Brevet FR2874849A1 — publié le 20060310

L'invention porte sur un procédé de fabrication de poutres métalliques formées de plusieurs éléments soudés ensemble par mise en u̇vre d'un procédé de soudage hybride MIG/laser. Les poutres métalliques reconstituées utilisées dans l'industrie, notamment celles formant des armatures de bâtiments, sont classiquement fabriquées à partir de sous -éléments allongés soudés les uns aux autres sur toute leur longueur. Habituellement, le soudage de ces sous -éléments de poutre se fait soit par laser, soit à l'arc su bmergé. Toutefois, avec ces procédés, des problèmes se posent lors de la fabrication des poutres du fait notamment de la particularité des sous -éléments constituant les poutres. En effet, les sous-éléments de poutre sont généralement des structures allongées d'une longueur pouvant atteindre plusieurs mètres, voire au delà d'une dizaine de mètres, lesquels sont produits industriellement par mise en u̇vre d'étapes de laminage notamment. On comprend donc aisément que les sous -éléments ainsi fabriqués ne sont pas parfaitement plats et uniformes mais présentent généralement des irrégularités de planéité sur leur longueur. Or, lorsqu'on va accoster de telles poutres, préalablement à leur soudage, ces irrégularités vont poser problème en soudage laser car constitue r des espaces inter-éléments que le faisceau laser est susceptible de traverser, conduisant alors à des joints de soudage présentant des défauts, à savoir des zones non ou imparfaitement soudées. De plus, le soudage laser présente également l'inconvénient d'être souvent limité en épaisseur à souder, ce qui peut poser problème lorsque les sous-éléments de poutre à souder présentent une épaisseur importante de plusieurs millimètres, typiquement de 5 à 15 mm environ. Pour éviter ces problèmes, on peut souder l es sous-éléments de poutre à l'arc submergé. Or, ce procédé présente d'autres inconvénients. Ainsi, la mise en oeuvre d'un tel procédé nécessite l'emploi d'un flux de soudage que l'on doit répartir sur le plan de joint avant soudage, ce qui n'est pas très pratique et nuit à la productivité du procédé. De plus, après soudage, il est nécessaire d'éliminer non seulement les excès de flux pulvérulent mais aussi le laitier solide s'étant formé pendant le soudage. Là encore, on comprend facilement que ces opérati ons nuisent à la productivité du procédé. Le problème qui se pose alors est d'améliorer les procédés de fabrication de poutres connus. L'idée à la base de la présente invention est donc d'appliquer un procédé de soudage hybride laser-arc, utilisé habituellement pour le soudage de tôles fines, au soudage et à la fabrication de poutres métalliques. En effet, ce type de procédé de soudage hybride était uniquement utilisé jusqu'alors pour souder des tôles minces de type flancs raboutés (tailored blanks) utilisé s dans l'industrie automobile ou pour le soudage de tubes de faible épaisseur de feuillard c'est -à-dire ayant typiquement une épaisseur de moins de 3 mm. Or, l'inventeur de la présente invention a mis en évidence que le procédé hybride pouvait être appliqu é de façon efficace au soudage des tôles épaisses constitutives des sous -éléments de poutres, c'est -à-dire de pièces ayant une épaisseur d'au moins 5 mm, de préférence de 5 à 20 mm, et ce, pour réaliser des joints de soudage de grande longueur, c'est -à-dire typiquement d'au moins 10 cm, voire d'un ou plusieurs mètres. En effet, lors du soudage des sous -éléments de la poutre en soudage hybride laser-arc, l'arc électrique et le faisceau laser se combinent l'un à l'autre, ce qui permet d'augmenter l'énergie de soudage et donc, d'une part, d'atteindre des épaisseurs plus importantes à des vitesses de soudage plus élevées qu'en laser seul ou à l'arc seul et, d'autre part, de pouvoir accepter des tolérances d'accostage plus grandes, ce qui est extrêmement importan t dans le cas particulier des poutres métalliques qui doivent être aptes à résister à des contraintes importantes sur toute leur longueur, lors de leur utilisation subséquente. Dit autrement, la solution de l'invention est un procédé de fabrication d'une poutre métallique formée d'au moins un premier sous -élément allongé et d'au moins un deuxième sous -élément allongé, lesdits premier et deuxième sous-éléments étant soudés l'un à l'autre, caractérisé en ce que le premier sous élément est soudé au deuxième so us-élément par soudage hybride arc -laser. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le soudage hybride est de type laser/MIG. - le ou chaque joint de soudage a une longueur d'au moins 10 cm, de préférence d'au moins 30 cm. - la poutre comporte, en outre, un troisième sous -élément allongé soudé par soudage hybride arc -laser à l'un ou l'autre desdits premier et deuxième sous-éléments. - les premier, deuxième et/ou troisième sous -éléments métalliques sont formés d'acier. - les premier, deuxième et/ou troisième sous -éléments ont une épaisseur comprise entre 5 mm et 20 mm, de préférence 5 mm et 15 mm. - le premier sous -élément forme avec le deuxième sous -élément et/ou avec le troisième sou s-élément un angle compris entre 80 et 100[deg], de préférence de l'ordre de 90[deg].- le premier sous -élément est soudé au deuxième sous -élément selon deux joints de soudure. - pendant le soudage, on utilise un gaz ou mélange gazeux de protection choisi parmi l'argon et l'hélium, et les mélanges gazeux les contenant. - un métal d'apport est amené sous la forme d'un fil fusible en acier. L'invention va être expliquée ci -après plus en détail en références aux figures illustratives annexées. La figure 1 est une vue en perspective d'une poutre reconstituée obtenue par le procédé de fabrication selon l'invention. La poutre 3 se compose de trois sous-éléments 10, 11, 12 allongés soudés les uns aux autres. Plus précisément, l'élément 11 intermédiaire est soudé à cha cune de ses extrémités à l'un ou l'autre des éléments 10, 12 de façon à former la poutre. Comme détaillé sur les figures 2 et 3, les soudures 1, 2 sont réalisées entre les éléments 10, 11, 12 de part et d'autre de l'élément intermédiaire 11. Autrement dit, chaque élément d'extrémité 10 ou 12 est uni à l'élément intermédiaire par deux joints de soudure obtenus par soudage hybride laser/MIG selon l'invention. Lorsque l'on souhaite réaliser une poutre 3 selon la figure 1, on accoste les sous-éléments 10, 11, 12, puis on les soude ensemble. L'accostage bord à bord des sous -éléments 10, 11, 12 peut se faire soit comme montré sur la figure 2, soit comme sur la figure 3. Plus précisément, selon la figure 2, l'élément intermédiaire 11 est d'abord positionné à plat, c'est -à-dire à l'horizontal, puis soudé aux éléments d'extrémité 10, 12 en réalisant les deux premiers joints de soudure 1.Ensuite, l'ensemble ainsi soudé est retrouvé, puis les deuxièmes soudures 2 sont réalisées. Les soudures 1, 2 se poursuivent sur to ute la longueur des plans de joints situés aux intersections des éléments 10, 11, 12. Il est possible, bien entendu, de re -souder un élément d'extrémité 10 ou 12 à l'élément intermédiaire 11 que d'un seul côté mais ceci n'est pas recommandé lorsque la pout re ainsi soudée doit endurer, lors de son utilisation subséquente, des contraintes mécaniques importantes. Selon la figure 3, l'élément intermédiaire 1 est positionné à la verticale puis soudé à un seul élément d'extrémité, ici l'élément 10, par réalisatio n simultanément ou successivement des joints de soudure 1 par mise en u̇vre du procédé de soudage hybride laser-arc de l'invention. Ensuite, l'ensemble 10, 11 soudé est à nouveau retourné, l'élément 12 est positionné par rapport à l'ensemble 10, 11 soudé, puis on réalise les deux joints de soudure 2 comme précédemment. Le procédé de l'invention n'est pas limité à la fabrication de poutres en forme de H comme sur les figures 1 à 3, mais peut être utilisé pour souder des poutres ayant d'autres formes, notamme nt des poutres en X ou en T, comme schématisées sur les figures 4 et 5, ou des formes plus complexes, symétriques ou non, comportant deux, trois, quatre ou plus de sous -éléments, comme illustré en figure 6. Typiquement, les sous-éléments 10 à 12 ont une longueur comprise entre 0.1 m et 20 m et sont formées d'un métal, tel l'acier, notamment les aciers inoxydables. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une poutre métallique (3) formée d'au moins un premier sous-élément (11) allongé et d'au moins un deu xième sous-élément (10) allongé, lesdits premier et deuxième sous -éléments (10, 11) étant soudés l'un à l'autre, caractérisé en ce que le premier sous -élément (11) est soudé au deuxième sous -élément (10) par soudage hybride arc -laser. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soudage hybride est de type laser/MIG. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou chaque joint de soudage a une longueur d'au moins 10 cm, de préférence d'au moins 30 cm. 4. Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la poutre comporte, en outre, un troisième sous -élément allongé (12) soudé par soudage hybride arc-laser à l'un ou l'autre desdits premier et deuxième sous -éléments (11,10). 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, ca ractérisé en ce que les premier, deuxième et/ou troisième sous -éléments (10, 11, 12) métalliques sont formés d'acier. 6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les premier, deuxième et/ou troisième sous -éléments (10, 11, 12) ont une épaisseur comprise entre 5 mm et 20 mm, de préférence 5 mm et 15 mm. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier sous-élément (10) forme avec le deuxième sous -élément (11) et/ou avec le troisième sous-élément (12) un angle compris entre 80 et 100[deg], de préférence de l'ordre de 90[deg]. 8. Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier sous-élément (10) est soudé au deuxième sous -élément (11) selon deux joints (1,2) de soudure. 9. Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pendant le soudage, on utilise un gaz ou mélange gazeux de protection choisi parmi l'argon et l'hélium, et les mélanges gazeux les contenant. 10. Procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un métal d'apport est amené sous la forme d'un fil fusible en acier.