Brevet FR2915912A1 — publié le 20081114

Procédé de soudage au laser d'éléments métalliques La présente invention concerne un procédé de soudage d'au moins deux éléments métalliques entre eux au moyen d'un faisceau laser, dans lequel les éléments métalliques sont superposés l'un sur l'autre au moins dans une zone de soudage et écartés l'un de l'autre par des saillies prévues sur au moins l'un des deux éléments métalliques Dans un procédé de ce type, l'espacement entre les éléments métalliques est nécessaire pour permettre aux gaz produits lors du soudage d'être évacués correcte-ment d'entre les éléments métalliques. Le document WO-A-99/08829 décrit un procédé de ce type dans lequel on crée des saillies sur la face destinée à être disposée en regard d'un autre élément métallique au moyen d'un faisceau laser se déplaçant parallèlement à cette face. Un autre élément métallique est ensuite disposé en regard de la face portant les saillies et le soudage des deux éléments métalliques au moyen du faisceau laser est réalisé. Dans le procédé décrit dans ce document, les saillies sont donc réalisées après le positionnement des éléments métalliques entre eux et avant leur plaquage. Un tel procédé est peu pratique car les saillies sont réalisées sur un élément métallique seul sans connaître le positionnement exact de l'élément métallique auquel il doit être soudé et donc la zone dans laquelle le soudage va être réalisé, ce qui peut entraîner une dis-position approximative des saillies. Un but de l'invention est de proposer un procédé de soudage du type décrit ci-dessus dans lequel les saillies d'un élément métallique sont disposées de façon précise par rapport la zone de soudage des éléments métalliques. A cet effet, l'invention concerne un procédé de soudage dans lequel il comprend, dans l'ordre chronologique, les étapes suivantes : - positionner un élément métallique supérieur sur un élément métallique inférieur en les superposant au moins dans une zone de soudage, - réaliser au moins une saillie sur la face inférieure de l'élément métallique supérieur faisant face à l'élément métallique inférieur au moyen d'une impulsion laser appli- quée ponctuellement sur ledit élément métallique supérieur, ladite saillie espaçant l'élément métallique supérieur de l'élément métallique inférieur , - souder les deux éléments métalliques entre eux dans la zone de soudage au moyen du faisceau laser. Ainsi, les éléments métalliques étant préalablement positionnés l'un par rapport à l'autre, la zone de soudage est clairement identifiée, ce qui permet de prévoir précisé-ment l'emplacement des saillies. De plus, le procédé permet de gagner du temps car les saillies sont réalisées puis le soudage est effectué ce qui évite d'interrompre le fonctionnement du laser par un positionnement de l'élément métallique à souder. Les saillies étant réalisées au moyen du faisceau laser, aucun élément mécanique (élément d'emboutissage par exemple) susceptible de s'user n'est nécessaire. De plus, l'intégralité du procédé peut être réalisée dans une cabine de soudage au moyen d'une seule source de laser. Selon d'autres modes de réalisation, le procédé de soudage possède une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la saillie est réalisée au moyen d'une impulsion laser suffisamment courte pour arrêter la fusion de l'élément métallique dans une phase d'expansion de matière ; - l'impulsion laser et le faisceau laser sont créés par une tête de soudage, ladite tête de soudage étant mobile en translation selon une direction longitudinale parallèle aux éléments métalliques, ladite tête de soudage émettant régulièrement une impulsion laser au cours de son déplacement de sorte à créer des saillies espacées selon la di- rection longitudinale sur la face inférieure de l'élément métallique supérieur ; - l'impulsion laser est agencée pour créer une saillie sur la face supérieure de l'élément métallique supérieur en même temps que la saillie sur la face inférieure dudit élément métallique, lesdites saillies étant disposées l'une en regard de l'autre ; - l'impulsion laser est agencée pour créer une saillie sur la face supérieure de l'élément métallique supérieur puis une saillie sur la face inférieure de l'élément métallique supérieur lors du déplacement de la tête de soudage de sorte à créer des saillies espacées selon la direction longitudinale alternativement sur la face supérieure et sur la face inférieure de l'élément métallique supérieur ; - un élément métallique additionnel est positionné sur la face supérieure de l'élément métallique supérieur dans la zone de soudage, après la réalisation des saillies sur les faces de l'élément métallique supérieur, ledit élément métallique additionnel étant espacé de l'élément métallique supérieur par les saillies sur la face supérieure de celui-ci ; - les élément métalliques sont plaqués les uns contre les autres préalablement au soudage au moyen du faisceau laser ; et - les éléments métalliques sont revêtus par une couche de revêtement préalablement à leur positionnement. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 est une représentation schématique en coupe de deux éléments métalliques positionnés l'un par rapport à l'autre dans une zone de soudage préalablement au soudage, - la Fig. 2 est une représentation schématique en coupe des éléments métalli-ques de la Fig. 1, lors de la réalisation de saillies sur la face d'un de ces éléments métalliques. - la Fig. 3 est une représentation schématique en coupe des éléments métalliques de la Fig. 2 lors du soudage de ces éléments entre eux, - la Fig. 4 est une représentation schématique en coupe des éléments métalli- ques de la Fig 1, lors de la réalisation de saillies sur les deux faces d'un des éléments métalliques selon un premier mode de réalisation, - la Fig. 5 est une représentation schématique en coupe des éléments métalliques de la Fig. 4, un élément métallique additionnel étant positionné sur ces éléments métalliques, - la Fig. 6 est une représentation schématique en coupe des éléments métalli- ques de la Fig. 5 lors du soudage de ces éléments entre eux, - la Fig. 7 est une représentation schématique en coupe des éléments métalliques de la Fig. 1, lors de la réalisation de saillies sur les deux faces d'un des éléments métalliques selon un deuxième mode de réalisation, - la Fig. 8 est une représentation schématique en coupe des éléments métalliques de la Fig. 7, un élément métallique additionnel étant positionné sur ces éléments métalliques, - la Fig. 9 est une représentation schématique en coupe des éléments métalliques de la Fig. 8 lors du soudage de ces éléments entre eux. Dans la description, les termes supérieur et inférieur sont définis par rapport à l'axe Z représenté sur la Fig. 1 et le terme longitudinal est défini par rapport à l'axe X de cette figure. Le procédé de l'invention s'applique à des éléments métalliques du type tôles, par exemple revêtues par une couche de revêtement du type couche antirouille ou simi- laire. Le procédé s'applique par exemple au soudage de parties d'éléments ouvrants du type capot, volet, coffre, porte ou de parties de caisse d'un véhicule automobile. Au cours d'une première étape, le procédé prévoit le positionnement d'un élément métallique supérieur 1 sur un élément métallique inférieur 2 en superposant ces éléments métalliques 1 et 2 au moins dans une zone de soudage, comme représenté sur la Fig. 1. La zone de soudage est la zone où l'on prévoit de réaliser le soudage d'un élément métallique sur l'autre élément métallique en créant un cordon de soudage assurant une continuité métallurgique entre les deux éléments métalliques. Dans le cas de tôles métalliques, il est possible d'avoir des éléments métalliques gondolés, comme représenté sur la Fig. 1. Selon une réalisation non représentée, les éléments métalliques 1 et 2 sont positionnés l'un par rapport à l'autre et sont en outre pré assemblés, par exemple par des moyens de fixation mécaniques. Les éléments métalliques 1 et 2 sont disposés sous une tête de soudage 3 comprenant une source laser apte à émettre un faisceau laser 4 qui est configuré de façon à frapper l'élément métallique supérieur 1 de façon ponctuelle, comme représenté sur la Fig. 2. Le laser utilisé a par exemple une longueur d'onde de 1030 nm, une puissance de 4000 W. Le faisceau est par exemple transporté par une fibre optique et la focale employée est de 200 mm. La tête de soudage est par exemple placée à une distance de 20 mm de l'élément métallique supérieur 1. La tête de soudage et les éléments mé-talliques 1 et 2 sont placés dans une cabine de soudage connue classique pour les pro-cédés de soudage au laser. Dans un premier temps, la tête de soudage 3 est commandée pour émettre des impulsions laser courtes sur l'élément métallique supérieur 1. Selon un premier mode de réalisation, l'impulsion laser est agencée pour former des saillies 5 sur la face inférieure 6 de l'élément métallique supérieur 1. La face inférieure 5 est la face qui est disposée en regard de l'élément métallique inférieur 2 lors-que les éléments métalliques sont positionnés l'un par rapport à l'autre. L'impulsion laser permet de déclencher ponctuellement la fusion du matériau de l'élément métallique supérieur 1, ce qui provoque l'expansion du matériau. L'impulsion est toutefois suffisamment courte pour arrêter la fusion dans cette phase d'expansion de sorte à créer une saillie 5 sur la surface de la face inférieure 6, comme représenté sur la Fig. 2. La saillie 5 permet d'assurer un jeu entre l'élément métallique supérieur 1 et l'élément métallique inférieur 2 lorsque ces éléments 1 et 2 sont plaqués l'un contre l'autre. Pour une épaisseur de l'élément métallique 1 de 1,17 mm, la durée d'une impulsion laser est par exemple de 170 ms dans ce premier mode de réalisation. La tête de soudage 3 est montée mobile en translation selon la direction longitudinale dans la cabine de soudage, comme représenté par la flèche F de la Fig. 2, et est commandée pour émettre des impulsions laser à intervalles réguliers. De la sorte, une pluralité de saillies 5 sont formées sur la face inférieure 6 de l'élément métallique supé- rieur 1, ces saillies 5 étant espacées les unes des autres selon la direction longitudinale. On crée ainsi dans la zone de soudage un écartement entre l'élément métallique supérieur 1 et l'élément métallique inférieur 2. Lorsque les saillies 5 ont été formées, les éléments métalliques supérieur 1 et inférieur 2 sont plaqués l'un contre l'autre par des moyens de plaquage (non représen- tés). Un jeu est maintenu entre les éléments métalliques supérieur 1 et inférieur 2 dans la zone de soudage du fait de la présence des saillies 5. La tête de soudage 3 est ramenée dans sa position initiale (avant sa translation suivant la direction longitudinale) et est commandée pour émettre le faisceau laser (continu ou impulsionnel) permettant le soudage des éléments métalliques 1 et 2. Le déplacement de la tête de soudage 3 selon la direction longitudinale permet de créer un cordon de soudage 7 selon cette direction. Le gaz, par exemple des vapeurs de zinc, dégagé lors du soudage est évacué grâce au jeu maintenu entre les éléments métalliques 1 et 2 et on obtient un cordon de soudage de bonne qualité. Selon un deuxième mode de réalisation, l'impulsion laser est agencée pour for- mer des saillies 5 et 8 en même temps sur la face inférieure 6 et sur la face supérieure 9 de l'élément métallique supérieur 1. Selon ce mode de réalisation, on crée ainsi des saillies 5 et 8 disposées en regard l'une de l'autre sur la face inférieure 6 et la face supérieure 9 de l'élément métallique supérieur 1, respectivement, comme représenté sur la Fig. 4. Pour une épaisseur de l'élément métallique 1 de 0,77 mm, la durée d'une im- pulsion laser est par exemple de 80 ms dans ce deuxième mode de réalisation. La tête de soudage 3 étant mobile en translation selon la direction longitudinale, on obtient un résultat similaire que dans le premier mode de réalisation, à savoir des saillies 5 et 8 espacées les unes des autres selon la direction longitudinale sur la face inférieure 6 et la face supérieure 9 de l'élément métallique supérieur 1. Un tel mode de réalisation permet d'ajouter un élément métallique additionnel 10 que l'on positionne sur la face supérieure 9 de l'élément métallique supérieur 1 dans la zone de soudage après que les saillies 8 ont été réalisées sur cette face supérieure 9, comme représenté sur la Fig. 5. Après le positionnement de l'élément métallique additionnel 10, on plaque les éléments métalliques 1, 2 et 10 les uns sur les autres, un jeu étant maintenu respecti- vement entre l'élément métallique inférieur 2 et l'élément métallique supérieur 1 et entre l'élément métallique supérieur 1 et l'élément métallique additionnel 10 par les saillies 5 et 8. La soudure des trois éléments métalliques 1, 2 et 10 est ensuite réalisée comme représenté sur la Fig. 6, de la même manière que dans le premier mode de réalisation de sorte â permettre le soudage de trois éléments métalliques entre eux au moyen d'un cordon de soudage 7. Selon un troisième mode de réalisation, la tête de soudage 3 est mobile en translation selon la direction longitudinale et l'impulsion laser est agencée pour créer une saillie 8 sur la face supérieure 9 de l'élément métallique supérieur 1 puis une saillie 5 sur la face inférieure 6 de l'élément métallique supérieur 1 lors du déplacement de la tête de soudage 3, comme représenté sur la Fig. 7. On crée ainsi alternativement des saillies 8 sur la face supérieure 9 et des saillies 5 sur la face inférieure 6 de l'élément métallique supérieur 1 espacées selon la direction longitudinale. Selon ce troisième mode de réalisation et pour une épaisseur de 1,17 mm de l'élément métallique supérieur 1, la durée de l'impulsion laser est par exemple de 60 ms pour créer une saillie 8 sur la face supérieure 9 et de 170 ms pour créer une saillie 5 sur la face inférieure 6 de l'élément métallique 1. Comme dans le deuxième mode de réalisation, ce troisième mode de réalisation permet d'ajouter un élément métallique additionnel 10 que l'on positionne sur la face supérieure 9 de l'élément métallique supérieur 1 dans la zone de soudage après que les saillies 8 ont été réalisées sur cette face supérieure 9, comme représenté sur la Fig. 8. La suite du procédé est similaire à celui décrit pour le deuxième mode de réalisa- tion. Le procédé selon l'invention est également applicable à un plus grand nombre d'éléments métalliques en prévoyant de réaliser des saillies sur les faces des éléments métalliques qui se trouvent en regard d'autres éléments métalliques. REVENDICATIONS 1.- Procédé de soudage d'au moins deux éléments métalliques (1, 2) entre eux au moyen d'un faisceau laser (4), dans lequel les éléments métalliques (1, 2) sont superposés l'un sur l'autre au moins dans une zone de soudage et écartés l'un de l'autre par des saillies (5) prévues sur au moins l'un des deux éléments métalliques (1, 2), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, dans l'ordre chronologique, les étapes suivantes : - positionner un élément métallique supérieur (1) sur un élément métallique inférieur (2) en les superposant au moins dans une zone de soudage, - réaliser au moins une saillie (5) sur la face inférieure (6) de l'élément métallique supérieur (1) faisant face à l'élément métallique inférieur (2) au moyen d'une impulsion laser appliquée ponctuellement sur ledit élément métallique supérieur (1), ladite saillie (5) espaçant l'élément métallique supérieur (1) de l'élément métallique inférieur (2), - souder les deux éléments métalliques (1, 2) entre eux dans la zone de soudage au moyen du faisceau laser (4). 2.- Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la saillie (5) est réalisée au moyen d'une impulsion laser suffisamment courte pour arrêter la fusion de l'élément métallique dans une phase d'expansion de matière. 3.- Procédé de soudure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'impulsion laser et le faisceau laser (4) sont créés par une tête de soudage (3), ladite tête de soudage (3) étant mobile en translation selon une direction longitudinale parallèle aux éléments métalliques (1, 2), ladite tête de soudage (3) émettant régulièrement une impulsion laser au cours de son déplacement de sorte à créer des saillies (5) espacées selon la direction longitudinale sur la face inférieure (6) de l'élément métallique supérieur (1). 4.- Procédé de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'impulsion laser est agencée pour créer une saillie (8) sur la face supérieure (9) de l'élément métallique supérieur (1) en même temps que la saillie (5) sur la face inférieure (6) dudit élément métallique (1), lesdites saillies (5, 8) étant disposées l'une en regard de l'autre. 5.- Procédé de soudage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'impulsion laser est agencée pour créer une saillie (8) sur la face supérieure (9) de l'élément métallique supérieur (1) puis une saillie (5) sur la face inférieure (6) de l'élément métallique supérieur (1) lors du déplacement de la tête de soudage (3) de sorte à créer des saillies (5, 8) espacées selon la direction longitudinale alternativementsur la face supérieure (9) et sur la face inférieure (6) de l'élément métallique supérieur (1). 6.- Procédé de soudage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'un élément métallique additionnel (10) est positionné sur la face supérieure (9) de l'élément métallique supérieur (1) dans la zone de soudage, après la réalisation des saillies (8) sur les faces (6, 9) de l'élément métallique supérieur (1), ledit élément métallique additionnel (10) étant espacé de l'élément métallique supérieur (1) par les saillies (8) sur la face supérieure (9) de celui-ci. 7.- Procédé de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce que les élément métalliques (1, 2, 10) sont plaqués les uns contre les autres préalablement au soudage au moyen du faisceau laser (4). 8.- Procédé de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments métalliques (1, 2, 10) sont revêtus par une couche de revêtement préalablement à leur positionnement.15