Brevet FR2390242A1 — publié le 19781208

La présente invention concerne le soudage par faisceaux de particules énergétiques tel que le soudage par faisceaux d'électrons (F.E.) Plus spécifiquement, 11 invention concerne un dispositif pour maintenir lemétal en fusion dans la zone de soudage. Si une pièce d'oeuvre est soudée au moyen d'un faisceau de particules énergétiques tel qu'un faisceau laser, un faisceau d'ions ou un faisceau d'électrons, une masse de métal fondu provenant de la pièce d'oeuvre se foime dans la zone de-la pièce ou frappe le faisceau. Il est bien connu dans l'art du soudage par F.E. que la tendance de la matière fondue à s'écouler hors de la zone de soudage augmente avec l'épaisseur de la pièce d'oeuvre et devient un problème sérieux si l'épaisseur de la pièce d'oeuvre dépasse par exemple 50 ou 100 mm. On a proposé de nombreux moyens pour résoudre ce problème. Par exemple, on a fixé une plaque métallique d'arrêt sur la pièce d'oeuvre sur le côté de sortie du faisceau. Cette solution a l'inconvénient que la plaque d'arrêt fusionne avec la pièce d'oeuvre et est difficile à retirer. D'autres moyens d'arrêt présentent des inconvénients similaires. Selon la présente invention, il est prévu une conduite par laquelle un matériau d'arrêt fluide, tel qu'une poudre ou bien un granulat métallique, est amené à la zone de soudage et tel que le métal fondu est retenu dans la zone de soudage de la pièce d'oeuvre. Une partie de ce matériau d'arrêt fluide est fondue par le faisceau et, après solidification, adhère à la pièce d'oeuvre où elle forme une excroissance en forme de queue sur le cordon de soudure produit par le faisceau, mais une telle excroissance est facile à éliminer par exemple au moyen d'un disque de meulage ou de coupe.La conduite qui amène le matériau fluide à la zone de soudage peut être pourvue d'une partie enfoncée, comme par exemple une ouverture en forme de fente, prévue dans la paroi latérale pour recevoir l'excroissance en forme de queue lorsque la conduite et le faisceau sont déplacés à l'unison le long de la jonction réalisée par le procédé de soudage par F.E. Les dessins ci-annexés représentent La figure 1, une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation préféré de l'invention ; La figure 2, une vue en coupe partielle du mode de réalisation de la figure 1 ; La figure 3, une vue en perspective partielle d'une modification du mode de réalisation des figures 1 et 2 ; La figure 4, une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 10 selon la présente invention destiné à empêcher le métal fondu par un faisceau d'électrons 12 dans une zone de soudage 14 de s'écouler par le côté de sortie du faisceau (sur la droite sur les figures 1 et 2) d'une pièce d'oeuvre 16 consistant en deux plaques 16a et 16b de métal, par exemple d'acier, dont l'épaisseur D est considérable et de 50 mm ou plus par exemple. La pièce d'oeuvre 16 et le dispositif 10 sont placés dans une chambre à vide d'une machine de soudage par faisceau d'électrons, non représentée, dont la fonction est de produire le faisceau le long d'un axe pratiquement horizontal 18 (figure 2). Le dispositif 10 est stationnaire par rapport au faisceau 12 tandis que la pièce d'oeuvre 16 est mobile par rapport au faisceau 12 aussi bien qu'au dispositif 10 comme le symbolise une flèche 20. Les machines de soudage par F.E. sont bien connues dans l'art et de ce fait n'ont pas besoin d'être décrites en détail. Le dispositif 10 comprend une conduite 22 comprenant une premitre extrémité formant une ouverture 24 qui est disposée face au coté de sortie du faisceau sur les plaques 16a, 16b. L'autre extrémité peut présenter la forme d'une trémie 26 ou bien etre pourvue de tout autre moyen pour contenir et fournir un matériau d'arrêt solide particulaire et fluide 28 qui est alimenté par la conduite 22 vers l'ouverture 24. Le matériau d'arret peut etre constitué par une poudre ou un granulat métallique, et sa composition peut être pratiquement la même ou similaire à celle du matériau de la pièce d'oeuvre. Les particules de matériau d'arrêt peuvent avoir une forme au moins approximativement sphérique. Cependant et de préférence, leur forme est telle que l'on puisse obtenir une agglomération non tassée des particules qui permet aux gaz et aux vapeurs de s'échapper de la zone de soudage, et de ce fait une évacuation efficace de ces derniers. Ainsi, les particules peuvent être constituées par de courts fragments d'un fil métallique, de granules métalliques de formes irrégulières ou de coupures de teuilles métalliques irrégulières et ayant la forme approximative de cubes. On a utilisé avec succès des particules dont les dimensions sont situées entre environ 0,5 et 5,0 mm, les dimensions spécifiques choisies dépendant des conditions et des tolérances de la pièce d'oeuvre. Généralement, on préfère des particules dont les dimensions sont d'environ 1 mm. Une paroi latérale 32 de la conduite 22 est pourvue d'une ouverture ou renfoncement 34 en forme de fente ou de coin, dont les buts sont décrits ci-dessous. L'extrémité de la conduite qui constitue i-ouver- ture 24 et/ou le bord de l'enfoncement 34 peut être pourvue d'un joint en tome de brosse 36 pour éviter des pertes excessives du matériau d'arrêt. Les parois de la conduite qui sont adjacentes à l'ouverture 24 peuvent être poreuses et par exemple réalisées partiellement par une toile, pour améliorer l'évacuation de la zone de soudage. On peut choisir les dimensions des particules des granules métalliques ou de la poudre métallique constituant le matériau 28 d'une part de manière qu'elles soient suffisamment grandes pour que ce matériau ne puisse pas s'écouler hors de la conduite 22 en même temps que la perle solidifiée ou bien l'excroissance 42 par l'ouverture 34 en forme de fente et précédemment mentionnée de la paroi latérale 32, et en fait même pas à travers l'intervalle dans le cordon de soudage qui n'est pas encore soudé et, d'un autre coté qu'elles ne soient pas trop importantes du fait que la matière doit pouvoir être versée ou bien poussée à l'intérieur de l'organe tubulai- re de sorte que les granules qui ont fusionné avec la pièce d'oeuvre sous l'action du faisceau d'électrons puissent être remplacées.Ceci a lieu soit sous l'action de la pesanteur (par exemple dans le cas d'un faisceau d'électrons horizontal), soit au moyen d'une presse, par exemple dans le cas d'un faisceau vertical. La conduite 22 peut être pourvue d'un vibreur électromagnétique 38 ou de moyens similaires pour obtenir un courant et une alimentation continus du matériau 28 vers l'ouverture 24. En fonctionnement, le faisceau 12 agit et la pièce d'oeuvre 16 est déplacée relativement au faisceau pour produire un cordon de soudure 40. Une partie du faisceau émerge sur l'autre côté de la pièce d'oeuvre, et le dispositif 10 est mis en place de manière que l'ouverture 24 et la matière 28 située dans l'extrémité adjacente de la conduite 22 reçoivent la partie émergeante du faisceau. Le faisceau se perd à l'intérieur de la matière 28 et de ce fait ne frappe pas les parois de lu conduite 2. Une partie de la matière 28 est tondue par le faisceau et constitue après resolidification une excroissance 42 en forme de queue, ou encore en forme de ce que l'on appelle une perle arrière, du cordon de soudure, qui fait saillie par l'ouverture en forme de fente 34 quant la pièce d'oeuvre 20 se déplace par rapport au faisceau 12 et au dispositif 10. La figure 3 représente un dispositif 10 modifié, différent du mode de réalisation décrit ci-dessus avec référence aux figures 1 et 2 du tait qu'il comprend une conduite 221#qui, au moins dans la partie adjacente à son extrémité située contre la pièce d'oeuvre, se présente sous la forme d'un canal avec un côté supérieur ouvert. Un tas dé poudre ou de granulats 28' se forme autour du point ou le faisceau 12' émerge de la pièce d'oeuvre 16 t et la hauteur et la forme du rebord de la paroi latérale arrière 32'a (vue dans la direction du mouvement relatif entre la conduite 22' et la pièce d'oeuvre 16') sont choisies de manière que la perle arrière 42' formée au cours du processus de soudage puisse passer par dessus le rebord supérieur de la paroi latérale arrière 32'a.La partie terminale de la conduite 22' peut même être pourvue d'une paroi latérale frontale 32'b seulement, ou bien d'aucune paroi latérale. Pour tous ses autres aspects, le dispositif 10' est semblable et fonctionne de la même manière que le dispositif 10 décrit avec référence aux figures 1 et 2. Un jeu relativement important peut être permis entre l'ouverture ou bouche des conduites 10 et 10' de sorte que la poudre ou le granulat puisse couler de façon continue dans l'intervalle situé entre le côté de sortie du faisceau de la pièce d'oeuvre et l'extrémité adjacente de la conduite et/ou bien au-dessus des rebords des parois latérales de la partie terminale en forme de canal. Dans un tel cas, il convient de prévoir un approvisionnement suffisant en matière d'arrêt et l'on peut prévoir des moyens 20, tels qu'un convoyeur du type à godets qui est représenté schématiquement sur la figure 3, pour remettre en circulation la matière qui a coulé à l'extérieur en la faisant revenir vers l'entrée des conduites 22 et 22' respectivement. La figure 4 est une vue en coupe pratiquée dans le plan d'un cordon de soudure produit par un faisceau d'électrons 12" orienté verticalement. Selon l'invention, un dispositif 10" est prévu pour empêcher la ma tière de la pièce d'oeuvre fondue par le faisceau 12" de s'écouler de la zone de soudage 14". Le dispositif 10" comprend une conduite verticale en forme de tube 22" rempli d'un matériau d'arrêt fluide 28", sous forme d'une poudre métallique ou d'un granulat métallique.La matière 28" est poussée contre la paroi inférieure de la zone de soudage 14" par un piston entraîné par un moteur linéaire 38" qui peut être du type pneumatique, hydraulique ou électromagnétique qui applique au piston une force dirigée vers le haut à laquelle peut s'ajouter un mouvement oscillant d'amplitude relativement faible. Une fente 34" est prévue dans la paroi de la conduite 22" pour recevoir une perle arrière 42" formée essentiellement par la matière d'arrêt fondue et resolidifiée. L'avantage essentiel du dispositif de support de fusion selon la présete invention consiste dans le fait que la matière particulaire non agrégée n'empêche pas l'évacuation et le retrait des gaz de la zone de soudure et de la partie en fusion. Ainsi, on produit des cordons de soudure sains et sans vides. Bien que l'on ait présenté et décrit des modes de réalisation préférés de l'invention, il faut comprendre que l'invention a été décrite à titre d'illustration plus qu'à titre limitatif et qu'en conséquence elle n'est limitée que par les revendications ci-annexées en fonction de l'art antérieur, REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour empêcher une potière fondue de s'écouler d'une zone de soudure produite par un faisceau de particules énergétiques, dans une pièce d'oeuvre, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens destinés à assurer l'alimentation d'un matériau d'arrêt fluide contre ladite zone de soudage. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens comprennent une conduite dont une partie terminale est située à proximité de ladite zone de soudage et fournit ladite matière à ladite zone. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fak que ladite conduite comprend une paroi avec une ouverture permettant à une excroissance du cordon de soudure, comprenant du matériau d'arrêt fondu et resolidifié, de quitter ladite conduite, quand ladite pièce d'oeuvre est déplacée par rapport à la conduite lors de la soudure du cordon. 4. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite partie terminale de ladite conduite comprend un côté supérieur ouvert. 5. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite partie terminale de ladite conduite a la forme d'un canal. 6. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite conduite est reliée à des moyens d'alimentation de ladite matière d'arrêt. 7. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite matière d'arrêt est particulaire. 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 7, caractérisé par le fait que ladite matière d'arrêt a une composition semblable à celle de la matière constituant la pièce d'oeuvre. 9. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite matière d'arrêt est constituée par une poudre ou un granulat métallique. 10. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite conduite est pourvue de moyens pour faire vibrer ladite matière d'arrêt. 11. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit faisceau a un axe essentiellement vertical , que ladite pièce d'oeuvre comprend une surface de sortie du faisceau faisant face vers le bas, et que ladite conduite est constituée par un organe en forme de tube comprenant une extrémité ouverte supérieure disposée contre ladite surface de sortie du faisceau, face au point de sortie du faisceau, et est pourvue de moyens pour pousser ladite matière d'arrêt vers le haut vers ledit point de sortie du faisceau. 12. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite conduite est inclinée vers le haut à partir de ladite partie terminale pour permettre une alimentation par pesanteur de ladite matière d'arrêt vers ladite partie terminale. 13. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite matière d'arrêt est constituée par des particules dont le diamètre maximal est compris entre 0,5 et 5,0mm. 14. - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que lesdites particules ont des dimensions d'environ 1mm. 15. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite matière est constituée par des particules de forme irrégulière. 16. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation de matière sont montés déplia çables avec le faisceau par rapport à ladite pièce d'oeuvre.