FR2812227A1 - Laser welding of a pipeline, uses multiple laser beams delivered through optic fibers to focussing head, supplied by generator and source unit running alongside pipe - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé de soudage au laser de tubes, ainsi queThe invention relates to a method of laser welding tubes, as well as
l'installation de mise en oeuvre du procédé. the installation for implementing the process.
Plus particulièrement, I'invention concerne un procédé de soudage de tubes pour la réalisation d'une canalisation du type pipeline au moyen d'un ou More particularly, the invention relates to a method of welding tubes for producing a pipeline of the pipeline type by means of one or
plusieurs faisceaux lasers transmis par fibre optique. several laser beams transmitted by optical fiber.
On connaît déjà des procédés de soudage de pipeline au moyen de lasers. Processes for welding pipelines using lasers are already known.
o10 La demande de brevet EP 706 849 décrit notamment un procédé de soudage externe de pipeline par laser. La source laser est montée sur un chariot qui est lui-même monté sur un rail qui entoure le pipeline. Toutefois, le chariot ne peut supporter des charges élevées de sorte qu'il est incompatible avec des sources laser de forte puissance. Or les déposants ont constaté que le soudage laser de o10 Patent application EP 706 849 describes in particular an external welding process of pipeline by laser. The laser source is mounted on a carriage which is itself mounted on a rail which surrounds the pipeline. However, the carriage cannot support high loads so that it is incompatible with high power laser sources. The applicants have observed that the laser welding of
pipeline nécessitait l'utilisation de puissances laser élevées. pipeline required the use of high laser powers.
Les brevets US 4 429 211 et US 4 533 814 décrivent des procédés de soudage par laser dans lesquels seul le dispositif de focalisation du faisceau laser est placé sur un chariot monté en rotation autour du pipeline. La source laser est éloignée du chariot et est guidée vers le dispositif de focalisation par plusieurs miroirs. US Patents 4,429,211 and US 4,533,814 describe laser welding methods in which only the laser beam focusing device is placed on a carriage rotatably mounted around the pipeline. The laser source is moved away from the carriage and is guided towards the focusing device by several mirrors.
Ces procédés nécessitent cependant un réglage précis et minutieux des miroirs. These methods however require precise and meticulous adjustment of the mirrors.
De plus, afin d'assurer une bonne transmission du faisceau laser, les miroirs doivent être protégés de l'environnement extérieur ainsi que des chocs. Il sont In addition, in order to ensure good transmission of the laser beam, the mirrors must be protected from the external environment as well as from impact. They have
par ailleurs sensibles aux conditions climatiques. otherwise sensitive to climatic conditions.
L'invention vise à proposer un procédé de soudage par laser ne présentant pas les inconvénients des procédés existants, et permettant de réaliser la soudure de tronçons de pipeline par laser dans des conditions optimales tant sur le plan The invention aims to propose a laser welding process which does not have the drawbacks of existing processes, and which makes it possible to weld pipeline sections by laser under optimal conditions both in terms of
de la qualité que sur le plan de la rapidité et de la mise en oeuvre. of quality only in terms of speed and implementation.
A cet effet, I'invention décrit un procédé pour souder ensemble des tronçons de tubes en acier ou alliage d'aluminium, notamment pour réaliser une canalisation du type pipeline, lesdits tubes ayant une épaisseur supérieure à 4 mm, ce To this end, the invention describes a method for welding together sections of steel or aluminum alloy tubes, in particular for producing a pipeline of the pipeline type, said tubes having a thickness greater than 4 mm, this
procédé consistant à joindre les deux extrémités desdits tronçons de tubes. process consisting in joining the two ends of said sections of tubes.
Ledit procédé est caractérisé en ce que l'on soude lesdites extrémités au moyen d'un ou plusieurs faisceaux lasers transmis par fibre(s) optique(s), la puissance du ou des faisceaux lasers étant supérieure ou égale à 3 kW, la soudure étant obtenue par déplacement orbital du ou des faisceaux lasers autour desdits tronçons de tubes, le ou lesdits faisceaux étant guidés axialement et radialement pour suivre le plan de joint formé par les deux extrémités desdits Said method is characterized in that said ends are welded by means of one or more laser beams transmitted by optical fiber (s), the power of the laser beam (s) being greater than or equal to 3 kW, the welding being obtained by orbital displacement of the laser beam (s) around said tube sections, said beam (s) being guided axially and radially to follow the joint plane formed by the two ends of said beams
tronçons de tubes.sections of tubes.
L'utilisation d'un faisceau laser de puissance supérieure à 4 kW permet de souder des épaisseurs importantes de métal, ce qui est le cas des pipelines, dans des conditions permettant une mise en oeuvre beaucoup plus rapide que The use of a laser beam with a power greater than 4 kW makes it possible to weld large thicknesses of metal, which is the case with pipelines, under conditions allowing implementation much faster than
dans le cas des procédés de soudage classiques. in the case of conventional welding processes.
L'utilisation d'une liaison par fibre optique entre la source laser et la tête d'émission permet de disposer la source laser et le générateur l'alimentant à The use of a fiber optic link between the laser source and the emission head makes it possible to arrange the laser source and the generator supplying it with
l'extérieur et à distance du pipeline. outside and away from the pipeline.
Ces dispositions rendent le procédé de soudage laser parfaitement opérationnel These provisions make the laser welding process fully operational
quelques soient la configuration du terrain et les conditions climatiques. whatever the terrain and climatic conditions.
Dans une version, on réalise un chanfrein sur les extrémités des tronçons de tubes à souder, I'on joint les deux extrémités chanfreinées de façon à créer une gorge entre ces deux extrémités, la gorge ainsi créée ayant une profondeur inférieure à l'épaisseur du tube, les extrémités des tronçons de tubes étant en contact l'une avec l'autre dans la zone comprise entre le fond de la gorge et la surface intérieure des tronçons de tubes par des surfaces planes, ladite zone étant soudée au moyen d'un ou plusieurs faisceaux lasers, en déplaçant le(s)dit(s) faisceau(x) laser(s) dans ladite gorge le long de la ligne d'intersection In one version, a chamfer is produced on the ends of the sections of tubes to be welded, the two chamfered ends are joined so as to create a groove between these two ends, the groove thus created having a depth less than the thickness of the tube, the ends of the tube sections being in contact with each other in the zone between the bottom of the groove and the interior surface of the tube sections by planar surfaces, said zone being welded by means of a or several laser beams, by moving said laser beam (s) in said groove along the line of intersection
entre le fond de la gorge et lesdites surfaces planes en contact. between the bottom of the groove and said flat surfaces in contact.
Ces dispositions permettent de souder ensemble des tronçons de pipeline dans These provisions make it possible to weld together sections of pipeline in
lesquels le métal présente une épaisseur très élevée. which the metal has a very high thickness.
Dans une variante, ladite gorge a une section sensiblement en forme de U ou analogue. Grâce à cette forme en U, les faces latérales de la gorge sont situées à une certaine distance du faisceau laser, ce qui évite toute altération de ces faces Alternatively, said groove has a substantially U-shaped section or the like. Thanks to this U-shape, the lateral faces of the groove are located at a certain distance from the laser beam, which prevents any alteration of these faces.
latérales par le faisceau.side by beam.
Le ou les faisceau(x) laser(s) ont une puissance comprise entre 4 et 12 kW. The laser beam (s) have a power of between 4 and 12 kW.
Cette puissance est suffisante pour obtenir des soudages de bonne qualité pour des épaisseurs de métal généralement rencontrées dans les pipelines. Cette This power is sufficient to obtain good quality welds for the thicknesses of metal generally encountered in pipelines. This
puissance peut être obtenue en combinant plusieurs sources laser. power can be obtained by combining several laser sources.
Dans le procédé conforme à l'invention, on fait tourner le(s) faisceau(x) laser(s) à une vitesse continue autour des deux tronçons de tubes à souder, le long de In the process according to the invention, the laser beam (s) is rotated at a continuous speed around the two sections of tubes to be welded, along
ladite ligne d'intersection.said line of intersection.
On obtient ainsi une soudure continue, répartie de façon régulière le long du A continuous weld is thus obtained, distributed evenly along the
plan de joint des deux tronçons de tubes. joint plane of the two sections of tubes.
Par ailleurs, la protection gazeuse de la soudure est avantageusement assurée Furthermore, the gaseous protection of the weld is advantageously ensured
par un flux de gaz neutre.by a neutral gas flow.
Selon un mode de réalisation de l'invention, après réalisation de la soudure par laser desdites surfaces planes en contact des deux tronçons de tubes, on termine le joint de soudage en remplissant ladite gorge en utilisant une méthode conventionnelle de soudage à l'arc avec un métal d'apport ou en utilisant According to one embodiment of the invention, after carrying out the laser welding of said flat surfaces in contact with the two sections of tubes, the welding joint is completed by filling said groove using a conventional method of arc welding with a filler metal or using
d'autres méthodes de soudage.other welding methods.
L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant un groupe générateur d'énergie électrique de puissance supérieure à 300 kW monté sur un véhicule tracté ou pouvant être placé sur le sol le long de la canalisation à réaliser, ledit véhicule ou un autre véhicule connecté audit véhicule transportant également une source de production d'un rayonnement laser transmis par fibre(s) optique(s) à une ou plusieurs têtes d'émission et de focalisation de faisceau(x) laser(s), caractérisée en ce que la ou lesdites têtes sont montées en rotation sur des moyens de guidage The invention also relates to an installation for implementing the method, comprising an electric power generator group of power greater than 300 kW mounted on a towed vehicle or which can be placed on the ground along the pipe to be produced. , said vehicle or another vehicle connected to said vehicle also transporting a source of production of laser radiation transmitted by optical fiber (s) to one or more laser beam (s) emission and focusing heads ), characterized in that the said head or heads are mounted in rotation on guide means
circonférentiels entourant les deux tronçons de tubes à souder. circumferentials surrounding the two sections of tubes to be welded.
Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de guidage circonférentiels coopèrent avec ledit plan de joint pour permettre au(x) faisceau(x) laser(s) de In one embodiment, said circumferential guide means cooperate with said joint plane to allow the laser beam (s) to
suivre très précisément ledit plan de joint. very precisely follow said parting line.
La ou lesdites têtes peuvent en outre être guidées lors de leur déplacement sur lesdits moyens de guidage circonférentiels par un organe coopérant avec l'une des faces latérales de ladite gorge pour pouvoir suivre précisément ladite ligne The said head (s) can also be guided during their movement on the said circumferential guide means by a member cooperating with one of the lateral faces of the said groove in order to be able to precisely follow the said line
d'intersection entre le fond de la gorge et lesdites surfaces planes en contact. intersection between the bottom of the groove and said flat surfaces in contact.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la Other features and advantages of the invention will become apparent in the
description ci-après.description below.
Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est un schéma représentant la source laser selon l'invention reliée par fibre(s) optique(s) au chariot, ce dernier portant la tête d'émission et de focalisation, le pipeline étant représenté en coupe transversale; - la figure 2 représente schématiquement deux portions des tronçons de tubes à souder en coupe longitudinale suivant une première variante de l'invention; - la figure 3 représente schématiquement deux portions des tronçons de tubes à souder en coupe longitudinale suivant une deuxième variante de I'invention; - les figures 4a et 4b représentent schématiquement le chemin du faisceau laser depuis la source jusqu'à sa focalisation pour le soudage en utilisant deux fibres optiques (figure 4a) ou une seule (figure 4b); - la figure 5 représente schématiquement l'extrémité de la tête d'émission et de focalisation; - les figures 6a à 6c représentent les points d'impacts de deux faisceaux lasers par rapport au plan de joint; - la figure 7 représente les moyens de guidage suivant un premier mode de In the accompanying drawings given by way of nonlimiting examples: - Figure 1 is a diagram representing the laser source according to the invention connected by optical fiber (s) to the carriage, the latter carrying the emission head and focusing, the pipeline being shown in cross section; - Figure 2 schematically shows two portions of the sections of tubes to be welded in longitudinal section according to a first variant of the invention; - Figure 3 shows schematically two portions of the sections of tubes to be welded in longitudinal section according to a second variant of the invention; - Figures 4a and 4b schematically represent the path of the laser beam from the source to its focus for welding using two optical fibers (Figure 4a) or only one (Figure 4b); - Figure 5 shows schematically the end of the emission and focusing head; - Figures 6a to 6c show the impact points of two laser beams relative to the joint plane; - Figure 7 shows the guide means according to a first mode of
réalisation de l'invention.realization of the invention.
L'installation 1 est destinée à mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention afin The installation 1 is intended to implement the method according to the invention in order to
de réaliser une canalisation 2 de type pipeline par soudage laser de deux tronçons 2a, 2b de tubes. to produce a pipeline 2 of the pipeline type by laser welding of two sections 2a, 2b of tubes.
Les tronçons 2a, 2b de tubes sont en acier ou alliage d'aluminium et présentent The sections 2a, 2b of tubes are made of steel or aluminum alloy and have
une épaisseur supérieure à 4 mm.a thickness greater than 4 mm.
L'installation I comprend: - un groupe générateur d'énergie électrique 3 de puissance supérieure à 300 kW monté sur un véhicule 4; - une source 5 de production d'un rayonnement laser 6 montée sur le véhicule 4 ou sur un autre véhicule similaire (non représenté) connecté ou non au véhicule 4; une ou plusieurs fibres optiques 7; - des moyens de guidage 8 circonférentiels entourant les deux tronçons 2a, 2b de tubes à souder; une ou plusieurs têtes 9 d'émission et de focalisation de faisceau(x) laser(s) Installation I comprises: - an electrical energy generator group 3 of power greater than 300 kW mounted on a vehicle 4; a source 5 for producing laser radiation 6 mounted on the vehicle 4 or on another similar vehicle (not shown) connected or not to the vehicle 4; one or more optical fibers 7; - circumferential guide means 8 surrounding the two sections 2a, 2b of tubes to be welded; one or more heads 9 for emitting and focusing laser beam (s)
montées sur les moyens de guidage 8. mounted on the guide means 8.
Le véhicule 4 peut être tracté ou peut être placé sur le sol le long de la Vehicle 4 can be towed or can be placed on the ground along the
canalisation à réaliser. Il peut également s'agir d'un véhicule à moteur. pipeline to be made. It can also be a motor vehicle.
Le générateur de puissance et la source laser peuvent ainsi être facilement déplacés le long de la canalisation 2. En particulier, des sources lasers de taille The power generator and the laser source can thus be easily moved along the line 2. In particular, large laser sources
importante et de forte puissance peuvent être utilisées et déplacées. large and high power can be used and moved.
Selon les puissances lasers requises une ou plusieurs sources lasers 5 peuvent Depending on the laser powers required one or more laser sources 5 can
être utilisées, de même qu'un ou plusieurs générateurs 3. be used, as well as one or more generators 3.
Le rayonnement laser 6 est transmis à la ou aux têtes 9 d'émission au moyen de fibre(s) optique(s) 7. La longueur de fibre(s) optique(s) 7 est suffisante pour relier la source laser 5 placée sur le véhicule 4 aux tronçons de tubes 2a et 2b à souder, et pour permettre à la ou aux têtes 9 d'émission de suivre le pourtour complet de ces The laser radiation 6 is transmitted to the emission head (s) 9 by means of optical fiber (s) 7. The length of optical fiber (s) 7 is sufficient to connect the laser source 5 placed on the vehicle 4 to sections of tubes 2a and 2b to be welded, and to allow the emitting head or heads 9 to follow the complete periphery of these
tronçons.sections.
Ces fibres optiques sont protégées extérieurement par une gaine souple. Cette gaine souple rend les fibres optiques utilisables quelques soient les conditions These optical fibers are externally protected by a flexible sheath. This flexible sheath makes the optical fibers usable whatever the conditions
géographiques et climatiques du lieu de soudage. geographic and climatic conditions of the welding site.
L'utilisation de fibres optiques élimine tous les problèmes de réglage ou de protection inhérents à une transmission par miroirs et simplifie la liaison entre The use of optical fibers eliminates all the adjustment or protection problems inherent in a mirror transmission and simplifies the connection between
une source laser 5 et une tête d'émission 9. a laser source 5 and an emission head 9.
Les moyens de guidage 8 circonférentiels coopèrent avec ledit plan de joint 10 pour permettre au(x) faisceau(x) laser(s) 6 de suivre très précisément ledit plan The circumferential guide means 8 cooperate with said joint plane 10 to allow the laser beam (s) 6 to follow said plane very precisely
de joint 10.seal 10.
Le plan de joint 10 est défini comme étant la surface de contact transversale The joint plane 10 is defined as the transverse contact surface
entre les deux tronçons de tubes 2a, 2b accolés à souder. between the two sections of tubes 2a, 2b placed side by side to be welded.
Dans un mode de réalisation, les moyens de guidage 8 comprennent un rail 11 fixé sur le pourtour de l'un des deux (ou des deux) tronçons de tubes 2a, 2b sur In one embodiment, the guide means 8 comprise a rail 11 fixed on the periphery of one of the two (or two) sections of tubes 2a, 2b on
lequel sont montés un ou plusieurs chariots 12. which are mounted one or more carriages 12.
Chaque chariot 12 comporte des galets de guidage 13 placés en opposition de chaque côté du rail 11, de sorte que le chariot 12 puisse faire le tour complet Each carriage 12 has guide rollers 13 placed in opposition on each side of the rail 11, so that the carriage 12 can go around completely
des deux tronçons de tubes 2a, 2b.of the two sections of tubes 2a, 2b.
Un système de motorisation du chariot 12 permet de déplacer ce dernier sur A motorization system of the carriage 12 makes it possible to move the latter on
tout le pourtour des tronçons de tubes. all around the tube sections.
Ce système de motorisation, représenté sur la figure7, comprend par exemple un moteur 23 monté sur le chariot 12. Ce moteur 23 entraîne un pignon 24 qui coopère avec une crémaillère 25 disposée le long du rail 11. Le moteur peut This motorization system, shown in FIG. 7, comprises for example a motor 23 mounted on the carriage 12. This motor 23 drives a pinion 24 which cooperates with a rack 25 disposed along the rail 11. The motor can
être commandé à distance de façon automatique. be remotely controlled automatically.
La ou les têtes 9 d'émission et de focalisation sont montées sur le ou les The emitting and focusing heads 9 are mounted on the
chariots 12.carts 12.
Dans une variante, les moyens de guidages comprennent des moyens optiques, tels qu'une caméra (9a) permettant au(x) faisceau(x) laser(s) 6 de suivre très In a variant, the guide means comprise optical means, such as a camera (9a) enabling the laser beam (s) 6 to follow very closely.
précisément ledit plan de joint 10. precisely said joint plane 10.
Dans une autre variante, les moyens de guidages comprennent des moyens mécaniques, tels que des galets de guidages, permettant au(x) faisceau(x) laser(s) 6, guidé(s) axialement et radialement, de suivre très précisément ledit In another variant, the guide means comprise mechanical means, such as guide rollers, allowing the laser beam (s) 6, guided axially and radially, to follow said axis very precisely.
plan de joint 10.parting line 10.
D'autres types de capteurs appropriés peuvent également être utilisés pour Other types of suitable sensors can also be used to
détecter la position du plan de joint 10. detect the position of the joint plane 10.
Les deux tronçons 2a, 2b de tubes à souder sont maintenus par des supports à une distance suffisante du sol de sorte qu'un chariot 12 puisse facilement The two sections 2a, 2b of tubes to be welded are maintained by supports at a sufficient distance from the ground so that a carriage 12 can easily
effectuer le tour desdits tronçons. go around the said sections.
Dans un mode de réalisation, les extrémités des deux tronçons de tubes 2a et 2b à souder sont chanfreinées, tel que représenté sur la figure 3, de façon à In one embodiment, the ends of the two sections of tubes 2a and 2b to be welded are chamfered, as shown in FIG. 3, so that
créer une gorge 14 entre ces deux extrémités. create a groove 14 between these two ends.
Les extrémités des tronçons 2a, 2b de tubes sont alors en contact l'une avec l'autre dans la zone comprise entre le fond de la gorge et la surface intérieure The ends of the sections 2a, 2b of tubes are then in contact with each other in the zone between the bottom of the groove and the interior surface
des tronçons de tubes par des surfaces planes. sections of tubes by flat surfaces.
Le fond de la gorge 14 présente une largeur supérieure au diamètre du ou des faisceaux lasers 6 à leur impact sur la ligne d'intersection 15 entre le fond de la The bottom of the groove 14 has a width greater than the diameter of the laser beam (s) 6 at their impact on the line of intersection 15 between the bottom of the
gorge et lesdites surfaces planes en contact. groove and said flat surfaces in contact.
Ainsi, le ou les faisceaux lasers 6 ne risquent pas d'altérer les parois de la gorge 14. Cette largeur peut par exemple être supérieure de deux millimètres au diamètre Thus, the laser beam (s) 6 do not risk altering the walls of the groove 14. This width can for example be two millimeters greater than the diameter
du ou des faisceau(x) laser(s) 6 à son (leur) impact. of the laser beam (s) 6 at its impact.
Dans l'exemple représenté, la gorge 14 présente une section sensiblement en In the example shown, the groove 14 has a section substantially in
forme de U ou analogue.U shape or the like.
L'épaisseur de la zone comprise entre le fond de la gorge et la face interne des tronçons de tubes est comprise entre 2 et 12 mm. De préférence, elle est The thickness of the area between the bottom of the groove and the internal face of the tube sections is between 2 and 12 mm. Preferably, it is
comprise entre 4 et 6 mm.between 4 and 6 mm.
La ou lesdites têtes 9 d'émissions peuvent alors être guidées lors de leur déplacement sur lesdits moyens de guidage 8 circonférentiels par un organe (non représenté) coopérant avec l'une des faces latérales de ladite gorge 14 pour pouvoir suivre précisément ladite ligne d'intersection 15 entre le fond de la The said emission head (s) 9 can then be guided during their movement on said circumferential guide means 8 by a member (not shown) cooperating with one of the lateral faces of said groove 14 in order to be able to precisely follow said line of intersection 15 between the bottom of the
gorge et lesdites surfaces planes en contact. groove and said flat surfaces in contact.
Cet organe peut être par exemple un ou plusieurs galets de guidage suivant les This member may for example be one or more guide rollers according to the
faces latérales de la gorge 14.lateral faces of the groove 14.
La source laser 5 est maintenant décrite en détail. The laser source 5 is now described in detail.
Le rayonnement laser 6 (ou le ou les faisceaux lasers) est produit à partir d'un The laser radiation 6 (or the laser beam (s)) is produced from a
laser à solide 16 dont les longueurs d'onde sont transmissibles par fibre optique. solid-state laser 16 whose wavelengths are transmissible by optical fiber.
Dans un mode de réalisation, le laser à solide 16 est un laser à barreau Néodyme: YAG (Yttrium - Aluminium - Grenat) excité au moyen de lampes ou In one embodiment, the solid-state laser 16 is a neodymium: YAG (Yttrium - Aluminum - Garnet) bar laser excited by means of lamps or
de diodes.of diodes.
Sur la figure 4, le barreau 17 du laser est représenté. Il est excité par une lampe In Figure 4, the bar 17 of the laser is shown. He is excited by a lamp
18, par exemple à néon.18, for example neon.
Dans un autre mode de réalisation non représenté, le laser à solide 16 est un laser à disque Ytterbium: YAG (Yttrium - Aluminium - Grenat) excité au moyen In another embodiment not shown, the solid-state laser 16 is a Ytterbium disc laser: YAG (Yttrium - Aluminum - Garnet) excited by means
de diodes.of diodes.
A cet effet, les lasers YAG de forte puissance fabriqués et commercialisés par la To this end, the high-power YAG lasers manufactured and marketed by the
société TRUMPF peuvent parfaitement convenir. TRUMPF company may be perfectly suitable.
Le rayonnement laser 6 ainsi produit présente une puissance supérieure à 4 The laser radiation 6 thus produced has a power greater than 4
kW, elle peut par exemple être comprise entre 5 et 10 kW. kW, it can for example be between 5 and 10 kW.
Le rayonnement laser 6 émis par le barreau 17 (ou le disque) solide excité est transporté par fibre(s) optique(s) 7 jusqu'à une ou plusieurs têtes 9 d'émission et The laser radiation 6 emitted by the excited solid rod 17 (or the disc) is transported by optical fiber (s) 7 to one or more emission heads 9 and
de focalisation.of focus.
La tête 9 d'émission et de focalisation comprend une lentille de collimation 19 suivie d'une lentille de focalisation 20. Cet agencement de lentilles, connu de l'homme du métier, permet de concentrer le faisceau laser en un ou plusieurs The emission and focusing head 9 comprises a collimating lens 19 followed by a focusing lens 20. This arrangement of lenses, known to a person skilled in the art, allows the laser beam to be concentrated in one or more
points d'impact.impact points.
L'extrémité de la tête 9 d'émission et de focalisation est pourvue d'un verre de protection 22 situé juste après la lentille de focalisation 20, tel que représenté The end of the emitting and focusing head 9 is provided with a protective glass 22 located just after the focusing lens 20, as shown
sur la figure 5.in Figure 5.
Le diamètre dl focal du faisceau correspond alors au diamètre le plus étroit du The focal diameter dl of the beam then corresponds to the narrowest diameter of the
faisceau laser 6, à une distance de travail d2 du verre de protection 22. laser beam 6, at a working distance d2 from the protective glass 22.
Le diamètre dl du faisceau laser à son impact sur la zone d'intersection des The diameter dl of the laser beam at its impact on the intersection zone of
deux tronçons de tubes 2a, 2b à souder est compris entre 0,3 et 2 mm. two sections of tubes 2a, 2b to be welded is between 0.3 and 2 mm.
Sur la figure 4a, deux faisceaux lasers sont émis par deux fibres optiques 7 et focalisés par les lentilles en deux points d'impact. On définit alors comme diamètre des faisceaux lasers, la distance a (figure 4a) entre les deux points d'impact des faisceaux Deux points d'impact peuvent aussi être obtenus à partir d'une seule fibre optique 7 en insérant un coin 21 entre les deux lentilles 19 et 20, tel que In FIG. 4a, two laser beams are emitted by two optical fibers 7 and focused by the lenses at two points of impact. We then define as the diameter of the laser beams, the distance a (FIG. 4a) between the two impact points of the beams. Two impact points can also be obtained from a single optical fiber 7 by inserting a wedge 21 between the two lenses 19 and 20, such as
représenté sur la figure 4b, ce qui permet de dédoubler le faisceau laser 6. shown in FIG. 4b, which makes it possible to split the laser beam 6.
Les points d'impact au niveau du plan de joint 10 des deux faisceaux lasers 6 obtenus sont représentés sur les figures 6a à 6c. Le plan des figures est The impact points at the joint plane 10 of the two laser beams 6 obtained are shown in Figures 6a to 6c. The plan of the figures is
perpendiculaire au plan de joint 10. perpendicular to the joint plane 10.
Sur la figure 6a, les deux faisceaux lasers sont juxtaposés suivant un axe incliné In FIG. 6a, the two laser beams are juxtaposed along an inclined axis
d'un angle a audit plan de joint 10. at an angle to said joint plane 10.
Sur la figure 6b, les deux faisceaux lasers sont juxtaposés suivant un axe In FIG. 6b, the two laser beams are juxtaposed along an axis
perpendiculaire audit plan de joint 10. perpendicular to said joint plane 10.
Sur la figure 6c, les deux faisceaux lasers sont juxtaposés suivant un axe In FIG. 6c, the two laser beams are juxtaposed along an axis
confondu avec ledit plan de joint 10. confused with said joint plane 10.
Le procédé de soudage des deux tronçons de tubes 2a, 2b est maintenant The process of welding the two sections of tubes 2a, 2b is now
décrit en détail.described in detail.
Les deux extrémités des tronçons de tubes 2a et 2b sont jointes, et le rail 11 supportant le chariot 12 est fixé sur l'un des deux tronçons ou sur les deux The two ends of the sections of tubes 2a and 2b are joined, and the rail 11 supporting the carriage 12 is fixed to one or both of the sections
tronçons à la fois.sections at a time.
1'1 Le véhicule 4, supportant le générateur 3 et la source laser 5, est amené à 1'1 The vehicle 4, supporting the generator 3 and the laser source 5, is brought to
proximité des tronçons à souder.proximity of the sections to be welded.
Le chariot 12 portant une ou plusieurs têtes 9 d'émission et de focalisation est alors placé sur le rail 11. La ou les fibres optiques 7 provenant de la source The carriage 12 carrying one or more emission and focusing heads 9 is then placed on the rail 11. The optical fiber or fibers 7 coming from the source
laser 5 sont connectées à la ou aux têtes 9. laser 5 are connected to the head (s) 9.
Une fois la source laser 5 mise en marche, le moteur du chariot 12 est mis en route de sorte que le chariot se déplace à une vitesse continue autour des Once the laser source 5 is started, the motor of the carriage 12 is started so that the carriage moves at a continuous speed around the
tronçons de tubes, le long de la ligne d'intersection de ces derniers. sections of tubes, along the line of intersection of the latter.
La vitesse de déplacement du chariot 12 et donc du ou des faisceau(x) laser(s) 6 est comprise entre 0,5 et 6 m par minute. De préférence, elle est comprise The speed of movement of the carriage 12 and therefore of the laser beam (s) 6 is between 0.5 and 6 m per minute. Preferably, it is understood
entre 2 et 4 m par minute.between 2 and 4 m per minute.
Cette vitesse permet d'obtenir une soudure de bonne qualité, régulière et This speed makes it possible to obtain a good quality, regular and
assurant un gain de temps substantiel par rapport aux procédés existants. ensuring a substantial time saving compared to existing processes.
Afin de réduire le temps de soudage, on peut placer deux chariots 12 de In order to reduce the welding time, two carriages 12 can be placed
soudage sur le rail 11.welding on the rail 11.
Tout au long du soudage, la soudure est protégée de la corrosion par un flux de Throughout the weld, the weld is protected from corrosion by a flow of
gaz neutre, tel que par exemple de l'argon. neutral gas, such as for example argon.
Lorsque les extrémités des tronçons de tubes 2a, 2b sont chanfreinées, après réalisation de la soudure par laser, on termine le joint de soudage en remplissant la gorge 14 en utilisant une méthode conventionnelle de soudage à l'arc avec un métal d'apport ou en utilisant d'autres méthodes de soudage. On When the ends of the tube sections 2a, 2b are chamfered, after completion of the laser welding, the welding joint is completed by filling the groove 14 using a conventional method of arc welding with a filler metal or using other welding methods. We
peut par exemple utiliser un laser pour fondre le métal d'apport. can for example use a laser to melt the filler metal.
On obtient ainsi une surface de jonction lisse et régulière entre les deux This gives a smooth and regular junction surface between the two
tronçons de tubes.sections of tubes.
Claims (25)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0009989A FR2812227A1 (en) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | Laser welding of a pipeline, uses multiple laser beams delivered through optic fibers to focussing head, supplied by generator and source unit running alongside pipe |
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FR0009989A FR2812227A1 (en) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | Laser welding of a pipeline, uses multiple laser beams delivered through optic fibers to focussing head, supplied by generator and source unit running alongside pipe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2812227A1 true FR2812227A1 (en) | 2002-02-01 |
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ID=8853072
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