FR2658103A1 - Method of welding two clad metal sheets using a laser beam - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne le soudage au laser de tôles d'acier revêtues de zinc et, plus généralement, le soudage de tôles revêtues d'un matériau dont la température d'évaporation est inférieure à la température de fusion du métal de base.The invention relates to the laser welding of steel sheets coated with zinc and, more generally, the welding of sheets coated with a material whose evaporation temperature is lower than the melting temperature of the base metal.
Lorsqu'on soude au laser deux tôles d'acier revêtues de zinc, il se forme au niveau du faisceau laser une poche dans laquelle le fer est liquide, mais de la vapeur de zinc est présente dans cette poche. Cette vapeur soulève et expulse le liquide, ce qui conduit à un cordon de soudure irrégulier et ayant de mauvaises qualités mécaniques.When two zinc coated steel sheets are laser welded, a pocket forms in which the iron is liquid at the laser beam, but zinc vapor is present in this pocket. This vapor lifts and expels the liquid, which leads to an irregular weld bead with poor mechanical qualities.
Il est connu, pour éviter cet inconvénient, de ménager un espace entre les tôles afin que la vapeur de zinc puisse s'échapper. Cependant, cela nécessite une préparation des tôles et/ou un appareillage spécial et, dans certains cas, il est souhaitable de laisser les tôles en contact, par exemple si le soudage laser vient en complément d'un autre procédé de soudage. To avoid this drawback, it is known to provide a space between the sheets so that the zinc vapor can escape. However, this requires a preparation of the sheets and / or special equipment and, in certain cases, it is desirable to leave the sheets in contact, for example if laser welding comes in addition to another welding process.
La présente invention a pour objet un procédé de soudage à l'aide d'un faisceau laser de deux tôles revêtues, qui permet de laisser les tôles en contact pendant le soudage au laser.The present invention relates to a welding process using a laser beam of two coated sheets, which allows the sheets to be left in contact during laser welding.
Ce procédé est caractérisé en ce que - dans une première étape on prend une tôle d'essai dont l'épaisseur est égale à la somme des épaisseurs des deux tôles à souder et dont le matériau constitutif est le métal de base de ces deux tôles éventuellement revêtu de la même matière, on déplace le long de la tôle d'essai le faisceau laser réglé aux paramètres désirés pour le soudage, en faisant varier la distance entre la tôle et le système de focalisation du faisceau laser autour de la valeur de la distance focale, on répète cette opération en faisant varier la vitesse de déplacement du faisceau laser jusqu'à ce que, pour une vitesse v, on obtienne une zone perlée sur l'envers de la tôle d'essai, et on détermine la distance d du système de focalisation à la tôle à l'endroit où la pénétration du faisceau laser dans la tôle est maximale;; - et en ce que, dans une seconde étape, on place les tôles au contact l'une de l'autre, sous le faisceau laser et qu'on effectue un passage laser à la vitesse v, le système de focalisation étant à -la distance d de la surface extérieure de la tôle la plus proche de ce système.This process is characterized in that - in a first step, a test sheet is taken, the thickness of which is equal to the sum of the thicknesses of the two sheets to be welded and the constituent material of which is the base metal of these two sheets, if appropriate. coated with the same material, the laser beam adjusted to the desired parameters for welding is moved along the test sheet, varying the distance between the sheet and the laser beam focusing system around the value of the distance focal length, this operation is repeated by varying the speed of movement of the laser beam until, for a speed v, a beaded zone is obtained on the back of the test sheet, and the distance d from the sheet metal focusing system where the penetration of the laser beam into the sheet is maximum; - And in that, in a second step, the sheets are placed in contact with one another, under the laser beam and a laser passage is made at speed v, the focusing system being at -la distance d from the outer surface of the sheet closest to this system.
On entend par "zone perlée" une zone d'aspect irrégulier, où s'est produite une transition de phase liquide-solide et dans laquelle des gouttelettes solidifiées donnent à la surface de la tôle un aspect granuleux et brillant. The term "pearl area" is understood to mean an area of irregular appearance, in which a liquid-solid phase transition has occurred and in which solidified droplets give the surface of the sheet a grainy and shiny appearance.
On a decritci-apres à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, avec référence au dessin annexé schématique dans lequel:
La Figure 1 montre la première étape du
procédé;
La Figure 2 en montre la seconde étape.There has been described below, by way of nonlimiting example, an embodiment of the method according to the invention, with reference to the appended schematic drawing in which:
Figure 1 shows the first step in
process;
Figure 2 shows the second step.
Pour souder deux tôles revêtues 1 et 2 à l'aide d'un faisceau laser focalisé par une lentille 3 de distance focale f, on commence par prendre une tôle d'essai 4 dont l'épaisseur est égale à la somme des épaisseurs des tôles 1 et 2 et dont le matériau constitutif est le métal de base de ces tôles 1 et 2, éventuellement revêtu de la même matière. On déplace alors le long de la tôle 4 le faisceau laser réglé aux paramètres désirés pour le soudage, en 'faisant varier la distance entre la tôle 4 et la lentille 3 autour de la valeur moyenne f, le point de focalisation 5 du faisceau laser se déplaçant ainsi de part et d'autre de la tôle 4.On répète cette opération en faisant varier la vitesse de déplacement du faisceau laser jusqu'à ce que, pour une vitesse v, on obtienne une zone perlée 6 sur l'envers de la tôle 4, la longueur de cette zone perlée étant de préférence sensiblement égale à la moitié de la longueur du cordon de soudure à réaliser. On mesure la distance d de la lentille 3 à la tôle 4 à l'endroit où la pénétration du faisceau laser dans la tôle est maximale, c'est-à-dire pratiquement au milieu de la zone perlée 6; la détermination de cet endroit peut se faire par tout moyen connu, par exemple par observation visuelle, à l'aide d'un palpeur ou en déterminant le rayonnement maximal émis par la face arrière de la tôle à l'aide d'une photodiode.To weld two coated sheets 1 and 2 using a laser beam focused by a lens 3 of focal length f, we start by taking a test sheet 4 whose thickness is equal to the sum of the thicknesses of the sheets 1 and 2 and whose constituent material is the base metal of these sheets 1 and 2, possibly coated with the same material. The laser beam adjusted to the desired parameters for welding is then moved along the sheet 4, varying the distance between the sheet 4 and the lens 3 around the average value f, the focal point 5 of the laser beam thus moving on either side of the sheet 4. We repeat this operation by varying the speed of movement of the laser beam until, for a speed v, we obtain a beaded area 6 on the back of the sheet 4, the length of this beaded area being preferably substantially equal to half the length of the weld bead to be produced. The distance d from the lens 3 to the sheet 4 is measured at the point where the penetration of the laser beam into the sheet is maximum, that is to say practically in the middle of the beaded area 6; the determination of this location can be done by any known means, for example by visual observation, using a probe or by determining the maximum radiation emitted by the rear face of the sheet using a photodiode.
Il ne reste plus qu'à placer les tôles 1 et 2 au contact l'une de l'autre sous le faisceau laser et à effectuer un passage laser à la vitesse v, la lentille 3 étant à la distance d de la surface extérieure de la tôle 1 la plus proche de cette lentille.It only remains to place the sheets 1 and 2 in contact with each other under the laser beam and to carry out a laser passage at speed v, the lens 3 being at the distance d from the outer surface of the sheet 1 closest to this lens.
Lors de la mise en oeuvre de ce procédé, on prévoit un poste d'essai où se trouve un analyseur permettant de déterminer la position du milieu de la zone perlée, et un poste de soudure où est prévu un dispositif de mesure de la distance entre la lentille 3 de la source laser et la surface de la première tôle 1. Lorsqu'on soude les deux tôles 1 et 2 à l'aide du faisceau laser, il se forme au niveau de âelui-ci une cavité appelée "keyhole" qui présente une zone gazeuse entourant immédiatement le faisceau et une zone liquide entourant cette zone gazeuse. La distance d correspond à la position du faisceau pour laquelle la zone gazeuse traverse les deux tôles de part en part, ce qui permet l'évacuation des vapeurs de zinc.During the implementation of this process, there is provided a test station where there is an analyzer making it possible to determine the position of the middle of the beaded area, and a welding station where a device for measuring the distance between the lens 3 of the laser source and the surface of the first sheet 1. When the two sheets 1 and 2 are welded using the laser beam, a cavity called "keyhole" is formed at the latter. has a gas zone immediately surrounding the beam and a liquid zone surrounding this gas zone. The distance d corresponds to the position of the beam for which the gas zone crosses the two sheets from side to side, which allows the evacuation of zinc vapors.
Il va de soi que la présente invention ne doit pas être limitée au mode de mise en oeuvre décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. Par exemple, la distance d peut être asservie à un capteur optoélectronique qui mesure l'émission de la face arrière de la deuxième tôle 2, ce qui permet de piloter le procédé en temps réel pour s'affranchir de certains défauts des tôles, par exemple d'une variation d'épaisseur. On peut encore, en particulier si cet asservissement n'est pas possible (cas des corps creux), faire osciller le système de focalisation ou la valeur de distance focale (par exemple en modifiant la courbure d'un miroir) à une fréquence suffisamment élevée (par exemple 1000 Hz) pour que des défauts n'aient pas le temps de se créer, l'amplitude de l'oscillation étant déterminée en fonction de l'incertitude de l'asservissement en position du système de focalisation par rapport aux tôles et en fonction des tolérances dimensionnelles de celles-ci. It goes without saying that the present invention should not be limited to the embodiment described and shown, but on the contrary covers all variants. For example, the distance d can be controlled by an optoelectronic sensor which measures the emission from the rear face of the second sheet 2, which makes it possible to control the process in real time to overcome certain sheet faults, for example of a thickness variation. It is also possible, in particular if this enslavement is not possible (case of hollow bodies), to oscillate the focusing system or the focal distance value (for example by modifying the curvature of a mirror) at a sufficiently high frequency. (for example 1000 Hz) so that defects do not have time to be created, the amplitude of the oscillation being determined as a function of the uncertainty of the servo-control in position of the focusing system with respect to the sheets and according to their dimensional tolerances.
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FR2658103A1 true FR2658103A1 (en) | 1991-08-16 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0538087A1 (en) * | 1991-10-18 | 1993-04-21 | Sollac | Method for laser beam welding coated metal sheets |
EP1075891A2 (en) * | 1999-07-19 | 2001-02-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Laser welding method |
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1990
- 1990-02-15 FR FR9002217A patent/FR2658103B1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN * |
WELDING AND METAL FABRICATION * |
WELDING PRODUCTION * |
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EP1075891A2 (en) * | 1999-07-19 | 2001-02-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Laser welding method |
EP1075891A3 (en) * | 1999-07-19 | 2004-03-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Laser welding method |
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