Brevet FR2218796A1 — publié le 19740913

La présente invention se rapporte h des machines de soudage par faisceau d'électrons, et elle a trait plus particulLèrement à une machine de soudage par faisceau d'électrons ;ui comprend des moyens permettant d'intro-5 duire les extrémités de tube dans la chambre de soudage par l'intermédiaire de joints annulaires fendus montés sur une des parois de la chambre. Les joints sont agencés de manière que, lorsque les deux moitiés du joint fendu sont correctement positionnées autour du trace, le tube puisse être tourné autour de 10 son axe longitudinal afin d'obtenir un mouvement relatif entre un canon à électrons disposé à l'intérieur de la chambre et le tube. Par le passé, à chaque fois qu'il a fallu souder des brides et d'autres raccords sur des 15 tubes à l'aide d'un faisceau d'électrons» il a été nécessaire de placer l'ensemble du tube à l'intérieur d'une chambre à vide. Le tube est supporté entre une tête et une contre-poupée placée à l'intérieur de la chambre, et il est entraîné en rotation à l'aide d'un train d'engrenages approprié actionné par un moteur 2C électrique. Si le tube à souder a une longueur de 15m, il est nécessaire de construire une chambre de 15 m de longueur, ce qui introduit de gros frais de conception et de fabrication d'une telle chambre. Du fait du volume relativement grand de la chambre, on doit utiliser de grosses pompes à vide, pour mettre 25 sous vide la chambre au bout d'une période raisonnable. Une première tentative de simplification et de réduction de la capacité du système de génération de vide nécessaire a consisté à placer un tampon hermétique à une extrémité du tube et à pourvoir une paroi de la chambre à vide d'un orifice dans lequel 30 on a placé un joint annulaire gonflable, au travers duquel le tube a été engagé dans la chambre à vide dans la condition de dégonflement du joint, lorsque le joint est gonflé, on établit une étanchéité efficace autour de la surface du tube qui est en contact avec le joint, de sorte que la chambre à vide peut être 35 mise sous vide avec une pompe bien plus petite que dans le premier cas. Du fait que le tube ne peut pas être tourné lorsqu'il est maintenu par le joint gonflé, il est nécessaire de prévoir un moyen peur faire tourner le canon à électrons de plus de 360° en vue de réaliser une soudure sur la circonférence du tube et ■;C ne rerrr.ettre un loger ."•?'.ouvrement du cordon de soudure. Cela 2 2218796 nécessite un mécanisme compliqué pour supporter ei? entraîner le canor. à électrons, v' nsi que la prévision dans la chambre d'un espace permettant la rotation, non seulement du canon, mais des gros câbles à haute tension qui doivent amener le courant élec-5 trique au- différentes électrodes du canon, ce courant pouvant atteindre des tensions de l'ordre de 150 000 volts. l'invention concerne un système qui remédie aux inconvénients des réalisations connues. l'invention a pour but de per-10 mettre l'introduction des extrémités d'un tube, sur lequel différents raccords doivent être soudés circonférentiellement, dans une chambre de soudage par faisceau d'électrons, de manière que le tube puisse être tourné autour de son axe longitudinal à partir d'un mécanisme d'entraînement placé à l'extérieur des 15 paroi3 de la chambre. L'invention a également pour but de fournir un dispositif d'étanchéité efficace, qui est placé entre la surface extérieure du tube et la paroi de la chambre, et au travers duquel l'extrémité du tube est engagée dans la 20 chambre à vide. L'invention a en outre pour but de fournir un dispositif d'étanchéité flexible qui est formé de deux parties demi-annulaires qui sont séparables l'une de 1'autre. 2 5 L'invention a également pour but de fournir un dispositif permettant l'introduction rapide des extrémités du tube dans une chambre à vide, en maintenant l'étanchéité entre la périphérie du tube et la paroi de la chambre à vide,afin d'empêcher l'air de pénétrer dans la chambre. 30 L'invention a en outre pour but de fournir une machine de soudage par faisceau d'électrons» qui nécessite une chambre à vide de dimensions minimales et une pompe à vide de capacité minimale, pour réduire la pression à l'intérieur de la chambre à la valeur nécessaire pour le soudage 35 par faisceau d'électrons. L'invention sera mieui comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : 40 - la figure 1 est une vue en 3 2218796 élévation latérale et en coupe d'une machine suivant l'invention, 5 des vues d'un mode de réalisation de l'invention qui est installé sur une paroi d'une chambre à vide, - la figure 6 montre des moyens assurant l'étanchéité de l'intérieur du tube à souder, perspective, en coupe partielle, du joint d'étanchéité glissant et fendu. du procédé de soudage par faisceau d'électrons a consisté dans 15 le soudage de bouchons d'extrémité sur des cellules tubulaires à éléments combustibles, utilisables dans des réacteurs nucléaires. Jusqu'à maintenant, les machines de soudage de tels éléments ont été pourvues de montages tournants, pouvant recevoir plusieurs tubes et installés dans la chambre à vide ou dans une 20 chambre séparée, qui peut être préchargée et fixée sur la chambre de soudage. Du fait de la grande longueur de certains éléments combustibles, la chambre destinée à contenir ces éléments et les montages les supportant doit être assez grande, et nécessite une période de mise sous vide assez longue, lorsqu'on 25 emploie de grosses pompes mécaniques et du type à diffusion qui font passer la pression régnant à l'intérieur de la chambre de "10"4 à 10"5 torrs, comme cela est nécessaire pour le soudage. vues en élévation latérale et de face, «t en coupe partielle, 30 d'une machine de soudage par faisceau d'électrons suivant l'invention. En utilisant un nouveau joint d'étanchéité du type fendu suivant l'invention, il a été possible de réduire au minimum les dimensions de la chambre à vide de la machine, puisque cette chambre ne doit entourer que le ou les canons à électrons, ainsi 35 que les moyens pour supporter une extrémité des tubes à l'intérieur de la chambre, La majeure partie du tube, dont la longueur peut atteindre 15 m ou plus, reste à l'extérieur de la chambre dans l'atmosphère, et doit seulement être supportée à intervalles par des appuis simples, comportant des rouleaux sur lesquels 40 le tube peut reposer. 10 - la figure 7 est une vue en Une des premières applications Les figures 1 et 2 sont des 4 2218796 La figure 1, qui est une vue en élévation latérale avec coupe partielle, représente une machine de soudage par faisceau d'électrons 1, qui comprend une chambre à vide 2 ^cuvant être mise sous vide, en vue d'atteindre —4 - —5 5 une pression de soudage de 10 à 10 torrs par des pompes mécaniques et à diffusion appropriées, dont les dimensions sont fonction de la durée désirée de la période de pompage. A l'intérieur de la chambre, on a représenté des carions à électrons 3, qui peuvent être entraînés à l'aide d'un mécanisme 17 monté à 10 l'extérieur de la chambre et pourvu d'un bras d1actionnement qui porte les canons, et par l'intermédiaire duquel on peut transmettre tous degrés désirés de mouvements aux canons, en vue de les positionner par rapport à la pièce. La paroi de droite de la chambre à vide est pourvue d'ion joint annulaire élastique 12 15 qui est fendu en deux le long de son diamètre placé dans un plan horizontal. La partie inférieure du joint est montée sur la section supérieure de la paroi, qui peut coulisser verticalement de manière que, après soulèvement, une ouverture d'accès soit * ménagée pour pénétrer à l'intérieur de la chambre. Le tube à 20 souder 5 est supporté par une extrémité, à l'aide d'un montage 18, à l'intérieur de la chambre. Avant son installation dans la chambre, le tube 5 est pourvu d'un bouchon hermétique 32 (figure 6), qui est introduit à l'intérieur du tube afin d'empêcher l'air de pénétrer par l'intermédiaire du tube dans la chambre à vide 2. 25 L'étanchéité du tube 5 est assurée à l'aide du joint flexible 12, 5 2218796 et la paroi mobile supportant la partie supérieure du joint flexible fendu est soulevée à l'aide d'un vérin pneumatique 15 jusque dans la position représentée par les lignes en tirets 14 sur la figu^ 2, et qui définissent la position supérieure de la 5 paroi coulissante de la chambre. Il est prévu des contre-poids d1 équilibrage 16 qui permettent le maintien de la paroi coulissante à n'importe quel niveau. On peut alors sortir le tube 5 de la chambre et mettre en place la série suivante de tubes à souder. Dans la machine représentée, quatre tubes peuvent être 10 installés dans la machine à. chaque fois. Les collerettes peuvent être soudées sur les tubes, successivement, en déplaçant les canons horizontalement d'un tube au suivant, après terminaison d'une soudure. Les tubes 3, 4 et 5 sont res-15 pectivement des vues latérale, de face et en plan, d'un mode de réalisation de l'invention comportant un joint fendu, qui est conçu pour permettre le soudage de quatre tubes pour une opération de mise sous vide de la pompe. Dans ce mode de réalisation de l'invention, on utilise deux joints d'étanchéité 20 qui sont placés l'un derrière l'autre le long du tube. Les joints des quatre tubes sont moulés d'une seule pièce, de sorte que quatre joints fendus sont formés en une fois. Les joints sont supportés par un support 19 qui porte les moitiés supérieures des joints 12, et par un support 27 qui porte les moitiés infé-2 5 rieures correspondantes des joints. Le support de joints 27 est fixé sur la partie fixe de la paroi 32 par de3 boulons 28, tan-"dis que le support 19, portant les moitiés supérieures des joints est fixé sur la partie coulissante de la paroi 13 à l'aide de boulons 20. Les extrémités des joints 12 situées à gauche sont 30 étroitement en contact avec la surface extérieure de paroi 13, et des plaques de retenue 21 et 29 sont fixées par des boulons 22 et 37 et servent à maintenir le côté droit du joint en position. Lorsque la plaque de joint 19 35 est en position sur les tubes 5 à souder, deux surfaces 24 de chacun des joints 12 sont intimement en contact avec le tube 5 qu'elles entourent. Les surfaces correspondantes planes de chaque moitié de joint 12 sont appliquées l'une contre l'autre lorsque la plaque supérieure de joint 19 est descendue sur la ;C ï-I ?que inférieure 27. TTne bague torique 26, qui est divisée dans 6 2218796 le plan, horizontal passant par la ligne 2, constitue un joint continu lorsque la partie mobile de la paroi 13 se trouve dans la position inférieure. Dans cette position, les différents joints empêchent efficacement le passage de l'air de l'extérieur 5 de la chambre à l'intérieur de celle-ci, le long de la surface du tube ou bien entre les parois coulissante et fixe de la chambre. Lorsque les moitiés de joint sont correctement adaptées, un. intervalle annulaire 30 est formé entre le joint 12 et la surface extérieure du tube 5. Avant de placer les tubes en posi-10 tion, la rainure annulaire prévue dans le joint 12 est remplie d'un lubrifiant approprié, et la surface du tube qui est voisine des surfaces d'étanchéité est également revêtue d'un lubrifiant, afin de réduire le frottement entre le joint flexible et le tube à faire tourner à l'intérieur de ce dernier. 15 La figure 6 est une vue de détail du bouchon qui est engagé dans l'extrémité du tube à souder afin d'empêcher l'air de fuir à l'intérieur de la chambre par l'intermédiaire du tube. Ce bouchon d'étanchéité se compose d'un corps cylindrique 36, qui est pourvu d'un joint torique 20 annulaire flexible 33 s'engageant dans une section réduite usinée sur une partie de la surface extérieure du cylindre 35. Un second élément cylindrique 34 est pourvu par usinage d'une section annulaire qui peut coulisser sur la partie réduite du corps principal 36. 25 La vis 35, lorsqu'elle est tournée dans le sens des aiguilles d'une montre, fait rapprocher la partie 34 de la partie 36. Le bord de la partie annulaire usinée de l'élément 34 écrase la bague torique 33 et assure son expansion radiale, de façon à créer un joint étanche empêchant 30 l'air de pénétrer dans la chambre le long de la surface intérieure du tube. La collerette ou bride 6 a été représentée en position autour du tube. La figure 7 est une vue en perspective et en partie schématique, montrant l'agencement du 35 joint d'étanchéité. Lorsqu'un tube entouré par un joint fendu e3t entraîné en rotation, les lèvres 31, suivant lesquelles le joint e^t fendu, s'écartent de la surface adjacente du joint de manière à fermer, d'un côté du joint à l'autre, un passage par lequel de l'air peut pénétrer dans la chambre à vide. Pour 4C remédier à cet incon*.1 r-rlent, qui rendrait le j'int complètement 7 2218796 Inefficace pour empêcher une fuite d'air à l'intérieur de la chambre, un petit cylindre 38, de la matière dont le joint est constitué, est fixé à l'aide d'un adhésif s'ir l'extrémité arrière de chaque moitié du joint de façon à dépasser au-dessus 5 de la surface correspondante de ladite moitié de joint. Pendant la rotation de la partie 5, ce petit cylindre, qui s'appuie contre le tube, no peut pas s'écarter de la moitié inférieure du joint du fait qu'il est fixé sur celle-ci. Bien que la lèvre 31 de la moitié supérieure du joint s'écarte de la surface 10 correspondante de la moitié inférieure du joint, le petit cylindre, qui est élastique, se dilate latéralement et conserve l'étanchéité, de sorte qu'aucune fuite d'air ne peut se produire d'un cOté du joint à l'autre pour pénétrer dans la chambre. Le cylindre 38 peut également être moulé en même temps que le joint, 15 et il prend alors la forme d'une saillie, de section droite demi-circulaire, rectangulaire ou d'autre profil, sur une partie du joint, cette saillie correspondant à une rainure de profil similaire qui est formée dans l'autre partie du joint. Comme indiqué sur la figure 3, 20 deux joints d'étanchéité 12 sont utilisés sur chaque tube de façon à obtenir au total quatre zones d'étanchéité réparties le long de la surface du tube. L'espace existant entre deux zones d'étanchéité est pourvu de moyens permettant la mise sous vide du volume situé entre les joints, par l'intermédiaire d'un passage 25 23 qui est relié à une pompe à vide mécanique. Bien que la figure 1 montre le joint fendu installé sur une paroi de la chambre à vide, on peut installer un second joint identique dans la paroi opposée, dans le. cas où l'on désire réaliser une soudure en un autre endroit que l'extrémité d'un tube, et lorsque le tube 30 traverse et est scellé sur les deux parois de la chambre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir >5 du cadre de l'inventicn. 8 2218796 REVENDICATIONS 1°) Dispositif peur assurer l'étanchéité d'un :bjet cylindrique passant au travers d'une parci d'une chambre à vide, et pouvant librement tourner autour 5 de son axe longitudinal, caractérisé en ce qu'il comprend un joint annulaire élastique fendu le long de son diamètre, et pouvant être séparé en deux parties suivant un plan passant par l'axe longitudinal dudit cylindre, le joint comportant sur sa périphérie intérieure deux bandes, qui sont séparées par une 10 rainure circcnférentielle et qui s'appuient sur deux zones circulaires séparées existant sur la périphérie dudit cylindre, chaque partie séparable du joint comportant une zone faisant saillie au-dessus dudit plan et qui a essentiellement les mêmes dimensions de section droite que ladite rainure, cette saillie 15 s'étendant radialement le long d'un côté de chaque partie, à partir de la surface intérieure du joint et en direction de la périphérie extérieure, et une rainure radiale de mêmes dimensions étant ménagée le long de l'autre côté, et s'étendant de la surface intérieure du joint jusqu'à sa surface extérieure, la-20 dite saillie d'une partie séparable du joint venant s'engager dans la rainure radiale ménagée dans l'autre partie du joint. 2°) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'une seconde rainure radiale à la place de la saillie et en ce 25 qu'un cylindre de matière élastique est collé le long d'une rainure radiale, ledit cylindre ayant des dimensions telles que, lorsque les deux parties séparées du joint sont en position, une demi-section du cylindre d'une partie vienne se bloquer dans la rainure radiale de l'autre partie. 30 3°) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parties sont montées dans une ouverture ménagée dans la paroi d'une chambre à vide, qui est fendue en deux parties le long d'une ligne située dans le plan précité, lesdites parties de paroi 35 étant mobiles l'une par rapport à l'autre, dans leur plan commun et dans une direction perpendiculaire à la ligne de division, de manière à séparer au meins une partie du joint du tube précité et de permettre d'accéder à l'intérieur de la chambre à vide. 40 4°) Dispositif d'étanchéité 9 2218796 suivant la r-st* indication 3, caractérisé en ce que ladite par.:i est la parci d'une chambre à vide d'une machine de soudage par faisceau d: électrons. 53) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 3, installé sur une paroi d'une machine de soudage par faisceau d'électrons, qui comprend des moyens pour faire tourner lesdits :."b.]'ets cylindriques autour de leur axe longitudinal. 6°) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 3» installé sur une paroi d'une machine de soudage par faisceau d'électrons, qui comprend des moyens pour entraîner lesdits objets cylindriques à partir de 1'exté-rieur de ladite chambre.