HAL Id: jpa-00227033
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Submitted on 1 Jan 1987
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ETUDE PRELIMINAIRE DE SOUDAGE PAR POINTS POUR L’ASSEMBLAGE DES TÔLES DE
CARROSSERIE A L’AIDE D’UN LASER DE 8kW
R. Cazes, P. Martin, G. Sayegh
To cite this version:
R. Cazes, P. Martin, G. Sayegh. ETUDE PRELIMINAIRE DE SOUDAGE PAR POINTS POUR
L’ASSEMBLAGE DES TÔLES DE CARROSSERIE A L’AIDE D’UN LASER DE 8kW. Journal de
Physique Colloques, 1987, 48 (C7), pp.C7-171-C7-174. �10.1051/jphyscol:1987731�. �jpa-00227033�
JOURNAL DE PHYSIQUE
Colloque C7, supplément au n012, Tome 48, décembre 1987
ETUDE PRELIMINAIRE DE SOUDAGE PAR POINTS POUR L'ASSEMBLAGE DES TÔLES DE CARROSSERIE A L'AIDE D'UN LASER DE 8kW
R. CAZES., P. MARTIN et G. SAYEGH
Sciaky S.A., BP 43, F-94401 Vitry-sur-Seine Cedex, France
ABSTRACT
We utilise a 8kW continuous wave laser in Our laboratory for R & D project to deter- mine a weldability of multispot welds in assembly lines.
This paper shortly describes the specific technologies employed in the laser source.
It analyses next the first results obtained for different joint configurations as well as the mechanical characteristics of the welds. Lastly it points out some par- ticular problems raised in the adaptation of the principle to multispot line.
INTRODUCTION
Nous allons présenter le laser ML1 de 8kW tel qu'il est installé dans notre labora- toire, nous en décrirons brièvement la technologie, puis nous présenterons les pre- miers résultats de soudabilité obtenus sur des tôles minces, la tenue mécanique des points ainsi obtenue.
TECHNOLOGIE UTILISEE DANS LE LASER ML1 (ISRAEL)
Ce laser existe en version 5 et 8kW
.
Les deux versions ont la même technoloqie de base. Cette technologie est innovatrice sur plusieurs plans (figure 1) :a) Forme de lacavité utilisée.
b) Nature de l'excitation de la cavité.
c) Conception du système d'écoulement des gaz.
d) Stabilisation de la puissance du faisceau laser.
a) Cavité optique.
La cavité optique est une cavité instable qui donne au faisceau une forme annulaire ayant un diamètre extérieur de 0 70mm et un diamètre intérieur de 0 35mm (soit un coefficient 2 ) . Elle est constituée de 3 miroirs : un miroir primaire concave, un miroir de retour convexe qui renvoie une partie du faisceau dans le milieu actif, un troisième. miroir creux à 45O permet l'extraction du signal utile
.
Cette cavité est repliée sous forme d'un carré par des miroirs plans. Certains miroirs sont rèalablps de l9extArieur afin de permettre le r6alignement éventuel de la cavité en fonctionnement d'observation du mode du faisceau se faisant sur plaque sensible en fonctionnement continu. La,cavité optique est montée.sur un cadre stabilisé thermiquement et isolé mécaniquement de la chambre a vide.
b) Nature de l'excitation de la cavité.
L'excitation électrique se fait par l'intermédiaire de 4 fois 2 panneaux d'excita- tion situés entre les miroirs. Ces panneaux sont constitués de plusieurs centaines d'électrodes. Il y a génération d'une tension alternative (4kV, 10Khz) entre deux panneaux situés en vis à vis. L'utilisation d'une tension alternative permet l'ex- tinction des micro décharges pouvant éventuellement se produire et d'éviter leur transformation en arcs qui sont défavorables au rendement de la cavité et préjudi- ciables 3 la bonne tenue des électrodes.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1987731
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c) Conception du système d16coulement des gaz.
Du fait de la conception cylindrique de la cuve, l'écoulement de gaz est généré par une turbine tournant à 3600t/mn. Cet écoulement s'effectue transversalement aux 4 x 2 panneaux d'excitation. Le gaz arrive,par l'intermédiaire de tuyères,à la limi- te de la turbulence, en favorisant une bonne homogénéisation de la décharge et évi- tant la création d'arc. Le gaz est ensuite repris par l'intermédiaire d'un échangeur.
d) Stabilisation de la puissance du faisceau laser<
Afin de stabiliser la puissance de sortie, ML1 prélève en permanence une portion de la puissance à l'extérieur de la cavité et la boucle sur la puissance électrique injectée dans la cavité.
e) Description sommaire de l'équipeme~t général.
Cet ensemble est contenu dans une cuve cylindrique d'environ 2 m m d e diamètre sur 2,5m de longueur. Des armoires de services sont adjointes au laser. Le tout est caractérisé par sa conception industrielle et robuste. Les miroirs sont aisément règlables et remplaçables.
RESULTAT PRELIMINAIRE SUR LE SOUDAGE DE TOLES MINCES.
Le soudage multipoints de tôles minces par laser a pour objectif de substituer aux multiples sources de soudage par résistance une source laser unique qui alimente, par l'intermédiaire d'optiques appropriées disposées autour de la pièce, des miroirs qui focalisent le faisceau et permettent de réaliser le point de soudure. Le dépla- cement du faisceau d'une tête à l'autre s'effectue de manière très rapide par change- ment de l'orientation de miroirs. Les résultats préliminaires sont obtenus sur des points isolés avec des séries d'au moins 1 0 éprouvettes.
a) Paramètres explorés.
- puissance de 1,6 à 7kW,
-
temps de soudage 0,2 à 1,5 sec, - gaz de protection He ou Ar,- diamètre de rotation 3 à 9 m m , +
- position du point de focalisation par rapport à la surface du point : - 5mm.
b) Type de points obtenus.
Selon les conditions opératoires, nous avons obtenu trois types de zones fondues différentes :
- le point de soudure type "noyau" o ù la zone à l'intérieur du point de soudure est fondue,
- le point de soudure type "couronne" où la zone à l'intérieur et au centre du point n'est pas fondue,
- le point de soudure type "noyau-couronne" où l'un ou l'autre des types précédents peut apparaître.
Notons que les points de t y p ~ noyau présentent souvent des défauts au centre qui sans être néfastes pour les essais de traction, ne sont pas esthétiques et peuvent présenter des amorces pour initier la corrosion.
c) Tenue mécanique des points.
La figure 2 présente les résultats moyens en traction en fonction de l'énergie mise en jeu et du diamètre des points.
Nous constatons que l'évolution de la résistance en traction du point type "couronne"
est beaucoup plus régulière et moins dispersée que les points de soudure type "noyau"
Les résultats en fatigue des points de soudure type noyau et couronne sont compara- bles aux résultats obtenus en soudage par résistance (figure 3).
d) Autres paramètres opératoires.
La f o c a l i s a t i o n j o u e u n r ô l e i m p o r t a n t s u r l e s r é s u l t a t s d u p o i n t e t , p a r e x e m p l e , p o u r une f o c a l e d e 75mm, l e s r é s u l t a t s s o n t b o n s p o u r l a z o n e 2 I m m .
De même l ' a c c o s t a g e e n t r e l e s p i è c e s j o u e un r ô l e i m p o r t a n t e t n o u s c o n s t a t o n s un é f o n d r e r n e n t du b a i n a v e c d é c r o c h e m e n t p o u r un j e u d e 0,3rnm.
e ) A u t r e s é p a i s s e u r s .
Nous a v o n s mené d e s e s s a i s s u r d e s t ô l e s d e 2 x 1 e t même s i l a d i m e n s i o n d e l a z o n e f o n d u e e s t i n f é r i e u r e a u x normes
,
l a t e n u e e n c i s a i l l e m e n t r e s t e a c c e p t a b l e . De même, d e s e s s a i s o n t é t é f a i t s e n 3 x 0 , 8 e t l ' é n e r g i e n é c e s s a i r e e s t b e a u c o u p p l u si m p o r t a n t e q u e c e q u e l ' o n p o u r r a i t a t t e n d r e e n 2 x 0 , 8 d u f a i t d e l ' e f f e t d e b a r r i è r e e n t r e l e s t ô l e s .
CONCLUSION
Le l a s e r ML1 e s t un o u t i l i n d u s t r i e l r o b u s t e e t n o u s p o u v o n s e n v i s a g e r d e p a s s e r à l ' é t a p e u l t é r i e u r e p o u r l e s o u d a g e p a r p o i n t s q u i e s t l a r é a l i s a t i o n d ' u n e m a q u e t t e d ' u n e d i z a i n e d e t ê t e s d e s o u d a g e .
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