L'invention porte sur un procédé de fabrication de poutres métalliques formées de plusieurs éléments soudés ensemble par mise en u̇vre d'un procédé de soudage hybride MIG/laser.
Les poutres métalliques reconstituées utilisées dans l'industrie, notamment celles formant des armatures de bâtiments, sont classiquement fabriquées à partir de sous -éléments allongés soudés les uns aux autres sur toute leur longueur.
Habituellement, le soudage de ces sous -éléments de poutre se fait soit par laser, soit à l'arc su bmergé.
Toutefois, avec ces procédés, des problèmes se posent lors de la fabrication des poutres du fait notamment de la particularité des sous -éléments constituant les poutres.
En effet, les sous-éléments de poutre sont généralement des structures allongées d'une longueur pouvant atteindre plusieurs mètres, voire au delà d'une dizaine de mètres, lesquels sont produits industriellement par mise en u̇vre d'étapes de laminage notamment.
On comprend donc aisément que les sous -éléments ainsi fabriqués ne sont pas parfaitement plats et uniformes mais présentent généralement des irrégularités de planéité sur leur longueur.
Or, lorsqu'on va accoster de telles poutres, préalablement à leur soudage, ces irrégularités vont poser problème en soudage laser car constitue r des espaces inter-éléments que le faisceau laser est susceptible de traverser, conduisant alors à des joints de soudage présentant des défauts, à savoir des zones non ou imparfaitement soudées.
De plus, le soudage laser présente également l'inconvénient d'être souvent limité en épaisseur à souder, ce qui peut poser problème lorsque les sous-éléments de poutre à souder présentent une épaisseur importante de plusieurs millimètres, typiquement de 5 à 15 mm environ.
Pour éviter ces problèmes, on peut souder l es sous-éléments de poutre à l'arc submergé.
Or, ce procédé présente d'autres inconvénients.
Ainsi, la mise en oeuvre d'un tel procédé nécessite l'emploi d'un flux de soudage que l'on doit répartir sur le plan de joint avant soudage, ce qui n'est pas très pratique et nuit à la productivité du procédé.
De plus, après soudage, il est nécessaire d'éliminer non seulement les excès de flux pulvérulent mais aussi le laitier solide s'étant formé pendant le soudage. Là encore, on comprend facilement que ces opérati ons nuisent à la productivité du procédé.
Le problème qui se pose alors est d'améliorer les procédés de fabrication de poutres connus.
L'idée à la base de la présente invention est donc d'appliquer un procédé de soudage hybride laser-arc, utilisé habituellement pour le soudage de tôles fines, au soudage et à la fabrication de poutres métalliques.
En effet, ce type de procédé de soudage hybride était uniquement utilisé jusqu'alors pour souder des tôles minces de type flancs raboutés (tailored blanks) utilisé s dans l'industrie automobile ou pour le soudage de tubes de faible épaisseur de feuillard c'est -à-dire ayant typiquement une épaisseur de moins de 3 mm.
Or, l'inventeur de la présente invention a mis en évidence que le procédé hybride pouvait être appliqu é de façon efficace au soudage des tôles épaisses constitutives des sous -éléments de poutres, c'est -à-dire de pièces ayant une épaisseur d'au moins 5 mm, de préférence de 5 à 20 mm, et ce, pour réaliser des joints de soudage de grande longueur, c'est -à-dire typiquement d'au moins 10 cm, voire d'un ou plusieurs mètres.
En effet, lors du soudage des sous -éléments de la poutre en soudage hybride laser-arc, l'arc électrique et le faisceau laser se combinent l'un à l'autre, ce qui permet d'augmenter l'énergie de soudage et donc, d'une part, d'atteindre des épaisseurs plus importantes à des vitesses de soudage plus élevées qu'en laser seul ou à l'arc seul et, d'autre part, de pouvoir accepter des tolérances d'accostage plus grandes, ce qui est extrêmement importan t dans le cas particulier des poutres métalliques qui doivent être aptes à résister à des contraintes importantes sur toute leur longueur, lors de leur utilisation subséquente.
Dit autrement, la solution de l'invention est un procédé de fabrication d'une poutre métallique formée d'au moins un premier sous -élément allongé et d'au moins un deuxième sous -élément allongé, lesdits premier et deuxième sous-éléments étant soudés l'un à l'autre, caractérisé en ce que le premier sous élément est soudé au deuxième so us-élément par soudage hybride arc -laser.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le soudage hybride est de type laser/MIG. - le ou chaque joint de soudage a une longueur d'au moins 10 cm, de préférence d'au moins 30 cm. - la poutre comporte, en outre, un troisième sous -élément allongé soudé par soudage hybride arc -laser à l'un ou l'autre desdits premier et deuxième sous-éléments. - les premier, deuxième et/ou troisième sous -éléments métalliques sont formés d'acier. - les premier, deuxième et/ou troisième sous -éléments ont une épaisseur comprise entre 5 mm et 20 mm, de préférence 5 mm et 15 mm. - le premier sous -élément forme avec le deuxième sous -élément et/ou avec le troisième sou s-élément un angle compris entre 80 et 100[deg], de préférence de l'ordre de 90[deg].- le premier sous -élément est soudé au deuxième sous -élément selon deux joints de soudure. - pendant le soudage, on utilise un gaz ou mélange gazeux de protection choisi parmi l'argon et l'hélium, et les mélanges gazeux les contenant. - un métal d'apport est amené sous la forme d'un fil fusible en acier.
L'invention va être expliquée ci -après plus en détail en références aux figures illustratives annexées. La figure 1 est une vue en perspective d'une poutre reconstituée obtenue par le procédé de fabrication selon l'invention. La poutre 3 se compose de trois sous-éléments 10, 11, 12 allongés soudés les uns aux autres. Plus précisément, l'élément 11 intermédiaire est soudé à cha cune de ses extrémités à l'un ou l'autre des éléments 10, 12 de façon à former la poutre.
Comme détaillé sur les figures 2 et 3, les soudures 1, 2 sont réalisées entre les éléments 10, 11, 12 de part et d'autre de l'élément intermédiaire 11. Autrement dit, chaque élément d'extrémité 10 ou 12 est uni à l'élément intermédiaire par deux joints de soudure obtenus par soudage hybride laser/MIG selon l'invention. Lorsque l'on souhaite réaliser une poutre 3 selon la figure 1, on accoste les sous-éléments 10, 11, 12, puis on les soude ensemble. L'accostage bord à bord des sous -éléments 10, 11, 12 peut se faire soit comme montré sur la figure 2, soit comme sur la figure 3. Plus précisément, selon la figure 2, l'élément intermédiaire 11 est d'abord positionné à plat, c'est -à-dire à l'horizontal, puis soudé aux éléments d'extrémité 10, 12 en réalisant les deux premiers joints de soudure 1.Ensuite, l'ensemble ainsi soudé est retrouvé, puis les deuxièmes soudures 2 sont réalisées. Les soudures 1, 2 se poursuivent sur to ute la longueur des plans de joints situés aux intersections des éléments 10, 11, 12.
Il est possible, bien entendu, de re -souder un élément d'extrémité 10 ou 12 à l'élément intermédiaire 11 que d'un seul côté mais ceci n'est pas recommandé lorsque la pout re ainsi soudée doit endurer, lors de son utilisation subséquente, des contraintes mécaniques importantes.
Selon la figure 3, l'élément intermédiaire 1 est positionné à la verticale puis soudé à un seul élément d'extrémité, ici l'élément 10, par réalisatio n simultanément ou successivement des joints de soudure 1 par mise en u̇vre du procédé de soudage hybride laser-arc de l'invention. Ensuite, l'ensemble 10, 11 soudé est à nouveau retourné, l'élément 12 est positionné par rapport à l'ensemble 10, 11 soudé, puis on réalise les deux joints de soudure 2 comme précédemment.
Le procédé de l'invention n'est pas limité à la fabrication de poutres en forme de H comme sur les figures 1 à 3, mais peut être utilisé pour souder des poutres ayant d'autres formes, notamme nt des poutres en X ou en T, comme schématisées sur les figures 4 et 5, ou des formes plus complexes, symétriques ou non, comportant deux, trois, quatre ou plus de sous -éléments, comme illustré en figure 6.
Typiquement, les sous-éléments 10 à 12 ont une longueur comprise entre 0.1 m et 20 m et sont formées d'un métal, tel l'acier, notamment les aciers inoxydables.The invention relates to a method of manufacturing metal beams formed of several elements welded together by implementing a hybrid MIG / laser welding process.
Reconstituted metal beams used in industry, including those forming reinforcements of buildings, are conventionally manufactured from elongated sub-elements welded to each other along their entire length.
Usually, the welding of these sub-beam elements is done either by laser or arc su berged.
However, with these methods, problems arise during the manufacture of the beams due in particular to the particularity of the sub-elements constituting the beams.
Indeed, beam sub-elements are generally elongated structures of a length of up to several meters, or even beyond ten meters, which are produced industrially by implementation of rolling steps in particular.
It is therefore easy to understand that the sub-elements thus produced are not perfectly flat and uniform but generally have irregularities of flatness along their length.
However, when such beams are approached, prior to their welding, these irregularities will be problematic in laser welding because r is inter-element spaces that the laser beam is likely to cross, thus leading to welding seals having defects, namely areas not or imperfectly welded.
In addition, laser welding also has the disadvantage of being often limited in thickness to be welded, which can be problematic when the beam sub-elements to be welded have a significant thickness of several millimeters, typically from 5 to about 15 mm. .
To avoid these problems, it is possible to weld beam sub-elements to the submerged arc.
However, this method has other disadvantages.
Thus, the implementation of such a process requires the use of a welding flux that must be distributed on the joint plane before welding, which is not very practical and affects the productivity of the process .
In addition, after welding, it is necessary to remove not only the excess powder flow but also the solid slag formed during welding. Again, it is easy to understand that these operations are detrimental to the productivity of the process.
The problem that arises then is to improve the manufacturing processes of known beams.
The idea underlying the present invention is therefore to apply a hybrid laser-arc welding process, usually used for welding thin sheets, welding and manufacturing of metal beams.
In fact, this type of hybrid welding process was only used until now to weld thin sheets of the tailored blanks type used in the automotive industry or for the welding of thin strips of strip it is that is, typically having a thickness of less than 3 mm.
However, the inventor of the present invention has demonstrated that the hybrid process could be applied effectively to the welding of the thick plates constituting the sub-elements of beams, that is to say parts having a thickness of at least 5 mm, preferably 5 to 20 mm, and this, to achieve welding joints of great length, that is to say typically at least 10 cm or even one or more meters.
In fact, when welding the sub-elements of the beam in hybrid laser-arc welding, the electric arc and the laser beam combine with each other, which makes it possible to increase the welding energy and therefore, on the one hand, to achieve greater thicknesses at higher welding speeds than laser alone or arc alone and, secondly, to accept greater docking tolerances, this is extremely important in the particular case of metal beams which must be able to withstand significant stresses along their entire length, when they are subsequently used.
In other words, the solution of the invention is a method of manufacturing a metal beam formed of at least a first elongated sub-element and at least a second elongated sub-element, said first and second sub-elements being welded to each other, characterized in that the first sub-element is welded to the second so-element element by hybrid arc-laser welding.
Depending on the case, the method of the invention may include one or more of the following characteristics: hybrid welding is laser / MIG type. the or each welding joint has a length of at least 10 cm, preferably at least 30 cm. the beam further comprises a third elongated sub-element welded by hybrid arc-laser welding to one or the other of said first and second sub-elements. the first, second and / or third metal sub-elements are made of steel. the first, second and / or third sub-elements have a thickness of between 5 mm and 20 mm, preferably 5 mm and 15 mm. the first sub-element forms with the second sub-element and / or with the third sub-element an angle of between 80 and 100 [deg], preferably of the order of 90 [deg] .- the first sub-element -Element is welded to the second sub-element according to two solder joints. during welding, use is made of a gaseous gas or protective mixture chosen from argon and helium, and gaseous mixtures containing them. a filler metal is fed in the form of a steel fuse wire.
The invention will be explained below in more detail with reference to the appended figures. Figure 1 is a perspective view of a reconstituted beam obtained by the manufacturing method according to the invention. The beam 3 consists of three elongate sub-elements 10, 11, 12 welded to each other. More precisely, the intermediate element 11 is welded at each of its ends to one or other of the elements 10, 12 so as to form the beam.
As detailed in Figures 2 and 3, the welds 1, 2 are formed between the elements 10, 11, 12 on either side of the intermediate element 11. In other words, each end element 10 or 12 is united to the intermediate element by two solder joints obtained by hybrid laser / MIG welding according to the invention. When it is desired to make a beam 3 according to Figure 1, the sub-elements 10, 11, 12 are docked and then welded together. The edge-to-edge docking of the sub-elements 10, 11, 12 can be done either as shown in FIG. 2 or as in FIG. 3. More precisely, according to FIG. 2, the intermediate element 11 is firstly positioned flat, that is to say horizontally, and then welded to the end elements 10, 12 by making the first two solder joints 1.Then the welded assembly is found, then the second welds 2 are realized. The welds 1, 2 continue all along the length of the joint planes at the intersections of the elements 10, 11, 12.
It is possible, of course, to resold an end element 10 or 12 to the intermediate element 11 only on one side, but this is not recommended when the welded pipe must endure, when it is welded. subsequent use, significant mechanical constraints.
According to FIG. 3, the intermediate element 1 is positioned vertically and then welded to a single end element, here the element 10, by performing simultaneously or successively solder joints 1 by implementing the welding process hybrid laser-arc of the invention. Then, the assembly 10, 11 welded is returned again, the element 12 is positioned relative to the assembly 10, 11 welded, then the two solder joints 2 are made as before.
The method of the invention is not limited to the manufacture of H-shaped beams as in Figures 1 to 3, but can be used to weld beams of other shapes, including beams in X or T, as shown schematically in Figures 4 and 5, or more complex shapes, symmetrical or not, comprising two, three, four or more sub-elements, as shown in Figure 6.
Typically, the sub-elements 10 to 12 have a length of between 0.1 m and 20 m and are formed of a metal, such as steel, especially stainless steels.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une poutre métallique (3) formée d'au moins un premier sous-élément (11) allongé et d'au moins un deu xième sous-élément (10) allongé, lesdits premier et deuxième sous -éléments (10, 11) étant soudés l'un à l'autre, caractérisé en ce que le premier sous -élément (11) est soudé au deuxième sous -élément (10) par soudage hybride arc -laser. A method of manufacturing a metal beam (3) formed of at least a first elongated first sub-element (11) and at least one second elongated sub-element (10), said first and second sub-elements (10, 11) being welded to each other, characterized in that the first sub-element (11) is welded to the second sub-element (10) by hybrid arc-laser welding.