WO1999059769A1 - Procede de soudage laser de toles en chevauchement et caisse de vehicule ferroviaire correspondante - Google Patents

Procede de soudage laser de toles en chevauchement et caisse de vehicule ferroviaire correspondante Download PDF

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WO1999059769A1
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sheets
zone
overlapping zone
overlapping
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PCT/FR1999/001172
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Bernard Dabezies
Pascal Delroise
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Alstom Holdings
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B23K33/004—Filling of continuous seams
    • B23K33/008—Filling of continuous seams for automotive applications

Definitions

  • the present invention relates to a sheet to be welded to another sheet along an overlap zone between the two sheets.
  • the invention applies in particular to the welding, by transparency and between them, of sheets for covering the exterior of steel rail vehicle bodies.
  • Laser welding by transparency makes it possible to weld metal parts, at the level of their facing surfaces in an overlapping zone.
  • the laser beam incident on one of the parts completely crosses this part and locally melts the other part.
  • the molten metal solidifies after the passage of the laser beam to form a weld bead.
  • this transparency welding technique implies that the clearance between the facing surfaces of the parts to be welded is less than 10% of the total thickness of the overlapping zone.
  • This play constraint poses problems in applying this welding technique to the cladding sheets of railway vehicles because of the long lengths on which they have to be welded, these lengths being able to typically reach 30 m.
  • cylinders are regularly spaced from each other and which clamp the two parts against one another, over the entire length. to be welded from the overlap area.
  • the invention aims to solve this problem by providing a sheet which can be welded so relatively simple and economical, at a relatively long overlap area.
  • the subject of the invention is a sheet to be welded to another sheet along an overlapping zone between the two sheets, characterized in that the sheet comprises, in the vicinity of the overlapping area, suitable stiffening means. to resist bending of the sheet metal along the overlap zone when a support mechanism of a laser welding installation is supported on the other sheet.
  • the sheet may include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination: - the stiffening means comprise a profiled part made integrally with the sheet;
  • the profiled part is formed by folding the sheet towards the outside of the overlapping area in the vicinity of the area thereof; and the profiled part is an excess thickness part of the sheet.
  • the invention also relates to a set of sheets intended to be welded together along an overlapping zone, characterized in that at least one of the sheets is a sheet as defined above.
  • the invention further relates to a method of laser welding of at least two sheets along a zone of overlap of these sheets, characterized in that at least one of the first sheets is a sheet as defined above. above, in that at least one region of the first plate is cantilevered in the overlapping zone, the stiffening means being arranged in the vicinity of this cantilevered region, in that we just support a support mechanism of a laser welding installation on another sheet to keep the sheets in contact at the overlap zone, and in that we weld thanks to the installation of laser welding the sheets along the overlapping area.
  • a laser beam emitted by the welding installation crosses the other sheet to weld it with the sheet at their facing surfaces in the overlap zone, the process thus constituting a laser welding process by transparency.
  • the subject of the invention is finally a rail vehicle body comprising at least one support frame and an external covering, the external covering comprising an assembly of sheets welded together at the level of overlapping zones and on the support framework, characterized in that welds connecting sheets of the covering between them are produced by a process as defined above.
  • FIG. 2 is a diagrammatic view, enlarged and in section taken along line II-II of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a partial plan view of two overlapping sheets which schematically illustrates a use of the installation of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a schematic view from below which illustrates a variant of the support mechanism of the installation of Figure 1
  • - Figure 5 is a partial perspective view with cutaway of a set of overlapping sheets according to 1 invention
  • FIG. 6 is a schematic sectional view, taken along the line VI-VI of FIG. 5, and which illustrates the use of the installation of FIG. 1 for welding the sheets of FIG. 5,
  • FIG. 7 is a schematic section of a rail vehicle body according to the invention.
  • FIG. 8 is an enlarged sectional view of the circled part VIII of Figure 7.
  • Figure 1 shows an installation 2 of laser welding for welding two steel sheets 4 and 5 which overlap along an area of overlap 6.
  • the sheet 4 is arranged above (top in FIG. 1) of the sheet 5 in the overlap zone 6.
  • the lower surface 7 (bottom in FIG. 1) of the sheet 4 is opposite the upper surface 8 of the sheet 5 in the overlap zone 6.
  • the sheets 4 and 5 are immobilized relative to each other by means not shown.
  • the installation 2 essentially comprises: a frame 10 secured to the ground 12 and raised relative to the latter,
  • a head 18 for focusing a laser beam optically coupled to the laser source 16 by means 19 of optical coupling (in phantom),
  • a nozzle 22 for spraying inert gas which is carried by the head 18 and which is connected to the source 20 of inert gas by connection means 21 (in dashed lines with two dashes),
  • the structure 14 comprises two rods 28 and 30 substantially orthogonal to each other, a carriage 32 and a mounting block 34.
  • the rod 28, substantially horizontal, is mounted on the frame 10 in a sliding manner in a direction horizontal orthogonal to the plane of FIG. 1.
  • the carriage 32 is slidably mounted horizontally on the rod 28, as shown schematically by the arrows 36.
  • the rod 30 extends substantially vertically from the carriage 32 downwards and towards the overlapping zone 6.
  • the rod 30 is slidably mounted vertically on the carriage 32, as shown by the arrows 38.
  • the block 34 extends the rod 30 downwards.
  • This block 34 is rotatably mounted on the rod 30 around the axis X-X of the rod 30, as shown schematically by the arrows 40.
  • the structure 14 carries the optical coupling means 19 and the connection means 21.
  • the head 18 and the ouse 22, which surrounds the head 18, are coaxial with the rod 30 and the block 34.
  • the axis XX of the rod 30 is substantially orthogonal to the overlapping zone 6 and the head 18 and the nozzle 22 are oriented towards this zone 6.
  • the head 18, and therefore the nozzle 22, are slidably mounted vertically on the block 34, as shown schematically by the arrows 42, while the support mechanism 24 is integral with the mounting block 34.
  • the head 18 and the nozzle 22 can approach the overlap zone 6 independently of the support mechanism 24.
  • the support mechanism 24 comprises a hollow tube 44 with a circular base, which is coaxial with the rod 30 and which surrounds the head 18 and the nozzle 22.
  • This tube 44 carried by the block 34, extends the latter downwards and therefore towards the overlap zone 6.
  • the lower edge 46 of this tube 44 is provided with an opening annular raceway 48 in which a ball 50 is retained.
  • the ball 50 can move freely in the path 50.
  • a lower part of the ball 50 projects downwards from the edge 46.
  • the edge 46 of the tube 44, and the raceway 48, are inclined relative to a plane transverse to the axis X- X of the tube 44 and are therefore inclined relative to the overlapping zone 6.
  • the ball 50 is supported, via the tube 44 and the structure 14 on the sheet 4, at the level of the overlapping zone 6.
  • the sheet 5 rests on the base 26 which extends, under this sheet 5, substantially over the entire length of a straight weld bead 51 to be made orthogonally to the plane of Figure 1.
  • the head 18 focuses a laser beam 52 emitted by the source 16 in the overlap zone 6.
  • This laser beam 52 strikes the overlap zone 6 substantially orthogonally an incidence region 53.
  • the beam 52 comes to melt the sheet 4 by crossing it and then reaches the sheet 5 where it locally melts the steel without crossing the sheet 5.
  • the structure 14 which carries the head 18 moves horizontally along the edges of the plates 4 and 5, as shown schematically by the arrow D in FIG. 2, that is that is to say orthogonally to the plane of FIG. 1.
  • the head 18, the nozzle 22 and the support mechanism 24 are integral with the structure 14 during this displacement parallel to the overlapping zone 6.
  • the beam 52 and therefore the region incidence 53 move in the direction and direction of arrow D. After the laser beam 52 has passed, the molten metal solidifies to form the weld bead 51.
  • the ball 50 subject to the displacement of the head 18, rolls on the sheet 4 and it remains disposed in front of the region of incidence 53, relative to the direction of displacement of this region 53.
  • the ball 50 is arranged to the right of the region 53 in FIG. 2.
  • the ball 50 which rolls on the sheet 4 presses the surface 7 of the sheet 4 on the surface 8 of the sheet 5, this sheet 5 being retained by the base 26.
  • the backlash between parts 4 and 5 in the overlap zone 6 is respected and the formation of the cord 51 is possible.
  • the nozzle 22 forms a flow 58 of inert gas around the laser beam 52. This flow strikes the upper surface 59 of the sheet 4 to protect the welded bath.
  • the nature of the support structure 14 makes it possible to bring the head 18 and the support mechanism 24 to a predetermined welding position and then to move the latter along a predetermined welding path.
  • the support mechanism 24 is subject to the movements of the head 18, and therefore of the incidence region 53, in the directions parallel to the overlap zone 6.
  • the position of the head 18 in a direction orthogonal to the overlapping zone 6 can be modified independently of that of the support mechanism 24, as indicated by the arrows 42.
  • the inclination of the raceway 48 induces a preferential position of the eye 50, since the latter tends to be placed at the lowest point of this raceway 48, that is to say on the right in FIG. 2.
  • the tube 44 around the axis XX of the rod 30, as shown diagrammatically by the arrows 40 in FIG. 1, it is possible to place the ball 50 always in front of the incidence zone 53 of the beam 52 whatever the shape of the weld bead 51 to be produced.
  • FIG. 3 illustrates the production of a weld bead 51 at a right angle.
  • the support mechanism 24 is shown in solid lines at this right angle after the production of a straight first part 51A of the cord 51 and before the production of a second part 51B of the cord 51, orthogonal to part 51A.
  • the support mechanism 24 is shown in phantom in its two positions corresponding respectively to the formation of parts 51A and 51B of the weld bead.
  • the installation 2 therefore makes it possible to produce, by transparency, laser weld beads of various shapes on overlapping sheets over relatively long lengths.
  • the local support mechanism 24 makes it possible to produce these weld seams relatively inexpensively without using numerous clamping cylinders for the parts 4 and 5.
  • the displacements of the structure 14, of the various elements which compose it, as well as of the head 18 can be provided by conventional means such as jacks and / or electric motors.
  • the block 34, and therefore the tube 44 can be mounted freely in rotation about the axis XX on the rod 30.
  • the ball 50 comes to be placed automatically behind the region 53 relative to in the direction of movement of the head 18 in a direction parallel to the overlapping zone 6.
  • the ball 50 is automatically oriented behind the region 53 in the direction of movement of the head 18, whatever this direction and without means to rotate the block 34 around the axis XX are not necessary.
  • This result is obtained by automatic rotation of the tube 44 around its axis XX during a change in direction and / or direction of movement of the head 18.
  • the lower edge 46 of the tube 44 is substantially orthogonal to the axis XX of the tube 44.
  • Each of these housings retains a ball, respectively 50A, 50B and 5OC, and is of shape conjugated to that of the corresponding ball. These balls are intended, like the ball 50 of FIGS. 1 to 3, to roll on the sheet 4 in front of the region of incidence 53.
  • the housings 60A, 60B and 60C are regularly formed in a region of angular opening ⁇ of the edge 46 of the tube 44. This variant makes it possible to press the surfaces 7 and 8 of the sheets 4 and 5 over a more extensive region, in front of the region 53 of incidence of the laser beam 52.
  • the shape of the housings 60A, 60B and 6OC makes it possible to precisely position the balls 50A, 50B and SOC in front of the region of incidence 53.
  • the number of rolling balls can be greater and 1 ' angular aperture ⁇ can also be greater and go up to 360 °. In the latter case, balls are distributed regularly over the entire edge 46 of the tube 44 and the support mechanism 24 comes to bear on the sheet 4 all around the region 53 of incidence of the laser beam 52.
  • the structure 14 is constituted by an articulated arm system equipped with jacks, thus making it possible to weld overlapping metal parts in various positions with more freedom.
  • Figures 5 and 6 illustrate an assembly 62 of two sheets 4 and 5 to be welded along an overlap zone 6 in which their respective front edges 64 and 65 overlap.
  • the sheets 4 and 5 have been previously welded along their respective lateral edges by weld beads 66 to 69 on two profiles 70 and 72 with a U section.
  • These sections 70 and 72 are for example elements of a frame of a body of a railway vehicle, and the sheets 4 and 5 are intended to form an outer covering of this body.
  • the weld beads 66 to 69 have, for example, been produced by transparency thanks to the installation 2 of FIGS. 1 to 3, the sections 70 and 72 then being supported by the rest of the above-mentioned framework and not by a base 26 .
  • the sheets 4 and 5 are stretched between the sections 70 and 72. The sheets 4 and 5 are thus immobilized relative to one another.
  • the front edge 65 of the sheet 5 is extended downward in FIGS. 5 and 6 by a central part 74 profiled in an L shape.
  • This part 74 was formed by folding the sheet 5 towards the outside of the overlap zone 6
  • This part 74 comprises, from the edge 65, two successive rectangular panels 76 and 78 which form an L orthogonal to the rest of the sheet 5.
  • This part 74 stiffens the edge 65 of the sheet 5 with respect to bending.
  • the profiles 70 and 72 being retained by the aforementioned framework, to produce a weld bead 51 (in dotted lines in FIG. 5), the support mechanism 24 of the welding installation 2 is pressed against the plate 4 at level of the overlapping zone 6.
  • the stiffening part 74 allows the region of the surface 8, located between the sections 70 and 72 and in the overlapping zone 6, to resist bending so that the surfaces 7 and 8 of the sheets 4 and 5 are pressed against each other in zone 6.
  • the stiffening portion 74 makes it possible to form a weld bead 51 without placing a retaining support under the region of the edge 65 which is cantilevered between the profiles 70 and 72. This characteristic further facilitates welding. by transparency of overlapping sheets over relatively long lengths.
  • the stiffening parts can be of different shapes and can be in particular formed by zones of excess thickness of the sheet.
  • Such sheets provided with stiffening parts 74 can be used to cover the frames of a railway vehicle body.
  • FIG. 7 schematically illustrates a body 81 of a railway vehicle which essentially comprises a chassis 82, a roof or roof 83 and two side walls 84.
  • the pavilion 83 comprises a support frame 840 comprising arcuate transverse beams 85, which are regularly arranged one beside the other over the entire length of the body 81, and on which an external covering 86 is fixed.
  • This covering 86 comprises corrugated sheets ⁇ , two of which are shown in FIG. 8. These two sheets 87 and 88 are welded along an overlap zone 89 oriented longitudinally relative to the body 81, that is to say orthogonally in the plane of FIGS. 7 and 8. The sheets 87 and 88 were welded by means of parts 74 provided on the sheet 88 in each interval separating beams 85. These stiffening parts made it possible, as before, to weld the sheets 87 and 88 in areas where they are cantilevered.
  • Such sheets provided with a stiffening part can also be used to constitute the chassis 2.

Abstract

Une première (5) des tôles comprend au voisinage de la zone de chevauchement (6) des moyens (74) de rigidification adaptés pour résister à la flexion de la tôle le long de la zone de chevauchement. On place en porte-à-faux au moins une région de la première tôle (5) dans la zone de chevauchement (6). Les moyens de rigidification sont disposés au voisinage de cette région en porte-à-faux. On vient appuyer un mécanisme d'appui d'une installation de soudage laser (2) sur une autre tôle (4) pour maintenir les tôles en contact au niveau de la zone de chevauchement (6). On soude grâce à l'installation de soudage laser les tôles le long de la zone de chevauchement. Application au soudage, par transparence et entre elles, de tôles d'habillage extérieur de caisses de véhicules ferroviaires.

Description

Procédé de soudage laser de tôles en chevauchement et caisse de véhicule ferroviaire correspondante.
La présente invention concerne une tôle à souder sur une autre tôle le long d'une zone de chevauchement entre les deux tôles .
L'invention s'applique en particulier au soudage, par transparence et entre elles, de tôles d'habillage extérieur de caisses de véhicules ferroviaires en acier.
Le soudage laser par transparence permet de souder des pièces métalliques, au niveau de leurs surfaces en regard dans une zone de chevauchement. Pour former une soudure entre ces surfaces en regard dans cette zone où elles sont inaccessibles, le faisceau laser incident sur 1 ' une des pièces traverse complètement cette pièce et vient fondre localement l'autre pièce. Le métal fondu se solidifie après le passage du faisceau laser pour constituer un cordon de soudure.
L'utilisation de cette technique de soudage par transparence implique que le jeu entre les surfaces en regard des pièces à souder soit inférieur à 10% de l'épaisseur totale de la zone de chevauchement. Cette contrainte de jeu pose des problèmes pour appliquer cette technique de soudage aux tôles d'habillage de véhicules ferroviaires du fait des grandes longueurs sur lesquelles elles doivent être soudées , ces longueurs pouvant atteindre typiquement 30 m. Afin de respecter cette contrainte de jeu on utilise, dans d'autres domaines et pour des pièces de petites dimensions, des vérins régulièrement espacés les uns des autres et qui viennent serrer les deux pièces l'une contre 1 ' autre , sur toute la longueur à souder de la zone de chevauchement .
Cependant, cette solution serait particulièrement coûteuse pour souder entre elles des tôles d'habillage sur des longueurs relativement grandes du fait de la multiplication du nombre des vérins . L'invention a pour but de résoudre ce problème en fournissant une tôle qui peut être soudée de manière relativement simple et économique, au niveau d'une zone de chevauchement relativement longue.
A cet effet, l'invention a pour objet une tôle à souder sur une autre tôle le long d'une zone de chevauchement entre les deux tôles, caractérisée en ce que la tôle comprend au voisinage de la zone de chevauchement des moyens de rigidification adaptés pour résister à la flexion de la tôle le long de la zone de chevauchement lorsqu'un mécanisme d'appui d'une installation de soudage laser prend appui sur l'autre tôle.
Suivant des modes particuliers de réalisation, la tôle peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - les moyens de rigidification comprennent une partie profilée venue de matière avec la tôle ;
- la partie profilée est formée par pliage de la tôle vers l'extérieur de la zone de chevauchement au voisinage de la zone de celle-ci ; et - la partie profilée est une partie de surépaisseur de la tôle.
L'invention a également pour objet un ensemble de tôles destinées à être soudées entre elles le long d'une zone de chevauchement, caractérisé en ce qu'au moins une des tôles est une tôle telle que définie ci-dessus.
L'invention a en outre pour objet un procédé de soudage laser d'au moins deux tôles le long d'une zone de chevauchement de ces tôles, caractérisé en ce qu'au moins une première des tôles est une tôle telle que définie ci- dessus, en ce que l'on place en porte-à-faux au moins une région de la première tôle dans la zone de chevauchement, les moyens de rigidification étant disposés au voisinage de cette région en porte-à- faux, en ce que l'on vient appuyer un mécanisme d'appui d'une installation de soudage laser sur une autre tôle pour maintenir les tôles en contact au niveau de la zone de chevauchement, et en ce que l'on soude grâce à l'installation de soudage laser les tôles le long de la zone de chevauchement .
Selon une variante, un faisceau laser émis par l'installation de soudage traverse l'autre tôle pour venir souder celle-ci avec la tôle au niveau de leurs surfaces en regard dans la zone de chevauchement, le procédé constituant ainsi un procédé de soudage laser par transparence.
L'invention a enfin pour objet une caisse de véhicule ferroviaire comprenant au moins une ossature de support et un habillage extérieur, l'habillage extérieur comprenant un assemblage de tôles soudées entre elles au niveau de zones de chevauchement et sur l'ossature de support, caractérisée en ce que des soudures reliant des tôles de l'habillage entre elles sont réalisées par un procédé tel que défini ci- dessus.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qu va suivre , donnée uniquement a titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une installation de soudage laser l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique , agrandie et en coupe prise suivant la ligne II-II de la figure 1,
- la figure 3 est une vue partielle en plan de deux tôles en chevauchement et qui illustre schematiquement une utilisation de l'installation de la figure 1,
- la figure 4 est une vue schématique de dessous qui illustre une variante du mécanisme d'appui de l'installation de la figure 1, - la figure 5 est une vue partielle en perspective avec arrachement d'un ensemble de tôles en chevauchement selon 1 ' invention,
- la figure 6 est une vue schématique en coupe, prise suivant la ligne VI-VI de la figure 5, et qui illustre l'utilisation de l'installation de la figure 1 pour souder les tôles de la figure 5 , - la figure 7 est une section schématique d'une caisse de véhicule ferroviaire selon l'invention, et
- la figure 8 est une vue agrandie en coupe de la partie cerclée VIII de la figure 7. La figure 1 représente une installation 2 de soudage laser permettant de souder deux tôles en acier 4 et 5 qui se chevauchent le long d'une zone de chevauchement 6. La tôle 4 est disposée au dessus (en haut sur la figure 1) de la tôle 5 dans la zone de chevauchement 6. La surface inférieure 7 (en bas sur la figure 1) de la tôle 4 est en regard de la surface supérieure 8 de la tôle 5 dans la zone de chevauchement 6. Les tôles 4 et 5 sont immobilisées l'une par rapport à l'autre par des moyens non représentés.
L'installation 2 comprend essentiellement : - un bâti 10 solidaire du sol 12 et surélevé par rapport à ce dernier,
- une structure de support 14 montée sur le bâti 10,
- une source laser 16 montée sur le bâti 10,
- une tête 18 de focalisation d'un faisceau laser, couplée optiquement à la source laser 16 par des moyens 19 de couplage optique (en trait mixte) ,
- une source 20 de gaz inerte,
- une buse 22 de projection de gaz inerte qui est portée par la tête 18 et qui est raccordée à la source 20 de gaz inerte par des moyens 21 de raccordement (en trait mixte à deux tirets) ,
- un mécanisme d'appui 24 qui est porté par la structure 14 , et
- un socle 26 de retenue de la deuxième tôle 5 qui est solidaire du sol 12 et qui est disposé à un niveau inférieur à celui du bâti 10.
La structure 14 comprend deux tiges 28 et 30 sensiblement orthogonales entre elles, un chariot 32 et un bloc de montage 34. La tige 28, sensiblement horizontale, est montée sur le bâti 10 de manière coulissante selon une direction horizontale orthogonale au plan de la figure 1. Le chariot 32 est monté de manière coulissante horizontalement sur la tige 28, comme schématisé par les flèches 36.
La tige 30 s'étend sensiblement verticalement depuis le chariot 32 vers le bas et vers la zone de chevauchement 6. La tige 30 est montée de manière coulissante verticalement sur le chariot 32, comme schématisé par les flèches 38.
Le bloc 34 prolonge la tige 30 vers le bas. Ce bloc 34 est monté rotatif sur la tige 30 autour de l'axe X-X de la tige 30, comme schématisé par les flèches 40.
La structure 14 porte les moyens 19 de couplage optique et les moyens 21 de raccordement.
La tête 18 et la ouse 22, qui entoure la tête 18, sont coaxiales à la tige 30 et au bloc 34. L'axe X-X de la tige 30 est sensiblement orthogonal à la zone de chevauchement 6 et la tête 18 et la buse 22 sont orientées vers cette zone 6.
La tête 18, et donc la buse 22, sont montées coulissantes verticalement sur le bloc 34, comme schématisé par les flèches 42, alors que le mécanisme d'appui 24 est solidaire du bloc de montage 34. Ainsi, la tête 18 et la buse 22 peuvent se rapprocher de la zone de chevauchement 6 indépendamment du mécanisme d'appui 24.
Comme illustre plus particulièrement: par la fig 2, le mécanisme d'appui 24 comprend un tube 44 creux à base circulaire, qui est coaxial à la tige 30 et qui entoure la tête 18 et la buse 22. Ce tube 44, porté par le bloc 34, prolonge ce dernier vers le bas et donc vers la zone de chevauchement 6.
La tranche inférieure 46 de ce tube 44 est munie d'un chemin de roulement annulaire débouchant 48 dans lequel une bille 50 est retenue. La bille 50 peut se déplacer librement dans le chemin 50. Une partie inférieure de la bille 50 est en saillie vers le bas depuis la tranche 46.
La tranche 46 du tube 44, et le chemin de roulement 48, sont inclinés par rapport à un plan transversal à l'axe X- X du tube 44 et sont donc inclinés par rapport à la zone de chevauchement 6.
La bille 50 est appuyée, par l'intermédiaire du tube 44 et de la structure 14 sur la tôle 4 , au niveau de la zone de chevauchement 6.
La tôle 5 repose sur le socle 26 qui s'étend, sous cette tôle 5, sensiblement sur toute la longueur d'un cordon de soudure rectiligne 51 à réaliser orthogonalement par rapport au plan de la figure 1. Pour souder les tôles 4 et 5 entre elles au niveau de leurs surfaces 7 et 8 dans la zone de chevauchement 6, la tête 18 focalise un rayon laser 52 émis par la source 16 dans la zone de chevauchement 6. Ce faisceau laser 52 frappe sensiblement orthogonalement la zone de chevauchement 6 en une région d'incidence 53. Le faisceau 52 vient fondre la tôle 4 en la traversant puis atteint ensuite la tôle 5 où il vient fondre localement l'acier sans traverser la tôle 5.
Pour former le cordon de soudure rectiligne 51 qui est non-débouchant, la structure 14 qui porte la tête 18 se déplace horizontalement le long des bords des plaques 4 et 5 , comme schématisé par la flèche D sur la figure 2, c'est-à-dire orthogonalement au plan de la figure 1. La tête 18, la buse 22 et le mécanisme d'appui 24 sont solidaires de la structure 14 lors de ce déplacement parallèle à la zone de chevauchement 6. Le faisceau 52 et donc la région d'incidence 53 se déplacent dans le sens et la direction de la flèche D. Après le passage du faisceau laser 52, le métal fondu se solidifie pour former le cordon de soudure 51.
Au cours du déplacement rectiligne de la structure 14, la bille 50, assujettie au déplacement de la tête 18, roule sur la tôle 4 et elle reste disposée en avant de la région d'incidence 53, par rapport au sens de déplacement de cette région 53. Ainsi, la bille 50 est disposée à droite de la région 53 sur la figure 2. La bille 50 qui roule sur la tôle 4 vient plaquer la surface 7 de la tôle 4 sur la surface 8 de la tôle 5, cette tôle 5 étant retenue par le socle 26. Ainsi la contrainte de jeu entre les pièces 4 et 5 dans la zone de chevauchement 6 est respectée et la formation du cordon 51 est possible.
En arrière de la région d'incidence 53 par rapport au sens de déplacement D, c'est-à-dire à gauche sur la figure 2, le maintien des tôles 4 et 5 l'une contre l'autre est assuré par le cordon de soudure 51.
La buse 22 forme un flux 58 de gaz inerte autour du faisceau laser 52. Ce flux vient frapper la surface supérieure 59 de la tôle 4 pour protéger le bain de soudure ormé.
La nature de la structure 14 de support permet d'amener la tête 18 et le mécanisme d'appui 24 dans une position de soudage prédéterminée puis de déplacer ces derniers suivant un trajet de soudage prédétermine. Le mécanisme d'appui 24 est assujetti aux déplacements de la tête 18, et donc de la région d'incidence 53, dans les directions parallèles à la zone de chevauchement 6.
La position de la tête 18 dans une direction orthogonale à la zone de chevauchement 6 peut être modifiée indépendamment de celle du mécanisme d'appui 24, comme indiqué par les flèches 42.
L'inclinaison du chemin du roulement 48 induit une position préférentielle de la oille 50, puisque cette dernière tend à se placer au niveau du point le plus bas de ce chemin 48, c'est-à-dire à droite sur la figure 2. Ainsi, en faisant pivoter le tube 44 autour de l'axe X-X de la tige 30, comme schématisé par les flèches 40 sur la figure 1, on peut venir placer la bille 50 toujours en avant de la zone d'incidence 53 du faisceau 52 quelque soit la forme du cordon de soudure 51 a réaliser.
A titre d'exemple, la figure 3 illustre la réalisation d'un cordon de soudure 51 à angle droit.
Le mécanisme d'appui 24 est représenté en trait plein au niveau de cet angle droit après la réalisation d'une première partie 51A rectiligne du cordon 51 et avant la réalisation d'une deuxième partie 51B du cordon 51, orthogonale à la partie 51A. Le pivotement du tube 44 d'un quart de tour dans le sens horaire sur la figure 3 , comme schématisé par la flèche 59, permet d'amener la bille 50 dans la position adéquate (en bas sur la figure 3) pour former la deuxième partie 51B (en pointillé) du cordon 51. Le mécanisme d'appui 24 est représenté en trait mixte dans ses deux positions correspondant respectivement à la formation des parties 51A et 51B du cordon de soudure.
L'installation 2 permet donc de réaliser par transparence des cordons de soudure laser de formes variées sur des tôles se chevauchant sur des longueurs relativement importantes. Le mécanisme 24 d'appui local permet de réaliser ces cordons de soudure de manière relativement économique sans utiliser de nombreux vérins de serrage des pièces 4 et 5. Les déplacements de la structure 14, des différents éléments qui la composent, ainsi que de la tête 18 peuvent être assurés par des moyens classiques tels que des vérins et/ou des moteurs électriques .
Le fonctionnement d'une telle installation peut être entièrement robotisé ou automatisé en utilisant une unité de pilotage reliée aux différents moteurs et vérins.
Selon une variante non représentée, le bloc 34, et donc le tube 44 , peut être monté libre en rotation autour de l'axe X-X sur la tige 30. Dans ce cas, la bille 50 vient se placer automatiquement derrière la région 53 par rapport au sens de déplacement de la tête 18 dans une direction parallèle à la zone de chevauchement 6. Ainsi la bille 50 est orientée automatiquement derrière la région 53 dans la direction de déplacement de la tête 18, quelle que soit cette direction et sans que des moyens pour faire tourner le bloc 34 autour de l'axe X-X ne soient nécessaires. Ce résultat est obtenu par rotation automatique du tube 44 autour de son axe X-X lors d'un changement de sens et/ou de direction de déplacement de la tête 18. Selon une autre variante illustrée par la figure 4, la tranche inférieure 46 du tube 44 est sensiblement orthogonale à l'axe X-X du tube 44. Trois logements 60A, 60B et 60C sont ménagés dans cette tranche 46. Chacun de ces logements retient une bille, respectivement 50A, 50B et 5OC, et est de forme conjuguée à celle de la bille correspondante. Ces billes sont destinées, comme la bille 50 des figures 1 à 3, à rouler sur la tôle 4 en avant de la région d'incidence 53.
Les logements 60A, 60B et 60C sont ménagés régulièrement dans une région d'ouverture angulaire α de la tranche 46 du tube 44. Cette variante permet de plaquer les surfaces 7 et 8 des tôles 4 et 5 sur une région plus étendue, en avant de la région 53 d'incidence du faisceau laser 52.
La forme des logements 60A, 60B et 6OC permet de positionner avec précision les billes 50A, 50B et SOC en avant de la région d'incidence 53. Selon des variantes non représentées, le nombre de billes de roulement peut être plus important et 1 ' ouverture angulaire α peut également être plus importante et aller jusqu'à 360°. Dans ce dernier cas, des billes sont réparties régulièrement sur toute la tranche 46 du tube 44 et le mécanisme d'appui 24 vient prendre appui sur la tôle 4 tout autour de la région 53 d'incidence du faisceau laser 52.
Selon d'autres modes de réalisation non représentés, la structure 14 est constituée par un système de bras articulé équipé de vérins, permettant ainsi de souder des pièces métalliques en chevauchement dans des positions variées avec plus de liberté.
Les figures 5 et 6 illustrent un ensemble 62 de deux tôles 4 et 5 à souder le long d'une zone de chevauchement 6 dans laquelle leurs bords avant respectifs 64 et 65 se chevauchent .
Les tôles 4 et 5 , de forme générale rectangulaire ont été préalablement soudées le long de leurs bords latéraux respectifs par des cordons de soudure 66 à 69 sur deux profilés 70 et 72 à section en U. Ces profilés 70 et 72 sont par exemple des éléments d'une ossature d'une caisse d'un véhicule ferroviaire, et les tôles 4 et 5 sont destinées à former un habillage extérieur de cette caisse. Les cordons de soudure 66 à 69 ont, par exemple, été réalisés par transparence grâce à 1 ' installation 2 des figures 1 à 3, les profilés 70 et 72 étant alors supportés par le reste de l'ossature précitée et non par un socle 26.
Les tôles 4 et 5 sont tendues entre les profilés 70 et 72. Les tôles 4 et 5 sont ainsi immobilisées l'une par rapport à l'autre.
Le bord avant 65 de la tôle 5 est prolongé vers le bas sur les figures 5 et 6 par une partie centrale 74 profilée en L. Cette partie 74 a été formée par pliage de la tôle 5 vers l'extérieur de la zone de chevauchement 6. Cette partie 74 comprend, depuis le bord 65, deux panneaux rectangulaires 76 et 78 successifs qui forment un L orthogonal au reste de la tôle 5. Cette partie 74 rigidifie le bord 65 de la tôle 5 vis- à-vis de la flexion.
Les profils 70 et 72 étant retenus par l'ossature précitée, pour réaliser un cordon de soudure 51 (en pointillé sur la figure 5), on vient appuyer le mécanisme d'appui 24 de 1 ' installation de soudage 2 sur la plaque 4 au niveau de la zone de chevauchement 6. La partie 74 de rigidification permet à la région de la surface 8, située entre les profilés 70 et 72 et dans la zone de chevauchement 6, de résister à la flexion pour que les surfaces 7 et 8 des tôles 4 et 5 soient plaquées l'une contre l'autre dans la zone 6.
Ainsi, la partie 74 de rigidification permet de former un cordon de soudure 51 sans venir placer de support de retenue sous la région du bord 65 qui est placée en porte-à- faux entre les profilés 70 et 72. Cette caractéristique facilite encore le soudage par transparence de tôles en chevauchement sur des longueurs relativement grandes.
Selon des variantes non représentées , les parties de rigidification peuvent être de différentes formes et peuvent être notamment formées par des zones de surépaisseur de la tôle.
Il est possible d'assembler successivement plusieurs tôles munies de parties de rigidification 74. Ainsi, pour les tôles munies uniquement de parties de rigidification 74 au niveau de leur bord avant, une première tôle est assemblée au niveau d'un chevauchement entre son bord arrière et le bord avant d'une deuxième tôle, le bord arrière de cette deuxième tôle étant lui-même assemblé en chevauchement avec le bord avant d'une troisième tôle et ainsi de suite.
De telles tôles munies de parties 74 de rigidification peuvent être utilisées pour recouvrir des ossatures de caisse de véhicule ferroviaire .
La figure 7 illustre schematiquement une caisse 81 de véhicule ferroviaire qui comprend essentiellement un châssis 82, un toit ou pavillon 83 et deux parois latérales 84.
Comme illustré plus particulièrement par la figure 8 , le pavillon 83 comprend une ossature de support 840 comprenant des poutrelles transversales arquées 85, qui sont régulièrement disposées les unes a côté des autres sur toute la longueur de la caisse 81, et sur lesquelles un habillage extérieur 86 est fixé.
Cet nabillage 86 comprend des tôles ondulées αont deux sont représentées sur la figure 8. Ces deux tôles 87 et 88 sont soudées le long d'une zone de chevauchement 89 orientée longitudinalement par rapport a la caisse 81, c'est-à-dire orthogonalement au plan des figures 7 et 8. Les tôles 87 et 88 ont été soudées grâce à des parties 74 prévues sur la tôle 88 dans chaque intervalle séparant des poutrelles 85. Ces parties de rigidification ont permis, comme précédemment, le soudage des tôles 87 et 88 dans des zones où elles sont en porte-à- faux.
De telles tôles munies de partie de rigidification peuvent également être utilisées pour constituer le châssis 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de soudage laser d'au moins deux tôles (4,5 ;87,88)le long d'une zone de chevauchement (6 ;89) de ces tôles, caractérisé en ce qu'au moins une première (5 ;88) des tôles comprend au voisinage de la zone de chevauchement des moyens (74) de rigidification adaptés pour résister à la flexion de la tôle (5 ;88) le long de la zone de chevauchement (6 ;89) , en ce que l'on place en porte-à- faux au moins une région de la première tôle (5 ;88) dans la zone de chevauchement (6 ;89), les moyens de rigidification étant disposés au voisinage de cette région en porte -à- faux, en ce que l'on vient appuyer un mécanisme d'appui d'une installation de soudage laser (2) sur une autre tôle (4 ;87) pour maintenir les tôles en contact au niveau de la zone de chevauchement (6 ;89), et en ce que l'on soude grâce à l'installation de soudage laser les tôles le long de la zone de chevauchement .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de rigidification comprennent une partie profilée (74) venue de matière avec la première tôle (5 ;88) .
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie profilée (74) est formée par pliage de la première tôle (5 ;88) vers l'extérieur de la zone de chevauchement (6 ;89) au voisinage de celle-ci.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie profilée est une partie de surépaisseur de la première tôle (5 ; 88) .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un faisceau laser (52) émis par l'installation de soudage (2) traverse l'autre tôle (4 ;87) pour venir souder celle-ci avec la première tôle (5 ;88) au niveau de leurs surfaces en regard dans la zone de chevauchement (6 ;89), le procédé constituant ainsi un procédé de soudage laser par transparence.
6. Caisse (81) de véhicule ferroviaire comprenant au moins une ossature de support (840) et un habillage extérieur (86), l'habillage extérieur (86) comprenant un assemblage de tôles (87 ; 88) soudées entre elles au niveau de zones de chevauchement (89) et sur l'ossature de support (840), caractérisée en ce que des soudures reliant des tôles de l'habillage entre elles sont réalisées par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
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