Brevet FR2172075A1 — publié le 19730928

La présente invention concerne le soudage par faisceau électronique et elle a traIt, plus particulièrement, à un procédé et à un dispositif d'étanchéité permettant à un élément de machine portant un canon électronique de coulisser par rapport à une chambre à vide qui est pourvue d'un dispositif grâce auquel le faisceau électronique engendré dans le canon peut passer du canon électronique, monté à l'ex- térieur, dans la chambre mise sous vide dans laquelle des pièces à souder sont montées. Dans le passé, des tentatives ont été faites pour utiliser des machines de cette nature, mais ltex- périence a montré que le dispositif d'étanchéité prévu entre les plaques qui coulissent l'une par rapport à l'autre n'était pas satisfaisant, car il était soumis à une usure rapide, à une résistance de frottement excessive entre les deux parties mobiles et à des fuites de gaz rendant le joint inefficace. Un exemple de ce type connu de dispositif d'étanchéité a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3. 136.883. Lorsqu'on utilise un joint d'étanchéité torique, comme décrit dans ce dernier brevet, on constate que le mouvement de la plaque, coulissante parallèlement au joint torique, produit une déformation et une ondulation du joint lorsqu'il est poussé dans la direction de déplacement de la plaque, de sorte qu'il se produit rapidement une fuite à l'extrémité avant du joint. La déformation du joint d'étanchéité crée une résistance au mouvement de la plaque et, du fait de la pression concentrée au point haut du joint, une usure non uniforme de ce joint. L'invention a pour but de réaliser un dispositif d'étanchéité qui remédie aux inconvénients des réalisations connues. Elle concerne un dispositif d'étanchéité utilisant des joints toriques et présentant une durée de service exceptionnellement longue. L'invention a également pour but de fournir un dispositif à joint glissant, de section circulaire, dans lequel la résistance exercée par frottement ne varie pas pendant toute la course du mouvement de glissement. L'invention a, en outre, pour but de réaliser un joint glissant qui soit efficace pour assurer ltétanchéité de pièces exécutant un mou- vement linéaire ou circulaire l'une par rapport à l'autre. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - La figure 1 est une vue en perspective d'une machine à souder par faisceau électronique, qui comporte un joint glissant suivant l'invention - La figure 2 est une vue, en plan, d'une plaque d'étanchéité portant un joint torique de type connu - La figure 3 est une vue, en plan, d'une plaque d'étanchéité à mouvement linéaire fabriquée suivant l'invention - La figure 4 représente une machine à souder par faisceau électronique comportant le joint d'étant chéité glissant suivant l'invention et qui utilise un mécanisme de transport de pièces permettant de grandes cadences de production - Les figures 4A et 4B montrent certains détails du mécanisme d'avance de pièces de la figure 4. La figure 1 représente une machine à souder par faisceau électronique utilisant le joint d'étanchéité glissant suivant l'invention. Le châssis rigide 1 supporte des chambres à faisceau électronique 1, 3 qui sont reliées entre elles. La plaque à joint glissant 8 couvre les deux chambres à vide et porte, dans une rainure qui a été fraisée dans sa surface supérieure, un joint flexible et continu, constitué par un joint torique classique. Le canon électronique monté dans le carter 6 est porté par la structure 7 agencée de façon à glisser dans la direction indiquée par les flèches sur la plaque d'étanchéité 8. Cette plaque 8 comporte une fente usinée sur une partie de sa longueur et à travers laquelle le faisceau électronique.engendré par le canon,peut passer pour pénétrer dans les chambres à vide afin d'arriver sur les pièces à souder. il est prévu un mécanisme d'entraînement motorisé à vis et billes 11 pour actionner le support 7 portant le canon électronique de façon à l'entraîner d'une fin de course à l'autre. Des pompes à vide 9 et 10 sont prévues pour mettre sous vide les chambres de soudage 2 et 3. Des moyens de blocage de pièces sont disposés à l'intérieur de la chambre et des mécanismes d'entraînement 4 et 5 sont prévus de façon à entraîner la pièce à l'intérieur de la chambre pendant l'opération de soudage, afin que le soudage puisse être réalisé le long d'un trajet désiré. Une source de haute tension 12 assure la founnlture du courant nécessaire pour engendrer et accélérer le faisceau électronique et un coffret de commande 13 cotent toute les commandes nécessaires pour faire fonctionner la machine. Lorsque la machine est en service, les chambres 2 et 3 sont d'abord ouvertes pour permettre le montage des pièces sur l'outillage prévu à l'intérieur des chambres. Les chambres sont ensuite fermées et mises sous vide jusque la pression requise pour le soudage (environ 100 microns), puis le canon électronilue est réglé en position au-dessus de 1 une des pièces et le soudage de la première pièce est effectué. Le support de canon et le carter glissent alors sur la plaque d'étanchéité de manière que le canon électronique soit situé dans la position correcte pour le soudage de la pièce placée dans la seconde chambre.Pendant que le soudage s'effectue dans la seconde chambre, la première chambre est ouverte et mise en communication avec l'atmosphère, la pièce soudée est enlevée et une autre pièce non soudée est placée dans l'outillage. La chambre est ensuite mise sous vide et, lorsque le soudage est terminé dans la seconde chambre, le support de canon est déplacé par glissement sur la plaque d'étanchéité 8 de manière que le canon électrcnique vienne se placer dans la position correcte au-dessus de la pièce se trouvant dans la première chambre. Un autre type de machine peut nécessiter l'exécution d'un cordon de soudure continu ayant de 750 à 1000 mm de longueur. Dans ce cas, il suffirait de prévoir une chambre à vide dans laquelle les pièces seraient placées et on ferait déplacer le coulisseau 7 portant le canon le long de la plaque d'étanchéité 8 sur la course, de 750 à 1000 mm, qui correspond au cordon de soudure nécessaire. La figure 2 montre la disposition du joint d'étanchéité qui a été utilisé dalle le passé pour ce type d'opération. La bague de joint torique 14 est montée dans une rainure orientée parallèlement au sens de déplacement sur la majeure partie de sa longueur. Lorsque le coulisseau supportant le canon se déplace dans la direction indiquée par la flèche sur la plaque d'étanchéité fixe 15, la matière du joint 14 est refoulée vers la droite . Le joint se déforme et est soumis à des ondulations en créant des ouvertures, de sorte que de l'air peut pénétrer dans la chambre à vide et augmenter la pression, ce qui empêche de continuer ltop~ration de 3soudage. La figure 3 représente la plaque d'étanchéité glissante fabriquée suivant l'invention. Un joint torique ordinaire est placé dans la rainure qui a été fraisée le long d'une ligne représentée en traits interrompus sur la figure 3. Lorsque la plaque 7 portant le canon électronique est déplacée dans la direction de la flèche, il ne se produit pas de déformation ni d'ondulation du joint, du fait que le mouvement de la plaque portante 7 est toujours orienté transversalement au joint. Le joint d'étanchéité, qui est supporté par les cotés de la rainure dans laquelle il est logé, ne peut pas se déformer dans cette direction, mais il roule seulement légèrement sur la surface latérale de la rainure en étant supporté par celle-ci. On a constaté que des plaques d'étan- chéité utilisant le profil de rainure en zig-zag indiqué sur la figure 3 fonctionnent correctement et conservent leur étanchéité tout en ayant une longue durée de service, ce qui permet de fabriquer des machines à souder par faisceau électronique fonctionnant d'une manière sûre et satisfaisante et sans entretien important pendant de longues périodes de temps, de sorte que le procédé de soudage par faisceau électronique peut être appliqué à des domaines industriels nécessitant de grandes cadences de production. La figure 4 représente une machine à souder par faisceau électronique utilisable pour de grandes cadences de production, de façon à permettre la fabrication continue de pièces à grande vitesse. La machine comporte une table circulaire 16 qui est pourvue d'un certain nombre de poches obturables 17 réparties à des distances égales l'une de l'autre le long d'un cercle proche du bord de la table, ainsi qu'une plaque d'étanchéité contre laquelle la table glisse, de façon à amener par intermittence des groupes différents de poches dans des positions prédéterminées en-dessous de la plaque d'étanchéité.Des pièces à souder par faisceau électronique peuvent être placées sur un montage approprié, à l'intérieur de la poche 17, dans la position A de la table 16, cette table étant entraînée en rotation par un mécanisme d'indexage automatique 18 qui positionne la table, par intermittence, de la position de chargement jusque dans un premier poste de pré-pompage, puis dans un second poste de pompage où la poche est amenée au vide approprié pour le soudage, l'alvéole étant ensuite déplacée jusque dans une position placée en-dessous du canon électronique 19 et où la pièce est soudée pendant le temps de pause du mécanisme d'indexage. La pièce passe ensuite dans un poste de pré-éjection et finalement dans le poste d'éjection B où elle peut être déchargée de la machine. Des joints toriques sont disposés sur la plaque d'étanchéité 22 suivant la configuration indiquée par les lignes en traits interrompus sur la figure 4B, de fa çon à former deux volumes séparés entre la table 16 et la plaque d'étanchéité 22. Un volume intérieur est délimité par le joint intérieur 23 et un second volume est situé entre le joint intérieur 23 et le joint extérieur 24. Le joint intérieur à profil en zig-zag obture la zone entourant la poche contenant la pièce placée en-dessous du canon électronique. Le second joint extérieur 24, également à profil en zig-zag, assure l'obturation du volume entourant le premier joint 23. La plaque d'étanchéité 22 est reliée à une première pompe par l'intermédiaire d'un orifice 25 ménagé dans la plaque d'étanchéité et d'un tuyau 21 qui assure la mise sous vide partielle de la poche 17 se trouvant dans le premier poste de pompage. Une seconde pompe, reliée par l'intermédiaire du tube 20 et d'un second orifice 26 ménagé dans la plaque d'étanchéité, assure la mise sous vide du volume délimité par le joint intérieur 23. Le canon électronique est disposé au-dessus d'un troisième orifice 27 prévu dans la plaque d'étanchéité et au travers duquel passe le faisceau électronique, le canon étant supporté et rendu étanche de manière que la poche contenant la pièce et placée directement en-dessous du canon puisse être aisément maintenue à une pression d'environ 50 à 100 microns. La figure 4A est une vue en coupe du poste de soudage correspondant à une partie de la table tournante 16 , la figure montrant une des poches obturables de façon étanche 17 ainsi que l'outillage 28 utilisé pour main tenir en position les pièces 29 et 30 à souder. Dans le cas considéré, le soudage est effectué le long du parcours circulaire 32 qui définit le joint entre les pièces 29 et 30. Le faisceau électronique 31 se déplace suivant le parcours circulaire 32 sous l'action de moyens de déviation de faisceau appropriés et bien connus, ces moyens étant associés au canon électronique.Le carter 33 du canon électronique est monté sur la plaque d'étanchéité 22, par l'intermédiaire de l'orifice 27, et il est fixé de façon étanche sur la plaque d'-étanchéité par l'intermédiaire de joints flexibles 34, de façon que le volume situé en-dessous du canon puisse être maintenu à la pression de gaz désirée. En utilisant cette plaque d'étanchéité, le petit volume intérieur contenant la poche dans laquelle est placée la pièce à souder est obturé hermétiquement et mis sous vide, tandis que le second volume entourant le premier volume situé entre la plaque d'étanchéité et le disque tournant est maintenu à une pression transitoire légèrement supérieure et comprise entre la pression atmosphérique et la pression requise dans le poste de soudage. A laide de la nouvelle configuration en zig-zag du joint d'étanchéité flexible utilisé pour établir l'étanchéité entre la plaque et la table tournante, on a constaté que cette table pouvait fonctionner d'une manière continue pendant de longues périodes sans qu'il se produise d'usure excessive du joint d'étanchéité. On élimine toute déformation et ondulation du joint d'étanchéité et il est possible d'utiliser des machines à faisceau électronique pour souder des pièces avec de grandes cadences de production. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. On pourra, au besoin, recourir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10/ Procédé de soudage par faisceau électronique d'une série de pièces suivant une séquence donnée, caractérisé en ce qu'on place une pièce dans une poche prévue dans une première position dans une table mobile et soumise à la pression atmosphérique, on fait glisser la table transversalement à deux joints flexibles élastiques continus, disposés, suivant un profil en zig-zag, sur une plaque d'étanchéité,de façon que l'un entoure l'autre, et qui sont en contact avec cette plaque mobile sur toute leur longueur, afin de positionner et d'indexer ladite poche de telle manière qutelle communique avec un premier volume hermétiquement fermé, situé entre les deux joints et maintenu à une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression de soudage de la pièce, on déplace ladite pièce dans une seconde position située en-dessous d'un canon électronique, de manière qu'elle communique avec un second volume hermétiquement fermé, placé à l'intérieur du premier volume hermétiquement fermé et maintenu à la pression requise pour le soudage, et on produit, concentre et dirige un faisceau d'électrons sur la pièce, de manière à assurer son soudage, après quoi on déplace ladite table dans une position où la pièce peut être enlevée. 20/ Machine à souder pour appliquer le procédé suivant la revendication 1, machine caractérisée en ce qu'elle comprend une table tournante, une plaque d'étanchéité, des poches obturables réparties à intervalles égaux le long d'un cercle proche du bord extérieur de ladite table, des moyens prévus à l'intérieur des poches pour supporter des pièces à souder par un faisceau électronique dans un environnement à pression réduite, des moyens pour faire tourner ladite table pas à pas contre deux joints flexibles et continus disposés en zig-zag, de telle sorte qu'un joint entoure l'autre sur ladite plaque d'étanchéité, afin de former deux volumes hermétiquement fermés entre la table et la plaque d'étanchéité, des moyens pour positionner une desdites poches de façon qu'elle communique avec l'un desdits volumes maintenu à une pression de gaz désirée, tandis que la poche suivante est positionnée de manière à communiquer avec le second volume qui est maintenu à une position intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression de soudage afin de mettre partiellement sous vide la poche, des moyens pour mettre sous vide chacun desdits volumes, des moyens pour produire, concentrer et dévier un faisceau d'électrons et des moyens pour indexer chacune desdites poches successivement dans une position située en-dessous du générateur de faisceau électronique pendant une période prédéterminée. 30/ Dispositif d'étanchéité entre un élément fixe et un élément mobile agencé de manière à glisser contre et à recouvrir le dispositif d'étanchéité, destiné à la machine suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éléments d'étanchéité flexibles, élastiques, sans fin et supportés dans un seul plan dudit élément fixe, en étant agencés de manière que chaque élément soit placé complètement à l'intérieur de l'autre, afin de former des volumes sépares et hermétiquement fermés, délimités par le joint intérieur et par les éléments fixe et mobile et situés entre chaque paire de joints adjacents et lesdits élements fixe et mobile, ledit dispositif d'étanchéité étant agencé de manière à ne pas être orienté tangentiellement à une ligne parallèle à la direction de mouvement de l'élément mobile, excepté en des points où il se produit une inversion d'orientation du joint transversalement à la direction de mouvement. 4 / Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits volumes communique avec une pompe à vide séparée. 5 / Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits volumes est maintenu à une pression de gaz progressivement inférieure, la pression maximale régnant dans le volume situé le plus à 1 'extérieur. 60/ Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits joints flexibles a une forme en zig-zag. 70/ Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux desdits joints sans fin. 80/ Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la pression régnant dans le volume situé le plus à l'intérieur est maintenue à une valeur d'environ 50 microns et la pression régnant dans le second volume, placé entre les deux joints précités, est maintenue à une valeur comprise entre 50 microns et la pression atmosphérique.