FR2648068A1 - LASER WELDING METHOD AND APPARATUS - Google Patents
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Abstract
Selon l'invention, l'appareil de soudage par laser comprend un laser 12 dont le faisceau 13 est focalisé en un point de focalisation 15 situé en dessus, en dessous ou au niveau de la surface du substrat 16 à souder et présente une densité d'énergie suffisamment grande pour fendre une partie du substrat et former un cordon de soudure 22, une tuyère de soudage par laser qui délivre une poudre sur le cordon de soudure de façon uniforme autour de sa circonférence, un système d'alimentation de poudre 50, 52 qui amène la poudre à la tuyère de soudage, et un système d'écoulement de gaz axial 60 qui écoule un gaz à travers la tuyère vers le substrat pour modifier l'écoulement de la poudre et protéger l'appareil de dommage du fait de la chaleur intense. La tuyère de soudage laser comprend de préférence des enveloppes extérieure et intérieure de forme tronconique qui définissent un espace annulaire entre elles, la poudre mélangée à un gaz fluidisé étant dosée à travers l'espace annulaire et étant dirigée vers la zone de soudage 62 où elle se solidifie par la suite pour former le cordon de soudure 22.According to the invention, the laser welding apparatus comprises a laser 12, the beam 13 of which is focused at a focusing point 15 located above, below or at the level of the surface of the substrate 16 to be welded and has a density d 'energy large enough to split part of the substrate and form a weld bead 22, a laser welding nozzle which delivers powder onto the weld bead evenly around its circumference, a powder feed system 50, 52 which supplies the powder to the welding nozzle, and an axial gas flow system 60 which flows gas through the nozzle to the substrate to modify the flow of the powder and protect the apparatus from damage due to intense heat. The laser welding nozzle preferably comprises frustoconical outer and inner shells which define an annular space between them, the powder mixed with a fluidized gas being metered through the annular space and being directed to the welding zone 62 where it is obtained. then solidifies to form the weld bead 22.
Description
PROCDÉ ET APPAREIL DE SCUDAGE LASERLASER SCUDING PROCESS AND APPARATUS
La présente invention concerne des prccédés de soudage The present invention relates to welding processes
dans lesquels un matériau d'apport est ajouté à la région de sou- in which filler material is added to the support region
dage, et concerne plus particulièrement de tels procédés dans lesquels l 'énergie pour fondre le substrat et le matériau d'apport est fournie par un laser. Le soudage est un procédé dans lequel au moins deux pièoes d'un matériau sont assemblées. Dans un type de soudage classique, une torc2 de soudage est utilisée pour fondre les surfaoes en regard des deux pièces, et pour faire fondre ensemble ores surfaces en regard. Un métal d'apport ou un matériau d'apport peut être ajouté dans la zone soudée pour donner des propriétés dage, and relates more particularly to such methods in which the energy for melting the substrate and the filler material is supplied by a laser. Welding is a process in which at least two pieces of a material are assembled. In a conventional type of welding, a welding torc2 is used to melt the surfaces facing the two pieces, and to melt together the facing surfaces. Filler metal or filler material can be added to the welded area to give properties
particulières ou pour constituer une partie de la zone de Sou- or to constitute part of the Sou-
dage. Dans son sens le plus gérnral, le soudage peut aussi être accompli par des procédés à l'état solide tels que la liaison par diffusion, mais dans un sens plus étroit du terme tel qu'on l'utilise ici, les deux matériaux destirnés à être reliés doivent dage. In its most general sense, welding can also be accomplished by solid state processes such as diffusion bonding, but in a narrower sense of the term as used here, the two materials intended for to be connected must
être au moins partiellement fondus. be at least partially melted.
Dens un autre type de soudage, une couche en surfa-' est ajoutée au substrat en fondant une région de la surface du substrat, en ajoutant un matériau d'apport à l'ensemble fondu, d'o il en résulte une interpéntration et une fusion du matériau d'apport et du substrat, et en laissant ensuite se solidifier le matériau fondu. Cette technique est largement utilisée dans de n breuses apliations, souvent pour raççorter des couches dures, telles que des revêtements résistant a l'usure, sur des matériaux de substrat plus terdres et pour constuire et réparer des parties défectueuses, détériorées ou présentant une ote inférieure à la cote initialement prévue. La présente invention cocerne en premier lieu le soudage en surface, bien qu'elle In another type of welding, a surface layer is added to the substrate by melting a region of the surface of the substrate, by adding a filler material to the molten assembly, from which results an interpenetration and a fusion of the filler material and the substrate, and then allowing the molten material to solidify. This technique is widely used in n apliations, often to reinforce hard layers, such as wear-resistant coatings, on duller substrate materials and to build and repair defective, deteriorated or inferior parts at the price originally planned. The present invention primarily relates to surface welding, although it
pisse être utilisée dans d'autres applications de soudage. piss be used in other welding applications.
Un grand nombre de types différents de sources ont été A lot of different types of sources have been
utilisées pour fournir l'énergie rnécessaire pour fondre le subs- used to supply the necessary energy to melt the subs-
trat et le matériau d'apport dans les procédés de soudage. Des trat and filler material in welding processes. Of
arcs électriques et des torches sont utilisés de façon courante. electric arcs and torches are in common use.
La chaleur générée par la friction est utilisée dans le soudage The heat generated by friction is used in welding
par friction.by friction.
Plus remment, la chaleur intense gérrée par un laser a été utilisée pour des opérations de soudage afin de fondre les substrats et les matériaux d'apport. Les brevets US-4 200 669, 4 730 093, et 4 743 733 montrent des techniques de soudage par More recently, the intense heat generated by a laser was used for welding operations in order to melt the substrates and the filler materials. US Patents 4,200,669, 4,730,093, and 4,743,733 show welding techniques by
laser. Dans chaque cas, le faisceau de sortie d'un laser indus- laser. In each case, the output beam of an industrial laser
triel est focalisé en un point proche du substrat ou situé dans le substrat, de sorte que les régicns en surface du substrat sont chauffées et fondues par le faisceau laser focalisé. Un matériau d'apport peut être introduit dans le faiseau laser ou dans la triel is focused at a point close to the substrate or located in the substrate, so that the surface regimes of the substrate are heated and melted by the focused laser beam. A filler material can be introduced into the laser beam or into the
zone fcndue, si néessaire. La grande souplesse que permet 1 'uti- fcndue zone, if necessary. The great flexibility that allows
lisaticn d'un chauffage par laser a eu pour résultat une utilisa- The use of laser heating has resulted in the use of
tion largement répandue des lasers dans le soudage et dans widespread use of lasers in welding and
d'autres opCérations de travail des métaux. other metalworking operations.
On a démontré que le soudage laser était utilisable, mais qu'il présentait parfois des inrmvénients dans certaies applicaticns pratiques. L'appareil illustré dans le brevet US-4 200 669 injecte un courant de matériau d'apport en poudre dans le faiseau, et le contrôle précise de la poudre en relation avc le faisoeau est difficile. L'approche illustrée dans les brevets US-4 730 093 et 4 743 733 propose un perfectionernent majeur dans la possibilité de contrôle, mais utilise une campo- sante directiorelle pour 1'alnEntation de la poudre. Dans oes It has been shown that laser welding can be used, but that it sometimes has drawbacks in certain practical applications. The apparatus illustrated in US Pat. No. 4,200,669 injects a stream of powdered filler material into the beam, and precise control of the powder in relation to the beam is difficult. The approach illustrated in US Pat. Nos. 4,730,093 and 4,743,733 proposes a major improvement in the possibility of control, but uses a directional camper for the feeding of the powder. In these
conditions, si le mouvement relatif du faisceau laser et du subs- conditions, if the relative movement of the laser beam and the
Ltrat est tel qu'illustré dans la figure 5 du brevet 4 730 093, la poudre est alimentée par l'arrière de la région de soudage. Si un noavemnt relatif se trouve être hors du plan du dessin, la poudre est alimentée depuis le oté de la région de soudage, a moins qu'un support spécial ne soit prévu pour faire pivoter le Ltrat is as illustrated in FIG. 5 of patent 4,730,093, the powder is fed from the rear of the welding region. If a relative noavemnt happens to be out of the drawing plane, the powder is fed from the side of the welding region, unless a special support is provided to rotate the
conduit de la poudre. Ceci a pour résultat qu'une région de sou- leads powder. The result is that a sub region
dage présente des caractéristiques qui varient en fonction des directions relatives du mouvement du substrat et de la souroe chaude. Il existe par conséquent un besoin pour un appareil et dage has characteristics which vary depending on the relative directions of movement of the substrate and the hot mouse. There is therefore a need for a device and
un procédé de soudage par laser amélioré, qui associe les avan- an improved laser welding process, which combines the advantages
tages des techniques de soudage laser de l'art antérieur tout en procurant un contrôle amélioré du système d'introduction de la poudre et une qualité améliorée de la structure obtenue. La présente invention répnd à oe besoin et fournit également stages of laser welding techniques of the prior art while providing improved control of the powder introduction system and improved quality of the structure obtained. The present invention fulfills this need and also provides
d'autres avantages.other advantages.
La présente invention propose un appareil de soudage laser dans lequel le chauffage du substrat peut être contrôlé et l'introduction du métal d'apport n'est pas directionnelle. La caractéristique de la cxlstruction soudée est par cmxséquent inchangée lorsque la direction du mouvement relatif de 1 'appareil de soudage et du substrat est changée. Il n'est pas nécessaire de s'arrêter aux angles ou de changer la vitesse de déplacement de la tête de soudage, évitant ainsi d'utiliser d'autres variables qui sont connues pour affecter la qualité du soudage. L'appareil est oempact et permet de s'enfiler à l'intérieur d'espacs réduits. L'introduction du matériau d'apport est commarndée et The present invention provides a laser welding apparatus in which the heating of the substrate can be controlled and the introduction of the filler metal is not directional. The characteristic of the welded construction is therefore unchanged when the direction of relative movement of the welding apparatus and the substrate is changed. There is no need to stop at the corners or change the speed of movement of the welding head, thus avoiding the use of other variables which are known to affect the quality of the welding. The device is optional and allows you to slip inside tight spaces. The introduction of the filler material is controlled and
modifiée si rnécessaire de façon précise, et le point d'intro- modified if necessary, and the intro point
ductione de la poudre par rapport à l'ensenble de soudage et au powder performance in relation to the welding kit and
point de focalisatin du faiseau laser est ontrôlé facilemenrit. focal point of the laser beam is easily checked.
Selon 1'invention, l'appareil de soudage par laser destix au dépôt d'un matériau d'apport sur un substrat cçred un laser; un noyen de fol c sation du faiseau la ser en un point de focalisation suffisammnt proche de la surface du substrat pour faondre une région du substrat, formant ainsi une zoe de According to the invention, the laser welding device intended for depositing a filler material on a substrate cred a laser; a beam of fol cation of the beam will be at a focal point sufficiently close to the surface of the substrate to merge a region of the substrate, thus forming a zoe of
soudage; et un moyen pour amenoer un matériau d'apport à l'en- welding; and means for supplying filler material to the material
semble à souder uniformmenet autour de sa circonférence. De pré- seems to weld uniformmenet around its circumference. Befor-
férence, le moyen pour amener le matériau d'apport comprend une tuyère ayant une enveloppe extérieure et une enveloppe intérieure qui définissent entre elles un passage annulaire convergent, le ference, the means for bringing the filler material comprises a nozzle having an outer casing and an inner casing which define between them a convergent annular passage, the
matériau d'apport étant amené à la tuyère au niveau de l'extré- filler material being brought to the nozzle at the level of the
mité divergente du passage et étant entrainé vers l'extrémité divergent half of the passage and being drawn towards the end
cnrvergente du passage. De oette manière, le matériau d'apport - converging of the passage. In this way, the filler material -
est amené unifornmément autour de la circonférence de la zone de soudage et il n'y a pas d'effet directionnel observé dans la soudure lorsque la direction du mouvement relatif de 1 'appareil is brought uniformly around the circumference of the welding zone and there is no directional effect observed in the welding when the direction of the relative movement of the device
et du substrat est changée.and the substrate is changed.
Plus spécifiquement, selon une caractéristique parti- More specifically, according to a particular characteristic
clière de l'invention, l'appareil de soudage laser comprend une tuyère ayant une enveloppe extérieure en forme de trc de c=ne et une enveloppe intérieure en forme de troc de cane de plus petite taille de cône que l'enveloppe extérieure et enfilée dans celle-ci, les axes de tronc de cne des enveloppes extérieure et intérieure étant confondus, l'enveloppe extérieure et l'envelpe intérieure définissant un passage arnnulaiere entre elles; un laser; un. système optique configuré pour diriger le faisau laser le long de 1 'axe du trncz de cône des enveloppes extérieure et intérieure vers un point de focalisation situé à '1 extérieur de la tuyère; un système d'alimentation de gaz communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe intérieure, créant un écxulement de gaz depuis 1 'enveloppe intérieure vers le point de focalisation du laser; et un système d'alimentaticon omuniquant avec le As is clear from the invention, the laser welding apparatus comprises a nozzle having an outer casing in the form of a trc de c = ne and an inner casing in the form of a barter cane of smaller cone size than the outer casing and threaded in the latter, the axes of the trunk of the outer and inner envelopes being combined, the outer envelope and the inner envelope defining a circular passage therebetween; a laser; a. an optical system configured to direct the laser beam along the axis of the cone of the cone of the outer and inner envelopes towards a focal point located outside the nozzle; a gas supply system communicating with the interior of the interior envelope, creating a flow of gas from the interior envelope to the focal point of the laser; and a omnicient feeding system with the
passage annulaire situé entre 1 'enveloppe intérieure et l'enve- annular passage located between the inner envelope and the envelope
lopPe extérieure et adpté pour introduire un écoulement d'un external lopPe and suitable for introducing a flow of a
matériau d'apport fineent divisé mélangé à ungaz porteur. finely divided filler material mixed with carrier gas.
La présente inventioun s'étend aussi à un procédé de sMuage par laser utilisant un matériau d'apport. Selon cet aspect de l'irtiom, le prozédé de dépôt d'une ca dte d'un matériau d'apport sur un substrat cprend les étapes crnsistant The present invention also extends to a laser smear process using a filler material. According to this aspect of the IRTIOM, the process for depositing a card of a filler material on a substrate includes the following steps:
à fournir un laser et un systèRe optique pour fcealiser le fais- to provide a laser and an optical system to carry out the
ceau du laser en un point de focalisation suffisamment proche de la surface du substrat pour qu'une région du substrat soit fondue afin de former une zone de soudage; et à ajouter un matériau d'apport firement divisé à l'ensemble à scer, le matériau d'apport étant rajouté uniformément autour de la circnférence de laser beam at a focal point close enough to the surface of the substrate for a region of the substrate to melt to form a weld zone; and adding a filler material divided sharply to the assembly to be sced, the filler material being added uniformly around the circumference of
la zone de soudage.the welding area.
La présente invention prévoit un laser et un système The present invention provides a laser and a system
optique qui focalise le fais_au laser en un point de focali- optic which focuses the laser beam at a focal point
sation suffisamment étroit au niveau de la surf ace du substrat pour que les régions en surfae soient fondues afin de former une zone de soudage. Le point de focalisation effectif du laser peut être en dessous, en coDincidence, coincidant avec, ou au-dessus de la surface du substrat, mais dans tous les cas la puissance volumique dans la région du point de focalisation doit être suffisante pour fondre le matériau du substrat. Une enveloppe cironférentielle fixée à l'exrémité de l'enceinte du système optique encercle le faisoeau laser. L'enveloppe comprend une enveloppe intérieure et une enveloppe extérieure définissant entre elles un passage annulaire se rétrécissant vers le bas. La The region is sufficiently narrow at the surface of the substrate so that the regions on the surface are melted in order to form a weld zone. The effective focal point of the laser may be below, in co-incidence, coinciding with, or above the surface of the substrate, but in all cases the power density in the region of the focal point must be sufficient to melt the material. of the substrate. A circumferential envelope fixed to the end of the enclosure of the optical system encircles the laser beam. The envelope comprises an inner envelope and an outer envelope defining between them an annular passage narrowing downwards. The
poudre fluidisée dans un icoulement de gaz est amenre à l'extré- powder fluidized in a gas flow is brought to the
mité supérieure de 1'espace annulaire au travers d'orifices séparés, et est distribuée autour de 1 'espace annulaire pendant sa descente. Une paroi intérieure dans l'espace annulaire peut être prévue pour améliorer la distribution ciroonférentielle de la poudre. A l'endroit o une telle paroi ou barrière est ménagée, la poudre est introduite par les orifices dans 1 'espace situé à l'arrière de la barrière, et se répand ensuite sur la barrière de facon uniforme cironférentiellement. L' cuverture cxxnvergente située à 1i exrriité inférieure du passage annulaire dirige la poudre vers la zone de so.dage en fusion. La poudre peut entrer dans le faisceau lar avant d'atteindre la zcone de soud3age, le matériau d'apport étant ajouté uniforméient autour de la circonférence de la zone de souage. Un écoulement axial de gaz passe & travers l'enveloppe intérieure et vers le substrat. L'écoulement axial de gaz évite l'erndiaIEng t du système optique et du laser en agissant oeiw upper part of the annular space through separate orifices, and is distributed around the annular space during its descent. An inner wall in the annular space can be provided to improve the ciroonferential distribution of the powder. At the place where such a wall or barrier is provided, the powder is introduced through the orifices into one space located at the rear of the barrier, and then spreads over the barrier uniformly cironferentially. The convergent cover located at the lower end of the annular passage directs the powder towards the molten sodage zone. The powder can enter the lar beam before reaching the welding zone, the filler material being added uniformly around the circumference of the welding zone. An axial flow of gas passes through the inner shell and towards the substrate. The axial gas flow avoids the erndiaIEng t of the optical system and the laser by acting oeiw
une barrière pour les éclaboussures de soudure et pour la fumée. a barrier for welding spatter and smoke.
L'écoulement axial de gaz peut contribuer aussi à la formation d'un plasma au voisinage du point de focalisation du laser, si la puissance volumique du faisoeau laser est suffisamment grande pour créer un tel plasma par icnisation des atomes du gaz et des atomes vaporisés provenant du matériau d'apport et du matériau du substrat. L' éoArulement axial de gaw dirige aussi le matériau d'apport vers le substrat et la zone de scxdage o le nétal se dépose. Les gouttelettes chauffées et fondues du matériau The axial flow of gas can also contribute to the formation of a plasma in the vicinity of the laser focal point, if the power density of the laser beam is large enough to create such a plasma by icization of the atoms of the gas and of the vaporized atoms. from the filler material and the substrate material. The axial gaw eoArulation also directs the filler material towards the substrate and the scxdage zone where the metal is deposited. The heated and melted droplets of the material
d'apport se mélangent avec le matériau fondu de la zone de sou- filler mixes with the molten material of the support zone
dage, et le mélange de soudure se solidifie sous forme d'un cordon qui typiquement dépasse de la surface initiale du substrat dage, and the solder mixture solidifies in the form of a bead which typically protrudes from the initial surface of the substrate
du fait de la masse de matériau d'apport rajouté. due to the mass of added filler material.
Le montage de tuyère selon la présente invention permet l'introduction d'un éculement contrôlé de poudre dans la zone de soudage. Le débit massique de la poudre est modulé par la commande du débit d'écoulement de la poudre et du gaz fluidisant The nozzle assembly according to the present invention allows the introduction of a controlled flow of powder into the welding zone. The mass flow rate of the powder is modulated by controlling the flow rate of the powder and of the fluidizing gas
dans le système d'alimentation de la poudre. La poudre est intro- in the powder feed system. The powder is intro-
duite dans la zone de soudage uniformément autour de sa circn- picks up in the welding area evenly around its circumference
férence du fait du passage annulaire. Normalement, le faiseau laser est perpendiculaire au substrat. Avec une tuyère selon l'invention, un changement dans la direction du mouvement relatif du faisoeau et de la surface du substrat ne demande aucun réglage du mécanisme d'alimentation de la poudre ni modificationc de la vitesse du mouvement relative afin de permettre le réglage du mécanisme d'alimentaticn. Le présent appareil est également très compact et est contenu à l'intérieur d'une structure qui peut être facilement saisie et manipulée, améliorant ainsi la facilité ference due to the annular passage. Normally, the laser beam is perpendicular to the substrate. With a nozzle according to the invention, a change in the direction of the relative movement of the beam and the surface of the substrate does not require any adjustment of the powder feed mechanism nor modification of the speed of the relative movement in order to allow the adjustment of the feeding mechanism. The present apparatus is also very compact and is contained within a structure which can be easily grasped and manipulated, thus improving the ease
d'utilisation du soudage laser dans un evrzntment d'atelier. of using laser welding in a workshop event.
D'autres car-ctristiques et avantages de la présente invention apparaîtront lors de la desocription détaillée d'un exemple de réalisation, prise en relation avec' les figures annexées, parmi la figure i est une vue en élévation d'un appareil selon l'invention, dans lequel le passage du faisoeau laser est représenté en coupe; la figure 2 est une vue de cté en coupe de la tuyère de soudage de l'appareil; et la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 d'un autre mode de réalisation de 1 'invention, incluant une barrière Other characteristics and advantages of the present invention will appear during the detailed description of an exemplary embodiment, taken in conjunction with 'the appended figures, among figure i is an elevation view of an apparatus according to the invention, in which the passage of the laser beam is shown in section; Figure 2 is a sectional side view of the welding nozzle of the apparatus; and Figure 3 is a view similar to Figure 2 of another embodiment of the invention, including a barrier
de contrôle de l' é&coulement de la poudre. powder flow control system.
La présente invention est mise en oeuvre dans un appareil de soudage par laser 10, illustré de faon génrale dans la figure 1. L'appareil 10 copred un laser 12 ayant un faisceau 13 qui, lorqu'il est focalisé & l'aide d'un systèTe optique 14, présente une puissance volumique suffisante pour fondre une The present invention is implemented in a laser welding apparatus 10, illustrated generally in FIG. 1. The apparatus 10 co-operates a laser 12 having a beam 13 which, when it is focused using an optical system 14, has a sufficient power density to melt a
partie du substrat adjacente 16 et fondre (ou chauffer) un maté- part of the adjacent substrate 16 and melt (or heat) a material
riau d'apport fiúmient divisé. Le faisceau 13 du laser 12, défi- flow of fiúmiently divided contribution. The beam 13 of the laser 12, defi-
nissant un axe de faisceau 18, est focalisé de fagçon convergente at the end of a beam axis 18, is focused in a convergent way
à l'aide d'un systâme optique 14 en un point de focalisation 15. using an optical system 14 at a focal point 15.
(Dans le système illustré en figure 1, la focalisation crver- (In the system illustrated in Figure 1, the focusing focus -
gente est obtenue à 1 'aide d'un miroir acnvergent 17, mais un objectif peut être utilisé). Apres avoir quitté le systèe optique 14, le faisceau 13 entre dans une tuyère de sod3age 20 dont la structure et le fonctionnreent sont décrits plus en détail ci-dessous. La tuyère 20 introduit du matériau d'apport firnement divisé dans la partie fordue du substrat o le matériau d'apport finemrent divisé est fondu. Le matériau d'apport se mélange avec le matériau du substrat fondu et se solidifie rapidement sous forme d'un cordon 22, du fait que la chaleur est évaoue vers le substrat non fadu sous-jacent. La distanoe de fcrticrient séparant 1l'extrénité de la tuyère 20 et le gente is obtained with a sharp mirror 17, but a lens can be used). After leaving the optical system 14, the beam 13 enters a soda nozzle 20 whose structure and function are described in more detail below. The nozzle 20 introduces divided filler material into the ford part of the substrate where the finely divided filler material is melted. The filler material mixes with the material of the molten substrate and rapidly solidifies in the form of a bead 22, because the heat is evacuated towards the underlying non-faded substrate. The distric of fcrticrient separating 1 the end of the nozzle 20 and the
suJbstat 16 est typiqueent d'envircn 5 mn. L'aulement du maté- suJbstat 16 is typically around 5 min. The removal of the material
riau d'aehot est rétréci, unidirectio l et collimaté, et la riau d'aehot is shrunk, unidirectio l and collimated, and the
tuyère 20 se termine vers le substrat 16. nozzle 20 ends towards the substrate 16.
E se re tant à la figure 2, la tuyère 20 ceprend une erveloppe extérieure 30 qui est vissée s 1'extr ité du systèm optique 14 de fasim que l'axe cenrtral 32 de l'enveloppe cincride avec l'axe du faisoeau 18 du laser. L'enveloçpe 30 est creuse de sorte que le faisoeau laser 13 puisse -entr par E re re as in Figure 2, the nozzle 20 includes an outer cover 30 which is screwed to the end of the optical system 14 as the central axis 32 of the envelope which is cincrid with the axis of the beam 18 of the laser. The envelope 30 is hollow so that the laser beam 13 can enter between
l'extrénité liée au systàme optique 14, passer à travers l'enve- the extremity linked to the optical system 14, to pass through the envelope
lcppe le long de l'axe central 32, et sortir par l'autre extré- lcppe along the central axis 32, and exit by the other end
mité. La liaison par vissage permet à l'enveloppe extérieure 30 d'être déplacée par raport au système optique 14 en se raerochiant ou en s'éloignant, de façon réglable, l'axe central moth. The screw connection allows the outer casing 30 to be moved relative to the optical system 14 by rebinding or moving away, in an adjustable manner, from the central axis
32 de 1 'enveloppe 30 restant en o'incidenoe avec l'axe du fais- 32 of the envelope 30 remaining in incidentoe with the axis of the beam
ceau 18 du laser 12. Cette possibilité de réglage permet le réglage de la position du point de fc/lisation 15 du laser par un déplacement axial relatif par rapoxrt à l'enveloppe 30, sans changer de system optique. La surface externe de 1'enveloppe ceau 18 of the laser 12. This adjustment possibility allows the position of the fc / read point 15 of the laser to be adjusted by a relative axial displacement relative to the casing 30, without changing the optical system. The outer surface of the envelope
extérieure 30 présente généralement une forme trocoique regu- outer 30 generally has a trocoic regu-
lière. De préférence, plusieurs tours 36 d'un tube scnt fixés sur la surface externe de l'enveloppe extérieure 30, et de l'eau de refroidissement est errvyée dans le tube par l'intermédiaire de canalisations d'eau de refroidissement 37. La surf ae intérieure de 1 'enveloppe extérieure 30 comprend une surface trar.-ique 34 au niveau de sen extrémité éloignée du point d'atta-che avec le lière. Preferably, several turns 36 of a tube scnt fixed on the external surface of the external envelope 30, and cooling water is errvyée in the tube via cooling water pipes 37. The surf the interior of the outer casing 30 includes a trar.-ic surface 34 at its end remote from the point of attachment with the
système optique 14.optical system 14.
Une enveloppe intérieure 40 est disposée à l'intérieur An inner envelope 40 is disposed inside
de l'enveloppe extérieure 30 et est vissée sur celle-ci. L'enve- of the outer casing 30 and is screwed thereon. The env-
loppe intérieure 40 est également creuse, et a le même axe central 32 que l'enveloppe extérieure 30. Le faisceau laser 13 passe également à travers l'enveloppe intérieure 40 le long de the inner envelope 40 is also hollow, and has the same central axis 32 as the outer envelope 30. The laser beam 13 also passes through the inner envelope 40 along
l'axe central 32. La liaison par vissage de l'enveloppe inté- the central axis 32. The connection by screwing the inner casing
rieure 40 sur l'enveloppe extérieure 30 permet le positionnement axial des deux enveloppes afin de les régler l'une par rapport à l'autre, changeant ainsi la taille du passage annulaire qui va ête dcrit ci- dessous. L'envelope intérieure 40 corend une surface rique 42 située à l'extrémité éloigre du systèe 40 on the outer casing 30 allows the axial positioning of the two envelopes in order to adjust them relative to each other, thereby changing the size of the annular passage which will be described below. The inner envelope 40 corend a risk surface 42 located at the remote end of the system
optique 14 et adjacente à la surface taz=xr-ique 34 de 1' - optic 14 and adjacent to the surface taz = xr-ique 34 of 1 '-
l1ppe extérieure 30. Les deux surfaces tzan-niques 34 et 42 sont en gérral en face l'une de l'autre, et définissent un passage anrlaire convergent 44 ente elles. Le mouvement axial relatif de l'enveloppe intérieure 40 et de l'enveloppe extérieure 30 provoque 1 'agrdissement ou la réduction de l'aire du passage l1ppe outside 30. The two tzanic surfaces 34 and 42 are generally opposite one another, and define a converging ancillary passage 44 ente them. The relative axial movement of the inner casing 40 and the outer casing 30 causes the passage area to be enlarged or reduced
annulaire 44.ring finger 44.
De préfêxeroe, le demi-angle de o&r- de la surface =rctxrnique 34 de l'enveloppe extérieure est de 2 & 10 degrés As a prefix, the half angle of o & r- of the surface = rctxrnique 34 of the outer envelope is 2 & 10 degrees
supérieur au demi-angle de o-ne oerrespdant de la surf ae tron- greater than the half angle of o-ne oerrespdant sure ae tron-
o:iique 42 de l'enveloppe intérieure, de sorte que le passage o: iique 42 of the inner envelope, so that the passage
annulaire converge légèrement jusqu'en son point de sortie 46. annular slightly converges to its exit point 46.
Dans un morde de réalisation particulier, le demi-angle de orne de la surfaoe 34 est cxmpris entre environ 20 et 45 degrés, de In a particular embodiment, the half angle of the surface of the surface 34 is between approximately 20 and 45 degrees, from
préfê.rece compris entre envircr 30 et 35 degrés, et le demi- preferably between 30 and 35 degrees, and half
arnle de o*-e de la surface 42 est coepris entre erniron 20 et 35 degrés mais a enviran 2 à 10 degrés de moins que le demi angle de c de la surface 34. Le caractère nvergent du passage annulaire 44 provoque une focalisation de l'élcaent de la poudre dans les parties successives de 1'espace annulaire, vers un point communn de convexgence situé le lcr de 1 'axe central 32 o * -e arnle of the surface 42 is coepris between erniron 20 and 35 degrees but about 2 to 10 degrees less than the half angle of c of the surface 34. The nvergent character of the annular passage 44 causes a focusing of the the powder in the successive parts of the annular space, towards a common point of convexency located at the center of the central axis 32
et qui cxincide par oensquent avec l'axe du faisceau laser 18. and which incidentally coincide with the axis of the laser beam 18.
Un des paramétrs contrôlables de l'appareil 10 est la position relative du point de focalisation du faisceau 15 et du point ou l'écoulement de poudre intersecte l'axe central 32. Dans certains cas, pour des conditions de foncticr=mwent partiolières, il est souhaitable que le point de focalisation du faisceau laser 15 odincide avec le point de convergence de 1'é_couleent de poudre, One of the controllable parameters of the apparatus 10 is the relative position of the focal point of the beam 15 and of the point where the flow of powder intersects the central axis 32. In certain cases, for partial operating conditions, it it is desirable that the focal point of the laser beam 15 coincides with the point of convergence of the powder flow,
mais dans d'autes conditions, on peut ne pas les faire coin- but under other conditions, we can not make them corner-
cider. En fonticnement normal, la poudre est dirigée vers la région fcrdue du subsetrat, et le faisoaau laser est focalisé cider. In normal fonting, the powder is directed towards the region of the substrate, and the laser beam is focused.
au-dessus, en dessous ou au niveau de la surface du subtstrat. above, below, or at the surface of the substrate.
2648 0'682648 0'68
Le matériau d ' apport firneent divisé, de Préfrenoe sous forme d'ure podre, est introduit dans l'appareil 10 à travers le passage annulaire 44 en son extrminté supérieure ou divergente. Un système d'ali/mntati o de la pdre cnprend une souroe de poudre et un canise de fluidiatio (na représentés) qui délivrent de la poudre par un tube d'alimentatio de poudre 50 vers plusieurs tubes de décharge de poudre 53. La poudre fluidcisée s'écoule depuis les tubes 53 vers le passage annulaire 44 à travers un certain nombre, typiquement 2 ou 4, d'orifioes d'injection séparés 54, disposés symétriquement au niveau de la tête du passage annulaire 44, en amont du point de The divided firneent filler material, of Prefrenoe in the form of a podre urea, is introduced into the apparatus 10 through the annular passage 44 in its upper or divergent extremity. An ali / mntati o of the powder comprises a powder source and a fluidization pipe (na shown) which deliver powder through a powder feed tube 50 to several powder discharge tubes 53. The powder fluidized flows from the tubes 53 to the annular passage 44 through a number, typically 2 or 4, of separate injection orifices 54, arranged symmetrically at the head of the annular passage 44, upstream from the point of
sortie 46. La poudre introduite se répartit autour de la cirotn- outlet 46. The powder introduced is distributed around the cirotn-
férence du passage 44, s'école vers le point de sortie 46 sous 1 'action de la gravité et sous la pression de l'éculaement du gaz porteur, puis sort du passage 44 vers le point de focalisatian de ference from passage 44, flows towards the exit point 46 under the action of gravity and under the pressure of the carrier gas flow, then leaves passage 44 towards the focal point of
la poudre.the powder.
Il a été trouvé que, pour certains types de poudre et de matériaux d'apport, la distribution cirxonférentielle de la poudre autour du passage annulaire 44 n'est pas aussi uniforme que oe que l'on souhaiterait. Pour augmenter l'uniformité de la distribution circnférentielle, une barrière pour la poudre 56 est rajoutée sur la paroi intérieure de la surface traxnique 34 de l'enveloppe extérieure 30, en étant dirigée vers l'intérieur, Juste en dessus du point d'introduction de la poudre à travers les orifices d'injection 54. La figure 3 illustre ce mode de réalisation dans lequel les autres éléments sent disposés camme décrits pl'y d,enEt. Dans ce mode de réalisation, le matériau d'apport en poudre fluidisée est introduit par des orifices d'injection 54 dans le volume situé derrière la barrière 56. Ce volume se remplit, et la poudre se déverse par dessus la barrière 56, dans la partie inférieure du passage annulaire 44, puis vers le point de sortie 46, de la manière dcrite précdoennt.' Le taux de dêversement de la poudre est égal au taux d'coulement total de la poudre à travers le tube d'amenée de la poudre 50, lors d'un fanctiamement stabilisé. Le déversement est uniforme cirmféentiella ent, cxuiisant à un écouleent uniforme cirférentiell.ment de la poudre à travers le point de sortie 46. Un ioulemrnt de gaz axial est prévu dans la tuyère 20 au mcyen d'une nalisatia d' écoulemnt de gaz axial 60 qui cILunique avec l'intérieur de la tuyère 20, soit dirtet à travers la paroi de la tuyère 20, soit à travers la paroi du It has been found that, for certain types of powder and filler materials, the circumferential distribution of the powder around the annular passage 44 is not as uniform as would be desired. To increase the uniformity of the circumferential distribution, a barrier for the powder 56 is added on the internal wall of the traxnic surface 34 of the external envelope 30, while being directed towards the interior, just above the point of introduction. of the powder through the injection orifices 54. FIG. 3 illustrates this embodiment in which the other elements are arranged as described, pl'y d, enEt. In this embodiment, the fluidized powder filler material is introduced through injection orifices 54 into the volume located behind the barrier 56. This volume fills, and the powder pours over the barrier 56, into the lower part of the annular passage 44, then towards the exit point 46, in the manner described above. ' The rate of discharge of the powder is equal to the rate of total flow of the powder through the powder supply tube 50, during a stabilized fanctiamement. The spill is uniform cirmféentiella ent, cxuiisant a uniform flow circferentiell.ment of powder through the outlet point 46. A ioulemrnt of axial gas is provided in the nozzle 20 at the middle of a nalisatia of axial gas flow 60 which is connected with the interior of the nozzle 20, either dirt and through the wall of the nozzle 20, or through the wall of the
système optique 14, cmme c'est le cas dans le mode de réalisa- optical system 14, as is the case in the embodiment
tion illustré en figure 1. Du gaz axial s'_ {cule depuis la cana- tion illustrated in figure 1. Axial gas flows from the cana-
lisation 60 à travers l'intérieur du système optique 14 et de la tuyère 20, vers le substrat 16. L'éolement de gaz axial protège le systèe optique et la tuyère de dommage provenant d'un retour de gouttelettes de soudure, de fumre et de chaleur, refroidit la tuyère et aide également à diriger le matériau d'apport vers le Lization 60 through the interior of the optical system 14 and of the nozzle 20, towards the substrate 16. The axial gas flow protects the optical system and the nozzle from damage originating from a return of droplets of solder, of smoke and heat, cools the nozzle and also helps direct filler material to the
substrat.substrate.
Dans une autre approche, la surface du substrat 16 est In another approach, the surface of the substrate 16 is
protégée au cours du soudage par un gaz protecteur qui l'enve- protected during welding by a protective gas which envelops it
loppe et empêche l 'oxydation. Le gaz protecteur est typiquement un gaz inerte tel que de 1 'argon et est fourni par différentes sources. Le gaz axial et le gaz de fluidisation fournissent une coats and prevents oxidation. The protective gas is typically an inert gas such as argon and is supplied by different sources. The axial gas and the fluidizing gas provide a
partie du gaz de protection, puisqu'ils scnt constitués générale- part of the shielding gas, since they are generally made up of
ment de gaz en partie ou entièrement inerte. Un écolement de gaz externe tout autour de la tuyère 20 peut être fourni par un tube externe (non représenté). Un écoulement de gaz de protection peut être fourni à travers l'appareil 10 lui-mnme. Came illustré en figure 3, un ou plusieurs tubes de gaz protecteur 70 peut être fixé sur la surface extérieure de l'enveloppe extérieure 30, partly or entirely inert gas. An external gas flow all around the nozzle 20 can be provided by an external tube (not shown). A shielding gas flow can be provided through the apparatus 10 itself. Cam illustrated in FIG. 3, one or more protective gas tubes 70 can be fixed on the outer surface of the outer casing 30,
l'écoulement du gaz protecteur étant dirigé vers la zone de sou- the flow of the protective gas being directed towards the support zone
dage 62 ainsi que dans scn voisinage. Les écoulements de gaz inerte visent à empcher l'oxydation ou d'autres défauts dus à l 'envir3rrent du métal dans la zcoe de soudage et du 'crdon age 62 as well as in neighboring scn. The inert gas flows are intended to prevent oxidation or other defects due to the environment of the metal in the weld zone and the crdon
lorsqu'il est chaud.when it is hot.
Le faisceau laser 13 est focalisé par le système optique 14 en un point de focalisation 15 sur l'axe du faisceau 18. Le point de focalisation 15 peut être situé au dessus, en dessous ou au niveau de la surfae du substrat 16. Les positicns de la tuyère 20 par rapport au substrat 16 et les positio:s du point de focalisation du faisceau 13 par rappar à la tuyère 20 scnt ajustées de façon que la puissance volunique du faisoeau laser A proximité du point de fcliat-ion 15 soit suffisante pour fodre la région du substrat sitube des=ius la tuyère 20, en formant une zone fondue ou de soudure 62. le matériau d'apport, qui peut être fcdu ou partiellement fornu avant qu'il n'atteigne la zo de soudage 62, est dirigé dans oette zore 62 et se mélange au matériau de oette zone. Caome le substrat 16 est déplacé par rapport à l'appareil 10 selon la direction irndiquée par la flèche 64, la zcne de soudure 62 se déplace sur la surface du substrat 16, en formant le oerdon 22 qui s'étend et qui suit The laser beam 13 is focused by the optical system 14 at a focus point 15 on the axis of the beam 18. The focus point 15 can be located above, below or at the surface of the substrate 16. The positicns of the nozzle 20 with respect to the substrate 16 and the positions of the focal point of the beam 13 by comparison with the nozzle 20 scnt adjusted so that the volumic power of the laser beam Near the focal point 15 is sufficient to shape the region of the sitube substrate = = ius the nozzle 20, forming a molten or welded area 62. the filler material, which can be fcdu or partially formed before it reaches the welding zo 62, is directed into this zore 62 and mixes with this zone material. As the substrate 16 is moved relative to the apparatus 10 in the direction indicated by the arrow 64, the welding zone 62 moves on the surface of the substrate 16, forming the oerdon 22 which extends and which follows
le trajet de l'appareil 10.the path of the device 10.
La puissance volunique du faisoeau 13 est la plus grarnie au niveau du point de focalisation 15. Si la densité d'énergie est suffisamment grande A oet endroit ou à tout autre erdroit, l'interaction entre le gaz axial, le gaz porteur, la poudre et l'éoergie du faisoeau laser provoque la formation d'un plasna. Le plasma est un milieu fortement ionisé cxxprenant des ions et des électrons qui atteignent une température extrément The beam power of the beam 13 is most varied at the level of the focus point 15. If the energy density is sufficiently high At this place or any other place, the interaction between the axial gas, the carrier gas, the powder and the energy of the laser beam causes the formation of a plasna. Plasma is a highly ionized medium containing ions and electrons which reach an extremely high temperature
haute dans un volune limité. Dans ce volune, la partie du maté- high in a limited volume. In this volune, the part of the material
riau d'apport est normalement fcndue. L'énergie du faisoeau laser enlève des électrons des atomes de gaz constituant le plasma et des atomes vaporisés du matériau d'apport. Le plasma, une fois The feed line is normally provided. The energy of the laser beam removes electrons from the gas atoms making up the plasma and vaporized atoms from the filler material. Plasma, once
initié ou "allumé", continue de s'entretenir lui-mnme si l'écou- initiated or "switched on", continues to maintain itself if the listening
lement de gaz et du matériau d'apport, ainsi que le faisceau laser, sont maintenus. L' appareil 10 peut être utilisé soit avec The gas and the filler material, as well as the laser beam, are maintained. The apparatus 10 can be used either with
soit sans la formation d'un plasna.either without the formation of a plasna.
De préférence, le matériau d'apport finement divisé forme un cône inversé quand il sort de la tuyère 20. Ce cfoe de matériau d'apport présente un point de fooelisation qui peut être ajusté, c'est-A-dire que le point de focalisation du matériau d'apport peut être rapprtché ou éloigné de la tuyère 20. Un tel réglage du point de focalisation du matériau d'apport est obtenu en tournant l'e,,nlc.pe intérieure 40 par rapcprt e 1'evl e extérieure 30. Un telle rotation qoe le déplacement axial de 1' enveloppe extérieure 30 et soit augte soit dimne la taille du passage annulaire 44, en particulier au niveau de sn extrénité inférieure. Quard le passage 44 est réglé avec ure- taille plus petite, le aoMe de matériau d'apport et son point de fonalisation smut changés également. Le point de focalisation du matériau d'apport et le point de focalisation du faisceau laser Preferably, the finely divided filler material forms an inverted cone when it leaves the nozzle 20. This filler material has a fooelization point which can be adjusted, i.e. the point of focusing of the filler material can be brought closer or further away from the nozzle 20. Such an adjustment of the focal point of the filler material is obtained by turning the inner th 40, relative to the outer th 30. Such a rotation qoe the axial displacement of one outer casing 30 and either increases or decreases the size of the annular passage 44, in particular at the level of the lower extremity. When the passage 44 is adjusted with a smaller size, the aoMe of filler material and its point of functionning also changed. The focal point of the filler material and the focal point of the laser beam
peuvent s'ajuster de façon & coincider, afin de fcadre le maté- can be adjusted so as to coincide, in order to frame the material
riau d'apport.feed line.
Au moins une partie du matériau d'apport firnemnt divisé est géréralement fordue en partie ou en totalité par le faisceau laser, et d'autres parties peuvent rester rnon fcxnues de At least part of the divided firnemnt filler material is generally partly or wholly formed by the laser beam, and other parts may remain free of
façon intentionrelle ou non intentionnelle. Dans oertairnes utili- intentional or unintentional. In oertairnes useful
sations, telles que l'application de revêtements résistants à l'usure, il peut être souhaitable qu'une partie du matériau d'apport reste non fcndue. Par exemple, le matériau d'apport peut inclure une poudre de céramique finement divisée qui, lorsqu'elle est déposée en particules sur la surfaca du substrat, augmente la sations, such as the application of wear-resistant coatings, it may be desirable for some of the filler material to remain unfinished. For example, the filler material may include a finely divided ceramic powder which, when deposited in particles on the surface of the substrate, increases the
résistance à l'usure du substrat.wear resistance of the substrate.
TLes détails de structure et de fcr=tionement qui vont The structural and functional details that go
suivre, cocexrnant un mode de réalisaticon de la présente inven- follow, cocexrnant a mode of realization of the present invention
ticn scnt obtenus au moyen d'informations complémentaires et ne constituent pas une limitation. Le diamntre extérieur maximum de l'enveloppe extérieure est d'environ 63 mm, et le diamètre d'une ouverture d'éjection 24 est d'environ 3,2 mmn. La tuyère est utilisée avec des enveloppes 30 et 40 réglées de façon à oe que la largeur du passage annulaire 44, au point de sortie 46, soit d'envircn 1,5 mm. Le débhit du gaz axial est compris entre 0,056 ticn scnt obtained with additional information and does not constitute a limitation. The maximum external diameter of the external envelope is approximately 63 mm, and the diameter of an ejection opening 24 is approximately 3.2 mmn. The nozzle is used with casings 30 and 40 adjusted so that the width of the annular passage 44, at the outlet point 46, is about 1.5 mm. The axial gas flow rate is between 0.056
et 0,42 me par heure. Dans des conditions de fncrticonement typi- and 0.42 me per hour. Under typically fncrticon conditions
ques, le débit de poudre est d'environ 7 granmmes par minute. Le ques, the powder flow is about 7 granmmes per minute. The
point de focalisation de la poudre 48 est réglé de façon à cAin- focal point of the powder 48 is adjusted so as to cAin-
cider avec le substrat au niveau du cordon de souduxre 62. La lcargueur de la tuyère est d'environ 102 mm, mais cette dimension n'est pas critique. Le laser est un laser à dioxyde de oerbone foncxtionant à une plissance cmprise entre 100 et 5000 watts cider with the substrate at the weld bead 62. The width of the nozzle is approximately 102 mm, but this dimension is not critical. The laser is an oerbone dioxide laser operating at a power between 100 and 5000 watts
fcrctionnant en inpulsion ou en crntinu. fcrctionnant in inpulsion or in crntinu.
Soit le substrat, soit la tuyère, soit les deux, scnt Either the substrate, the nozzle, or both, scnt
déplacés de sorte qu'il y ait un nmouvment relatif entre le subs- moved so that there is a relative movement between the sub-
trat et la tuyère. De préférer, la tuyère est fixe et le subs- trat and the nozzle. Preferably, the nozzle is fixed and the sub-
tat est déplacé autoatiqu t par uz table l/Loà rr- tat is moved automatically by uz table l / Loà rr-
ayant des axes de iveent X et Y, les mmvements, par exemple la vitesse ou la direction de déplacement, étant comeandés par un having axes of iveent X and Y, the measurements, for example the speed or the direction of movement, being controlled by a
ordinateur progrm m. Un èrtain nombre de gaz différents et de nélanges de gaz ont été utiliséscomputer progrm m. A number of different gases and gas mixtures have been used
pour l'éculxement de gaz axial, entre autres l'argon, l'azote, l'hél/um, l'hydrogêre et des mélanges de oes gaz. De l'argon a été utilisé pour le gaz transporteur de for axial gas flow, among others argon, nitrogen, hel / um, hydrogen and mixtures of these gases. Argon was used for the carrier gas
poudre. Des matériaux d'apport variés, nmétalliques et rno métal- powder. Varied filler materials, metallic and rno metal-
ligques, ont été dépsés, parmni ceux-ci, des céramiques. De tels matériaux qui peuvent être déposés dans la structure soudée ligques, were deps, among these, ceramics. Such materials which can be deposited in the welded structure
cxvprenrent des alliages de titane, tels que Ti-6At-4V, du tungs- These include titanium alloys, such as Ti-6At-4V, tungs-
tne, des alliages de cobalt, des alliages de nickel tel que le tne, cobalt alloys, nickel alloys such as
IN 718, ainsi que des céramiques.IN 718, as well as ceramics.
La présente invention fournit un outil à usage multiple destiné à déposer des matériaux sur des substrats. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation donns à titre d'exemple, oCette invention n'est pas limitée à oes exemples et peut s'étendrre à toutes modifications à The present invention provides a multi-purpose tool for depositing materials on substrates. Although the present invention has been described in relation to embodiments given by way of example, this invention is not limited to these examples and may extend to any modifications to it.
la portée de l'hnmme de l'art.the scope of the art hymn.
RE VENDICATIO NSRE VENDICATIO NS
1. Aareil de scuaglase, cractériséi en oe qu'il une tuyère ayant une enveloppe extérieure trcrx niqoe (30) et une enveloppe intérieure troncniique (42) dont le cane est de plus petite taille que celui de l'enveloppe extérieure et 1. A scuaglase apparatus, characterized in that it has a nozzle having an outer casing trcrx niqoe (30) and an inner frustoconical casing (42) whose cane is smaller than that of the outer casing and
emiboité dans oelle-ci, les axes (32) de tronc de cme des enve- embedded in it, the axes (32) of the trunk of cme des env-
loppes intérieure et extérieure (30, 42) étant confondus, l'enve- interior and exterior loppers (30, 42) being combined, the envelope
loppe intérieure (42) étant réglable axialement par rapport à inner lamp (42) being axially adjustable relative to
1 'enveloppe extérieure (30), 'enveloppe extérieure et l'enve- 1 'outer casing (30),' outer casing and the casing
loppe intérieure définissant, entre celles-ci, un passage annulaire onvergent (44); un laser (12); un systère optique (14) agencé pour diriger le faiseau inner lope defining, between them, an onvergent annular passage (44); a laser (12); an optical system (14) arranged to direct the beam
laser le long de 1 'axe du tr. de câne (32) des enveloppes exté- laser along the axis of the tr. rope (32) of the outer envelopes
rieure et intérieure vers un point de focalisation (15) situé à l'extérieur de la tuyère (10); un systèe d'amerne de gaz (60) oeTruniquant avec l'intérieur de l'enveloppe intérieure (42), créant un éxculerent lower and inner towards a focal point (15) located outside of the nozzle (10); a gas amerne system (60) communicating with the interior of the interior envelope (42), creating an exhaust
de gaz depais l'enveloppe intérieure vers le point de focali- gas inside the envelope towards the focal point
saticn (15) du laser; et un système d'alimentation (50, 52) almuniquant avec le passage annulaire (44) situé entre l'enveloppe intérieure (42) et 1'enveloppe extérieure (30) et adapté pour introduire dans celui-ci un éclement de matériau d'apport firnement divisé saticn (15) of the laser; and a supply system (50, 52) immunizing with the annular passage (44) located between the inner casing (42) and the outer casing (30) and adapted to introduce into it a burst of material of split split contribution
nmlangé avec un gaz porteur.mixed with a carrier gas.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisoeau laser (13) passe le long de l'axe oentral (32) de 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the laser beam (13) passes along the central axis (32) of
1' 'envelpe intérieure.1 '' inner envelope.
3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce 3. Apparatus according to claim 1, characterized in that
que le laser est un laser à dioxyde de carboe. that the laser is a carbon dioxide laser.
26 4806826 48068
4. Appareil selon la reverdicatio 1, caractérisé en e que le Systèye optique (14) comprend un miroir (17) destiné à 4. Apparatus according to reverdicatio 1, characterized in that the optical system (14) comprises a mirror (17) intended to
focaliser le faiseau laser.focus the laser beam.
5. Appareil selon la reverdication 1, caractérisé en ce qu'il cu orte en outre ure barrière pour la pEcdre (56) 5. Apparatus according to reverdication 1, characterized in that it cu orte further ure barrier for pEcdre (56)
dispoe à l'intérieur du passage arlaire (44). available inside the arlar passage (44).
6. Procédé de dépt d'une cce d'un matériau d'apport sur un subtrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: fournir un laser (12) et un systèm optique (14) qui 6. A method for depositing a filler material on a substrate, characterized in that it comprises the following steps: supplying a laser (12) and an optical system (14) which
focalisent le faisceau laser en un point de focltsation suf- focus the laser beam at a sufficient focal point
fisamnent proche de la surface du substrat pour qu'une zone du substrat soit fondue pour former une zone de soudage; et ajouter un matériau d'apport finement divisé à la zone fisamnent close to the surface of the substrate so that an area of the substrate is melted to form a welding area; and add finely divided filler material to the area
de soudage, le matériau d'apport étant ajouté unifon&ment autour - welding, the filler material being added uniformly around -
de la circnférence de la zone de soudage; the circumference of the welding area;
dans lequel l'étape d'adjanction est obtenue en four- in which the adjunction step is obtained by providing
nissant une tuyère de soudage laser oomprenant une enveloppe extérieure (30) et une enveloppe intérieure (42) qui defin issent un passage annulaire convergent et réglable entre oelles-ci, le matériau d'apport étant amené dans la tuyère au niveau de forming a laser welding nozzle comprising an outer casing (30) and an inner casing (42) which define a convergent and adjustable annular passage between them, the filler material being brought into the nozzle at
l 'extrité divergente du passage et étant entrainé vers 1 'extré- the divergent end of the passage and being drawn towards the end
mité convergente du passage.converging half of the passage.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau d'apport finement divisé est mélangé à un gaz 7. Method according to claim 6, characterized in that the finely divided filler material is mixed with a gas
fluidisant avant d'être admis dans la tuyère. fluidizing before being admitted into the nozzle.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un écculement de gaz axial est dirigé à travers l'intérieur de 8. Method according to claim 6, characterized in that an axial gas flow is directed through the interior of
1 'enveloppe intérieure (42) vers le substrat. 1 inner envelope (42) towards the substrate.
9. Procdé selon la revendication 8, caractérisé en oe que le gaz axial est sélectionné dans le groupe de gaz constitué de l'argcon, l'azote, l'hélium, l'hydrogène et des mélanges de oes gaz. 10. Proé selon la reveication 6, caractérisé en e que le matériau d'apport est sélectionné dans le groupe cxnstitué d'un aliage de titane, un alliage de nickel, un alliage de 9. Method according to claim 8, characterized in that the axial gas is selected from the group of gases consisting of argcon, nitrogen, helium, hydrogen and mixtures of these gases. 10. Proé according to reveication 6, characterized in that the filler material is selected from the group consisting of a titanium alloy, a nickel alloy, an alloy of
cabt et un alliage de fer.cabt and an iron alloy.
11. Pro selon la revendicaticn 6, caractérisé en oe 11. Pro according to claim 6, characterized in oe
que le point de focalIsation du laser est situé dans le substrat. that the laser focal point is located in the substrate.
12. Procd selon la revendication 6, caractérisé en ce que le point de fcaliticm du laser est situé au-dessus du substrat. 12. Procd according to claim 6, characterized in that the laser fcaliticm point is located above the substrate.
13. Montage de tuyère de pulvérisation à laser, carac- 13. Installation of laser spray nozzle, characteristic
térisé en oe qu'il comprend: un coips de tuyère (40) muni d'une prenière et d'une se-_-ie extréité espacées l'une de l'autre et d'un passage de faisceau s'éterdant entre celles-ci pour permattre au faisoeau laser d'entrer dans le passage par la premiére extrémité et sortir par la secode extréité; une enveloppe (30) entourant la se_nde extrémité et espacée de celle-ci, formant un passage annulaire (44) avec elles et' oeTportant une ouverture (46) coaxiale avec le passage de faisceau pour permettre au faiseau laser de passer à travers elles; et un moyen destinr à être associé au passage (44) pour terized in that it comprises: a nozzle coips (40) provided with a trap and an end-spaced apart from each other and with a beam passage extending between those -this to allow the laser beam to enter the passage through the first end and exit through the end secode; an envelope (30) surrounding the spaced end and spaced therefrom, forming an annular passage (44) therewith and carrying an opening (46) coaxial with the beam passage to allow the laser beam to pass therethrough; and means intended to be associated with the passage (44) for
alimenter en poudre celui-ci de sorte que la poudre et le fais- feed powder into it so that the powder and make it
ceau convergent en un endroit cuLnun. this converge in a common place.
14. Assemblage selcu la revendicaticn 13, caractérisé en ce que le moyen est associé au passage (44) pour distribuer 14. Assembly according to the claim 13, characterized in that the means is associated with the passage (44) for distributing
uniformêment la poudre dans le passage. evenly the powder in the passage.
15. Assemblage selon la revendication 13, caractérisé en oe que la sxe extrémité est de forme trcx:urque (42) et 1 'enveloppe (30) présente une partie inférieure allant en se rétrécissant vers l'ouverture et présentant une forme en relation avec la sec-n-e extrémité (42) pour carstituer avec oelle-ci un 15. An assembly according to claim 13, characterized in that the end sx is of trcx shape: urch (42) and the envelope (30) has a lower part which tapers towards the opening and has a shape in relation to the dry end (42) to fit therewith a
espace de dimension uniforme.uniform size space.
16. Assemblage selon la revendication 15, caractérisé en oe qu'un mKyen est associé forctionnellement au Corlps pour permettre le déplacement du oerps et positionne de la sorte la 16. Assembly according to claim 15, characterized in that a mKyen is associated functionally with the Corlps to allow the movement of the oerps and thus positions the
secde extrémité par rapport à la partie inférieure. dry end with respect to the lower part.
17. Assemblage selon la revedication 13, caractérisé en oe que le premier moyen est associé fcrcticnnellement à 17. Assembly according to claim 13, characterized in that the first means is associated fcrcticnnellement with
l' envelpe (30) pour refromidir oette envelcwppe. the envelope (30) to cool down this envelcwppe.
18. Assemnblage selon la reverdication 17, cr érisé en oe qu'un second moyen (60) est associé fcntionnelleent à la 18. Compensation according to claim 17, created in that a second means (60) is associated with the
première extrémité pour refroidir cette premire extrénité. first end to cool this first end.
19. Assemblage seloe la reverdication 13, cratérisé 19. Assembly seloe reverdication 13, cratered
en oe qu'un moyen (14) est associé au cxrps de tuyère pour foca- in that a means (14) is associated with the nozzle cxrps for foca-
liser le faisceau.read the beam.
20. Assemblage selon la revendication 19, caractérisé 20. An assembly according to claim 19, characterized
en oe que le faisceau laser constitue un moyen couplé au corps. in that the laser beam constitutes a means coupled to the body.
21. Tuyère pour un système de plaquage par laser carac- 21. Nozzle for a typical laser plating system
térisée en ce qu'elle cmprend: un moyen générant un faisceau laser (12); terized in that it includes: means generating a laser beam (12);
une enveloppe (30) ouverte de forne générale cylin- an open casing (30) of general cylindrical form
drique ayant une première extrmité associée fcncticnnellement au moyen générant un faisceau laser pour recevoir un faisceau laser et rune seconde extrémité pouvant être disposée de façgn adjacente à une pièce de travail de façon que le faisceau laser excitant la seconde extrémité soit dirigé sur la pièce de travail; un évidement dans la seconde extrémité coaxial à l'ouverture formant une chambre de distribution de poudre, oette chambre ayant unr sortie coxiale à oette ouverture; un corps de tuyère (40) ouvert disposé de façon coxiale dans l'enveloppe et incluant un passage recevant le faisceau, à travers lequel le faisoceau passe; et un moyen de distribution de poudre (53, 54) positionné à l'intérieur de la chambre pour distribuer de la poudre dans drique having a first end associated with the laser beam generating means for receiving a laser beam and a second end which can be arranged adjacent to a work piece so that the laser beam exciting the second end is directed onto the work piece ; a recess in the second end coaxial with the opening forming a powder distribution chamber, this chamber having a coxial outlet with this opening; an open nozzle body (40) arranged coxially in the casing and including a passage receiving the beam, through which the beam passes; and powder dispensing means (53, 54) positioned inside the chamber for dispensing powder into
oelle-ci de façon que le faisceau et la poudre sortent de l'enve- so that the beam and the powder come out of the envelope
lcpe et convergent en un endroit cmmn. lcpe and converge in a cmmn place.
22. Tuyre selon la reverdicatian 21, caractrise en 22. Pipe according to reverdicatian 21, characterized
ce que le corps (40) présente une partie trcxonique (42) adja- that the body (40) has a trcxonic part (42) already
cante à ladite sortie; la secnde extrémité se rétrcit vers ladite sortie pour former un espace avec ladite partie tronconique; et un moyen de refridisst assocé foctiroellent à cante at said exit; the second end tapers towards said outlet to form a space with said frustoconical part; and a means of refridisst associated foctiroellent to
la se oe etréité.se oe etréité.
23. Tuyère selon la reveditic 21, risé en oe que des moyens soent assciés avec le corps (40) pour dpl le crps le loEg de son ame afin de régler l' crtement et contrôler de la.scrte l'olunlent de la poudre à tavers la sortie. 24. Procédé de plaquage par laser, caratérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes fournir un assemblage de tuyère à laser présentant un passage de faisceau oentral et une chambre de dispersion de la poudre arrulaire et coaxiale; disposer une pièce de travail (16) A la sortie de l'assemblage de tuyère; diriger si/ultararent le faisceau et la pidre en un endroit commun sur la piece de travail de façon que le faisceau fcrde sur une a mince de la pièce de travail et que la poudre soit dispersé à l'intérieur de la xcouche fcndue; et avancer 1l'assemblage de tuyère par rapport à la pine 23. Nozzle according to Reveditic 21, rised in that means are asscièces with the body (40) to deplete the crps the loEg of his soul in order to adjust the crtement and control the.scrte the olunlent of the powder to at the exit. 24. A method of laser plating, characterized in that it comprises the following steps: providing a laser nozzle assembly having an oentral beam passage and a chamber for dispersing the arrular and coaxial powder; placing a work piece (16) at the outlet of the nozzle assembly; if necessary, direct the beam and the pider in a common place on the work piece so that the beam fcrde on a thin edge of the work piece and that the powder is dispersed inside the fcndue layer; and advance the nozzle assembly with respect to the pin
de travail (16).working (16).
25. Assemblage selo la reverdicaticn 15, caractérisé en oe qu'un moyen est associé fncticniellement au corps de tuyère pour déplaer le corps le lncrg de son axe afin de régler 1'écartelent entre la partie trcrrmique et la partie irlinére et de régler de la sorte l'écul ement de la pdre à trvers la sortie. 25. Assembly selo la reverdicaticn 15, characterized in that a means is associated fncticniellement to the nozzle body to move the body the lncrg of its axis in order to adjust the gap between the trcrrmique part and the line part and to regulate the the flow of powder through the outlet.
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