Brevet FR2372509A1 — publié le 19780623

Cette invention a pour objet une méthode améliorée et un appareilloge destiné à diriger un faisceau d'électrons de haute énergie sur des pièces, comme c'est le cas, en soudage par électrons. Elle concerne une chambre "ventouse", transportable qui isole de liat- mosphère les pièces à souder ou une partie desdites pièces, ventouse qui est caractérisée par un canon à électrons extérieur à la ventouse et fixe sur le couvercle de celle-ci, lequel, par l'effet de deux mouvements circulaires autour de deux axes parallèles, balaye de son faisceau le volume de la chambre. Elle concerne également la conjugaison de plusieurs de ces ventouses, imbriquées, indépendantes ou non, grâce à laquelle le vide est à tout instant préservé par au moins un joint statique alors que les ventouses se déplacent alternativement pendant que le canon avance à vitesse uniforme au-dessus des pièces. La ventouse, soit est en contact direct avec les pièces à souder ou avec une structure placée sur les pièces à souder, telle que les "poutres de soudage" décrites dons des brevets antérieurs, soit vient obturer une enceinte à vide à l'intérieur de laquelle seront placées des pièces à souder. Elle est de forme cylindrique, elle possède un couvercle plat, circulaire qui tourne sur lui-meme sans rupture d'étanchéité grâce à des joints hermétiques. Ce couvercle est percé d'une ouverture circulaire excentrée ferméapar un bouchon qui porte le canon à électrons ; ce canon à électrons peut tourner sur luimeArne. Le canon est en position excentrée par rapport au bouchon de telle sorte que, par rotation du bouchon, il vienne à l'aplomb du centre du couvercle ; grâce à cette disposition le canon balaye tout l'intérieur de la chambre. Par asservissement des mouvements du couver- cle et du bouchon, on peut faire décrire simplement n'importe quelle courbe au faisceau, c'est-à-dire que l'on peut procéder à des soudures ou à des usinages de toute configuration. La figure 1 est une coupe schématique diune telle ventouse, la figure 2 indique la conjugaison des rotations du bouchon et du couvercle pour que le canon décrive une droite ; la figure 3 montre en coupe l'utilisation de deux ventouses indépendantes, imbriquées, permettant le déplacement continu sous vide diun faisceau d'électrons au-dessus d'une pièce. La figure 4 montre une disposition différente où les deux ventouses ne sont plus indépendantes ; la figure 5 indique dans ce cas les mouvements angulaires des diverses pièces des ventouses et les mouvements des ventouses elles-mêmes pendant la course du canon à électrons. La figure I représente, en coupe, une ventouse à mouvements "bipo laires". Le volume mis sous vide 118 est délimité par une chambre sy lindrique 113 dont la base repose sur un fond 115 ; l'étanchéité entre la partie cylindrique et le fond est assurée par un joint hermétique 114, le pompage est effectué par l'ouverture 116. Sur la partie cylindrique est posé un couvercle circulaire plan 109 qui tourne autour de son axe sur une butée à aiguilles ou à rouleaux 111 ; l'étanchéité entre la chambre et son couvercle est assurée pendant la rotation par l'intermédiaire du joint hermétique 110 sur l'interface 112. Ce couvercle possède une ouverture excentrée surmontée d'un bouchon circulaire 105 qui peut tourner sur lui-meme. Le bouchon repose sur une butée à aiguilles 107, il comporte une partie cylindrique 106 en vis-à-vis de laquelle est placé un joint d'étanchéité 108, l'étanchéité est réalisée sur l'interface 117 correspondante. Au-dessus du bouchon 105 est placée en position excentrée une bride circulaire 102 qui tourne autour de son axe sur la butée à aiguilles 104 ; l'étanchéité entre cette bride et le bouchon est assurée par le joint torique 103. Par rotation du couvercle 109 et du bouchon 105, l'axe 101 de la bride 102 peut venir en toute position du cercle de diamètre A B (zone hachurée de la figure 2) pour autant que le cylindre décrit par l'axe de la bride par la rotation du bouchon passe par l'axe du couvercle. Sur la bride 102 on placera, dans l'application qui nous intéresse, un canon à lectrons dont le faisceau coincide avec celui de la bride. Grace à la libre rotation de la bride sur elle-même le canon sera déplacé en translation pour tout mouvement du couvercle et du bouchon. Grâce à cette disposition le volume de travail 118 de la ventouse est balayé dans sa majeure partie par le faisceau d'électrons : les dimensions de la chambre à vide sont réduites à un minimum pour un volume de travail important. Enfin, par recours à des technologies connues de programmation, il est aisé d'asservir les mouvements du couvercle et du canon ainsi que les paramètres du faisceau d'électrons, pour décrire de façon continue et souder de façon continue ou discon- tinue n'importe quel profil inscrit dans la chambre de travail. Cette ventouse est dite à mouvements'bipolaires" parce que la position du faisceau d'électrons se définit géométriquement par deux coordonnées polaires : la première donnant la position angulaire du centre du bouchon sur le couvercle et la seconde donnant la position angulaire du canon sur le bouchon. Sur la figure 2 on a représenté en plan un tel mouvement bipolaire. Dans cette figure la chambre 12 est coiffée du couvercle 15 pourvu du bouchon 18. Le bouchon 18 porte la bride 30 dont l'axe 37 coincide avec le faisceau d'électrons. Pour que le faisceau d'élettrons vienne en K (voir figure) sur la droite X Y, il faut que le couvercle ait tourné d'un angle wi et le bouchon d'un angle oua . A partir de la position initiale où O O et et K sont alignés. Un raisonnement géométrique élémentaire montre qu'il suffit que 1G vitesse angulaire du bouchon par rapport au couvercle soit le double et en sens contraire de la vitesse de rotation du couvercle sur la ventouse pour que le canon décrive un diamètre du couvercle.Etant entendu que Oi 02 (distance séparant séparant le centre du couvercle de celui du bouchon) est égale à 02K (distance du canon par rapport au centre du bouchon) on voit que par des rotations conjuguées du couvercle et du bouchon le faisceau d'électrons K décrit tous points de la surface hachurée. La figure 3 montre deux ventouses indépendantes imbriquées, reliées à un canon à électrons. La ventouse intrievre cylindrique 12 est en appui par des joints d'échantéité 11 sur les pièces 51 et 52 dont on veut souder l'interface 53. Le couvercle 15 repose par des roulements 13 sur la ventouse et possède un joint hermétique 14 assurant l'étanchéité entre 15 et 12 pendant sa rotation. Il possède un bouchon 18 qui tourne sur le couvercle de façon hermétique grace au roulement 17 et au joint 16. La ventouse intérieure est pompée sous vide par l'ouverture 19 reliée par une tuyauterie flexible 41 à ne ouverture 42 de la ventouse extérieure. Un moteur fixé sur le couvercle commande la rotation du bouchon 18.Cette ventouse est soutenue par l'intermédiaire du bouchon contre les forces de pression , par une colonne métallique 30 directement reliée au canon à électrons 36 ; cette colonne a à sa base un épaulement 38 sur lequel repose un roulement 37 et un joint d'étanchéité qui permettent la rotation étanche du bouchon par rapport à cette colonne. La seconde ventouse 22, extérieure, est conçue de la même façon.Elle possède un joint 21 au contact des pièces à souder, un couvercle 25 avec son roulement 23 et un joint 24, un bouchon 28 avec son roulement 27 et un joint étanche 26 ; une liaison avec la colonne 30 par 11 intermédiaire d'un épaulement 33 portant un roulement 32 et un joint 31 en contact avec le bouchon ; des moteurs 61 et 63 qui viennent engrèner sur des couronnes dentées 62 et 64 respectivement portées par le couvercle et le bouchon ; une ouverture de pompage 29. Le vide, au niveau des pièces à souder, est assuré sur une face des pièces par les ventouses, sur l'autre face soit par un cordon de soudure entre les pièces 51 et 52 soit par-une chambre à vide 55 portant des joints 54 et un pompage 56. Le canon à électrons est tenu par une structure 35 reliée à des rails non représentés ; tous les efforts de la pression sont reportés sur ces rails. Les figures 4 représentent un apparellage de soudage par électrons où 2 ventouses solidaires l'une de l1a'-tre, tour à tour appliouées sur la surface de travail, assuren un vide permanent au voisinage du faisceau délectrons pendant le déplacement du canon. La ventouse extérieure supporte tous les efforts de pression, elle comprend un plateau 450 relié par les pattes 451 à des douilles à b-illes 452 qui roulent sur des axes tronsverseaux 453. Les charges sont réparties par ces axes transversaux sur des patins à rouleaux 454 et 455, puis sur des chemins de roulements 456 et 457 longitudinaux. Le canon à électrons 436 dont la cathode est symbolisée par 437, pompé par la pompe à vide secondaire 433,- est porté par un pont 461 qui, par les patins à rouleaux 462, roule sur les chemins de rou lement longitudinaux. Enfin, la rotation du couvercle intérieur par rapport à la ventouse intérieure 412, est assurée par le moteur 463. Le pompage de la ventouse extérieure est effectué par l'orifice 431 qui débouche à l'intérieur du joint d'étanchéité 421, le pompage de la ventouse intérieure est réalisé par l'orifice 432 qui, au travers de la partie frontale du canon à électrons, débouche sur le bouchon 428. Le couvercle 425 de la ventouse extérieure est mu en rotation par le moteur 462 fixé sur la plaque 450, qui, par un renvoi d'angle 461 attaque la crémaillère 460.Le couvercle 427 de la ventouse intérieure est mu en rotation par le moteur 463 avec son pignon 464 attaquant une couronne dentée ; il est fixé sur la ventouse intérieure 412. Le bouchon 428 est mu en rotation par le moteur 465 et son pignon 466, portés par le couvercle intérieur 427. Les figures Sa, 5b, 5c expliquent les mouvements conjugués des couvercles intérieur et extérieur des ventouses, du bouchon intérieur, les déplacements successifs des ventouses et les séquences au cours du déplacement continu du canon. Dans le schéma Sa, K représente l'aplomb du faisceau,B le centre du bouchon, Cl le centre du premier couvercle, et C2 le centre du couvercle de la ventouse extérieure. Les segments KB, et BC1 sont égaux, C1 C2 égale deux fois le segment BC1.Dans cet exemple, le faisceau d'électrons K se déplace sur la droite XY, le centre C1 s'ar rête périodiquement sur la droite X1 Y1 et le centre C2 sur la droite X2 y2. L'angle u4- indique la rotation du bouchon sur le couvercle intérieur, l'angle UJ, la rotation du couvercle intérieur sur la ventouse intérieure.On a tracé les variations de -t et de se en fonction du déplacement linéaire du canon (figure 5b). Touf d'abord, C1 et C2 sont fixes et K décrit le segment K K1 ; lorsque K arrive en K1 légèrement en re rait du centre C2, on relâche le joint d'étanchéité 411 de la ventou- se intérieure et, par rotation du couvercle extérieur, on amène rapidement C1 en C'1 (par rotation autour de C2). Dans cette nouvelle position, on réapplique avssitat le joint 411, on libère ensuite le joint 421 de la ventouse extérieure, et on déplace d'un pas, en translation curviligne, la ventouse extérieure autour de C'1, fixe, par l'action du moteur 463. Il est à noter que les deux ventouses 412 et 422 se déplacent en translation surviligne, pas à pas, l'une après l'autre. Aussitôt que C2 est parvenu à C'2 on bloque le déplacement de la platine 450, on serre le joint d'étanchéité 421 et l'on met sous vide la ventouse extérieure. La figure 5c montre en fonction du temps la progression alternée des ventousses. Le temps de pompage de la ventouse extérieure est indiqué par la longueur VW. Pendant ces mouvements séquentiels des ventouses, le canon poursuit une avance uniforme. Le mouvement de la chambre peut être défini comme "tripolaire, car ses coordonnées sont à tout instant déterminées par la position angulaire des segments KB, BC1 et C1 C2. REVENDICATIONS 1. Ventouse destinée à diriger un faisceau de haute énergie sur des pièces, comprenant - une chambre cylindrique destinée à isoler hermétiquement le volume dans lequel se propage le faisceau d'énergie, - un couvercle circulaire mobile autou de son axe, portant un bouchon circulaire excentré mobile également par rapport à son axe. - un générateur de faisceau de haute énergie porté par le bouchon dont l'axe vient par rotation du bouchon, coïncider avec l'axe du couvercle, - des joints d'étanchéité entre le bouchon e le couvercle, entre le couvercle et la chambre, entre la chambre et la surface de travail ou entre la chambre et une enceinte de travail ; un groupe de mise sous vide de la ventouse, des serre-joints ; - des moyens mécaniques commandant la rotation du couvercle et celle du bouchon ; des moyens de programmation des mouvements des précédents par l'asservissement en coordonnées bipolaires du déplacement du faisceau d'énergie au-dessus d n trajet préalablement défini. 2. Appareillage tel que décrit dans la revendication 1, où le générateur d'énergie est un canon à électrons. 3. Appareillage mobile destiné à diriger un faisceau de haute énergie sur des pièces, comprenant - deux ventouses indépendantes selon la revendication 1, l'une étant à l'intérieur de l'autre. - un plateau sur lequel est fixé le canon à électrons, déplacé au-dessus du trajet préalablement défini pour le faisceau d'électrons, et comportant une colonne centrale à laquelle sont accrochés les bouchons des deux ventouses-; ou les bouchons tournent autour-de la colonne centrale sans rupture d'étanchéité, et où le faisceau d'électrons est dirigé selon l'axe de la colonne. - des moyens assurant la translation alternée des ventouses par rotation des couvercles et des bouchons ; alors que le canon ie déplace à vitesse uniforme et que, à tout instant, l'un au moins des joints d'étanchéité entre la chambre et la surface de travail est fixe, et que le vide est maintenu en permanence dans la ventouse intérieure. 4. Appareillage mobile destiné à diriger un faisceau de haute énergie sur une surface de travail, comprenant - deux chambres cylindriques solidaires et mobiles l'une par rapport à l'autre, pourvues d'un joint d'étanchéité statique à une extrêmité ve nant s'appliquer sur la surface de travail et d'un joint d'étanchéité avec les couvercles. - un couvercle extérieur plat, circulaire, en forme de couronné ex centrée délimitée par les deux chambres, mobile en rotation ; - un couvercle intérieur excentré, mobile, recouvrant la chambre intérieure, - un bouchon excentré surplombant une ouverture circulaire excentrée du couvercle intérieur ; - un canon à électrons porté par le bouchon dont l'axe vient cotnci- der avec l'axe du couvercle intérieur par rotation du bouchon ; - des moyens annexes de mise sous vide, de serrage des joints sur la surface de travail ; - des moyens mécaniques assurant la rotation des couvercles et du bouchon par rapport aux c'ambres.