Brevet FR2330491A1 — publié le 19770603

La présente irvertion comeen las appareillages mchiles de soadage par @lectrons, sous vide, destinés à l'assaphlage de tubas, de nipples, oe encore de mépétrstiens (nezzles) sur des plagues au sun des récipients. Ces appsreillanesennt dite mohiles paree qu'ile sent déplecés au fur et à mesure des besoins au dessus de chacun des joints à souder. Ils sont éqalement appelés "machines ventouse" (clamping chamber ) parce que le vide est seulement créé dans la zone du joint en an@@sition aux appareillages classiques où les pièces à souder sont intégralament introduites dans une enceinte a vide . Dans les an pareils cononus, une cloche à vide recouvre le point è qouder.Elle contient un canon è électrons fixe rigidement de façon étanche sur t:ns nlsque supnort su platine sur laquelle sa position ainsi nue son inclinaison sont réglr- hies. La platine est entrainés en rctation sur elle dme par un moteur solidaire de l'appareillage, elle tourne sur des roulements places dans une cloche vide. Un mandrin central solidaire de la platine est engagé dans le tube à souder , il- assure le positionnement de l'appareil par rapport à ce tube Dans ces appareils la précision du positionnement du canon est trés exactement celle de la position de l'appareillage tout entier qui comprend : la chambre de travail 2 la chambre haute tension , les moteurs d'entrainement ,le canon et la platine , un passage haute tension ,la pompe secondaire directement connectés à la chambre haute tension , la cloche à vide elle même , le système de centrage Aussi, pour centrer un faisceau à électrons il convient de centrer plusieurs centaines de kilogrammes centaines de kilogrammes d'appareillage d'appareillage Comme ces appareils sont destinés à la production, la durée du cycle de chacune des operations doit être minimum.Aussi, lorsque la soudure est terminée, il est utile de maintenir constamment sous vide la partie cathodique du canon à électrons de fagon à éviter le cyclage thermique de la cathode d'une part , d'autre part de réduire la durée nécessaire à obtenir le vide secondaire dans le volume contenant les parties haute tension de l'appareillage .En conséquence, le canon est isola de la chambre de travail par une vanne à vide branchée au niveau de l'anode ou de la lentille de focalisation , et la platine sépare hermétiquement la chambre de travail de la chambre "haute tension" Actuellement ceci est réalisé par des joints qui assurent l'étanchéité tant lorsque la chambre est à la pression atmosphnrique que lorsqu'elle se trouve sous vide primaire et que la platine est en rotation Cette disposition des joints qui sont de grandes dimensions staccompagne de frottements imnortants d'ou un alourdissement général des structures et un renforce ment des organes d'antrainement , d'ou égalementla nécessité d'usinages de grande précision L'invention a pour objet d'améliorer la fiabilité de ces appareillageset de ces apmareillages et de faciliter tontes les opérations de maintenancn ( petite réparations et entretien ) rar un retour à une grande simplicité de conception où les fonctions et les organes correspondants snnt dissocias et non pas intégrés an une seule machine commacte.Elle a également pour objet d'accroître la productivité en éliminant les délais de nositionnement du canon et les aléas des manques d'atanchaite L'invention est caractérisée ne le fait que le canon est directement et rigidement fixé au dispositif de centrale ; i3 devient indépendant de la platine-support ( et de l'ensemble de l'annereillage ) a laquelle il est relit par un organe flexible insi, le précisiojn mécanique nécessaire au faisceeu d'électrens ne s'attache qu'à un groupe miniflium d'organes : le centreur et le canon à électrons Cet orgaue flexible est connecta d'une part à la partie arrière du c non élec- trons , leguel est situé dans la chambre de travail, d'autre part S la platine au travers de laquelle il communiqua avec la chanvre haute tension constamment main- tenue sous vide secondaire Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte une platine amovible , mobile , à laquelle est relié le canon à électrons Une famille de platines différentes sont susceptibles d'être adaptées à l'appereillage afin d'apporter la solution spécifi- que à chaque problème ; qu'il s'agisse d'un mouvement radial du canon ,d'un mouve ment axial ou encore d'uh positionnement en butée à l'aplomb d'un joint à souder Elle est caractérisée par le fait que le volume mis sous vide est délimite par plusieurs chambres étanches ,distinctes,à pompage séparé : d'une part celles délimitées par l'appareillage de soudage proprement dit ,d'autre part des chambras d'adaptation (dans le cas du soudage de n@zles par exemplel at par des chambrer dtobturation.Cette disposition permet,antre autres, de tester nréaleblement à la mise en place de la soudeuse les divers joints d'étanchéité Elle est caractérisée par le fait que l'appareillage de soudage comporte une partie cubique recevant les passages haute tension, les connections S vide ,etc.. surplombant une partie cylindrique dont la platine rnobile constitue la face inférieure Elle est carectériséepar le fait oue la platine à laoielle est relié le canon e électrons peut être pourvue d'un double dispositif d'étanchéité : un dispositif hermétique immobile lorsque la chambre de travail est à la pression atmosphérique, un dispositif d'étanchéité dynamique sans frottement lorst'te la chambre de travail est mise sous vide primaire ( 10- à 10- Torr Elle est caractérisée enfin par le fait eus l'argane d'entrainement neus être indifféremment raccordé è l'appareillane @@@r mettre en mouvement la platine mohile qui en venent en butée eur le canon entreiners celui ci en retation, ou être raccordé au centreur sur lequel est fixé directement le canon. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures t à 5. La figure 1 représente une machine destinée à la réalisation de soudures "cylindrioues"(peripheral weld) et "coniques" d'assemblage de tubes sur des plaques, ou de nozzles sur des récipients auxquels ils sont perpendiculaires. L'appareillage est posé verticalement au dessus des pièces a souder. L'appareillage adapté au soudage de pénétrations (nozzles) inclinées sur une paroi- est représenté sur la figure 2 en position de soudage horizontal (horizontal peripheral electron beam) . La figure 3 est une vue en plan de l'appareillage décrit dans la figure 1 .La figure 4 montre l'appareil- lage équipé pour le soudage interne de tubes (radial électron beam ) , il est disposé verticalement en dessous des pièces à souder. La figure 5 décrit comment la platine mobile peut btre pourvue d'un double système d'étanchéité : statique vis b vis de la pression atmosphérique , mobile et pratiouement sans frottement sous vide Sur la figure 1 est éffectuée la soudure du nozzle 11 sur la-plaque 13 le long du joint 12. Le canon à électrons 70 dirige un faisceau d'électrons aligné sur le joint , il a une bobine de focalisation 72.L'appareillage comporte une partie cubique 93 avec sa base 91 la reliant é une couronne cylindrique 20. Des orifices sont ménagés dans 93 tels que 96 pour le pompage en vide secondaire (10 à I0 Torr ) par une pompe turbomoléculaire 101 avec son moteur 102 et son aspiration 3 vide primaire 103, par l'intermédiaire du raccord 95. Ces orifices permettent de placer à la meilleure convenance possible les passages haute tension et pompe.La base d'appui 91 du cube est pourvue d'orifices de visite 92 , de fenêtres d'observation , de passages d'axes d'entrainement 134 au travers de joints étanches 135 (voir figures 2 & 3 ),qui peuvent etre accouplés au moteur Il? d'entrainement éventuellement fixé sur 91 (voir figure 4). Une partie 20 sert d'enveloppe extérieure cylindrique de la machine de soudage. Bans les figures 1,2,4, l'appareillage comporte une partie cylindrique mobile 54 avec une couronne dentée d'entrainement 56. Cette partie mobile est solidaire d' une partie fixe cylindrique concentrique 51 extérieure, sur laquelle elle roule par les roulements 52 et 53 ; entre les pièces cylindriques mobiles et fixes est disposé un joint étanche 53,54 . Nous avons,ici,schématsé un joint d'étanchéité "ferrofluide" ou une suspension liquide de particules magnétiques est maintenue en 55 par un champ magnétique assurant l'étanchéité entre 53 et 54. La platine 61 est fixée à la base du cylindre mobile Elle possède un orifice dégageant le canon à électrons 70.La connection souple entre le canon et la platine est assuré par la membrane 63 raccordée hermétiouement sur les deux pièces .Le canon est fixé sur le centreur 84 qui est engagé dans le nozzle 11 . Ce centreur a une butée de positionnement 85. Sa partie supérieure 83 porte une attache rigide 82 solidaire du canon,réglable radialement ainsi qufan inclinaisnn;il possède une patte 86 gràce à laquelle le centreur (et le canon ) sont reliés a la platine par l'intermédiaire d'un doigt 62,64 et d'un amortissement par ressort 65. Le canon à électrons est alimenté par les conducteurs 71 connectés à un distributeur 94 fixe qui permet la rotation de 71 par sa face tournante inférieure. Ce distributeur est relié à sa partie supérieure aux amenées haute tension fixes 133 (figure 7e. L'epoareillage de la figure 1 vient coiffer une chambre d'adantation 31 pompée par 32 pourvue de fenètres de visée non représentées, an appui sur des pattes 33 posant sur la pièce à souder. evec un joint d'étanchéité 34. En dessous de la pièce à souder on a symbolisé une chambre d'obturation 41 pompée par 42, en appui herméticue sur 12 pièce 13.En opération, il est souhaitable de disposer de plusieurs chambres 31 et 41 . Grce à cela il est possible de tester les tenchéi- tés avant que l'on mette en place l'appareillage de soudage qui pendant ce temps est utilisé à un autre poste de travail.Ainsi, sans perturber la production , procède-t-on à la vérification des étanchéités. Sur la figure 2 il s'agit de souder le nozzle incliné 15 sur la pièce 16. Le canon à électrons est porté par un mandrin 87,il est réglable en position par 86. Ce mandrin-épée est introduit dans un tube guide 87 lequel repose dans un centreur 120 en appui par 122 à l'intérieur du nozzle. Ce mandrin vient s loger et stac- crocher par 88 dans ce guide mobile 87. Il se déplace en rotation et axialement de telle sorte que la distance du canon au joint reste constante.La platine 67,68 est adaptée à cet usage Elle reçoit une paroi flexible en caoutchouc 63 dont la dimension autorise le débattement axial du canon.Sur cette figure ont été indiqués les joints toriques d'étanchété 23,24,21,22 entre les diverses parties de l'appareillage.On voit également la chambre cubioue 93 avec un passage haute tension 137 et son cable 131, connectée par 133 au distributeur 94. La chambre d'adaptation 36 est faite pour correspondre à l'inclinaison des nozzles et à leur dimension.Elle est pompée par 37et possède les joints d'étanchéité 38. On conçoit que la position de cette chambre sur la pièce 16 et partant de là la position de 1' appareillage de soudage, ne snit mas garantie avec une grande précision.Ceci importe peu puisque le canon est directeibent et indépendamment centré sur le joint. Sur l'autre face de 16,la chambre d'obturation 46 recouvre le nozzle. Elle est pompée par 47,elle possède le joint étanche 45.A sa nartie supérieure elle possède un passage étanche 49 porté par una menbrane souple 4P.Un tube R7 traverse le joint étanche 19 et vient à l'intérieur du centreur 12D sur lequel il roule par des billes schématisées par 128. L'extrémité du tube guide est entraînée en mouvement par la cage Ind à laquelle illest attaché par un doigt 89. Par 11 intermédiaire d' une came classique,le guide est sd axialement et en rotation de telle sorte que la distance du canon au joint reste constante ,Le moteur d'entrainement 117 et son réducteur 118 comn-ndent les mouvements par l'arhre 116 et le cordon 115; après une pototion de 186 , la quide @7 vient @@ 141, l'anqet 80 en 142. Pour réaliser une sozdure on procède en deux temes ; taut d'abord la centreur est alacé dans le nazzle et celui ci est pointé sur la pièce 16 ; en place la chambre obturation 46 avec le tube guide 87 ainsi que le chambre d'adaptation 36 ; on v-rifie les alignemente ; puis la chambre 36 est refermé d'un couvercle et toutes les étanchéités sont vérifiées. Ensuite, se@lement, asn vient placer l'appareillage de soudage et on accouple le moteur a la cane d'entraînement 114. Sur la fiqure 3 an voit en plan le cube 93 nompé par 86 à 95, la cable haute tension 131 ,le pesage brute tension 132, une fenêtre de visite 92, le moteur 117 et son réducteur 118, un axe supplémentaire d'entrainementî35,das pattes de tnanutension 153. Sur le figure 4 il s'agit de souder le tube 204 sur la pièce 205. L'appareillage est en position verticele inversée par rapport à la figure I @ainsi la pompe IOI est retournée par rannort au cube 93, Une platine nouvelle 225 est utilisée @Un récectacle cylindrique 222 est placé sur cette platine, ce réceptacle possède un passane étanche 13, un anneau intérieur 273, unressort 221,une face d'appui 223. Ce réceptacle est en liaison flexible sur 225 grâce lamemorane caoutchcue 226 serrée hermétiouement par 227 à 228. Bes pattes 224 maintiennent librement ce réceptacle sur la platinele canon dirige un faisceau d'électrons 600 sur le joint 706. Le canon est porté par le tube 210 qui le relie au volume sous vide secondaire Le tube possède un arrêt 209 qui positionne exactement le canon. La plaque 211 portée par 210 est poussée par le ressort 221. Cette souplesse rend le position nement du canon indépendant de la position de l'ensemble de l'appareillage.Le canon est prolongé par un mandrin-épée 208 qui est guidé par le centreur 207 pu placé dans le tube 204.LIentrainement est réalisé par le moteur et la couronne mobile 56. La rotation de cette couronne met en butée le réceptacle 222 ainsi que la plaque 211 liée au canon. Ce dernier est ainsi entraîné en rotation. Sur la figure 5 on voit une autre disposition des étanchéités entre la platine mobile 422 et les parties fixes de l'appareill age . Celui ci comporte la partie cubique déjà décrite et sa plaque de base qui vient sur la bride inférieure de la couronne 911 Cette couronne a un support intérieur 510 équipé d'un joint d'étanchéité 509. La platine mobile 422 possède des roulements 423 en son pourtour,et un joint flexible 425 destiné à assurer l'étanchéité entre le vide secondaire de la chambre haute tension et le vide primaire de la chambre de travail où tire le canon à électrons.Elle possède également des pattes 421,escamotables, dans lesquelles elle peut être écartée de 510 grtce à une couronne 409. La platine est pressés contre le joint 509 lorsque la soudure est terminée ,avant ale l'on casse le vide dans la chambre de travail.Cette mise en appui est réalisée parune cage d'écureuil 408 qui est déplacée verticalemant.Cette opération permet d'isoler totalement la chambre haute tension pour autant,bien entandu,oue le canon soit pourvu d'une vanns d'isolement . Les motlvements de la platine sont commandés par une cege d'écureuil 408 dont le déplacement est à son tour commandé par la rutation de 402 au travers du passage hermétique 404 , grâce à l'eccentrique 4P5 relié par des cables 406 à la bride 407 supérieure @Cette cage a des roulements 4Tf et 4I7 destinés à éviter tout risque de frottement entre 422 ou 421 sur des parties fixes. La cage d'écureuil est porté par une couronne 401 qui est fixée à son tour sur la bride 512 de 511 , avec l'étanchéité par 413 . La platine est entraînée en rotation par l'arbre de commande I36 sur lequel est olacé une poulie 522. L'entraînement est éffectué par la courroie 521 tendue sur le pourtour de la cournnne 520 soli dair de 422 L'appareillage ainsi constitué vient se placer sur les chambres d'adaptation déjà décrites Lorsque le vide est fait dans la chambre de travail , on écarte la platine du joint statique 509 et sa rotation s'éffectue gans frottement hormis celui , négligeable , du joint 425 sur l'enveloppe SIT . Après soudage, la platine est préssée contre le joint 59 par le déplacement axial de 408, , puis le vide est cassé dans l'enceinte de travail . L'annareillage est alors transnorte sur un autre poste de travail et le cycle est recommence REVENDICATIONS : I.Appareillage de soudage sous vide par électrons , transportable sur les pièces à assembler qui est caractérisé par ce outil comporte les dispositions suivantes a)plusieurs chambres à vide distinctes , pompées séparément dont une chambre comprenant les organes haute tension , une chambre de travail 2 enfin des chambres d'obturation indépendantes de l'appareillage et qui sont en contact hermétique sur les pièces à souder.Des organes complémentaires permettent d'isoler ces chambres afin de tester les étanchéités préalablement à la mise en place de l'annareillage proprement dit b) une platine mobile en rotation , séparant hermétiquement la chambre ou sont pla cés les organes haute tension sous vide secondaire ss de la chambre de travail sous vide primaire Cette platine est amovible , elle est spécifique à la nature du travail à éffectuer. c) un canon à électrons relié à la platine mobile par une membrane souple sui autarise les débattements du canon radialement, axialement et en inclinaison. Ce canon est rigidement lié à un organe de positionnement précis centré mécaniquement sur la pièce à souder d) des organes complémentaires qui peuvent étre aisément dissociés de l'apDareil- laga proprement dit tels que centreurs 2 motoréducteurs , moteurs d'entrsinament. e) des commandes de mouvements qui s exercent ,soit disrectement sur la platine , soit sur des dispositifs de guidage du canon Il. Appareillage selon la revencication I caractrisé par le fait que la chambre "haute tension" comporte une partie cylindrique contenant la platine mobile surplombée par une partie cubique où sont placés les différents passages sous vide pour la haute tension, la basse tension, le pompage, lles examens cptiques. III. Appareillage selon la revendication I comportant un organe destiné à déplacer la platine selon son axe de révolution . Cette platine est ainsi sérrée contre un joint à vide porté par la chambre haute tension , lorsque cette chambre est isolée de la pression atmosphérique ; elle est ensuite écartée de ce joint par déplacement axial lorsqutalle est mise en rotation . La platina est pourvue d'un joint souple S livres qui assure l'étanchéité entre le vide primaire et le vide second daire de la chambre de travail et de la chambre haute tension .L'orçane commandant les mouvements de la platine porte des butées à billes sur lesquelles roule la platine lu. Appareillage de soudage selon la revendication I destiné au soudage de piètements et de pénétrations sur un récipient caractérisé par le fait qu'un tube guide coulisse et tourne S l'intérieur d'un centreur disposé dans le tube ou pénétration ,en traversant hermétiquement la chambre d'obturation contenant la dite pénétration . Caractérisé egalement par le fait que la chambre d'obturation et l'appareillage de soudage sont places de oart et d'autre de la paroi du récipient Caractérisé par le fait que le canon est fixé sur un mandrinépée qui vient s'accrocher à l'intérieur du tube-guide Caractérisé enfin par le fait que la tube guide est directement relié aux organes de mise en mouvement.