Brevet FR2875426A1 — publié le 20060324

La présente invention concerne un procédé de soudage hybride laser-MIG mettant en oeuvre des courants de soudage élevés. Lorsqu'on veut souder un tube à un autre (raboutage), ou bien fabriquer un tube en soudant longitudinalement les deux bords longitudinaux d'une feuille métallique préalablement conformée en "U" puis en "0", on aménage, en général, des chanfreins sur les bords à souder ensemble, formant typiquement une gorge en forme de V , de X ou analogue. Si l'on veut remplir ce chanfrein en y déposant du métal par mise en oeuvre d'un procédé de soudage hybride laser-MIG (Metal Inert Gas), il faut atteindre des vitesses de soudage élevées, c'est-à-dire d'au moins quelques m/mn, afin de conserver la productivité du procédé. Or, plus on augmente la vitesse de soudage, plus la vitesse d'amenée du fil doit être élevée de manière à pouvoir remplir rapidement le volume du chanfrein, c'est-à-dire de la gorge en V , de X ou analogue, à la vitesse de soudage considérée. Dans ces conditions, dès que l'on a des vitesses de soudage de l'ordre de 2 m/mn ou plus, cela conduit, pour typiquement des épaisseurs de 8 mm et compte tenu des formes de chanfrein adoptées, à devoir augmenter la vitesse d'avance du fil au-delà des limites habituellement rencontrées sur des dévidoirs de fils, à savoir typiquement de l'ordre de 20 m/mn. Une solution est alors, pour augmenter le taux de métal déposé, d'augmenter le diamètre de fil puisque les fils classiquement utilisés ont un diamètre de 1,2 mm. Or, le problème qui se pose alors est que, pour un taux de métal déposé constant, il faut alors plus de courant pour fondre les fils de diamètres élevés, c'est-à-dire de l'ordre de 1,6 mm de diamètre, et, dans ce cas, on se heurte aux limitations en courant de la plupart des générateurs, laquelle est classiquement de l'ordre de 450 A et qui ne permettent donc pas de délivrer des courants supérieurs à cette valeur. Le problème qui se pose alors est de pouvoir remplir un chanfrein à vitesse élevée sans rencontrer les inconvénients et limitations susmentionnées. La solution de l'invention est alors un procédé de soudage hybride laserMIG, dans lequel on remplit au moins une partie d'un chanfrein aménagé entre les bords à souder ensemble en y déposant du métal fondu amené sous forme d'au moins un fil d'apport, la fusion dudit fil d'apport étant obtenue au moyen d'un arc électrique et d'un faisceau laser se combinant l'un à l'autre, caractérisé en ce que le soudage est opéré à une vitesse de soudage d'au moins 2 m/min, la vitesse d'amenée du fil d'apport est d'au moins 20 m/min, et le courant de soudage est supérieur à 500 A. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes; - les bords à souder sont portés par une pièce métallique unique, par exemple les deux bords longitudinaux d'un tube, ou par deux pièces métalliques différentes. - les bords à souder sont portés par un ou plusieurs tubes. - on remplit totalement le chanfrein aménagé entre les bords à souder ensemble en y déposant du métal fondu obtenu par fusion dudit fil d'apport. - le chanfrein aménagé entre les bords à souder a une forme de "V", de "Y" ou de "X". - le soudage est opéré à une vitesse de soudage d'au moins 2 m/min, de préférence comprise entre 2,5 et 4 m/min. - la vitesse d'amenée du fil d'apport est d'au moins 20 m/min, de préférence comprise 2 0 entre 25 et 35 m/min. - le diamètre du fil d'apport est supérieur ou égal à 1,2 mm, ledit fil étant un fil plein ou un fil fourré. - la ou les pièces métalliques à souder sont en acier au carbone ou inoxydables. - l'arc électrique est obtenu par mise en oeuvre d'un courant de 500 A à 900 A, de 2 5 préférence de 550 à 650 A. - le faisceau laser est obtenu au moyen d'un dispositif laser de type CO2, YAG ou à diodes. - le courant de soudage est fourni par deux générateurs montés en série, lesdits deux générateurs étant identiques ou différents l'un de l'autre. Autrement dit, selon l'invention, il a été constaté en pratique que pour résoudre le problème susmentionné, il est judicieux d'augmenter la vitesse fil jusqu'à des valeurs de 30 à 40 m/min, ce qui s'obtient en modifiant les rapports de réduction du moteur d'entraînement du dévidoir de fil, tout en augmentant le courant de soudage au- delà de la valeur limite donnée par un générateur de courant de soudage MIG, contrairement à ce qui était opéré dans l'état de la technique. Pour ce faire, on agence, en série, un premier et un deuxième générateurs de soudage de soudage MIG de manière à accroître la valeur du courant de soudage obtenue et fondre ainsi efficacement le fil de soudage à des vitesses de fils plus élevées. Afin de vérifier l'efficacité du procédé de l'invention, les deux essais comparatifs suivants ont été réalisés, à savoir: - Essai n 1 (comparatif) : soudage par un procédé hybride MIG d'un chanfrein entre deux plaques ou tôles ayant une épaisseur de 8 mm, en adoptant une vitesse de soudage de 3 m/min, une puissance laser de 8 kW, une vitesse d'avance du fil de 19 m/min, et en utilisant un fil fusible ayant un diamètre de 1,2 mm. Le courant de soudage est fixé à 450 A. - Essai n 2 (selon l'invention) : soudage en adoptant les mêmes conditions que dans l'Essai n 1, à l'exception d'une vitesse d'avance du fil égale à 25 mlmin et un courant de soudage de 560 A obtenu par mise en série de deux générateurs de courant de soudage. En comparant les macrographies des joints de soudure obtenus dans ces deux essais, on a constaté que le chanfrein n'est complètement rempli que dans l'Essai n 2 selon l'invention. Autrement dit, en adoptant, selon l'invention, une valeur de courant de soudage de 560 A, c'est-à-dire nettement supérieure à 450 A, on obtient un joint de soudage de bonne qualité puisque le chanfrein est alors complètement rempli de métal déposé. Le procédé de soudage de la présente invention est particulièrement adapté à la fabrication de tubes sur des lignes de soudage automatiques et au raboutage ou à la pose de tubes, notamment en offshore ou en on- shore. Revendications 1. Procédé de soudage hybride laser-MIG, dans lequel on remplit au moins une partie d'un chanfrein aménagé entre les bords à souder ensemble en y déposant du métal fondu amené sous forme d'au moins un fil d'apport, la fusion dudit fil d'apport étant obtenue au moyen d'un arc électrique et d'un faisceau laser se combinant l'un à l'autre, caractérisé en ce que: le soudage est opéré à une vitesse de soudage d'au moins 2 m/min, - la vitesse d'amenée du fil d'apport est d'au moins 20 m/min, - et le courant de soudage est supérieur à 500 A. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords à souder sont portés par une pièce métallique unique ou par deux pièces métalliques différentes. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les bords à souder sont portés par un ou plusieurs tubes. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le chanfrein aménagé entre les bords à souder a une forme de "V", de "Y" ou de "X". 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le soudage est opéré à une vitesse de soudage d'au moins 2 m/min, de préférence comprise entre 2,5 et 4 m/min. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vitesse d'amenée du fil d'apport est d'au moins 20 m/min, de préférence comprise entre 25 et 35 m/min. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre 30 du fil d'apport est supérieur ou égal à 1,2 mm, ledit fil étant un fil plein ou un fil fourré. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la ou les pièces métalliques à souder sont en acier au carbone ou inoxydables. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'arc électrique est obtenu par mise en oeuvre d'un courant de 500 A à 900 A, de préférence de 550 à 650 A, et/ou le faisceau laser est obtenu au moyen d'un dispositif laser de type 002, YAG ou à diodes. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le courant de soudage est fourni par deux générateurs montés en série.