Brevet FR2921004A1 — publié le 20090320

DISPOSITIF DE MESURE DE LA PRESSION SUR UNE PIECE D'UN GAZ D'ASSISTANCE LASER ET PROCEDE ASSOCIE DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif de mesure de la pression sur une pièce d'un gaz d'assistance laser. Elle concerne également un procédé associé. 10 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les lasers de puissance ont de nombreuses applications. Ils sont utilisés notamment pour percer des trous de petites dimensions dans des pièces. Dans 15 des applications de ce type, le faisceau laser est entouré d'une atmosphère constituée d'un gaz neutre ou non. Le flux de gaz, appelé gaz d'assistance, est délivré par une buse percée d'un orifice à son extrémité à travers lequel passe le faisceau laser. 20 Le flux de gaz rempli essentiellement quatre fonctions . - il protège la lentille terminale du laser contre les projections de métal en fusion ; il chasse par effet de souffle les 25 scories du trou en train d'être percé ; il assure la protection de la zone de travail contre la corrosion, suivant le type de gaz utilisé ; - enfin, dans certain cas, lorsque le gaz 30 utilisé est de l'oxygène, il peut accélérer le perçage en favorisant la combustion du métal. Dans le cas de l'élimination des scories, le paramètre le plus important est la pression exercée par le gaz sur les scories à la surface de la pièce. La pression exercée par le gaz sur les scories est différente de la pression qui peut être mesurée dans les canalisations d'écoulement du gaz en amont de la zone de travail par un simple manomètre. La pression généralement considérée par l'homme du métier est la pression en sortie des réservoirs de gaz situés sur la machine. En effet les manomètres mesurent une pression dans une enceinte fermée et non dans un espace ouvert. À l'heure actuelle, il n'existe aucun moyen de mesure de la pression exercée par le gaz d'assistance de perçage laser sur le trou percé. La tendance actuelle est donc de régler au maximum la pression du gaz en sortie de réservoir sans connaître l'effet au niveau de la surface de la pièce. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a précisément pour objet un dispositif de mesure de la pression sur une pièce d'un gaz d'assistance laser qui remédie à cet inconvénient. Ce but est atteint, conformément à l'invention, par le fait que le dispositif comporte une pièce de support de perçage pourvue d'un orifice d'un diamètre égal à celui du trou à percer et des moyens de mesure de la pression en aval de l'orifice prévu dans la pièce de support de perçage. Avantageusement, la pièce de support de perçage est une vis vissée dans un canal de liaison raccordée au moyen de mesure de la pression en aval de l'orifice. Ces moyens de mesure de la pression en aval de la pression de l'orifice sont avantageusement constitués par un manomètre. Le dispositif permet de tracer une courbe montrant la distance optimum entre l'extrémité de la buse et la surface de la pièce. Il permet également la vérification de l'usure de la buse en fournissant une mesure objective de cette usure par la comparaison entre la pression sur la pièce obtenue à l'aide d'une buse neuve et la pression sur la pièce obtenue à l'aide d'une buse usagée. Si l'on constate par exemple que la pression sur la pièce obtenue à l'aide de la buse usagée est seulement la moitié de la pression sur la pièce que l'on obtient avec une buse neuve, la buse usagée est alors réformée. Le dispositif de la présente invention permet également de déterminer la distance optimale entre l'extrémité de la buse et la surface de la pièce. De préférence, le canal de liaison est formé dans un bloc et ce bloc est monté sur une table à mouvements croisés. Grâce à cette caractéristique, il est possible de décaler l'axe du jet du gaz d'assistance par rapport à l'orifice du trou percé et d'analyser les conséquences de ce décalage sur la pression de travail. En particulier, il est possible de prédire de quelle manière la pression sur la pièce du gaz au niveau de l'orifice évoluera en fonction du désaxage du jet par rapport à l'orifice. Avantageusement, la table à mouvement croisé comporte un axe de mouvement horizontal permettant d'excentrer le trou par rapport à la buse et un axe de mouvement vertical permettant de faire varier la distance de la sortie de la buse à l'orifice. De préférence, le dispositif comporte un moyen d'orientation angulaire du bloc permettant de faire varier l'angle d'inclinaison du jet de gaz par rapport à l'axe de l'orifice. Cette caractéristique permet de déterminer jusqu'à quel angle la buse est efficace. Avantageusement, le moyen d'orientation angulaire du bloc est une table sinus interposée entre le bloc et la table à mouvements croisés. Une telle table permet de faire varier les angles avec une précision égale à 1/10 de degré d'angle. A titre d'exemple, les orifices prévus dans la pièce de support de perçage ont un diamètre compris entre 0,05 mm et 1 mm de diamètre. Par ailleurs, l'invention concerne un procédé pour optimiser des paramètres de perçage laser au moyen d'un dispositif selon l'invention. Ce procédé consiste à : - approcher la buse jusqu'à une distance prédéterminée d de la pièce de support de perçage et suivant un angle entre l'axe de la buse et l'axe du trou à percer, envoyer du gaz d'assistance sous une pression de réservoir prédéterminée sur la pièce de support de perçage, - relever la pression du gaz au niveau de l'orifice au moyen du dispositif de mesure de la pression sur la pièce de support de perçage d'un gaz d'assistance laser, - faire varier le paramètre à optimiser par pas prédéterminés, établir une courbe d'évolution de la pression relevée en fonction du paramètre de perçage laser à optimiser, -optimiser le paramètre étudié en fonction des indications fournies par la courbe obtenue aux étapes précédentes. Avantageusement, le paramètre à optimiser est choisi dans une liste de paramètres comprenant : - la distance pièce/buse, - l'angle entre l'axe de la buse et l'axe du trou à percer, - l'usure de la buse, - le type de buse, - le type de gaz d'assistance, - la pression en sortie du réservoir, - le décalage entre l'axe de la buse et l'axe du trou à percer, - le diamètre de l'extrémité de buse. 25 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation 30 donnée à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : 10 15 20 - la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un dispositif conforme à la présente invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe du dispositif selon l'invention ; - la figure 3 est une série de courbes indiquant la pression sur la pièce au niveau de l'orifice en fonction de la distance de la buse à l'orifice pour différentes valeurs de pression de gaz en sortie de réservoir ; - la figure 4 est une aube de turbine haute pression comportant des perçages effectués avec un laser. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS On a représenté sur la figure 1 une vue d'ensemble en perspective d'un dispositif conforme à la présente invention. Il comporte un support, par exemple un support magnétique 2. Le support comporte une tige verticale 4 et une tige horizontale 6. A l'extrémité de la tige horizontale 6 est disposée une table à mouvements croisés 8. Sur la table à mouvements croisés est fixé un bloc métallique 10. La table à mouvements croisés est mobile dans la direction horizontale et dans la direction verticale. Elle permet de faire varier de manière précise la position du bloc 10 horizontalement et verticalement. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 2, une vis 12 est vissée à l'intérieur d'un perçage 14 pratiqué dans le bloc 10. La vis 12 est percée au diamètre de l'orifice à réaliser par le laser. A titre d'exemple le diamètre du trou sera par exemple de 0,30 mm. Le perçage 14 est sécant à un perçage 16 horizontal qui débouche en face avant 18 du bloc 10. Un manomètre 20 est fixé sur l'orifice du trou 16. Une buse de sortie de gaz 22 est disposée au-dessus de l'orifice 24 percé dans la vis 12. La table à mouvements croisés 26 comporte une partie fixe 28 solidaire de la tige horizontale 6, une partie 30 mobile verticalement comme schématisé par la flèche 32 et une partie 34 mobile horizontalement comme schématisée par la flèche 36. La table à mouvements croisés permet de faire varier avec précision la distance de l'orifice 24 à la sortie de la buse 22 à la fois horizontalement et verticalement. D'autre part, en inclinant la tige horizontale 6, il est possible de faire varier l'angle d'inclinaison de l'axe de la buse 22 par rapport au plan 40 du bloc 10 et donc par rapport à la surface de la vis 12 afin de mesurer jusqu'à quel angle la buse est efficace. Avantageusement, pour faire varier l'inclinaison du bloc 10, i.e. l'angle entre l'axe xx du trou à percer et l'axe yy de la buse on peut utiliser une table sinus (non représentée) disposée par exemple entre la table à mouvements croisés 26 et le bloc 10. On a représenté sur la figure 3 un exemple des mesures qu'il est possible d'obtenir au moyen du dispositif de la présente invention. Sur la figure 3, on a tracé six courbes désignées respectivement par les numéros de référence 42, 44, 46, 48, 50 et 52. Ces courbes correspondent respectivement à des pressions en sortie de réservoir de 10 bars, 8 bars, 6 bars, 4 bars, 2 bars et 1 bar. La buse utilisée est neuve. Le gaz injecté est de l'oxygène 02. Ces courbes permettent par exemple de constater qu'il est préférable de régler la distance buse/pièce à une distance comprise entre 8 mm et 13 mm qui permet d'obtenir d'avantage de pression (2 bars) plutôt qu'à une distance de 5 mm pour laquelle la pression n'est que de 0,5 bar environ. Ces courbes permettent également de constater que pour une distance buse/pièce égale à 10 mm, il est inutile d'utiliser une pression de gaz égale à 10 bars étant donné qu'une pression de gaz égale à 6 bars seulement (courbe 46) permet d'obtenir la même pression (2 bars) entre 8mm et 13mm. En réduisant la pression, on réduit la consommation de gaz, ce qui est particulièrement important lorsque le gaz est un gaz neutre coûteux tel que l'argon. On a représenté sur la figure 4 un exemple de pièce pouvant être percé avec un procédé utilisant la présente invention. Cette pièce est une aube de turbine 50. Une telle aube fonctionne dans des conditions de chaleur extrêmement sévères, par exemple 1200 degrés C. Cette température est supérieure à la température de fusion du métal dont est constituée l'aube de turbine haute pression. C'est la raison pour laquelle il est nécessaire de la refroidir. Ce refroidissement est obtenu par un perçage d'une multitude de petits trous 52 dont le diamètre est par exemple de 0,3 mm. L'aube est alimentée en air à partir de sa base 54 et l'air sort par les trous 52 ce qui a pour effet de refroidir l'aube de turbine et de créer un film d'air sur la surface de la pièce permettant d'isoler thermiquement ladite pièce. Les trous 52 peuvent avantageusement être réalisés en utilisant le dispositif de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la pression sur un pièce d'un gaz d'assistance laser injecté par l'intermédiaire d'une buse (22), caractérisé en ce que la pièce de support de perçage (12) comporte : - un orifice (24) d'un diamètre égal à celui d'un trou à percer. - des moyens de mesure (20) de la pression en aval de l'orifice prévu dans la pièce de support de perçage (12) . 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de support de perçage est une vis (12) vissée dans un canal de liaison (14) raccordé aux moyens de mesure (20) de la pression en aval de l'orifice. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la pression en aval de l'orifice prévu dans la pièce de perçage sont constitués par un manomètre (20). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le canal de liaison est formé dans un bloc (10) et en ce que ce bloc (10) est monté sur une table à mouvements croisés (26). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la table à mouvements croisés comporte un axe de mouvement horizontal (36) permettant d'excentrer le trou par rapport à la buse et un axe demouvement vertical (32) permettant de faire varier la distance de la sortie de la buse (32) à l'orifice (24). 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'orientation angulaire du bloc permettant de faire varier d'inclinaison l'angle du jet de gaz par rapport à l'axe de l'orifice (24). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen d'orientation angulaire du bloc est une table sinus interposée entre le bloc (10) et la table à mouvements croisés (26). 8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les orifices (24) prévus dans la pièce de support de perçage (12) ont un diamètre compris entre 0,05 mm et 1 mm de diamètre. 9. Procédé pour optimiser des paramètres de perçage laser au moyen d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à . - approcher la buse (22) jusqu'à une 25 distance prédéterminée d de la pièce de support de perçage (12) et suivant un angle entre l'axe de la buse et l'axe du trou à percer, envoyer du gaz d'assistance sous une pression de réservoir prédéterminée sur la pièce de 30 support de perçage (12), 20- relever la pression du gaz au niveau de l'orifice (24) au moyen du dispositif de mesure de la pression sur la pièce de support de perçage d'un gaz d'assistance laser, - faire varier le paramètre à optimiser par pas prédéterminés, établir une courbe d'évolution de la pression relevée en fonction du paramètre de perçage laser à optimiser, - optimiser le paramètre étudié en fonction des indications fournies par la courbe obtenue aux étapes précédentes. 10. Procédé selon la revendication 9, 15 caractérisé en ce que le paramètre à optimiser est choisi dans une liste de paramètres comprenant : - la distance pièce/buse, - l'angle entre l'axe de la buse et l'axe du trou à percer, 20 - l'usure de la buse, - le type de buse, - le type de gaz d'assistance, - la pression en sortie du réservoir, - le décalage entre l'axe de la buse et 25 l'axe du trou à percer, - le diamètre de l'extrémité de buse. 10