Brevet FR2300366A1 — publié le 19760903

La présente invention concerne le soudage par bombardement électronique, notamment les procédés de mise en coincidence d'un faisceau d'électrons avec le joint de pièces à souder, et les dispositifs pour la mise en oeuvre de ces procédés. On sait que, pendant le soudage par bombardement électronique, il faut diriger avec assez de précision le faisceau d'électrons sur la ligne du joint des pièces à souder. Dans le cas du soudage par faisceau électronique, l'orientation précise du faisceau d'électrons vers la ligne de joint des pièces à souder est compliqué par le fait que les pièces à souder se trouvent dans une chambre à vide, et que ltétat de surface des pièces et leur accostage intime compliquent l'observation visuelle. Méme en utilisant, à cette fin, des appareils optiques et des installations de télévision, on n'arrive pas à satisfaire, en règle générale, aux prescriptions de fabrication, par suite de la luminance excessive de la tache de chauffe. Dans nombre de cas, la géométrie des pièces rend impossible tout contrôle optique, aussi s'avère-t-il nécessaire d'élaborer un procédé permettant de diriger avec précision le faisceau d'électrons vers la ligne de joint des pièces à souder. On connat un procédé de mise en cotncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder (avant le commencement du soudage), avec utilisation du signal d'émission secondaire issu du joint des pièces à souder, bombardé par les électrons d'un faisceau oscillant. Dans la réalisation de ce procédé, le signal d'émission secondaire est déplacé en fonction du temps sur l'écran d'un oscilloscope par une tension dont l'amplitude est proportionnelle au courant dans le système déviateur électromagnétique de l'émetteur d'électrons. A des instants déterminés les-oscillations cessent et le signal d'émission secondaire de la zone frappée par le faisceau fixe est enregistré sur l'écran de l'oscilloscope sous la forme d'un spot. Par déplacement du faisceau d'électrons ou des pièces, on met le faisceau d'électrons en colncidence avec le joint des pièces à souder. On obtient alors sur l'écran de l'oscilloscope la mise en coincidence des deux signaux d'émission secondaire, provoqués par le faisceau oscillant et le faisceau fixe. L'inconvénient de ce procédé connu de mise en coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder réside dans la nécessité d'éliminer le déphasage entre le courant et le champ magnétique assurant la déviation du faisceau d'électrons. Dans le cas contraire, la position vraie du faisceau d'électrons sur la pièce ne correspondrait pas à la position du signal d'émission secondaire sur l'écran du tube à rayons cathodiques. En présence d'un déphasage, le signal d'émission secondaire provoqué par le faisceau d'électrons oscillant à la fréquence du réseau d'alimentation, de 50 ou 60 Hz, serait retardé par rapport au signal engendré par le faisceau d'électrons fixe qui nta pas de déphasage. La diminution du déphasage entre le courant et le flux magnétique est obtenue en supprimant les pièces métalliques à l'intérieur du système déviateur, ce qui complique fortement la construction du canon de soudage et altère son régime thermique pendant la marche, vu l'impossibilité de placer des écrans thermiques à l'intérieur du système déviateur.L'emploi de dispositifs déphaseurs pour la déviation du faisceau d'électrons du tube à rayons cathodiques ne permet pas d'obtenir une mise en coincidence de haute précision, car le déphasage entre le courant dans la bobine et le champ magnétique dépend de la température de travail du système déviateur, de l'amplitude du courant etc. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés ci-desus Pour cela, on s'est proposé d'enregistrer le signal d'émission secondaire de façon à supprimer le déphasage entre le courant dans le système déviateur et le champ magnétique faisant dévier le faisceau d'électrons. Ce problème est résolu grâce à un procédé de mise en coincidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder, du type consistant à faire varier le courant du système déviateur électromagnétique suivant une loi sinusoïdale, à déplacer le faisceau d'électrons perpendiculairement au joint des pièces à souder, à enregistrer le signal d'émission secondaire sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques dont le balaya ge en fonction du temps est proportionnel au courant dans le système déviateur électromagnétique, et à modifier la position relative du joint des pièces à souder et de l'émetteur électronique de soudage en fonction de la position dudit signal, ledit procédé étant caractérisé, d'après l'invention, en ce que le signal d'émission secondaire est déplacé en fonction du temps sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques par une tension ou un courant dont l'amplitude est proportionnelle au au urant dans le système déviateur électromagnétique, la phase de la ten sion ou du courant de balayage étant modifiée de 1800 auprès des maximums du courant de déviation, et les deux images du signal d'émission secondaire ainsi obtenues sur l'écran du tube à rayons cathodiques étant mises en coïncidence par déplacement relatif de l'émetteur électronique de soudage et des pièces à souder. Le dispositif pour la réalisation du procédé proposé de mise en coTncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder, du type comprenant un émetteur électronique de soudage avec un système déviateur électromagnétique, un tube à rayons cathodiques, un générateur de courant sinusoïdal relié électri quement, via un interrupteur, au système déviateur électromagné tique de l'émetteur électronique de soudage et au balayage en fonction du temps du tube à rayons cathodiques, un collecteur d'électrons secondaires placé sous l'émetteur électronique de soudage et relié électriquement à l'entrée du tube à rayons cathodiques, est caractérisé, d'après l'invention, en ce qu'il comporte un transformateur dont 1'enroulement primaire est inter calé dans le circuit reliant le générateur de courant sinusoldal au système déviateur électromagnétique, tandis que son enroulement secondaire est connecté à l'entrée d'un formeur de tension de commutation et d'un commutateur à deux positions stables, dont la sortie est connectée à l'entrée du balayage en fonction du temps du tube à rayons cathodiques, le basculement du commutateur d'une position stable à l'autre ayant lieu aux instants où le courant passant dans le système déviateur électromagnétique de l'émetteur d'électrons atteint sa valeur maximale. le procédé proposé de mise en coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder, et le dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé permettent - d'accroître la précision d'orientation du faisceau d'électrons vers le joint des pièces à souder; - d'abaisser les prescriptions concernant les fluctuations du courant dans le faisceau d'électrons, de la tension d'accélération et du diamètre du faisceau d'électrons lors de son orientation vers le joint; - de simplifier l'opération d'orientation du faisceau d'électrons vers le joint des pièces à souder, car il devient inutile de compenser le déphasage entre le courant et le champ magnétique déviant le faisceau d'électrons. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'un exemple de réalisation non limitatif avec référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente le schéma du dispositif proposé pour la mise en coincidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder; - la figure 2 représente le tube de l'oscilloscope et les oscillogrammes du signal d'émission secondaire sur l'écran du tube à rayons cathodiques quand la ligne de joint ne coîncide pas avec la ligne zéro du courant de déviation Io et du flux magnétique de déviation - la figure 3 montre la forme du courant de déviation Io; - la figure 4 montre la forme de la tension U1 à la sortie du commutateur à deux positions stables; ; - la figure 5 montre la forme de la tension U2 à la sortie du formeur de tension de commutation; - la figure 6 représente le tube de l'oscilloscope et les oscillogrammes du signal d'émission secnndaire quand le courant de déviation 10 et le flux magnétique de déviation Sd, sont en coincidence; - les figures 7 et 8 représentent les signaux d'émission secondaire sur l'écran du tube à rayons cathodiques. le dispositif pour la mise en coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder, conforme à l'invention, comprend un émetteur d'électrons, dont le système déviateur électromagnétique 1 (figure I) est branché d'une part sur une source 2 de courant continu, permettant de modifier la position du centre de déplacement du faisceau d'électrons par rapport au joint 3 des pièces à souder, et d'autre part, via un transformateur 4, sur un générateur de courant sinusoldal (non représenté sur les dessins). la sortie de la source 2 de courant continu est shuntée par une capacité 5. Un tel montage prévient la chute de la tension du générateur de courant sinusoïdal par suite de la fermeture du circuit par la résistance interne de la source 2 de courant continu. Dans, le circuit transformateur 4 système déviateur électromagnétique 1, est intercalé l'enroulement primaire d'un transformateur 6, dont le secondaire est connecté aux entrées d'un commutateur 7 à deux positions stables et à un formeur 8 de tension de commutation. les commutateur à deux positions stables, commandés à partir de formeurs appropriés de tension de commutation, sont bien connus et très employés dans l'étude de divers genres de dispositifs déphaseurs, de circuits électriques complexes à tension ou courant alternatif. La sortie du formeur 8 de tension de commutation est connectée aux entrées de commande du commutateur 7, et la sortie du commutateur 7 est connectée aux plaques de déviation horizontales X-X' du tube à rayons cathodiques 9. Le collecteur 10 d'électrons secondaires, réalisé annulaire, est placé sous le système déviateur électromagnétique 1 de l'émetteur électronique, et il est raccordé à la terre par l'intermédiaire d'une résistance 11. En outre, le collecteur 10 est raccordé aux plaques de déviation verticale Y-Y' du tube à rayons cathodiques 9 par l'intermédiaire d'une capacité 12. La description suivante du fonctionnement du dispositif de mise en coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder mettra en évidence les avantages du procédé faisant l'objet de l'invention. le flux magnétique 0 (figure 2), engendré par le système déviateur électromagnétique 1 (figure 1) lorsqu'il est traversé par le courant de déviation 4 (figure 2) de forme sinusoldale issu du générateur de courant sinusodal, dévie le faisceau 13 (figure 1) d'électrons et varie dans le temps suivant une loi harmonique.Dans le cas général, entre le courant Io (figure 2) et le flux Plo il y a un déphasage F O Quand le faisceau 13 (figure 1) d'électrons coupe la ligne du joint 3, le courant des électrons secondaires arrivant sur le collecteur 10 diminue, car une partie des électrons primaires pénètrent dans ltécarte- ment entre les bords du joint 3 qui exercent un effet d'écran sur les électrons secondaires, lesquels ne peuvent alors atteindre le collecteur 10 d'électrons secondaires Le circuit parcouru par le courant du collecteur 10 est fermé par la terre à travers la résistance il Le courant produit dans cette résistance 11 une chute de tension, laquelle est transmise par la capacité de couplage 12 aux plaques de déviation verticale Y-Y' du tube à rayons cathodiques 9.La tension du secondaire du transformateur 6, proportionnelle au courant 10 de déviation du système déviateur électromagnétique, est appliquée aux plaques de déviation horizontale X-X', via le commutateur 7, qui change la phase de 1800 auprès des valeurs maximales du courant Io (figure 3) et dont la tension U1 est représentée conventionnellement sur la figure 4. La tension de l'enroulement secondaire du transformateur 6 (figure 1) est aussi appliquée à l'entrée du formeur 8 de tension de commutation, qui met en forme la tension U2 représentée conventionnellement sur la figure 5. La tension à la sortie du formeur 8 (figure 1), disparaissant et réapparaissant auprès des maximums du courant de dévia tion 4 b, commande le commutateur 7, en assurant le branchement des plaques de déviation horizontale X-X' du tube à rayons cathodiques 9 sur l'enroulement secondaire du transformateur 6. Si la ligne du joint 3 ne coïncide pas avec le plan de symétrie du flux magnétique de déviation, (figure 2) les signaux d'émission secondaire 14 et 15 seront déphasés par rapport aux instants où le flux QI s'annule. On supposera que le flux magnétique 0 ne soit pas déphasé par rapport au courant Dans ce cas, on aura la fonction représentée par la ligne continue 16.Si l'on projette les instants correspondant aux signaux 14 lorsque la tension est maximale sur l'axe des temps t de la fonction = f(t , puis sur l'axe des temps t de la fonctio rU1 = f(t)7 , on obtient, sur l'écran du tube à rayons cathodiques 9, comme le montrent les courbes tracées sur la figure 2, des oscillogrammes doubles 17 entre lesquels la distance est d'autant plus grande que le décalage de la ligne du joint 3 par rapport au plan de symétrie du flux magnétique de déviation 0 est grand. Si le flux magnétique #o est déphasé d'un angle T par rapport au courant 1o (ligne interrompue 18), les signaux 15 d'émission secondaire sont aussi respectivement déphasés et l'on obtient sur l'écran des oscillogrammes doubles 19 qui ne sont que légèrement décalés par rapport aux oscillogrammes 17 suivant l'axe X-X' du tube à rayons cathodiques 9. En figure 6 on a examiné le cas où la ligne du joint 3 coincide avec le plan de symétrie du flux magnétique 0 (figure 9) de déviation du système déviateur électromagnétique 1 et, par conséquent, avec la ligne zéro du courant 10 de déviation. le flux magnétique t0 étant supposé ne pas être déphasé par rapport au courant de déviation 10 (ligne continue 20), les signaux d'émission secondaire 21 obtenus par construction graphique se superposent et ne dcnneùt;eux aussi sur l'écran du tube qu'un seul signal 22. Si le flux #o est déphasé d'un angle ypar rapport au courant de déviation 1o (ligne interrompue 23), les signaux 24 d'émission secondaire se superposeront eux aussi et leurs images (signal 25) sur l'écran du tube à rayons cathodiques 9 se confondront et ne seront que décalées suivant l'axe I-I' par rapport au signal 220 in conséquence, les oscillogrammes sur l'écran du tube à rayons cathodiques 9 ne se confondront, c'est-à-dire qu'ils ne seront en coïncidence sur l'axe X-X, que lorsque la ligne du joint 3 des pièces à souder sera enoeîncidence avec la ligne zéro du flux magnétique O de déviation. les constructions graphiques examinées font apparaître que lorsque les plaques X-X' de déviation horizontale sont attaquées par une tension U2 obtenue à l'aide du procédé proposé et du dispositif pour le réaliser, l'enregistrement de la coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder, par utilisation du signal d'émission secondaire, n'est pas tributaire du déphasage entre le courant I de déviation o et le flux magnétique Plv qu'il engendre. De la sorte, l'opérateur doit obtenir la mise en coïncidence sur l'axe X-X' du tube à rayons cathodiques 9 des deux oscillogrammes des signaux d'émission secondaire du joint, ce qui témoignera uniquement de la coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder La figure 7 représente les signaux d'émission secondaire sur l'écran du tube à rayons cathodiques quand le faisceau d'électrons ne coïncide pas avec le joint, et la figure 9 représente ces signaux dans le cas ot le faisceau d'électrons vient frapper exactement le joint des pièces à souder Si les amplificateurs des Elayages du tube à rayons cathodiques 9 provoquent aussi des déphasages, il ne s'ensuit aucune altération du principe de mise en coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint 3 des pièces à souder (un tel cas n'est pas montré sur les figures pour plus de clarté) La mise en coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint 3 des pièces à souder peut être réalisée par déplacement des pièces ou de l'émetteur d'électrons, ou bien par décalage du faisceau d'électrons obtenu en superposant une composante continue au courant I . La précision de la mise en coïncidence du faisceau d'électrons avec le joint des pièces à souder en présence d'un déphasage n'est pas tributaire de l'amplitude des signaux d'émission secondaire, aussi l'influence des variations de l'amplitude du signal d'émission secondaire, dues aux fluctuations du courant dans le faisceau d'électrons, de la tension d'accélération et du diamètre du faisceau d'électrons dans le plan de la pièce, est-elle exclue. il en résulte un accroissement de la précision d'orientation du faisceau d'électrons, un abaissement des prescription relatives à la valeur des fluctuations du courant, de la tension d'accélération et du diamètre du faisceau, ce qui allège la tâche de l'opérateur, car l'opération de compensation du déphasage est supprimée. Bien entendu, l'invention ntes fullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons,sicelles-cisont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E ND i C A T I O N S - 1 - Procédé de mise en coixicidence d'un faisceau d'électrons avec le- joint de pièces à souder, consistant à faire varier le courant du système déviateur électromagnéticue suivant une loi sinusoïdale, à déplacer le faisceau d'électrons perpandiculairement au joint des pièces à souder, à enregistrer le signal d'émission secondaire sur l'écran d'un tube à rayon cathodiques dont le balayage en fonction du temps est proportionnel au courant dans le système déviateur électromagnétique, et à modifier la position relative du joint des pièces à souder et de émetteur d'électrons en fonction de la position dudit signal caractérisé en ce que le signal d'émission secondaire est déplacé en fonction du temps sur l'écran du tube à rayons cathodiques par une tension ou un courant dont l'sniplitude est proportionnelle au courant dans le système déviateur électromagnétique, la phase de la tension ou du courant de balayage étant modifiée de 1800 auprès des maximums du courant de déviation, et les deux images du signal d'émission secondaire ainsi obtenues sur l'écran du tube à rayons cathodiques étant mises en coïncidence par déplacement relatif de l'émetteur d'électrons et despièces à souder 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de la revendication 1, du type comprenant un émetteur d'électrons avec un système déviateur électromagnétique, un tube à rayons cathodiques, un générateur de courant sinusoïdal relié électriquement, par l'intermédiaire d'un interrupteur, au système déviateur électromagnétique de l'émetteur d'électrons et au balayage en fonction du temps du tube à rayons cathodiques, un collecteur d'électrons secondaires disposé sous l'émetteur d'électrons et relié électriquement à l'entrée du tube à rayons cathodiques, caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur (6) dont l'enroulement primaire est intercalé dans le circuit reliant le générateur de courant sinusoïdal au système déviateur électroma gnétique (1), tandis que son enroulement secondaire est connecté à l'entrée d'un formeur (8) de tension de commutation et d'un commutateur (7) ayant deux positions stables et dont la sortie est connectée à l'entrée du balayage en fonction du temps du tube à rayons cathodiques (9), le basculement du commutateur (7) d'une position stable à l'autre ayant lieu aux instants où le courant passant dans le système déviateur électromagnétique (1) de l'émetteur d'électrons atteint sa valeur maximale.