Brevet FR2263062A1 — publié le 19751003

La présente invention est relative à une machine de soudage par bombardement électronique, apte notamment à réaliser des soudures de forme circulaire, en particulier pour solidariser deux pièces métalliques en contact selon deux zones circulaires coaxiales soigneusement dressées et appliquées l'une contre l'autre. Elle a pour but surtout de permettre le soudage de pièces quelconques par un cordon de soudure continu de forme circulaire, la machine considérée permettant, selon les besoins de l'utilisateur, de faire varier le diamètre du contour de ce cordon entre quelques millimètres et quelques centaines de millimètres, en assurant un centrage précis de l'appareillage par rapport à l'assemblage formé par les deux pièces à souder, le faisceau dtélectrons incident conservant pendant toute l'opération de soudage une orientation perpendiculaire à la ligne de joint où doit être réalisé le cordon de soudure, le canon à électrons de la machine se déplaçant en outre selon la trajectoire circulaire correspondante en restant parallèle à lui-même. Elle a pour but également de réaliser un ensemble de conception simple, facile à mettre en oeuvre et à entretenir, ltetancheite entre les pièces à souder et l'enceinte contenant le canon à électrons maintenue nécessairement sous vide, étant obtenue par des joints statiques, assurant une fiabilité appréciable, largement supérieure à celle des 3oints glissants ou à autres mouvements relatifs, utilisés dans les solutions antérieures classiques A A cet effet, la machine considérée, comportant une première enceinte placée sous vide par une pompe primaire et munie d'un joint statique d'étanchéité appliqué contre l'une des pièces à souder disposée coaxialement autour de la seconde pièce en contact avec la première selon un contour circulaire délimitant la ligne de soudure, cette première enceinte contenant un canon à électrons partiellement entouré par une seconde enceinte à vide secondaire, se caractérise en ce que la seconde enceinte est portée par leintermedlaire de roulements par un chariot mobile, déplaçable radialement dans une couronne coaxiale aux pièces à souder, cette couronne étant elle-même entrarnée en rotation autour de son axe à l'intérieur de la première enceinte D'autres cazactérist1ques d'une machine de soudage par bombardement électronique établie conformément à l'invention, apparattront également à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:: - la Fig. 1, est une vue schématique en coupe longi tudinale d'une machine de soudage par bombardement électronique, établie selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe à plus grande échelle de la machine illustrée sur la Fig. 1, représentant notamment les moyens utilisés pour assurer à l'intérieur de l'enceinte sous vide primaire, le déplacement du chariot supportant le canon à électrons, - la Fig. 3 est une vue à encore plus grande échelle d'un détail de la Fig. 2. Comme on le voit sur les Fig. 1 et 2, la machine considérée est notamment destinée réaliser le soudage de deux pièces coaxiales telles que 1 et 2 par exemple, au moyen d'un cordon de soudure circulaire 3. Sur la Fig l, on a représenté deux autres pièces, respectivement la et lb, aptes à être également soudées avec la pièce 2, au moyen d'autres cordons de soudure circulaires 3a et 3b, ces cordons pouvant être réalisés de manière identique au cordon de soudure 3, après des déplacements convenables de la machine par rapport à la ligne de soudage à réaliser. La machine proprement dite comporte une enceinte 4, dite enceinte primaire, formée de deux viroles cylindroconiques, respectivement 5 et 6, assemblées bout à bout par l'intermédiaire d'épaulements terminaux 7 et 8, bloqués l'un contre l'autre par des écrous de fixation 9 avec emprisonnement entre ces épaulements d'un joint statique d'étanchéité 10. La virole 6 comporte à son extrémité inférieure venant coiffer les pièces 1 et 2 autour du cordon de soudure 3 à réaliser, une portée d'appui 11, munie dans sa face venant s'appliquer contre la pièce 2 préalablement disposée coaxialement à la pièce 1, un 3.oint statique d'étanchéité 12, assurant au droit de l'assemblage des deux pièces, l'étanchéité de l'enceinte 4.Avantageusement, cette étanchéité est complétée en plaçant autour de la pièce 1 et sous la pièce 2, une contre-virole 13, munie de joints d'étanchéité 14 et 15, venant respectivement porter, comme llustré aur ta Fiq 3, sous la pièce 2 d une part et contre la face extelleure de la pièce 1 d'autre part. Par ailleurs1 le centrage de l'enceinte 4 par rapport à l'assemblage formé par les pièces ! et 2, est obtenu au moyen d'un bras interne 16, muni d'un doigt axial 17, apte à #enir#s'engager dans un alésage d'un bouchon 18 monté dans l'axe de la pièce 1, ce bouchon 18 se prolongeant par une tige intérieure 19 solidarisée du fond 20 de la pièce 1 par un écrou 21.L'étanchéité au montage du bouchon 18 vis-à-vis de la pièce l est obtenue par des points 22, le doigt de centrage 17 pouvant aisément tourner à l'intérieur de l'alésage grâce à un roulement 23. L'équipement de la virole inférieure 6 et de la contre-virole 13 se complète enfin au moyen de gorges circulaires lanternes, respectivement 24 et 25, reliées à des conduits 26 permettant de maintenir par une circulation d'eau, les joints d'étanchéité 12 et 14 à une température convenable pendant lsoperation de soudage. Conformément à l'invention, l' enceinte primaire 4 ainsi appliquée contre l'assemblage tormé par deux pièces à souder 3 et 2, comporte intérieurement une seconde enceinte 28, dite enceinte à vide secondaire, contenant au moins partiellement le canon à électrons 29 fournissant le faisceau nécessaire à la réalisation du cordon de soudure 3. Ce canon 29 est associé, de manière en elle-même classique, à un diaphragme 30 dont la conductance est déterminée de telle sorte que la fuite éventuellement occasionnée entre le vide secondaire à l'intérieur de l'enceinte 28 et le vide primaire dans l'enceinte 4, soit facilement absorbée par une pompe à vide secondaire 47 réunie à l'enceinte 28, comme il sera expliqué plus loin Le canon 29 comporte, au-delà du diaphragme 30, une lentille magnétique 31, le faisceau des électrons sortant du canon et de ce diaphragme 30, traversant avant la lentille 31 une vanne 32, permettant lors de la remise à l'air de l'enceinte à vide primaire par exemple, d'obturer le diaphragme et de maintenir l'enceinte 28 et l'ensemble cathodique du canon à électrons 29 sous un vide convenable. A-son extrémité opposée e diaphragme 30, l'enceinte secondaire 28 est réunie par un souttiet métallique 33, de forme annulaire, à une plaque support supérieure 34, venant s'appuyer contre un épaulement 35 prévu en bout de la virole 5 de l'enceinte 4, cette plaque 34 étant maintenue entre cet épaulement 35 et un épaulement correspondant 36 d'un boîtier supérieur 37. Ce dernier comporte une plaque de tête 38, munie d'un serre-câble 39 traversé par le câble d'alimentation 40 du canon à électrons 29. Ce câble 40 passe dans le boîtier 37 au travers d'un second serre-câble 41, porté par une plaque 42, convenablement centrée et maintenue parallèle à la plaque d'appui 34 par des vis de réglage 43. L'enceinte 4 est par ailleurs réunie à un dispositif de pompage (non représenté) permettant de maintenir à l'lnte- rieur de cette enceinte un vide primaire convenable, la liaison entre l'enceinte et cette pompe étant réalisée par un conduit 44 traversant la virole supérieure 5 r De même, le boîtier 37 mis en communication par l'intérieur du soufflet 33 avec l'enceinte sous vide secondaire 28, est réuni par une canalisation 45 terminée par une bride de -fixation 46 à la pompe à vide 47, permettant en permanence de maintenir dans l'enceinte 28 les conditions nécessaires au bon fonctionnement du canon à électrons 29 En se référant plus spécialement à la Fig. 2, on voit comment est réalisé le montage du canon à électrons proprement dit à l'intérieur de l'enceinte 4.A cet effet, l'enceinte à vide secondaire 28 qui présente la forme générale d'une douille cylindrique, est montéetournante par l'interme- diaire de roulements 48 et 49 dans un chariot constitué principalement d'un manchon 50 coaxial à la douille, comportant lui-même à son extrémité inférieure une glissière 51, apte à coopérer avec une rainure 52 ménagée radialement dans une couronne circulaire 53, montée- dans l'enceinte 4 et disposee coaxialement aux pièces 1 et 2 à souder.Cette couronne 53 supporte une équerre 54, fixée contre la face supérieure de la couronne par des écrous de blocage 55, cette équerre supportant elle-même une tige d'actionnement 56 solidarisée en 57 du manchon 50 et munie à son extrémité opposée d'une vis micrométrique 58 commandée par un bouton moleté 59- La rotation de cette vis par l'intermédiaire de ce bouton permet notamment d'effectuer le déplacement du manchon 5O dans La rainure 52 de la couronne et par conséquent, de déplacer radialement par rapport à celle-ci le canon 29 de façon à ajuster le positionnement radial de l'impact du faisceau issu du canon et en particulier de faire varier le diamètre du cordon de soudure 3, par rapport à l'axe commun des pièces i et 2 et de la couronne 53. La commande du bouton 59 de la vis micrométrique 58 est de préférence effectuée par un dispositit débrayable depuis l'extérieur de l'enceinte 4, pour une position angulaire précise du canon,repérée par exemple au moyen d'un contact électrique Dans ce but et comme représenté sur la Fig. 3, le bouton 59 est réuni par un système à cardan 80 à une pièce de connexion 81 portée par une équerre support 82 fixée sur la couronne-53.La paroi de l'enceinte 4 comporte en regard de la pièce de connexion 81 un manchon tubulaire 83 dont l'extrémité ouverte est coiffée par un bouton-poussoir 84. Ce dernier qui peut se déplacer sur la surface externe du manchon 83 en comprimant un ressort 85 monté à l'intérieur entraîne une tige 86 supportant des }oints d'étanchéité 87 montés coaxialement à cette tige et lmmobtllses par des collerettes transversales 88, ces joints assurant l'étanchéité au travers du manchon,quelle que soit la position de la tige 86 et du bouton-poussoir 84.La tige 86 se termine par un carré 89 apte à venir en prise avec un logement 90 prévu dans la pièce de connexion 81 qui permet par conséquent d'entraîner à travers celle-ci le système à cardan 80 et le bouton de commande 59, enspermettant le rattrapage d'eventuels défauts d'alignement. La couronne 53 comporte également, disposée dans sa face inférieure une gorge de guidage 60 dans laquelle sont montés deux rails de roulement 61 et 62, permettant à cette couronne 53 de tourner librement par rapport à une collerette circulaire 63 rendue solidaire, par des moyens non représentés, des épaulements terminaux des viroles 5 et 6 et, par conséquent, liés à la paroi de L'enceinte 4. La couronne 53 est également munie dans sa périphérie d'une roue dentée 64, bloquée par des vis 65 et comprenant dans sa face supérieure une denture circulaire 66, apte à coopérer avec un pignon à denture hélicoldale 67. Celui-ci est claveté en bout d'un arbre de commande 68 traversant la paroi de la virole 5 de l'enceinte 4 par l'lntermediaire d'un dispositif d'étanchéité classique (non représenté). A son extrémité extérieure à l'enceinte, itarbre 68 est muni d'un pignon conique 69, coopérant avec un second pignon 70, lui-même claveté à l'extrémité de l'arbre de sortie 71 d'un moteur d'entraînement 72. Le fonctionnement de la machine de soudage par bombardement électronique ainsi réalisée se déduit aisément de ce qui précède. Après avoir convenablement assemblé les pièces 1 et 2 de façon telle que leur ligne de jonction corresponde à une zone circulaire parfaitement centrée sur l'axe de la pièce et selon laquelle doit être réalisée le cordon de soudure 3, on amène au-dessus de l'assemblage formé par ces deux pièces, l'enceinte sous vide primaire 4, en réalisant l'étanchéité de çelle-ci par l'intermédiaire des joints 12, 14, et 15, le centrage convenable de l'enceinte sur l'assemblage des pièces 1 et 2 étant réalisé par le bras 16 et le doigt 17, eux-mêmes portés par la face inférieure de la couronne 53.On réalise ensuite le vide primaire nécessaire dans l'enceinte 4 et on ouvre la vanne 32, le canon à électrons 24 étant mis sous tension par l'intermédiaire de son câble 40. On peut alors convenablement ajuster la position du canon par rapport à la zone de soudure pour la formation du cordon 3, d'une part en provoquant un déplacement radial de ce canon avec l'enceinte 28 et le manchon 50 qui la supporte dans la rainure 52 de la couronne 53, puis une fois ce positionnement radial effectué, procéder à la rotation de la couronne 53 elle-même, permettant au faisceau d'électrons de décrire le cercle souhaité. Il est à noter qu'au cours de ce mouvement, le canon 29 reste touJours parallèle à lui-même , le soufflet d'étanchéité 33 lié à l'enceinte à vide secondaire 2 s'opposant à une torsion relative importante, la souplesse du câble 40 lui permettant d'épouser les débattements de ce soufflet imposés au cours des mouvements du manchon 50 et de la couronne 53. L'absence de rotation du canon autour de son axe propre présente de nombreux avantages et évite notamment d'avoir recours à une traversée haute tension électrique tournante et étanche, qui serait autrement nécessaire et placée au sommet de la machine. Les passages étanches et les serre-câbles utilisés sont par conséquent suffisants pour entraîner une fiabilité remarquable de la machine, de même qu'en ce qui concerne l'ensemble des autres accessoires nécessaires au bon fonctionnement du canon à électrons, non représentés sur les dessins pour éviter de surcharger ces derniers, tels par exemple, que les circuits de re#froidissement par circulation d'eau Ceux-ci peuvent en particulier être alimentés par de simples tuyaux souples à longueur suffisante a travers une traversée étanche de la paroi de l'enceinte primaire. La commande de la vanne séparant en période de remise à l'atmosphere extérieure l'enceinte primaire de l'enceinte secondaire, peut être commandée par tout moyen approprié, notamment par moteur, électro-aimant ou air comprimé, cette commande étant notablement plus simple dans sa réalisation pratique du fait que le canon se maintient toujours parallèle à lui-même Enfin, l'utilisation d'un simple soufflet métallique permet d'obtenir un coût de réalisation très faible, en évitant notamment l'emploi de systèmes mécaniques complexes. On réalise ainsi une machine s'adaptant bien au soudage de tubes ou autres selon des zones circulaires dont les diamètres peuvent varier entre quelques millimètres et quelques centaines. de millimètres, le réglage de la position du canon par rapport à la zone de soudure pouvant être aisément effectué à chaque nouvelle opération. La machine est du type ventouse et réalise , sans problèmes partlculiers, l'étanchéité nécessaire vis-à-vis de la zone à souder, par un simple joint statique. Elle peut être, de ce fait, utilisée pour des opérations de soudage sur des structures complexes, telles en particuliers que des traversées de barres de contrôle dans les fonds de cuves de réacteurs, la construction en étant comme déjà indiqué, largement simplifiée par l'absence de joints glissants ou tournants. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté ci-dessus; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. #VENDICATIONS I Machine de soudage par bombardement électronique, notamment pour le soudage de deux pièces coaxiales, comportant une première enceinte placée sous vide par une pompe primaire et munie d'un joint statique d'étanchéité appliqué contre l'une des pièces à souder disposée coaxialement autour de la seconde pièce en contact avec la première selon un contour circulaire délimitant la ligne de soudure, cette première enceinte contenant un canon -à électrons partiellement entouré par une seconde enceinte à vide secondaire, caractérisée en ce que la seconde enceinte est portée par l'intermédiaire de roulements par un chariot mobile déplaçable radialement dans une couronne coaxiale aux pièces a souder, cette couronne étant elle-même entraînée en rotation autour de son axe a l'intérieur de la première enceinte 2.Machine de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde enceinte à vide secondaire entourant le canon est raccordée à une partie fixe de la première enceinte par un soufflet métallique annulaire autorisant les mouvements de la seconde enceinte dans la première en permettant au canon de rester en permanence parallèle à lui-même. 3. Machine de soudage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le soufflet annulaire entoure un câble souple d'alimentation électrique du canon, ce câble traversant la paroi de la première enceinte par l'intermédiaire d'un serre-câble d'étanchéité. 4. Machine de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le chariot mobile comporte un manchon support de la seconde enceinte, comprenant une glissière coopérant avec une rainure ou analogue de la couronne coaxiale sous l'effet d'un dispositif à tige d'actionnement associée à une vis micrométrique, porté par une équerre solidaire de la couronne et provoquant le déplacement radial du manchon support. 5. Machine de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couronne coaxiale comprend une gorge de guidage supportant des rails de roulements coopérant avec une collerette circulaire fixée à la paroi de la première enceinte, cette couronne comportant également une roue dentée engrenant avec un pignon de commande actionné par un moteur pour provoquer la rotation de la couronne autour de son axe par rapport à la collerette. 6. Machine de soudage selon la revendication l, caractérisée en ce que la couronne coaxiale comporte un bras de centrage prolongé par un doigt axial pénétrant dans un alésage de guidage d'un bouchon ou analogue monté dans l'axe de llune des pièces à souder. 7. Machine de soudage selon la revendication 4, caractérisée en ce que la vis micrométrique est commandée de l'extérieur de la première enceinte par un système débrayable.