Brevet FR2235755A1 — publié le 19750131

La présente invention concerne un dispositif destiné à réaliser la jonction par soudage des faces frontales d'éléments tubulaires, notamment de tubes composites bimétalliques de niobium-cuivre, à l'aide d'un faisceau électronique produit par une cathode annulaire. On sait que les tubes composites bimétalliques de niobiumcuivre conviennent bien pour les cables supraconducteurs destinés à la transmission ou conduction de l'énergie électrique de grande intensité. Pour les cibles supraconducteurs à courant alternatif et triphasé, en particulier, on peut prévoir une disposition coaxiale de ces tubes, qui sont constitués par un tube de cuivre muni, à l'extérieur ou à l'intérieur, d'une couche de niobium.La couche de niobium se trouve, de préférence, à la surface externe du tube intérieur et à la surface interne du tube extérieur de la paire de conducteurs coaxiaux. l'utilisation du tube intériair comme conducteur d'aller, et du tube extérieur comme conducteur de retour, permet alors de limiter la présence de champs électriques et magnétiques uniquement à l'espace entre les couches de niobium, et de garder les tubes de cuivre exempts de champs, de sorte qu'ils ne peuvent pas etre sujets à des pertes par courants de Foucault. Il et avantageux de réaliser à une longueur limitée, par exemple 20 m environ, ces tubes composites bimétalliques de niobiumcuivre pour cibles supraconducteurs. Des méthodes de fabrication appropriées sont commentées plus en détail, par exemple, dans les demandes de brevets R.P.Â. no 2 141 636 et 2 141 621. Il faut donc souder bout à bout un grand nombre de ces tubes et de joints de dilatation en accordéon, nécessaires pour compenser les différances de dilatation. A cet effet, le bombardement d'électrons convient particulièrement bien comme procédé de soudage. Il permet d'obtenir une soudure propre et d'exécution rapide, en introduisant relativement peu de chaleur dans le matériau composite. Il n'est pas possible d'appliquer les procédés usuels de soudage par bombardement d'électrons, caractérisés par une zone de fusion ponctuelle et par le fait que les tubes tournent sous le faisceau électronique, car on nepeut pas simplement faire tourner, sous le faisceau électronique, des tubes bimétalliques composites assemblés par soudage sur des kilomètres de longueur. S'il s'agit de plus, en particulier, d'un cible à courant triphasé dont les conducteurs sont disposés en triangle, les- procédés comportant des canons électroniques tournant autour des tubes, que l'on utilise, par exemple, pour le soudage des canalisations (pipelines) se trouvent également éliminés.Ces appareils connus sont trop grands et, lorsque l'écart entre les différents tubes composites bimétalliques est faible, le conducteur déjà soudé et allongé gênerait le soudage des deux autres. la possibilité d'écarter les tubes compo- sites bimétalliques, en les fléchissant, est. limitée, si l'on veut éviter une dilatation excessive des joints en accordéon, et une telle opération nécessite une grande surface de travail, Etant donné que, pour le soudage bout à bout de longs tubes composites bimétalliques, l'application du procédé de soudage par bombardement d'électros-n'est, par conséquent, possible que lorsque les tubes peuvent tourner sous le faisceau électronique, ou bien lorsque, la place disponible étant suffisante, la source des faisceaux électroniques peut se déplacer autour des tubes composites bimétalliques, ces deux procédés de soudage se trouvent éliminés en cas de limitation de l'espace disponible, ou de tubes très longs, ou de systèmes de tubes posés parallèlement sur un espace étroit, Pour cette raison, on a mis au point des dispositifsde soudage par bombardement d'électrons comportant des cathodes annu- laires, que lton utilise également dans des installations de sou dague par fusion de zones. Dans le cas de ces systèmes annulaires à faisceau électronique, une bague de fil de tungstène, supportée en plusieurs points pour éviter le fléchissement par échauffement, sert, par exemple, d'émetteur. On introduit alors dans l'ouverture du système de bombardement les tubes à souder, généralement horizontalement, ou, lorsqutil s'agit de tronçons de tubes composites bimétalliques courts, également verticalement et centrés. En règle générale, on exécute le soudage sous vide poussé.Dans ce cas, la tension existant entre la cathode émettrice annulaire et les tubes composites bimétalliques à souder est, par exemple, de quelques kilovolts. Or, il s'est avéré que cette disposition simple ne permet pas d'exécuter une soudure complète sur le pourtour des tubes, notamment des tubes composites bimétalliques de niobium-cuivre. En effet, par suite d'asymétries géométriques et de variations locales de l'intensité d'émission de la cathode annulaire, la fusion à l'endroit de la soudure peut n'8tre que partielle. Une augmentation de la puissance permet, il est vrai, d'obtenir une fusion complète. Cependant, il faut alors s'attendre à une forte déformation de la zone de soudure et à la formation de trous aux endroits surchauffés. L'objet de la présente invention est, par conséquent, de réaliser un dispositif du type précité dans lequel le faisceau électronique est produit par une cathode annulaire, et qui permet d'éviter les difficultés précédemment mentionnées. Selon la présente invention, ce résultat est atteint en disposant un diaphragme sélecteur (ou de focalisation) du faisceau entre la ligne de soudure des faces frontales à souder ensemble et la cathode annulaire, diaphragme qui est aisposé de manière à pouvoir se déplacer sur une orbite circulaire dont le tracé est au moins approximativement concentrique par rapport à la cathode annulaire. Les avantages que permet d'obtenir la présente invention consistent notamment à permettre le soudage à peu près ponctuel des faces frontales de deux tubes jointifs disposés bout à bout. Une autre réalisation avantageuse du dispositif selon la présente invention permet de régler le courant d'émission de la cathode annulaire et/ou la vitesse périphérique de rotation du diaphragme sélecteur de faisceau. On peut aussi compenser ou égaliser des variations locales de l'intensité d'émission de la cathode annulaire, ainsi-que des asymétries de la fusion dans la zone de la soudure. Le rajustement du réglage peut alors être effectué, par exemple, par observation visuelle ou bien automatiquement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif placé autour de deux tubes composites jointifs, disposés bout à bout, et destiné au soudage annulaire ou circulaire selon la w é- sente invention. La figure 2 est une coupe transveriLe du dispositif suivant la figure 1. La figure 1 représente deux tubes composites bimétalliques 1 et 2, posés verticalement bout à bout l'un contre l'autre. Lesdits tubes composites bimétalliques 1 et 2 sont, par exemple, des tubes de cuivre, d'un diamètre intérieur d'environ 38 mm et d'un diamètre extérieur d'environ 40 mm, sur lesquels est appliquée une couche de niobium supraconductrice d'environ O,i/u d'épaisseur. Les faces frontales 3 jointes bout à bout des deux tubes composites 1 et 2 se trouvent dans un plan horizontal, dans lequel on a également disposé une cathode annulaire 4, concentriquement par rapport au bord extérieur des faces frontales 3.La cathode annulaire 4 est logée dans un carter 5, dont la section est approximativement en forme d'U, et qui n'est qu'esquissé sur la figure.-Entrela cathode annulaire 4 et le bord extérieur des faces frontales 3 se trouve un diaphragme sélecteur de faisceau 6, qui a la forme d'une bague. Celui-ci comporte un orifice de sortie 8, permettant à un faisceau dlectronique 10, émis par la cathode annulaire 4, de sortir sous forme approximativement ponctuelle. ledit diaphragme est fixé, à l'aide d'un support 11, sur un élément de base en forme de-disque 12, dont l'ouverture centrale 13 est traversée, à peu-près en son centre, par le tube composite bimétaîlique 2. L'élément de base 12 est monté de manière à pouvoir tourner dans un plan parallèle à celui des faces frontales 3, autour d'un axe de rotation 15, qui est également celui des tubes composites bimétalliques 1 et 2 et de la cathode annulaire 4, de sorte que l'orifice de sortie 8 du diaphragme sélecteur de faisceau 6 peut être déplacé sur une circonférence concentrique par rapport au bord extérieur des faces frontales 3.Le faisceau électronique -10 provenant de la cathode annulaire 4 rencontre alors toujours le bord extérieur des faces frontales 3 et peut donc y réaliser la jonction par fusion des deux tubes composites bimétalliques- 1 et 2. Le dispositif destiné la jonction par soudage de tubes composites bimétalliques à l'aide d'un faisceau électronique est avantageusement logé dans une chambre à vide non représentée sur la figure. Dans le cas d'un exemple dkpplication, un tel dispositif fonctionne à une tension de 5ka et avec un courant de chauffage de la cathode annulaire de 5,8 A. On produit ainsi un courant d'émission d'environ 300 mA dans le faisceau électronique, qui peut traverser un orifice de sortie, d'une largeur d'environ lO mm, d'un diaphragme sélecteur de faisceau, réalisé en acier de I mm d'épaisseur. La vitesse de rotation du diaphragme sélecteur de faisceau est d'environ un tour par minute. On peut avantageusement utiliser ce dispositif pour la jonction par soudage de ces supra conducteurs à courant alternatif, notamment pour le soudage de cibles à courant triphasé. La figure 2 est une coupe transversale dans le plan des faces frontales 3, de la cathode annulaire 4 et de l'orifice de sortie 8 dU diaphragme sélecteur de faisceau 6, selon la figure 1. On y voit la disposition concentrique des tubes composites bimétal- liques 1 et 2, du diaphragme sélecteur de faisceau 6 avec son orifice de sortie 8, de la cathode annuaire 4, représentée en traits discontinus, et du carter 5 qui 1 t entoure. Revendications 1. Dispositif destiné à réaliser la jonction par soudage des faces frontales d'éléments tubulaires, notamment de tubes composites bimétallique de niobium-cuivre, à l'aide d'un faisceau électronique produit par une cathode annulaire, caractérisé en ce qu'un diaphragme sélecteur (ou de focalisation) de faisceau est prévu entre la ligne de soudure des faces frontales à souder ensemble et la cathode annulaire, diaphragme que l'on peut déplacer sur une orbite circulaire, qui est au moins approximativement concentrique par rapport à la cathode annulaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diaphragme sélecteur de faisceau libère, à travers son orifice de sortie, un faisceau électronique à peu près ponctuel. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diaphragme sélecteur de faisceau est réalisé avec un métal à haut point de fusion, 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en que le diaphragme sélecteur de faisceau est, au moins partiellement, en acier. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, -caractérisé en ce que le courant d'émission du faisceau électronique est réglable. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tension existant entre la cathode annulaire et les tubes composites bimétalliques est réglable. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vitesse périphérique de rotation de l'orifice de sortie du diaphragme sélecteur de faisceau est réglable. 8. Procédé de jonction par soudage des faces frontales de deux tubes, notamment de tubes composites bimétalliques de niobium-cuivre, mis en oeuvre par un dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la cathode annulaire, avec le diaphragme sélecteur de faisceau, est disposée dans un vide poussé, dans le plan des faces frontales à souder ensemble, et que le courant d'émission du faisceau électronique et/ou la tension existant entre la cathode annulaire et les tubes et/ou la vitesse périphérique de rotation de l'orifice de sortie du diaphragme sélecteur de faisceau, sont réglés de manière qu'une zone de fusion approximativement uniforme se forme entre les deux faces frontales.