LU86694A1 - Procede de marquage de la surface d'un cylindre a l'aide d'un faisceau laser - Google Patents

Description

* . c 2374 2.5413

!· 'tW ^RAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG

du 1er décembre, 1986 (ŒwW) Monsieur le Ministre de l’Économie et des Classes Moyennes

Titre délivré......................................... Service de la Propriété Intellectuelle

' ~~7~Zl LUXEMBOURG

Demande de Brevet d’invention L Requête . Le......GLH.T.EE.....DE....BLCHEE.QHE.S„ÆE.I:ALLUEGI.QUE.S-.QLMïRIM....V.Q.QE..„RE.SEARCH__, (1) .

IN DE METALLURGIE.association sans but lucratif-verenlglng zonder winstoogmerk,47, rue Montoyer,1040 Bruxelles.Belgique,représenté par Me Alain RUKAVINA,avocat-avoué,agissant en qualité de mandataire, dépose(nt) ce .„..premier......décembre.....1900.....q.ua.tr-e--.v-i.ng.t^si.x-------- (3) à .. 1.5....Q.0......heures, au Ministère de l’Éconorme et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : ....................................................................................................................................................,_____________________________________________ (4) .".Procédé.....d.e.....mar.qnage.....de.....l.a....sur.face.....dinn.....cylindre.....à....l-i.aide-~-d--!-un— faisceau.....laser.."..................................................................................................................................................................

2. la délégation de pouvoir, datée de______Bruxelles_____________________ie 27 novembre Ï9jB6 3. la description en langue française..............................de l’invention en deux exemplaires; 4.....UU6___________planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le'..........1er décembre 1986___________________________*_____________________________ déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, quelles) inventeur(s) est (sont) :

Mo.nsi.eur.....Guy-..M0NEQ.R.T..r-X1.7.;,.--r.ue.-.Neu-v:-ice-< 43-2Q--MGn-begne-e··;— ---(5)

Mon.sie.ur.....J.ea,n.....CRAHAY-,......S.te.F--.^Q.7-y--^8-7-8---g-r-an.GO-rphafflP-s-;--—------

Mp.n.si.e.ui:....Ad.o.lpli.e....BARGARD^—Chemin.-des—Qpi4;es-t—4ö§OLEsssö3e~—·— tms......l.e.s......t.r,Q.is......en....B.e.lgi.q.ue_______________________________________....-------------- revendiquent) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)_________________LL._________________________________________ déposée(s) en (7)______________/./___________________________— le ________________U..._________________________________________________________________________________________________________ (8) au nom de___________/..L_____________________________________________________________ (9) élit(élisent) pour lui (die) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg____ IDA., boulevard d.e l.a...Eo.irô-------------------------------------(10) sollicïte(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, —j avec ajournement de cette délivrance à_________dix—k-Uît-· 1— ™ois. (11)

Le ..........mandaéiaifce..L.i......» , t * a λ ιηπ.....LU 4A't' \ / j' Γ G V L u- L \ U Π. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intellectuelle à Luxembourg, en date du : 1 pr riérLpn^h-rP 1 QRP,

J

Lrf A ^ Pt. le faste wv ** ' à 15.0.0 heures U de l’Économiee^^^Classes Moyennes, ! v 2.5413

MEMOIRE DESCRIPTIF

déposé à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION

au Grand-Duché de LUXEMBOURG

au nom de: CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES

pour: "Procédé de marquage de la surface d'un cylindre à l'aide d'un faisceau laser" * i > C 2374/861Z.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOQR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).

Procédé de marquage de la surface d'un cylindre à l'aide d'un faisceau laser.

La présente invention porte sur un procédé de marquage de la surface d'un cylindre à l'aide d'un faisceau laser focalisé. Elle vise plus particulièrement la création d'une rugosité à la surface d'un cylindre de laminage à froid de bandes en acier.

Un tel procédé de marquage de la surface d'un cylindre est déjà connu notamment par le brevet BE-A-880.996.

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Brièvement rappelé, ce procédé consiste à envoyer sur la surface d'un cylindre en rotation, et perpendiculairement à cette surface, un faisceau laser intermittent focalisé qui fond le matériau du cylindre aux points d'impact successifs et forme dans la. surface une série de microcratères répartis suivant une trajectoire hélicoïdale. La formation de ces microcratères et des bourrelets qui les entourent est facilitée par l'insufflation d'oxygène sous pression dans la zone d'impact du faisceau laser.

Ce procédé connu donne généralement des résultats très satisfaisants pour des rugosités classiques. On indiquera ici que, au sens de la présente demande, la rugosité est la valeur Ra, rugosité arithmétique moyenne, dont la définition est normalisée.

Dans certains cas cependant,/ il s'avère nécessaire de former une rugosité importante, par exemple de l'ordre de 8 à 10 qjm. ou davantage.

La solution logique basée sur le procédé précité consisterait soit à augmenter le débit, et par conséquent la pression, du jet d'oxygène, afin de creuser davantage les microcratères, soit à accroître la puissance du faisceau laser.

A partir d'un certain niveau de rugosité (8 à 10 ym) environ, cette solution présente cependant deux inconvénients importants.

En premier lieu, pour obtenir un cratère plus profond, on doit fondre une quantité plus importante de métal. Celle-ci est, sous l'effet de la pression d'oxygène accrue, rejetée sur une portion froide de la surface du cylindre, c'est-à-dire au-delà de la zone échauffée par le faisceau laser. Ce métal, destiné à constituer le bourrelet, adhère mal à la surface du cylindre à laquelle il n'est pas soudé, mais simplement collé. Un tel bourrelet est très rapidement endommagé ou arraché au cours du laminage des bandes d'acier, et il ne permet donc pas d'atteindre la rugosité recherchée.

s « - 3 -

Par ailleurs, la pression accrue du jet d'oxygène provoque une déformation du microcratère et du bourrelet, qui s'allongent dans la direction de ce jet d'oxygène. La rugosité ainsi obtenue n'est pas régulière.

La présente invention propose un procédé qui permet de former dans la surface d'un cylindre des microcratères de forme régulière entourés par des bourrelets bien adhérents, qui assurent l'obtention de la rugosité élevée désirée.

Le procédé qui fait l'objet de la présente invention est basé sur une observation inattendue que le demandeur a faite au cours de ses recherches en vue d'améliorer le procédé précité.

Il est en effet apparu que le marquage d'un cylindre par le procédé précité donnait lieu à la formation d'un plasma localisé au-dessus de la portion de la surface du cylindre échauffé par le faisceau laser focalisé; la majeure partié de ce plasma est d'ailleurs située immédiatement au-dessus de la partie fondue de la surface dans la zone d'impact du faisceau laser. Ce plasma est constitué de gaz ionisé provenant notamment de l'atmosphère environnante, mais également de métal du cylindre porté à très haute température et vaporisé par l'énergie du faisceau laser. Il est également connu que dans ce procédé, le plasma exerce une faible pression sur le métal fondu et provoque ainsi une légère déformation aléatoire de ce métal fondu sous la forme d'une dépression peu profonde entourée d'un mince bourrelet irrégulier.

La présente invention est basée sur l'exploitation des propriétés électriques particulières du plasma de manière à contrôler la pression exercée par le plasma sur le métal fondu, avec pour conséquence une rugosité régulière et une forme symétrique des microcratères et des bourrelets obtenus.

A cet effet, le procédé qui fait l'objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on agit sur ledit plasma de manière à contrôler la pression de celui-ci sur la surface dudit métal ’i i - 4 - fondu et en ce que l'on refoule ainsi une quantité contrôlée de métal fondu hors du microcratère de façon à former autour de celui-ci un bourrelet régulier conduisant à la rugosité désirée.

Selon une première mise en oeuvre du procédé de l'invention, on soumet ledit plasma à l'action d'un champ magnétique orienté transversalement par rapport à l'axe du faisceau laser focalisé, de telle façon qu'il exerce sur le plasma un effort parallèle à l'axe du faisceau laser focalisé et orienté en direction de la surface dudit métal fondu.

L'intensité de ce champ magnétique peut être constante ou présenter une variation suivant une direction parallèle à l'axe du faisceau laser focalisé.

Cette variation d'intensité se traduit avantageusement par un gradient de champ magnétique décroissant en direction du métal fondu.

Selon une autre mise en oeuvre du procédé de l'invention, on soumet ledit plasma à l'action d'un champ électrique orienté parallèlement à l'axe du faisceau laser focalisé, en direction du métal fondu, de telle façon qu'il exerce sur le plasma un effort dirigé vers la surface dudit métal fondu.

Dans le cadre de la présente invention, il peut encore être intéressant d'insuffler, dans la zone d'impact du faisceau laser sur la surface du cylindre, un jetjd'un gaz oxydant, en particulier d'oxygène, sous une pression suffisante pour favoriser la fusion du métal, mais insuffisante pour perturber le plasma et/ou le bourrelet.

Selon une autre caractéristique intéressante du procédé de l'invention, on peut régler l'intensité du champ magnétique, respectivement du champ électrique, de façon à faire varier la pression exercée par le plasma sur le métal fondu et ainsi à disposer d'une gamme de réglage de la rugosité du cylindre.

t - 5 - « » A titre de simple illustration, on va maintenant décrire de façon plus détaillée le procédé de l'invention, en faisant référence au dessin annexé, dans lequel la figure 1 montre, en élévation et en plan, un microcratère déformé par un jet d'oxygène trop puissant; la figure 2 illustre, en élévation et en plan, un microcratère de forme régulière obtenu par le procédé de l’invention.

Pour la clarté du dessin, on n'a chaque fois représenté schématiquement qu'un seul microcratère. Il va cependant de soi que la surface du cylindre est pourvue d'un nombre extrêmement élevé de tels microcratères; dans la pratique, ce nombre peut atteindre 100.000 micro-cratères par centimètre carré, la dimension d'un microcratère dans le plan de la surface étant généralement comprise entre 30 ym et 250 ym environ. Dans les deux figures, les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères numériques, et on a omis de représenter tous les éléments qui ne sont pas indispensables à la compréhension de l'invention.

Dans la figure 1, la vue en élévation présente une coupe, suivant le plan I-I de la vue en plan, d’un fragment 1 de la couche superficielle d'un cylindre. Le cylindre en rotation est schématisé par son axe de rotation 2. Un faisceau laser intermittent 3, focalisé par une lentille 4, frappe perpendiculairement la surface du cylindre 1 en un point 0. Il provoque l'échauffement d'une zone 5 délimitée par un trait interrompu, et la fusion d'une zone 6 plus restreinte. Un jet d'oxygène (0^) appliqué dans la zone d'impact du faisceau laser intensifie ces deux effets d'échauffement et de fusion. Le métal fondu de la zone 6 subit une légère déformation due notamment à la faible pression de radiation appliquée par le faisceau laser. L'essentiel de la déformation du métal fondu est cependant imputable à la pression mécanique du jet d'oxygène (C^); celle-ci expulse en pratique la totalité du métal fondu hors de la zone 6. La plus grande partie de ce métal fondu est expulsée suivant la direction du jet d'oxygène, et dans le cas de rugosités élevées, jusqu' au-delà de la zone 5 échauffée par le faisceau laser. Il se forme ainsi un bourrelet asymétrique - 6 - * 7, qui adhère mal au cylindre au-delà de la zone 5 et qui est arraché dès les premières opérations de laminage.

La figure 1 comprend encore la représentation d'un plasma 8 qui se forme au-dessus de la zone 6 sous l'effet du faisceau laser. Ce plasma est constitué d'ions gazeux provenant de l'atmosphère environnante, en particulier d'ions d'oxygène fournis par le jet, et d'ions métalliques apportés par le métal de la zone 6 vaporisé par le faisceau laser. Ce plasma ne joue ici qu'un rôle secondaire.

La figure 2 illustre schématiquement le principe du procédé qui fait l'objet de l'invention. Le montage du cylindre 1,2 et du faisceau laser 3, 4 est identique à celui de la figure 1, et le faisceau laser échauffe, respectivement fond, une zone 5, respectivement 6.

Dans la présente mise en oeuvre conforme à l'invention, un champ magnétique H, perpendiculaire à l'axe du faisceau laser, est établi au voisinage de la surface du cylindre 1 dans la région occupée par le plasma 8. Sous l'effet de ce champ magnétique, une partie du plasma 8 subit une force F et par conséquent effectue un déplacement en direction de la surface du métal fondu. Il exerce ainsi une pression uniforme sur le métal fondu, qui est alors refoulé uniformément vers la périphérie de la zone 6 où il forme le bourrelet 7 régulier ne débordant pas la zone chaude 5. En se refroidissant, le bourrelet 7 se soude solidement à la surface du cylindre à laquelle cette combinaison de pics (bourrelets) et de vallées (microcratères) confère ainsi une rugosité contrôlée. En faisant varier l'intensité du champ magnétique H, il est possible de modifier la pression exercée par le plasma sur le métal fondu et par conséquent d'ajuster la profondeur du microcratère et la hauteur du bourrelet en fonction de la rugosité désirée.

Le procédé de l'invention permet donc de réaliser des microcratères et des bourrelets périphériques de forme régulière assurant l'isotropie de la rugosité de la surface du cylindre. La profondeur désirée de la rugosité peut être atteinte en supprimant le jet d'oxygène auxiliaire, ou tout au moins en réduisant son débit et sa pression de telle façon qu'il ne provoque aucune déformation du bourrelet.

Claims (6)

1. Procédé de marquage de la surface d'un cylindre à l'aide d'un faisceau laser intermittent,· dans lequel on fond localement la surface dudit cylindre au moyen dudit faisceau laser focalisé sur cette surface, afin de former dans ladite surface des microcratères qui lui confèrent une rugosité contrôlée, ladite fusion entraînant la formation d'un plasma immédiatement au-dessus de la portion de métal fondue par le faisceau laser, caractérisé en ce que l'on agit sur ledit plasma de manière à contrôler la pression de celui-ci sur la surface dudit métal fondu, et en ce que l'on refoule ainsi une quantité contrôlée dudit métal fondu hors du microcratère, de façon à former un bourrelet régulier autour dudit microcratère.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet ledit plasma à l'action d'un champ magnétique orienté transversalement par rapport à l'axe du faisceau laser focalisé, de telle façon qu'il exerce sur le plasma un effort parallèle à l'axe du faisceau laser focalisé et orienté en direction de la surface dudit métal fondu.

3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'intensité dudit champ magiétique présente un gradient décroissant en direction du métal fondu.

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet ledit plasma à l'action d'un champ électrique orienté parallèlement à l'axe du faisceau laser focalisé, en direction du métal fondu, de telle façon qu'il exerce sur le plasma un effort dirigé vers la surface dudit métal fondu.

5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on règle la pression exercée par ledit plasma sur le métal fondu et en ce que l'on ajuste ainsi la profondeur de la rugosité conférée à la surface du cylindre. * - a -

6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on règle ladite pression en faisant varier l'intensité du champ magnétique, respectivement du champ électrique agissant sur ledit plasma. Dessins : y\ rlanc.-s^ _____.yAfl.-.-pagas dont..........page de garde .........ê......pages de description ........-¾..... pages de revendication .......Λ.......abrégé descriptif Luxembourg 12 -1 DEC, 1986 Le mandataire : Me Alain Rukavina