Brevet FR2316036A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne les machines de soudage par faisceau d'électrons et plus précisément une telle machine fonctionnant sous vide partiel. Les ensembles de soudage par faisceau d'électrons sont des ensembles sous vide poussé ou sous vide partiel. Dans les ensembles sous vide poussé, la chambre de soudage est maintenue à la même pression, inférieure à la pression atmosphérique, que la chambre de formation du faisceau d'électrons et elle peut en fait représenter un prolongement de la chambre qui contient le canon électronique. Dans un ensemble à vide partiel, la chambre du faisceau d'électrons est maintenue isolée de la chambre de soudage, si bien que celle-ci peut être évacuée à une pression qui ne représente qu'un vide partiel par rapport à celui de la chambre du faisceau d'électrons. La pression de cette dernière est primordiale pour tout type donné de canon électronique et, si cette pression pouvait varier, elle pourrait créer des instabilités, des arcs électriques et éventuellement une supression totale du faisceau d'électrons.Par exemple, dans la chambre du faisceau d t électronss le vide correspond à une pression de 10 4 torr alors que, dans la chambre de soudage vous vide partiel, il suffit que la pression soit de 10 -2 à 5.10-# torr, par exemple de l t ordre de 10 1 torr. Une machine de soudage électronique sous vide partiel est destinée à fonctionner avec un débit relativement élevé de production, de nouvelles pièces étant présentées à la chambre de soudage successivement, chaque cycle de soudage comprenant la disposition dans la chambre de soudage d'une nouvelle pièce à souder, le pompage de la chambre au vide voulu pour le soudage, le soudage de la pièce, la mise de la chambre à l'atmosphère et le retrait de la pièce soudée. Il est essentiel que le gaz de la chambre de soudage ne puisse pas fuir par le passage reliant cette chambre à celle au générateur du faisceau d'électrons afin que la durée du cycle de soudage ne soit pas prolongée et que la perte de temps entre les cycles soit minimale.Il est souhaitable d'utiliser un mécanisme d'isolement de la chambre du faisceau électronique par rapport à la chambre de soudage p#uisqu'un tel mécanisme peut etre facilement commandé pour l'ouverture et la fermeture du passage du faisceau d'électrons, suivant une séquence convenable. Cependant, comme ce mécanisme d'obturation doit fonctionner dans une atmosphère très hostile et subit une température élevée tout en recevant des vapeurs métalliques et des débris de particules métalliques et des oxydes, la détérioration peut etre très rapide. En fait, les robinets à vide utilisés jusqu'à présent ne peuvent pas former un joint convenable après quelques heures seulement de fonctionnement. L'invention concerne une machine de soudage électronique sous vide partiel ayant un excellent robinet d'isolement de la chambre de soudage par rapport à la chambre du faisceau d'électrons. Plus précisément, elle concerne une machine de sou- dage par faisceau d'électrons sous vide partiel comprenant un robinet d'isolement de la chambre de soudage et de la chambre du faisceau d'électrons, qui non seulement a une longue durée mais qui crée aussi une région dépourvue de champ, dans le passage du faisceau d'électrons afin que le faisceau ne soit ni déformé ni dévié de son trajet normal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe longitudinale du bottier du canon électronique et de l'ensemble à robinet selon l'invention. Le dessin représente une machine 10 à faisceau d'électrons qui comprend un canon 12 générateur d'un faisceau d'électrons suspendu dans l'enceinte 14 délimitée par le bottier 16 du canon. Le bottier 16 comprend des parois latérales 18 et 20, une paroi 22 de séparation et une paroi supérieure non représentée. Les éléments internes du canon 12 du faisceau d'électrons, c'est-à-dire les organes qui transmettent le courant, le filament et la cathode, sont de type classique et on ne les a pas représentés. Le canon 12 est aussi relié à une source classique d'énergie non représentée placée à l'extérieur de la machine 10. Un appareillage convenable 23 de pompage à diffusion est relié à l'enceinte 14 par le canal 24 afin qu'une faible pression convenant à la for mation et à la commande d'un faisceau d'électrons soit établie entre le canon 12 et l'anode 26.Celle-ci est maintenue dans l'alignement du canon 12, sous celui-ci, par un support anodique 28 qui est fixé de façon amovible à la paroi 22 du bot- tier 16. Un joint torique 30 assure l'étanchéité entre le support 28 et la paroi 22. L'orifice 32 de l'anode 26 est maintenu dans l'alignement convenable du filament du canon 12, de manière connue, afin qu'il transmette le faisceau d'électrons créé par le filament du canon entre la cathode du canon 12 et l'anode 26. L'orifice -32 est placé sur une distance prédéterminée et il coopère à la formation avec l'orifice anodique 33 d'un faisceau d'intensité et de direction prédéterminées.Le faisceau d'électrons passe par un canal 34 et continue dans le passage délimité par l'ouver- ture 36 de ltorgane 38 du robinet 40 comme décrit en détail dans la suite, puis dans le conduit 42 formant un prolongement dans la chambre 44 de soudage. Deux bobines 46 et 48 portées par une structure externe 50 fixée au bottier 16 par des supports 52 et 54 respectivement, entourent le conduit 42. Les bobines 46 et 48 fonctionnent de manière classique et dévient, focalisent et-dirigent le faisceau de l'électron vers le produit (non représenté) placé dans la chambre 44 de soudage. Bien que l'emplacement du robinet 40 ne soit pas primordial, il est avantageux qu'il soit disposé entre le conduit 42 et l'anode 26. Le robinet 40 comprend un corps externe 56 fixé au support 52 et portant deux sièges 58 et 60 délimitant entre eux une cavité 62. La clé 38, de préférence de forme sphérique, est placée dans la cavité 62, en butée contre les sièges 58 et 60. Le siège 58 coopère de fa çon étanche avec le corps 56 par l'intermédiaire d'un joint torique 60. De manière analogue, le siège 60 coopère de fa çon étanche avec le corps 56 par l'intermédiaire d'un joint torique 66. Les sièges 58 et 60 sont maintenus en compression contre la clé 38 par un organe amovible 68, par exemple par un écrou qui est vissé sur le corps 56. Il est avantageux qu'un ressort ondulé 70 soit placé entre le siège supérieur 58 et l'écrou 68.Ce dernier chasse le ressort 70 contre le siège supérieur 58 t exerce ainsi une charge las- tique supplémentaire. La clé 3 fonctionne de manière classique et prend une position d'ouverture ou de fermeture. Dans la position d'ouverture, l'orifice 36 de la cné 3Q est aligné sur l'axe longitudinal de l'anode 26, comme représente sur la figure, et permet la formation d'un passare continu entre l'enceinte 14 et la chambre 44 par l'intermédiaire de l'orifice 33, du canal 34, de l'orifice 36 et du conduit 42. Dans la position de fermeture, l'orifice 36 est perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'anode 26 et ferme l'enceinte 14 par rapport à la chambre 44.La clé sphérique 38 est associée à un doigt 72 d'une broche 74 qui est elle-ême portée par deux jeux de roulements à billes 76, permettant la rotation dans un sens ou dans l'autre dans le corps 56. La broche 74 est elle-même reliée à un arbre d'un mécanisme classique de commande rotative 80 à came qui provoque la rotation alternée de la broche de manière classique de 1800 afin que l'orifice 36 de la clé 38 soit aligné ou non sur le trajet du faisceau d'électrons. Un autre dispositif non représenté synchronise le mécanisme 80 et la commande du faisceau d'électrons d'une manière qui n'entre pas dans le cadre de l'invention. Un alésage 82 est formé dans le corps 56, à un emplacement compris entre les sièges 58 et 60 afin qu'il constitue une canalisation de vide reliant la cavité 62 à la pompe à vide 84, Celle-ci est une pompe mécanique classique qui ne maintient selon l'invention qu'une petite pression différentielle dans la cavité 62. On constate qu'un débit nominal de 0,77 m3/min convient. Selon l'invention, il est essentiel qu'il existe un trajet de communication entre la cavité 62 et une pression prédéterminée afin que les fuites internes de l'air qui a pu s'infiltrer au niveau du siège aval 60 soient retirées, avant que le gaz ait atteint le siège amont 58. Ainsi, on constate selon l'invention que la mise sous vide de la cavité 62 à une pression comprise entre celle de la chambre de soudage et celle de l'enceinte, par exemple à 6.10-2 torr, augmente beaucoup la durée d'u robinet 40, la matière de construction des sièges 58 et 60 et de la clé 38 ayant bien moins d'importance. Ainsi, les sièges 58 et 60 peuvent être en métal et ils sont usinés dans le corps 56 afin qu'ils délimitent une région dépourvue de champ destinée au passage du faisceau d'électrons sans déviation. Il faut noter que, bien qu'un robinet à clé sphérique et à deux sièges soit avantageux, la clé 38 peut wetre d'un autre type, par exemple d'un type alternatif, placé entre deux sièges. REVENDICATIONS 1. Machine de soudage par faisceau d'électrons sous vide partiel, caractérisée en ce qu'elle comprend un bottier comprenant une enceinte dans laquelle est formé un faisceau d'é- lectrons, un dispositif destiné à fixer dans l'enceinte une pression prédéterminée inférieure à la pression atmosphérique, une chambre de soudage placée à l'extérieur du bottier, un dispositif formant un passage reliant l'enceinte à la chambre de soudage, pour le faisceau d'électrons, et un robinet destiné à ouvrir et fermer le passage, le robinet comprenant deux sièges placés dans le passage et délimitant entre eux une cavité, une clé mobile placée dans la cavité et en butée contre les sièges, cette clé ayant des positions d'ouverture et de fermeture permettant l'ouverture et la fermeture du passage, et un dispositif formant un passage entre la cavité et une source de vide à une pression prédéterminée. 2. Machine selon la revendication 1,caractérisée en ce que les sièges sont portés par un corps, et le dispositif destiné à former un passage entre la cavité et une source de vide à pression prédéterminée comprend un alésage formé dans le corps du robinet entre les sièges, et une pompe reliée à l'alésage afin qu'elle soit en communication avec la cavité, 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la clé est d'un type sphérique et est métallique. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les sièges sont métalliques. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le robinet comprend de plus un dispositif destiné à re-pousser les sièges contre la clé, 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif destiné à comprimer le siège contre la clé comprend un organe vissé sur le corps et un ressort.