FR3010339A1 - Procede de soudage par faisceau laser sur tole sandwich avec controle de l'ouverture du capillaire - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de soudage par faisceau laser d'un assemblage à souder dans lequel on opère, au moyen d'un faisceau laser, une fusion et une vaporisation du matériau constitutif de l'assemblage à souder conduisant à la formation, dans l'épaisseur dudit assemblage, d'un capillaire comprenant des vapeurs dudit matériau, et on distribue, au moyen d'une buse de soudage, au moins un jet dynamique de gaz ou de mélange gazeux en direction de l'ouverture du capillaire de manière à y exercer une pression dynamique gazeuse et à maintenir ledit capillaire ouvert. Selon l'invention, l'assemblage à souder comprend au moins une première et une deuxième feuilles métalliques séparées par au moins une couche intermédiaire non métallique, le capillaire comprenant un mélange de vapeurs métalliques et non métalliques.

Description

L'invention porte sur un procédé de soudage par faisceau laser d'un ou plusieurs assemblages dont le matériau constitutif comprend au moins deux feuilles métalliques séparées par au moins une couche intermédiaire non métallique, en particulier une couche intermédiaire polymère, ledit procédé favorisant l'évacuation des vapeurs métalliques et non métalliques formées lors du soudage. Les tôles dites « sandwich » sont largement employées dans l'industrie de la fabrication métallique afin de produire des pièces permettant d'amortir les vibrations, en particulier pour limiter la propagation du bruit. Ces tôles sont notamment utilisées dans l'industrie automobile, en remplacement des tôles métalliques ordinaires, afin d'améliorer l'insonorisation de l'habitacle des véhicules. Typiquement, les tôles sandwich comprennent au moins une couche intermédiaire formée d'un matériau non métallique, en général un polymère, la couche intermédiaire étant agencée entre au moins deux feuilles formées d'un matériau métallique. Pour protéger les tôles de la corrosion, les feuilles métalliques comprennent généralement un revêtement surfacique formé de préférence de zinc ou analogue. En général, le matériau formant la couche intermédiaire est d'abord déposé sur la surface d'une des feuilles métalliques située en regard de l'autre feuille métallique. Ensuite, l'empilement formé des feuilles métalliques et de la au moins une couche intermédiaire, constituant la tôle sandwich, est assemblé par colaminage à chaud. De façon connue en soi, ce procédé consiste à plaquer les différentes feuilles et couches constitutives de la tôle sandwich les unes contre les autres de manière à ce qu'elles adhérent entre elles. Toutefois, ce mode de liaison n'est pas suffisant à lui seul pour assurer une adhésion satisfaisante de la tôle sandwich. La fatigue mécanique et les vibrations subies par la tôle peuvent alors entraîner le délaminage de la tôle.

Une solution est de renforcer la cohésion de l'empilement formant la tôle sandwich par soudage par point par résistance. Ce procédé de soudage met en oeuvre un courant électrique combiné à une pression exercée ponctuellement sur les pièces à souder. Typiquement, des électrodes en cuivre sont amenées de part et d'autre des surfaces inférieure et supérieure de l'empilement constituant la tôle sandwich et y exercent une pression ponctuelle de façon à obtenir un point de contact. Un courant électrique circule entre les électrodes et chauffe le matériau constitutif des pièces au niveau de la zone de contact jusqu'à en obtenir localement la fusion. Or, ce procédé de soudage pose différents problèmes. En particulier, lors de sa mise en oeuvre sur des tôles sandwich comprenant un revêtement surfacique en zinc, il s'avère que le zinc diffuse dans les électrodes de cuivre. Un alliage cuivre-zinc, c'est-à-dire du laiton, se forme alors en surface des électrodes. Il s'ensuit une dégradation des performances de soudage dans le temps ainsi qu'une usure prématurée des électrodes. Ceci nuit à la productivité du procédé de soudage par résistance, ce qui s'avère particulièrement problématique en termes de coûts de l'assemblage de pièces d'un véhicule automobile. En outre, la présence d'un matériau polymère à l'interface entre les feuilles métalliques nuit à la circulation du courant électrique entre les électrodes.

Le soudage laser représente une alternative prometteuse au soudage par résistance. Ce procédé est largement utilisé au plan industriel pour assembler différents matériaux, tels les aciers au carbone, les aciers inoxydables, l'aluminium, les alliages légers... Ce procédé offre en outre de multiples avantages par rapport au soudage par résistance : meilleure productivité, mise en oeuvre plus facile, robotisation aisée.

De manière schématique, pour mettre en oeuvre un procédé de soudage par faisceau laser, on utilise une source ou générateur laser pour générer un faisceau laser qui est acheminé par une fibre optique ou par d'autres moyens optiques, tel que miroirs, lentilles... jusqu'à une ou plusieurs pièces à souder. L'énergie du faisceau permet de fondre le matériau constitutif des pièces et d'obtenir, après refroidissement, un cordon de soudure entre les pièces. Afin d'éviter la contamination du cordon de soudage par des impuretés atmosphériques, il est usuel de mettre en oeuvre une protection gazeuse permettant de protéger la zone de soudage. Des gaz tels que l'hélium, l'argon, l'azote, le CO2, l'oxygène, l'hydrogène (dans une certaine mesure) et leurs mélanges sont classiquement utilisés.

Toutefois, le gaz de protection est généralement distribué sous faible pression. Il s'ensuit des écoulements de gaz de protection laminaires et lents, qui ne conduisent à des résultats de soudage satisfaisants que dans des conditions standards d'utilisation. Or, les empilements de pièces qui forment les tôles sandwich sont connues pour être difficile à souder par faisceau laser.

En effet, le soudage laser de plusieurs pièces repose sur le phénomène de fusion et de vaporisation de leur matériau constitutif au point d'impact du faisceau. Le soudage laser d'assemblages du type tôles sandwich est en général réalisé par transparence, c'est à dire que les pièces formant l'assemblage sont d'abord placées l'une au dessus de l'autre et on vient ensuite focaliser le laser perpendiculairement à l'interface des deux tôles.

Pour des densités de puissance laser suffisamment élevées, c'est-à-dire de l'ordre de plusieurs MW/cm2, un capillaire ou « keyhole » rempli de vapeurs dudit matériau se forme dans l'épaisseur de l'empilement. Les parois du capillaire sont formées de matériau en fusion et sont maintenues grâce à un équilibre dynamique s'établissant avec les vapeurs internes. En fonction du mouvement, le matériau fondu contourne le capillaire pour former à l'arrière de ce dernier un « bain liquide ». Or, lors du soudage par faisceau laser de tôles sandwich, le matériau non métallique formant la couche intermédiaire est vaporisé. Du fait des vitesses de soudage très importantes atteintes en soudage laser, typiquement entre 1 et 20 m/min, la solidification du bain de métal en fusion intervient en un temps insuffisant pour assurer une évacuation efficace des vapeurs produites. Les vapeurs non métalliques se retrouvent alors soit piégées au sein du bain de métal en fusion, conduisant à la formation de porosités au sein des cordons, soit éjectées par le capillaire, ce qui perturbe le bain liquide avoisinant et conduit à l'apparition de "vagues" et/ou à un manque important de matière à la surface des cordons. Il s'ensuit une fragilisation des soudures réalisées et une détérioration de leur aspect de surface. De plus, les vapeurs non métalliques éjectées entraînent des gouttelettes de métal liquide, source de fortes projections à la surface des tôles sandwich. La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients mentionnés ci- dessus, notamment à proposer un procédé de soudage de tôles de type « sandwich » qui offre une productivité accrue par rapport à un procédé de soudage classique, tout en conduisant à des soudures de meilleure qualité, en particulier de plus grande compacité qu'avec un procédé classique. La solution de l'invention est alors un procédé de soudage par faisceau laser d'un assemblage à souder dans lequel : a) on opère, au moyen d'un faisceau laser, une fusion et une vaporisation du matériau constitutif de l'assemblage à souder conduisant à la formation, dans l'épaisseur dudit assemblage, d'un capillaire comprenant des vapeurs dudit matériau, b) on distribue, au moyen d'une buse de soudage, au moins un jet dynamique de gaz ou de mélange gazeux en direction de l'ouverture du capillaire de manière à y exercer une pression dynamique gazeuse et à maintenir ledit capillaire ouvert, caractérisé en ce que l'assemblage à souder comprend au moins une première et une deuxième feuilles métalliques séparées par au moins une couche intermédiaire non métallique, le capillaire comprenant un mélange de vapeurs métalliques et non métalliques.

Selon le cas, la solution de l'invention peut comprendre en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'assemblage à souder est obtenu par positionnement de ladite première feuille métallique sur au moins une partie d'une surface de ladite deuxième feuille métallique, laquelle deuxième feuille est recouverte au moins en partie par ladite couche intermédiaire non métallique, le faisceau laser étant focalisé selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite surface. Dit autrement, le procédé de soudage selon l'invention est opéré par transparence ; - ladite couche intermédiaire comprend au moins un matériau polymère ; - ladite couche intermédiaire a une épaisseur comprise entre 0.005 et 2 mm, de préférence entre 0.01 et 1 mm, de préférence encore entre 0.01 à 0.1 mm ; - au moins une feuille métallique est formée d'acier au carbone, d'acier inoxydable ou d'aluminium ; - au moins une feuille métallique a une épaisseur comprise entre 0.1 et 3 mm, de préférence entre 0.2 et 2 mm, de préférence encore entre 0.3 et 1 mm ; - ladite couche intermédiaire est liée à au moins une feuille métallique par colaminage ; - au moins une feuille métallique présente un revêtement surfacique contenant du zinc, ou au moins un matériau organique ; - le jet dynamique de gaz comprend un gaz ou un mélange gazeux choisi parmi l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélanges, de préférence un mélange d'hélium et d'argon ; - le faisceau laser est généré par un générateur laser de type Nd:YAG, à fibre 10 d'Ytterbium, à disque Yb:YAG, CO2 ou à diode ; - la buse de soudage est portée par un bras robotisé ; - on utilise ledit jet dynamique de gaz pour exercer une pression dynamique gazeuse continue et constante sur l'ouverture du capillaire par laquelle s'échappe le mélange de vapeurs métalliques et non métalliques ; 15 - on utilise le jet dynamique de gaz pour opérer une stabilisation de l'écoulement du bain liquide de métal en fusion ; - la pression du jet dynamique de gaz est comprise entre 1 et 10 kl'a ; - on positionne l'extrémité du diamètre intérieur de la buse par rapport à la surface supérieure de l'assemblage à une hauteur comprise entre 0.5 et 5 mm ; 20 on met en oeuvre, en outre, un deuxième jet dynamique de gaz distribué périphériquement et/ou coaxialement au faisceau laser ; - le jet dynamique de gaz est distribué avec un débit de l'ordre de 10 à 50 l/min, de préférence entre 15 et 40 l/min ; - la buse de soudage est munie d'au moins un passage interne délivrant ledit 25 premier jet dynamique de gaz, la section de passage du gaz dudit passage interne étant comprise entre 0.1 et 10 mm2 ; - ledit au moins un passage interne a une section de forme circulaire d'un diamètre compris entre 0.5 mm et 5 mm, de préférence entre 1.5 mm et 2.5 mm ; - l'inclinaison dudit passage interne de la buse de soudage est comprise entre 30 10° et 80° par rapport au plan horizontal, de préférence entre 30° et 60°; - la distance entre les points d'impact dudit jet dynamique de gaz et dudit faisceau laser sur la surface supérieure du ou des assemblages à souder est avantageusement inférieure à 5 mm, de préférence comprise entre 2 et 3.5 mm. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée 35 suivante faite en référence aux Figures ci-annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 est une vue en coupe d'un assemblage à souder conformément au procédé de l'invention, et la Figure 2 schématise la formation d'un capillaire de vapeurs au cours d'un procédé de soudage laser ainsi que l'action d'un jet dynamique de gaz sur ce capillaire selon un mode de réalisation de l'invention. La Figure 1 est une vue en coupe d'au moins un assemblage 1 à souder formant une tôle sandwich telle que décrite précédemment. Comme on le voit, le matériau constitutif d'une tel assemblage 1 comprend au moins une première feuille métallique 2 et au moins une deuxième feuille métallique 5. Lesdites feuilles métalliques 2, 5 peuvent être formées de matériaux métalliques identiques ou distincts, en particulier des matériaux choisis parmi : l'acier au carbone, d'acier inoxydable, d'aluminium, de cuivre ou de leurs alliages, le titane, le magnésium, et avoir des épaisseurs comprises entre 0.1 et 3 mm, de préférence entre 0.2 et 2 mm, de préférence encore entre 0.3 et 1 mm. Avantageusement, au moins une desdites feuilles métalliques comprend également un revêtement surfacique 4 déposé sur l'une de ces surfaces, ledit revêtement 4 ayant typiquement une épaisseur comprise entre 5 et 100 iam, de préférence entre 20 et 401.1.m. De préférence, le revêtement 4 comprend du zinc pour ses propriétés anticorrosion. Ledit revêtement 4 peut aussi comprendre au moins un matériau organique. Par exemple, le revêtement 4 peut être du type Revêtement Organique Mince (ROM). Selon l'invention, le matériau constitutif du ou des assemblages 1 à souder comprend en outre au moins une couche intermédiaire non métallique 3 agencée entre les première et une deuxième feuilles métalliques 2, 5. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, ladite couche intermédiaire est formée en tout ou partie d'au moins un polymère, par exemple un polymère comprenant de l'acrylate. Ce type de matériau est en effet particulièrement efficace en termes d'amortissement du bruit. Ladite couche intermédiaire 3 a une épaisseur E qui peut être comprise entre 0.005 et 2 mm, de préférence entre 0.01 et 1 mm, de préférence encore entre 0.01 à 0.1 mm. De préférence, l'une des deux surfaces de la couche intermédiaire 3 est agencée en contact avec la première feuille métallique 2 et l'autre des deux surfaces de la couche intermédiaire 3 est agencée en contact avec la deuxième feuille métallique 5. Par contact, on entend un contact qui peut être direct, le contact étant en général maintenu suite à une opération de colaminage. Selon une variante de réalisation, le contact peut être maintenu par l'intermédiaire d'au moins une couche secondaire contenant un agent liant tel un adhésif.

Le contact entre la couche intermédiaire 3 et les feuilles métallique 2, 5 est avantageusement établi au niveau de la totalité ou quasi-totalité des surfaces des feuilles métalliques 2, 5. C'est en particulier du fait de ce contact ou quasi-contact, c'est-à-dire de l'absence de jeu entre la couche et les feuilles, que l'évacuation des vapeurs non métalliques produite au cours d'un procédé de soudage laser selon l'art antérieur se fait difficilement et conduit aux problèmes susmentionnés. La Figure 2 illustre la mise en oeuvre d'un procédé de soudage selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel on réalise un soudage en transparence d'un assemblage 1 en configuration ligne de fusion. Le faisceau laser 10 vient ainsi frapper l'assemblage 1 pour fondre son matériau constitutif qui se re-solidifie ensuite en donnant un cordon de soudure. La Figure 2 est une vue en coupe selon un plan perpendiculaire à la surface supérieure de l'assemblage 1, c'est-à-dire la surface de l'assemblage 1 située en regard du faisceau laser 10 incident, ce plan étant aligné avec la ligne de fusion opérée selon la direction S de soudage. Selon un mode réalisation préféré, l'assemblage 1 à souder est obtenu par positionnement de ladite première feuille métallique sur au moins une partie d'une surface de ladite deuxième feuille métallique recouverte au moins en partie par ladite couche intermédiaire non métallique, le faisceau laser étant focalisé selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite surface. Les première et deuxième feuilles ainsi que la couche intermédiaire sont agencées de manière à ce qu'il n'existe qu'un jeu très faible voire nul entre elles. D'autres configurations d'assemblage peuvent être envisagées. Ainsi, on peut également souder les deux bords longitudinaux d'un même assemblage 1 rapprochés l'un de l'autre, ou souder deux assemblages 1 distincts positionnés en recouvrement, bord à bord, ou dont les bords se chevauchent l'un l'autre. Dans tous les cas, le au moins un assemblage 1 constitue une tôle sandwich et comprend au moins deux feuilles métalliques séparées par au moins une couche intermédiaire non métallique, de préférence au moins une couche intermédiaire polymère.

De manière classique, le faisceau laser 10 est obtenu au moyen d'un générateur laser de type Nd:YAG, à fibre d'Ytterbium, à disque Yb:YAG, CO2 ou à diode, puis convoyé, via un chemin optique, jusqu'à une tête de focalisation comprenant un ou plusieurs dispositifs optiques de focalisation, tel que lentilles ou miroirs optiques, destinés à focaliser le faisceau dans l'épaisseur des pièces 1 à souder, au niveau de leur plan de joint.

La puissance du faisceau laser 10 est de l'ordre de 0.2 à 20 kW. En fait, le faisceau laser 10 vient frapper les pièces 1 à souder et engendre alors, au niveau du point d'impact du faisceau 10 sur l'assemblage 1, une fusion et une vaporisation d'une partie du matériau constitutif de l'assemblage 1 conduisant à la formation, dans l'épaisseur de l'assemblage 1, d'un capillaire 11 comprenant des vapeurs dudit matériau constitutif, c'est-à-dire un mélange de vapeurs métalliques et non métalliques. De préférence, le faisceau laser 10 est focalisé selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite surface de manière à opérer un soudage par transparence de l'assemblage 1.

Selon l'invention, on distribue au moyen d'une buse de soudage, au moins un premier jet dynamique d'un gaz ou d'un mélange gazeux en direction de l'ouverture du capillaire de vapeurs de manière à y exercer une pression dynamique gazeuse et à maintenir le capillaire ouvert. L'axe de propagation dudit jet dynamique de gaz est représenté par la ligne en pointillés 6. En effet, selon l'invention, on utilise ledit jet dynamique de gaz pour exercer une pression dynamique gazeuse continue et constante sur l'ouverture du capillaire par laquelle s'échappe le mélange de vapeurs métalliques et non métalliques. Ledit jet dynamique de gaz permet ainsi d'opérer une stabilisation de l'écoulement du bain liquide de métal en fusion. De la sorte, on améliore l'évacuation des vapeurs émises lors du soudage des pièces 1, en particulier les vapeurs non métalliques provenant de la couche intermédiaire 3. Dans le cadre de l'invention, on appelle « ouverture du capillaire » la zone du capillaire se trouvant à la surface des pièces à souder située du côté du faisceau laser incident et par laquelle s'échappent les vapeurs métalliques et non métalliques.

A ce titre, la Figure 2 montre une représentation schématique du capillaire 11 duquel s'échappent des vapeurs métalliques et non métalliques et, d'autre part, les parois de métal liquide 14 qui forment un bain liquide 13 à l'arrière du capillaire 11. La flèche S désigne le sens du soudage. La métal fondu se solidifie ensuite de manière à former un cordon de soudure (flèche 16).

Le procédé de l'invention met en oeuvre préférentiellement un jet dynamique de gaz « rapide » de manière à stabiliser la forme, voire d'élargir, l'ouverture du capillaire. Par jet dynamique de gaz rapide, on entend un jet dynamique de gaz dont l'énergie cinétique est suffisante pour exercer la pression dynamique nécessaire au maintien de l'ouverture du capillaire.

Avantageusement, la pression du jet dynamique de gaz est comprise entre 1 et 10 kPa et le débit du jet dynamique de gaz est de l'ordre de 10 à 50 l/min, de préférence entrel5 et 40 l/min, ces paramètres dépendant de la densité du gaz mis en oeuvre. De préférence, le jet dynamique de gaz est délivré par une buse de soudage 15 munie d'au moins un passage interne, la section 8 de passage du gaz dudit passage interne ayant une surface avantageusement comprise entre 0.1 et 10 mm2, de préférence entre 0.2 et 8 mm2. La buse de soudage 15 est avantageusement portée par un bras robotisé. La forme de la section de sortie de la buse 15 n'a pas d'importance., Ppar exemple elle peut être ronde, ovoïde, carrée, rectangulaire, trapézoïdale... Néanmoins, on utilise préférentiellement une buse 15 tubulaire, ledit passage interne de la buse 15 ayant une section 8 circulaire d'un diamètre compris entre 0.5 mm et 5 mm, de préférence entre 1.5 mm et 2.5 mm, de préférence encore de l'ordre de 2 mm. Selon l'invention, le jet dynamique de gaz peut être dirigé en direction de l'ouverture du capillaire de manière à ce que la point d'impact de l'axe 6 du jet dynamique de gaz sur la surface supérieure de la ou des pièces à souder 1 se situe au niveau de l'ouverture du capillaire ou à faible distance de celle-ci. De préférence, le jet dynamique de gaz peut être dirigé de sorte que le point d'impact de l'axe 6 du jet dynamique de gaz sur la surface supérieure de la ou des pièces à souder 1 se situe à une distance D de l'axe de propagation 7 du faisceau laser 10, tel que représenté sur la Figure 2. La distance D peut être comprise entre 0 et 5 mm, de préférence entre 2 et 3.5 mm, mais toujours de sorte que, selon la surface de la section du passage interne de la buse 15, au moins une portion du jet dynamique de gaz exerce une pression dynamique sur l'ouverture du capillaire 11.

A noter que dans le cadre de l'invention, le point d'impact de l'axe 6 du jet dynamique de gaz sur la surface supérieure de l'assemblage 1 peut être positionné, en suivant le sens S de soudage, soit à l'avant de l'axe de propagation 7 du faisceau laser 10, soit à l'arrière de l'axe de propagation 7 du faisceau laser 10 (comme sur la Figure 2). Avantageusement, on positionnera le point d'impact du jet de gaz sur la surface supérieure de l'assemblage à l'arrière de l'axe de propagation 7 en suivant le sens S de soudage (Figure 2). Selon une variante de réalisation, le jet dynamique de gaz est dirigé uniquement vers l'ouverture du capillaire 11. Le point d'impact de l'axe 6 du jet dynamique de gaz sur la surface supérieure de l'assemblage à souder 1 peut ainsi coïncider avec l'axe de propagation 7 du faisceau laser 10 au niveau de ladite surface supérieure. Par surface supérieure, on entend la surface située en regard du faisceau laser 10 incident. Le faisceau laser 10 peut être focalisé soit au niveau de la surface supérieure de l'assemblage 1 à souder, soit en-dessous, typiquement à une distance de l'ordre de 5 mm, soit au-dessus, typiquement à une distance de l'ordre de 5 mm.

La hauteur de la partie basse de la buse 15 peut être positionnée à une hauteur D' par rapport à la surface de la ou des pièces 1 comprise entre 0.5 et 5 mm, de préférence d'au moins 0.5 mm et/ou d'au plus 3 mm, préférentiellement de l'ordre de 1 mm. Le jet dynamique de gaz peut être dirigé selon une direction perpendiculaire à la surface supérieur de l'assemblage 1 ou bien incliné d'un coté ou de l'autre du faisceau 10, de manière à exercer sur l'ouverture du capillaire une pression dynamique gazeuse suffisante pendant tout le temps de déplacement relatif du faisceau laser 3 par rapport à l'assemblage 1. Lorsque la buse 15, et de là l'axe 6 du jet dynamique de gaz, sont inclinés, l'angle d'inclinaison 0 de l'axe 6 par rapport à la surface supérieure de l'assemblage 1 est typiquement compris entre 30 et 60°, de préférence entre 40 et 50°. Par ailleurs, la buse 15 distribuant le jet dynamique de gaz peut, lors de son déplacement relatif par rapport à l'assemblage 1 suivant le sens S de soudage, précéder le faisceau laser 10 ou le suivre.

Toutefois, un positionnement de la buse 15 conformément à l'illustration donnée sur la Figure 2, c'est-à-dire la buse 15 suivant le faisceau laser 10 améliore encore plus significativement le maintien de l'ouverture du capillaire 11 et ainsi l'évacuation des vapeurs du capillaire se formant au cours du soudage.

De préférence, la valeur de l'angle formé entre l'axe du cordon de soudure et la projection de l'axe 6 de la buse dans le plan de la surface supérieure de l'assemblage 1 est proche de 0°. Toutefois, cet angle (non représenté) n'est pas nécessairement nul et le jet dynamique de gaz peut être dirigé vers l'ouverture du capillaire de manière à ce que la projection de l'axe 6 de la buse dans le plan de la surface supérieure de l'assemblage 1 forme un angle de 10° au plus avec l'axe du cordon de soudure. Avantageusement, le jet dynamique de gaz comprend au moins un gaz ou un mélange gazeux choisi parmi l'argon, l'hélium, le dioxygène, le dioxyde de carbone, l'azote et leurs mélanges, de préférence un mélange d'hélium et d'argon.

Par ailleurs, avantageusement, on met aussi en oeuvre un flux secondaire de gaz ou de mélange gazeux de protection distribué périphériquement et/ou coaxialement au faisceau laser (non représenté). De manière classique, ce flux de gaz de protection est distribué selon un écoulement lent et laminaire. Contrairement au jet dynamique de gaz, le flux de gaz secondaire n'exerce pas de pression sur le capillaire mais sert à protéger le bain de soudure d'une contamination par des impuretés atmosphériques, notamment de l'incorporation dans le métal fondu du bain d'impuretés de type azote, vapeur d'eau ou similaires qui pourraient venir contaminer ce bain en y engendrant des défauts, telles des porosités. Le flux secondaire de gaz ou de mélange gazeux de protection comprend de préférence au moins un gaz choisi parmi l'argon, l'hélium, le dioxygène, le dioxyde de carbone, l'azote et leurs mélanges, de préférence un mélange d'hélium et d'argon. Selon le cas, le cordon de soudage réalisé peut être débouchant, c'est-à-dire traversant toute l'épaisseur de l'assemblage, ou non débouchant en fonction de l'application considérée.

Exemples Des tests visant à vérifier l'efficacité du procédé de soudage laser de l'invention ont été réalisés avec un générateur laser de type CO2 délivrant une puissance jusqu'à 12 kW, le faisceau laser étant focalisé par un miroir en cuivre parabolique de distance focale de 250 mm.

Un jet de gaz dynamique comprenant environ 70% d'hélium et 30% d'argon (% en volume) a été distribué par une buse de soudage cylindrique en cuivre comprenant un passage interne de forme circulaire, d'un diamètre de 2 mm, avec un débit de l'ordre de 30 1/min, orienté à 45° par rapport à la surface supérieure de la tôle et dont l'axe coïncide sensiblement avec le point d'impact du faisceau laser sur la surface supérieure de 1 ' assemblage. Les essais de soudage ont été réalisés sur un assemblage du type tôles sandwich soudé en configuration de ligne de fusion. Chaque pièce comprenait une première feuille métallique formée d'acier et d'une épaisseur de 0.6 mm, une deuxième feuille métallique formée d'acier et d'une épaisseur de 0.9 mm, et une couche intermédiaire en matériau polymère d'une épaisseur de l'ordre de 0.02 mm. La distance D entre le point d'impact de l'axe 6 du jet dynamique de gaz sur la surface supérieure de l'assemblage est l'axe de propagation 7 du faisceau laser 10 était de l'ordre de 3 mm. Le point d'impact du jet était situé à l'arrière de l'axe de propagation 7 du faisceau laser 10 du faisceau selon la direction S. La hauteur (distance D') de la buse par rapport à la surface supérieure de l'assemblage était de l'ordre de 1 mm et son inclinaison par rapport à la surface supérieure des pièces (angle 0) de 45° environ.

Le faisceau laser, réglé de manière à ce que la puissance sur pièce soit de l'ordre de 5 kW, était par ailleurs focalisé au niveau de la surface supérieure des pièces à souder, le diamètre du faisceau focalisé étant de l'ordre de 6001.1.m. A titre comparatif, des essais ont été réalisé avec un procédé de soudage selon l'art antérieur, c'est-à-dire sans jet de gaz dynamique, toutes les conditions étant identiques par ailleurs. Les essais ont été réalisés à des vitesses de soudage allant de 4 à 7 m/min. Selon le cas, les cordons de soudure obtenus sont soit exempts de porosités, ou du moins présentent un nombre grandement réduit de porosités par rapport aux cordons obtenus sur des mêmes pièces identiques avec le procédé de soudage laser classique.

Le procédé de l'invention permet donc de souder sans aucun problème des assemblages du type tôles sandwich au moyen d'un faisceau laser. Ce procédé est notamment applicable au soudage d'assemblages dans le domaine automobile, c'est-à-dire d'assemblages de plusieurs pièces dont l'une au moins présente une couche intermédiaire non métallique, en particulier une couche intermédiaire polymère. Le procédé selon l'invention permet en particulier d'opérer un soudage par ligne de fusion, continue ou sous forme de pointillés, en vue du maintien de la cohésion d'un assemblage du type tôle sandwich.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de soudage par faisceau laser d'un assemblage à souder dans lequel : a) on opère, au moyen d'un faisceau laser, une fusion et une vaporisation du matériau constitutif de l'assemblage à souder conduisant à la formation, dans l'épaisseur dudit assemblage, d'un capillaire comprenant des vapeurs dudit matériau, et b) on distribue, au moyen d'une buse de soudage, au moins un jet dynamique de gaz ou de mélange gazeux en direction de l'ouverture du capillaire de manière à y exercer une pression dynamique gazeuse et à maintenir ledit capillaire ouvert, caractérisé en ce que l'assemblage à souder comprend au moins une première et une deuxième feuilles métalliques séparées par au moins une couche intermédiaire non métallique, le capillaire comprenant un mélange de vapeurs métalliques et non métalliques.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'assemblage à souder est obtenu par positionnement de ladite première feuille métallique sur au moins une partie d'une surface de ladite deuxième feuille métallique recouverte au moins en partie par ladite couche intermédiaire non métallique, le faisceau laser étant focalisé selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite surface.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite couche intermédiaire comprend au moins un matériau polymère.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche intermédiaire a une épaisseur comprise entre 0.005 et 2 mm, de préférence entre 0.01 et 1 mm, de préférence encore entre 0.01 à 0.1 mm.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une feuille métallique est formée d'acier au carbone, d'acier inoxydable ou 30 d'aluminium.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une feuille métallique a une épaisseur comprise entre 0.1 _e 3 mm, de préférence entre 0.2 et 2 mm, de préférence encore entre 0.3 et 1 mm. 35
7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche intermédiaire est liée à au moins une feuille métallique par colaminage.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une feuille métallique présente un revêtement surfacique contenant du zinc, ou au moins un matériau organique.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jet dynamique de gaz comprend un gaz ou un mélange gazeux choisi parmi l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélanges, de préférence un mélange d'hélium et d'argon.
10. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser est généré par un générateur laser de type Nd:YAG, à fibre d'Ytterbium, à disque Yb:YAG, CO2 ou à diode.