Brevet FR2346094A1 — publié le 19771028

L'invention concerne une machine portative de sondage par faisceau d'électrons plus par ticulièrement destinée à la réalisation de soudures circulaires comme on en rencontre pour le soudage des tubes sur plaques, mais non limitée à cette application. Les caractéristiques des soudures obtenues par faisceau d'électrons ont de nombreux avantages par rapport aux autres procédés utilisés dans ces ae- semblages, comme la soudure sous argon par exemple. C'saut pourquoi, on a cherché à construire des machines à souder par faisceau d'électrons mobiles susceptibles de se B er sur la pièce à souder, comportant des moyens de centrage par rapport à chacun des tubes, des moyens pour faire tourner le faisceau d'électrons autour de l'axe du tube le long de la soudure, ainsi que les moyens pour assurer la mise SOUS vide de la sone entourant la soudure, condition nécessaire à l'emploi du procédé, l'étanchéité, cOté tube, étant obtenue séparément en insérant préalablement à la mise en place de la machine, un bouchon étanche à l'intérieur du tube, la machine comportant les éléments pour obtenir l'étanchéité en s'appliquant sur la face extérieure de la pièce. On connatt ainsi une réalisa- tion avec laquelle on couvre une surface comprenant plusieurs tubes à souder, le canon étant mobile pour s'aligner d'une manière approximative et successivement par rapport à chaque tube à souder le positionnement de précision final s'effectuant par reconnaissance préalable au moyen du faisceau d'électrons, et mise en mémoire de la position exacte du Joint à souder. Dans cette réalisation, le faisceau est défléchi et mis en rotation par ltefiet de bobines magnétiques fixes convenablement programmées et la machine ne comporte pas de centreur mécanique. Cette réalisation n'est pas applicable dans tous les cas, b cause de ses dimensions qui peuvent poser des problèmes de mise en place sur certaines pièces. On connatt une autre réalisation dans laquelle un mini-canon est mis en rotation autour de l'axe du tube b souder sur un rayon réglable, sans recours N un système de déflexion magnétique, l'ensemble étant mis en place au moyen d'un centreur mécanique extensible fixé k l'extrémité du support rotatif du canon. Cette réalisation présente l'inconvénient de nécessiter un passage tournant très onéreux et très fragile pour l'alimentation du canon en haute tension g celui d'un réglage compliqué en position de l'impact du fais oeau et, lorsque les tubes sont de petit diamètre, de comporter un centreur très fragile, impropre, b la limite, de résister à la réaction mécanique causée par ltensemble mobile lors de la mise en place. Dans une réalisation comparable, le canon se déplace parallèlement à lui-même évitant ainsi la mise en oeuvre d'un passage haute tension tournant, mais cela conduit à une certaine complication mécanique. Dans les deux cas, l'encombrement général est accru par le fait que l'espace balayé par le canon lors de son déplacement est important et, lorsque la place disponible pour mettre en place l'installation est réduite, l'application du soudage par bombardement électronique ne peut alors se faire qu'au moyen d'un canon de puis sance limitée. D'autre part, l'impératif de maintenir la cathode et ltespace d'accélération du canon sous vide poussé, conduit à certaines complications de conception du système de pompage. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne, à cet effet, un pistolet de soudage par bombardement électronique pour la réalisation de soudures circulaires par rotation du faisceau électronique comportant un corps délimitant une enceinte à vide secondaire contenant la cathode et l'anode d'un canon électronique, une enceinte à vide primaire reliée à 1 enceinte à vide secondaire par un orifice obturable de passage du faisceau électronique, ladite enceinte étant pourvue d'une surface d'extrémité pour son application étanche contre la pièce à souder, pistolet caractérisé en ce que la cathode et l'anode du canon électronique sont fixées rigidement dans l'enceinte secondaire et en ce que les moyens assurant la rotation du faisceau sont constitués par au moins une bobine de dêtîexion tournante, disposée à hauteur de l'enceinte primaire. Suivant une autre caractéris- tique de l'invention, un carter en matériau amagnétique placé dans l'entrefer de la bobine de déflexion constitue une séparation entre le vide de l'enceinte primaire et la bobine de déflexion en liaison avec l'air ambiant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le carter séparant la bobine du vide de l'enceinte primaire est disposé intérieurement à un support monté à rotation à l'intérieur du corps, la bobine de déflexion étant disposée entre le carter et le support. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens assurant le décalage du faisceau par rapport à l'axe du canon sont constitués par deux bobines de déflexion, ces bobines produisant des déflexions dans des directions opposées. Suivant une autre caractéristique de l'invention le corps de 1' enceinte primaire recevant la bobine de déflexion montée tournante comporte intérieurement au moins une bobine de focalisation, cette bobine étant reliée à l'air ambiant et séparée de l'enceinte primaire par un manchon en matériau amagnétique. On comprendra mieux l'invention en se reportant aux figures qui représentent une réalisation particulière de l'invention. - la figure 1 représente une vue en coupe de l'ensemble mettant en évidence l'étage 1 et l'étage 2, - la figure la est une vue de détail d'un autre mode de réalisation du moyeu mécanique de centrage, - la figure lb est une coupe transversale schématique établie à hauteur d'une bobine d'excitation. - les figures 2a, 2b et 2c montrent comment l'étage 2 s'oriente relativement à l'étage 1, suivant l'encombrement de la pièce à souder. L'étage 1 comprend le corps 3 qui reçoit l'isolateur 4 du support de la cathode 5, relié au cabale HT arrivant sur l'appareil par la bride latérale 6, l'anode 7, le couvercle d'accessibilité arrière 8, et la bride 9 de liaison à la pompe secondaire non représentée. L'espace 10, anode-cathode du canon est pompé par les évents Il pratiqués dans l'isolateur. l'étage 2 comprend le corps 12, qui s'embatte dans le corps 3 de l'étage 1 et est fixé sur lui d'une manière étanche par la bride 13 et les vis 14, ce qui lui permet de tourner autour de l'axe commun X Y, passant par l'axe de l'anode et de la cathode, par rapport à l'étage 1 et d'3tre ainsi fixé dans une quelconque position angulaire relative. Le corps 12 reçoit l'ensemble obturateur 15 comportant le vérin à air comprimé 16 et le clapet 17 qui s'ouvre au moment du soudage pour laisser passer le faisceau 59 fourni par le canon et traversant l'anode. il reçoit la bobine 18 de focalisation, son armature 19, son manchon amagnétique 20 ; l'armature 19 et le manchon 20 sont fixés sur le corps 12 par l'intermédiaire de joints circulaires 21, 22, 23, 24 et 25 de manière à séparer, d'une manière étanche, l'espace contenant la bobine 18, en liaison avec l'espace extérieur, de l'espace 26 maintenu, comme expliqué ci-après sous vide primaire. Le corps 12 reçoit l'ensemble électronique 27 ; cet ensemble 27 comprend le fourreau 28 qui comporte 1l'ouverture 29 dont on comprendra le rôle ci après. Â l'intérieur du fourreau 28 et par l'intermédiaire des roulements 30 et 31, la pièce 32, en métal amagnétique, peut tourner autour de l'axe général de l'appareil. Cette pièce 32 reçoit d'une manière étanche, au moyen des Joints 33 et 34, le carter 35, également en métal amagnétique, sur lequel sont fixés deux bobines de déflexion à armatures en fer à cheval 36 et 37 (voir figure 1b) dans l'entrefer desquels sont produits des champs magnétiques de déviation du faisceau, les deux bobines étant prévues pour fournir des déviations afin d'imprimer au faisceau un décalage réglable 60 tel que le faisceau émergeant ait une direction imposée. La pièce 32 reçoit, en outre, le support isolant des pistes annulaires 38, 39, 40, 41 et 42 du ducourant d'excitation aux deux bobines des électroaimants. La présence des Joints à lèvres 43 et 44 délimite un espace 45 où sont placés les bobines 36 et 37, et où règne la pression atmosphérique, par rapport à l'espace 26, où règne un vide primaire. La pièce 32 reçoit également le pignon 46 sur lequel engrène, à travers l'ouverture précédemment citée 29, le pignon 47 du moto-réducteur 48, placé à l'extérieur et fixé sur le fourreau 28. Par l'ouverture 29 passent également les contacts fixes frottant 49, 50, 51, 52, 53 qui amènent le courant aux pistes 38 å 42. Les dispositions qui viennent autre décrites sont telles que les roulements 30 et 31, les bobines 36 et 37, les contacts frottant 49 à 53 et l'engrenage 46 et 47 se trouvent à la pression atmosphérique, ce qui permet le graissage normal des parties mécaniques, le refroidissement des bobines, le bon fonctionnement des contacts électriques et du moteur extérieur. Â ltextrémité de la pièce 32 se trouve fixé le mandrin 54 de centrage, amovible et fonction du diamètre intérieur du tube à souder 61 ; à l'extrémité du fourreau 28 est fixé, d'une manière étanche au moyen du Joint torique 55, l'embout 56 qui comporte le Joint 57 venant s'appliquer sur la pièce à souder 62 et la bride de pompage 58 par où s'évacue et se maintient, sous vide primaire, ltes- pace 26 interne à tout l'étage 2. Lors de la mise en marche de l'installation, le clapet 17 obture l'anode 7, l'espace 10 est placé sous vide secondaire, et la cathode 5 est chauffée à sa température d'émission. L'installation est mise en service par l'engagement du centreur 54, le placage du Joint 57 et la mise sous vide primaire de l'espace 26. Les bobines de déflexion 36 et 37 sont excitées par des courants donnant un décalage 60 égal au rayon de soudage, la bobine 18 est également excitée pour obtenir une focalisation adéquate du faisceau. Lors du soudage, le clapet 17 est ouvert, la haute tension appliquée à la cathode 5 et le moto-réducteur 48 excité, ce qui a pour effet de produire le faisceau 59,~de le décaler et de l'entratner en rotation autour de l'axe de symétrie, et finalement de produire la soudure 63. Sur la figure 1 ont été représentées deux positions particulières 64 et 65 du faisceau émergeant fournies par deux valeurs distinctes des courants d'alimentation des bobines 36 et 37, ces courants pouvant être tels, compte tenu de la réalisation des bobines, que le faisceau émergeant du pistolet soit parallèle au faisceau sortant de l'anode t le réglage correspondant s'effectue, soit manuellement, soit automatiquement, l'installation étant alors munie d'un dispositif de repèrage et de mise en mémoire du Joint avant soudure. La valeur des courants d'alimentation des bobines de déflexion permet donc de faire varier le rayon de la soudure circulaire réalisée tandis que la différence en valeur absolue de ces courants permet de faire varier la direction du faisceau émergeant du pistolet par rapport au fais ceau sortant de l'anode.Ce faisceau émergeant pouvant aussi être convergent ou divergent suivant l'importance du courant d'alimentation de l'un des électro-aimants par rapport à l'autre, compte tenu de leur construction. Une autre caractéristique de l'invention est fournie par la figure la où l'on a représenté une variante du moyeu mécanique de centrage qui pourra être employé lorsque le diamètre du tube à souder devient trop petit et inférieur à 15 mm. On dispose, indépendamment de l'installation, d'un dispositif 66 dont le rdle essentiel est de réaliser par un Joint 70 l'étanchéité au vide du côté du tube à souder 61 et qui est mis en place avant l'opération de soudage - l'invention prévoit de munir ce dispositif d'un mandrin 67 prenant appui sur les parois internes du tube 61 et s'alignant donc par rapport à lui ; ce mandrin comporte le centrage 68 sur lequel prend référence l'embout 69 qui se fixe à la place d'un mandrin 54. Sur les figures 2a, 2b et 2c, on a représenté une vue simplifiée de profil et de face d'une réalisation conforme à l'invention pour montrer comment se règle le positionnement relatif des deux étages en fonction de l'encombrement de la pièce. Sur la figure 2a, on a repr6- senté l'installation 70 en position de soudage d'une pièce 71 présentant une dénivellation 73. On a également figuré, en position la bride 58, la botte de connexion 74, le motoréducteur 48, le vérin 16, la bride 9 et la pompe secondaire 75 constituant les servitudes de l'installation. La figure 2b représente une vue de face de la figure 2a où les éléments 58, 74, 48, 16, 9, et 75 sont représentés confondus dans un mme plan vertical. La figure 2c représente une position similaire à la précédente mais où la position de la dénivellation 73 nécessite une disposition différente de l'étage 2, l'étage I restant tel que la pompe secondaire 75 demeure en position verticale. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Pistolet de soudage par bombardement électronique pour la réalisation de soudures circulaires par rotation du faisceau électronique comportant un corps délimitant une enceinte à vide secondaire contenant la cathode et l'anode d'un canon électronique,tune enceinte à vide primaire reliée à l'enceinte à vide secondaire par un orifice obturable de passage du faisceau électronique, ladite enceinte étant pourvue d'une surface d'extrémité pour son application étanche contre la pièce à souder, pistolet caractérisé en ce que la cathode et l'anode du canon électronique sont fixées rigidement dans l'enceinte secondaire et en ce que les moyens assurant la rotation du faisceau sont constitués par au moins une bobine de déflexion tournante, disposée à hauteur de l'enceinte primaire. 20) Pistolet conforme à la revendication i, caractérisé en ce qu'un carter en matériau amagnétique placé dans l'entrefer de la bobine de déflexion constitue une séparation entre le vide de ltenceinte primaire et la bobine de déflexion en liaison avec l'air ambiant. 30) Pistolet conforme à lF revendication 2, caractérisé en ce que le carter séparant la bobine du vide de l'enceinte primaire est disposé intérieurement à un support monté à rotation à l'intérieur du corps, la bobine de déflexion étant disposée entre le carter et le support. 40) Pistolet conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le support de la bobine et du carter comporte des secteurs conducteurs, tandis que le corps du pistolet est pourvu de contacts frottants s'appliquant sur ces secteurs pour Il'alimentation de la bobine. 50) Pistolet conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens assurant le décalage du faisceau par rapport à l'axe du canon sont constitués par deux bobines de déflexion, ces bobines produisant des déplexions dans des directions opposées. 60) Pistolet conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour assurer le réglage de la valeur des courants dans les bobines. 70) Pistolet conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le support de la bobine et du carter en matériau amagnétique est pourvu, sur sa paroi externe, d'une couronne dentée reliée par un pignon à un moteur réducteur. 80) Pistolet conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines de déflexion sont constituées par des électroaimants pourvus d'une armature en fer à cheval. 9 ) Pistolet conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que le corps de l'enceinte primaire recevant la bobine de déflexion montée tournante comporte intérieurement au moins une bobine de focalisation, cette bobine étant reliée à l'air ambiant et séparée de l'enceinte primaire par un manchon en matériau amagnétique. 100) Pistolet conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps est réalisé en deux parties orientables anai- rement autour d'un axe déterminé par l'axe du canon électroni- que. 110) Pistolet conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que les deux parties orientables angulairement du corps délimitent, l'une, l'en- ceinte à vide primaire, l'autre, l'enceinte à vide secondaire. 120) Pistolet conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le support monté à rotation est pourvu d'un mandrin central traversant la surface d'extrémité du corps. 130) Pistolet conforme à la revendication 12, caractérisé en ce que le mandrin central est réalisé en deux parties séparées constituant, l'une, le mandrin proprement dit, l'autre partie étant fixée au support tournant et étant pourvue d'un embout de centrage sur le mandrin.