profondeur de la pièce inférieure (2), ce qui est en particulier le cas pour le soudage sur un bloc épais . Lorsque les tôles sont galvanisées, ou plus généralement lorsque le métal à souder est recouvert d'une couche de matériau dont la température de vaporisation est inférieure à la température de fusion du métal, un dégazage de la couche recouvrante a lieu, 6 2862552 qui crée des perturbations au sein du métal en fusion. Afin d'assurer une évacuation extérieure du gaz, une couche poreuse (6) est formée, créant un jeu entre les deux tôles (1, 2). Avantageusement, cette couche n'est déposée que sur la zone (7) du futur cordon de soudure. L'exemple illustré montre une couche (6) constituée de billes (8) d'un matériau inerte, tel que du verre ou une céramique. Les billes (8) ont avantageusement un diamètre de l'ordre de 0,1 mm, et sont disposées plus ou moins en monocouche, de façon à obtenir un jeu de l'ordre de 0,1 à 0,2 mm entre les deux tôles à souder. Pour assurer l'adhérence des billes (8) sur la tôle (2), il est possible de revêtir les billes (8) par une couche (9) , par exemple sur une épaisseur de 0,05 mm, d'agent liant volatil, qui disparaîtra donc avant le soudage et n'affectera pas la composition de la soudure. Le matériau inerte peut aussi être remplacé par du métal. La couche poreuse (6) peut par exemple être déposée par projection des billes (8). Sur la figure 2, une buse de projection (10) est disposée sur le bras d'un robot (11). Le robot permet de déplacer relativement, et de façon préférée à grande vitesse, la buse (10) par rapport à la tôle inférieure (2) à souder, le long du futur cordon de soudure (7). Une fois cette zone (7) recouverte des billes (8), la deuxième tôle (1) est plaquée sur la première (2) , et le laser peut être mis en action pour souder les deux tôles, ceci sans modification des paramètres de soudage laser habituellement utilisés, et sans suivi particulier du joint. Du fait de la présence des billes 7 2862552 (8) sur la zone du cordon de soudure (7), les gaz issus de la vaporisation du zinc peuvent être évacués et la soudure est propre , c'est-à-dire sans porosité et sans altération métallurgique. En effet, des billes (8) en matière inerte n'interagissent pas avec l'acier et restent inertes. Dans le cas où les billes (8) sont métalliques, le métal est choisi de façon à ce que les billes intéragissent avec l'acier en formant un alliage de bonne qualité. Par suffisamment petite ne crée sein du cordon, mais peut au ailleurs, leur taille pas de joints friables au contraire les y intégrer. La mise en oeuvre du procédé est donc simple: l'application préalable au soudage d'une couche intercalaire de matériau inerte, quasi inerte ou métallique, est une méthode similaire aux collages et masticages connus. Ensuite, les deux tôles à souder sont accostées de manière classique: il n'est pas nécessaire d'assurer une pliure ou une angulation entre les deux tôles pour évacuer les gaz de zinc, la couche intercalaire assurant un espace pour le dégazage. De même, les tôles n'ont pas besoin d'être manufacturées selon des processus complexes: un emboutissage simple à plat est suffisant. Cependant, si des pièces complexes doivent être assemblées, le procédé peut être utilisé tout en conservant ses procédé selon l'invention, avantages. grâce au les paramètres de fabrication des tôles à modifiés pour inclure nécessaires au soudage. assembler n'ont pas à être de quelconques contraintes 8 2862552 REVENDICATIONS 1. Procédé utilisant un faisceau d'énergie à émission laser (5) pour souder une première pièce métallique (1) sur une deuxième pièce métallique (2) selon une zone de soudage (7) caractérisé en ce que, préalablement au soudage, la zone de soudage (7) de la deuxième pièce métallique (2) est recouverte d'une couche poreuse (6) 2. Procédé selon la revendication 1 dans leauel la couche poreuse (6) est inerte. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la couche poreuse (6) est constituée de verre ou de céramique. 4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la couche poreuse (6) est métallique. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 comprenant la projection de particules sur la zone de soudage (7) pour former la couche poreuse (6) . 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel les particules sont des billes (8) d'un diamètre de l'ordre de 0,1 mm. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6 dans lequel les particules sont enrobées d'un agent liant (9). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel au moins une des surfaces de contact entre les deux pièces métalliques (1, 2) est recouverte d'un revêtement (3) en matériau dont la température de vaporisation est inférieure à la température de fusion des métaux à souder. 9 2862552 9. Procédé selon la revendication 8 dont les deux pièces (1, 2) à souder sont des tôles en acier galvanisées. 10. Dispositif pour souder une première pièce métallique (1) sur une deuxième pièce métallique (2) en utilisant un faisceau d'énergie à émission laser caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour former une couche poreuse sur une zone de soudage (7) de la deuxième pièce métallique (2). 11. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel les moyens pour former la couche poreuse comprennent une buse (10) de projection de particules. 12. Dispositif selon la revendication 11 dans lequel la buse est associée à un bras de robot (11) susceptible de déplacer la buse (10) relativement à la deuxième pièce métallique (2).