Brevet FR2511910A1 — publié le 19830304

L'invention concerne une machine à souder par rayon ou faisceau énergétique, comprenant une chambre à vide composée d'une partie supérieure et d'une partie inférieure pour la récep- tion de pièces à souder de hauteurs différentes, la partie infé- rieure de la chambre à vide pouvant être abaissée à des fins de chargement jusqu'au-dessous d'un plan de transport dans lequel les pièces à souder peuvent être amenées transversalement par leur dessous, ainsi qu'une colonne relevable et abaissable qui fait saillie dans la chambre à vide à travers la partie infé- rieure de celle-ci et qui supporte à son extrémité supérieure un portepièce. Par le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 093 843, on connaît une machine à souder de ce type, utilisant un faisceau électronique comme faisceau énergétique La colonne et la partie inférieure de la chambre sont toutefois reliées rigidement l'une à l'autre dans cette machine connue et le porte-pièce peut seule- ment tourner par rapport à la partie inférieure de la chambre. Si ce dispositif connu est équipé d'un système de transport pour transporter les pièces transversalement, les pièces à souder pour- raient être certes amenées toujours dans le même plan de trans- port Cependant, au cas o les pièces ont des hauteurs différentes, les joints de soudure à exécuter se trouveraient à des hauteurs différentes après fermeture de la chambre à vide, ce qui donnerait des trajectoires de longueurs différentes pour le faisceau Or une telle variation a une influence nuisible sur la qualité de la soudure dans la mesure o certains faisceaux, les faisceaux électroniques par exemple, sont focalisés, c'est-à-dire présentent la section minimale utilisée pour le soudage à une distance bien déterminée de la source de rayonnement Avec des pièces de hauteurs différentes, il faudrait donc chaque fois refocaliser le faisceau, ce qui est une opération laborieuse qui prolonge inutilement le temps de préparation de la machine à souder. De plus, au cas o des parties de corps de révolu- tion à paroi mince doivent être soudées ensemble en corps creux parrotation du porte-pièce pendant la soudure, la partie supérieure 11910 de la chambre à vide doit àtre pourvue d'un système de galets pres- seurs exerçant la fonction de dispositif presse-tble et destiné à éviter le gauchissement Ces galets presseurs devraient également être ajustés dans le sens vertical en fonction de la hauteur des pièces, ce qui est laborieux et prend beaucoup de temps. Pour ne pas être obligé de changer la focalisation du faisceau électronique, par le maintien du joint de soudure à exécuter à la même hauteur, on a utilisé jusqu'à présent, pour souder des pièces de hauteurs différentes, des porte-pièce pos- sédant des hauteurs différentes et que l'on change chaque fois pour compenser-les différences de hauteur entre les pièces Cette mesure a toutefois pour conséquence que le dessous de la pièce ne se trouve plus dans le plan de transport immédiatement après la fixation sur le portepièce, c'est-à-dire avant le relevage de la partie inférieure de la chambre à vide, de sorte que des dispositifs d'amenée automatique des pièces (transporteurs trans- versaux) ne pouvaient plus être utilisés Il aurait donc fallu en plus des manipulateurs, pour l'incorporation desquelles il n'y a généralement pas de place suffisante dans l'environnement encombré de machines à souder à faisceau énergétique. Avec les machines à souder à faisceau énergétique connues Jusqu'à présent, pour souder des pièces de hauteurs dif- férentes, il est seulement possible, soit de maintenir le dessus des pièces, c'est-à-dire l'emplacement du joint de soudure, à la même hauteur, soit de fixer la pièce sur le porte-pièce pendant que le dessous de la pièce se trouve dans le plan de transport du transporteur transversal prévu en amont Cependant, dans les deux cas, les temps de préparation ou de réglage de la machine est long, soit sur le plan mécanique en raison du remplacement du porte-pièce, soit sur le plan électrique par le rajustement ou la refocalisation du générateur de faisceau. L'invention vise donc à indiquer une machine à souder par faisceau énergétique du type défini au début, sur laquelle le dessus des pièces et par suite la position du joint de soudure à exécuter se trouvent toujours dans le même plan, même si les pièces ont des hauteurs différentes, et sur laquelle 25119 N O le dessous des pièces, lors de la disposition de la pièce sur le portepièce, reste initialement dans le plan correspondant au plan de transport du transporteur transversal prévu en amont. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la colonne relevable et abaissable est déplaçable verticalement par rapport à la partie inférieure de la chambre à vide et l'éten- due de ce mouvement relatif peut être variéepar une butée réglable entre la colonne et la partie inférieure de la chambre. Ainsi, le porte-pièce, à partir d'une position complètement abaissée qui est toujours la même, effectue des courses différentes, suivant la hauteur de la pièce, jusqu'à une position complètement relevée qui est réglable o le dessus de la pièce et par suite le joint de soudure à exécuter s'immobi- lisent à la position finale désirée et toujours la même De cette manière, d'une part, le dessous de la pièce se trouve également pendant sa fixation sur le porte-pièce dans le plan de transport horizontal, si bien que les pièces peuvent Etre transportées trans- versalement de façon simple par des dispositifs habituels D'autre part, il n'est pas nécessaire de modifier la focalisation du fais- ceau énergétique et il n'est pas davantage nécessaire d'ajuster un système de galets presseurs éventuellement présent, du moins pas dans le sens de la hauteur. La colonne effectue des courses différentes, suivant la hauteur des pièces, des interrupteurs de fin de course permet- tant une commande sûre du système d'entralnement Cependant, par la variation de l'étendue du mouvement relatif, la partie infé- rieure de la chambre, à partir d'une butée fixe, effectue toujours la même course depuis une position située sous le plan de transport jusqu'à son application étanche contre la partie supérieure de la chambre Ce résultat, désiré, est la conséquence d'une course à vide initiale et réglable de la colonne par rapport à la partie inférieure de la chambre. Le remplacement du porte-pièce ne doit donc etre effectué, pour l'essentiel, que dans des cas rares, à savoir lorsque les dimensions horizontales de la pièce changent à tel point que la pièce ne peut plus être tenue de façon sûre par le mâme porte- pièce. 11910 Les faisceaux énergétiques sont des faisceaux ou des rayons dont le flux d'énergie possède une forte densité, de manière à permettre la fusion locale du matériau Il peut s'agir notamment de faisceaux électroniques, faisceaux ioniques, jets de plasma, faisceaux laser, et ainsi de suite L'invention est cependant appliquée de préférence aux machines à souder à faisceaux électro- niques. Il n'est pas nécessaire que le porte-pièce soit rotatif par rapport à la colonne; en particulier dans le cas de pièces relativement petites, il est possible aussi de dévier le faisceau énergétique selon les besoins et de le guider dans un système à coordonnées XY suivant le tracé du joint à exécuter et dans un plan horizontal sur la pièce stationnaire Des mouvements combinés de la pièce et du faisceau sont bien entendu concevables. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est particulièrement avantageux de disposer la butée réglable à l'intérieur de la chambre à vide Le réglagppeut ainsi être effectué facilement de l'extérieur, à la différence du remplacement d'un porte-pièce dans la chambre à vide par exemple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'ex d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue frontale d'une machine a souder complète selon l'invention, la chambre à vide étant ouverte; la figure 2 est une vue de côté de la machine de la figure 1; et la figure 3 est une coupe verticale à plus grande échelle de la partie essentielle pour l'invention de la machine des figures 1 et 2, la partie gauche et la partie droite de la coupe montrant deux exemples d'application différents, la chambre à vide étant fermée chaque fois. La machine à souder représentée sur les figures 1 et 2 possède un bâti 1 qui est à peu près en C vu de côté et sur le côté arrière duquel est fixé un groupe de pompage à vide 2 relié par une conduite d'aspiration 3 à la partie supérieure 4 d'une chambre à vide 5 (figure 3) La partie supérieure 4 possède un 25119 O dessus de chambre 6 qui est plus large que la chambre à vide 5 et est relié également par deux joues d'appui latérales 7 à une plaque dorsale 8 fixée à une paroi verticale 9 d'une partie posté- rieure 10 du bâti 1 de la machine Le dessus 6 forme ainsi une console faisant saillie vers l'avant. Sur le dessus de chambre 6 est installé un généra- teur de faisceau énergétique 11 qui est constitué dans cet exemple par un canon électronique Comme le montre en particulier la fi- gure 1, le générateur 11 peut Etre déplacé transversalement sur le dessus 6 au moyen d'une broche filetée 12 et d'une commande de déplaceinent Le générateur de faisceau 11 est à cet effet monté sur un chariot de transport 14, lequel est guidé par un système à galets non référencé sur le dessus de chambre 6 et seulement repré- senté très schématiquement sur la figure 2 La commande-de déplace- ment 13 sert à l'ajustement du générateur de faisceau 11 sur dif- férents diamètres de pièce L'axe du système, coïncidant avec l'axe du générateur de faisceau et l'axe de la colonne décrite plus en détail dans ce qui va suivre, est désigné par A. Le générateur de faisceau Il est combiné avec un dispositif d'observation 15 et une pompe à vide 16 qui font partie de l'état de la technique L'alimentation électrique du générateur se fait par un câble à haute tension 17. Le bâti 1 de la machine forme une table 18, dans laquelle est disposée une partie inférieure mobile 19 de la chambre à vide Cette partie inférieure contient un porte-pièce 20, sur lequel est fixée une pièce 21, par exemple un corps de révolution creux pour la fabrication d'un amortisseur de vibrations, dans la face d'extrémité dirigée vers le haut duquel doivent être exécutées des opérations de soudage. Le porte-pièce 20 est fixé à l'extrémité supérieure d'un arbre 22 qui sera décrit plus en détail en référence à la figure 3 et qui est monté rotatif dans une colonne relevable et abaissable 23 L'extrémité inférieure de l'arbre 22 dépasse de la colonne et est accouplée par une transmission à courroie 24 à un motoréducteur 25 La rotation du porte-pièce 20 par le moto- réducteur 25 permet d'exécuter de façon connue des joints de soudure circulaires sur la pièce. 11910 La colonne 23 (figure 3) est montée verticalement mobile dans un fourreau 26 qui est relié par un bras 27 à un système de guidage vertical 28 composé d'un coulisseau 29 et de deux tiges verticales de guidage 30 Le fourreau 26 et la colonne 23 avec lui peuvent être déplacés verticalement par deux vérins à fluide de pression 31 qui sont disposés symétriquement et dont la figure 1 ne montre que celui se trouvant à droite Les tiges de piston des vérins 31 sont fixées à des bras latéraux 26 a, tandis que les extrémités inférieures des vérins sont reliées à une tra- verse la du bâti 1 Le porte-pièce 20 contient en plus un disposi- tif de centrage 32 relié par une barre de commande 33 à un méca- nisme de commande de centrage 34 monté sur le fourreau 26 Les tiges de guidage 30 sont fixées en haut et en bas dans un châssis 30 a qui est vissé sur le b Ati 1. La partie supérieure 4 de la chambre à vide contient quatre paires de galets presseurs 35 uniformément répartis circon- férentiellement et pouvant être réglés dans le sens radial par des organes de réglage 36 La figure 3 montre d'autres détails de ce système. La figure 3, o des parties identiques à celles représentées sur les figures 1 et 2 portent les mêmes références, montrent certains éléments supplémentaires. On voit que la partie supérieure 4 de la chambre à vide comporte une paroi latérale ou jupe cylindrique, contre le bord inférieur duquel vient s'appliquer, de façon complémentaire et avec interposition d'un joint 37, le bord supérieur de la partie inférieure 19 La chambre à vide 5 ainsi formée est essen- tiellement cylindrique. Sur le fond de la partie inférieure 19 sont instal- lées plusieurs roulettes de transport 38, dont les points les plus élevés sont situés dans le même plan Le fond de la partie infé- rieure 19 présente en outre un alésage central 39, à travers duquel l'arbre 22 fait saillie dans la chambre à vide 5 L'arbre 22 est considéré comme une partie de la colonne 23, dans laquelle il est monté axialement immobile, de sorte que la condition selon laquelle la colonne doit faire saillie dans la chambre à vide est satisfaite. La partie supérieure de l'arbre 22 représente un prolongement de la colonne 23. Les moitiés de la figure 3, situées à gauche et à droite de l'axe de système A, se distinguent comme décrit dans ce qui va suivre. La moitié gauche représente une pièce 21 qui pos- sède les dimensions maximales pour la machine à souder de cet exemple Pour cette pièce, il a été prévu un porte-pièce 20, occupant la position complètement abaissée A cette position correspondent également celles de l'arbre 22, de la colonne 23 et du dispositif de centrage 32. La moitié droite de la figure 3 représente une pièce 21 a qui est nettement moins haute et possède un plus petit diamètre extérieur Pour cette pièce, il a été prévu un porte-pièce 20 a. Les deux pièces possèdent dans leur dessus des fentes de séparation circulaires entre des parties à réunir par des joints de soudure S. Comme les dessus 39 et par suite les joints de soudure à exécuter sur les deux pièces doivent être situés dans le même plan, ce qui est représenté par la hauteur uniforme des galets presseurs 35, le porte-pièce 20 a occupe une position nettement plus haute que le porte-pièce dans la moitié gauche de la figure 3 La différence de hauteur correspond exactement à la différence de hauteur des deux pièces A la position du porte-pièce 20 a correspondent les positions de l'arbre 22, de la colonne 23 et du dispositif de centrage 32 de la moitié considérée de la figure 3. Cependant, comme le montre la figure 3, la partie inférieure 19 de la chambre à vide se trouve dans les deux cas à la même position, o elle est reliée de façon étanche au vide à la partie supérieure 4 de la chambre Cela provient de la présence d'une butée réglable 40 formée par un manchon-entretoise 41 qui est réglable axialement par rapport à la colonne 23 Pour l'ajuste- ment de ce manchon-entretoise, une tête filetée 42 respectivement 42 a est fixée sur la colonne Les représentations de la tête filetée sur les parties gauche et droite de la figure 3 se distinguent uniquement par le fait que la tète 42 est vissée sur la colonne 23, tandis que la tete 42 a est soudée sur la colonne 23 Les dimensions extérieures sont cependant les mêmes et, dans les deux cas, la tête filetée est pourvue d'un filetage extérieur 43 sur une grande partie de sa longueur Avec le filetage extérieur 43 est en prise le filetage intérieur d'un anneau 44 qui, par une bague à collet 45, est accouplé axialement au manchon- entretoise 41 de façon à pou- voir tourner par rapport à ce dernier Le manchon-entretoise 41 est disposé coulissant longitudinalement par rapport à la tète filetée et un joint étanche au vide 46 est disposé entre ces deux pièces De cette manière, la position du manchon-entretoise 41 par rapport à la colonne 23 peut être réglée de façon continue par la rotation de l'anneau fileté 44 Le bord supérieur du man- chon-entretoise 41 porte' un autre joint étanche au vide 47 et est situé à l'intérieur d'une bague de centrage 48 qui est inté- rieurement biseautée. On voit que, lors d'un abaissement de la colonne 23, la partie inférieure 19 de la chambre suit la colonne directement, jusqu'à ce qu'elle arrive à la position en traits mixtes 19 a, o elle s'immobilise sur un appui 49 A cette position 19 a, les points de support des roulettes de transport 38 sont situés juste sous le plan de transport E-E représenté dans la moitié gauche de la figure 3 La colonne 23 et le porte-pièce 20 ne peuvent pas Etre abaissés au-delà de cette position puisque le manchon-entretoise 41 et la tète filetée 42 occupent une position représentée par la ligne de contour en traits mixtes 50 o le bord inférieur 42 b de la tête filetée 42 repose sur une surface d'appui 51 solidaire du bâti 1 de la machine A partir de cette position, la pièce 20 peut être extraite latéralement sur les roulettes de transport 38, ainsi que d'autres roulettes non représentées se trouvant sur la table 18, et etre remplacée par une nouvelle (grande) pièce 20. Il n'en va pas de même dans la moitié droite de la figure 3 Ici, la colonne 23, au moment o la partie inférieure 19 de la chambre atteint la position 19 a en traits mixtes, n'a pas encore effectué toute la course et n'a pas encore atteint sa position finale Le bord inférieur 42 c se trouvant à ce moment encore à une distance considérable au-dessus de la surface d'appui 51, la colonne 23 peut encore être abaissée sur cette distance, jusqu'à ce que le bord inférieur 42 c de la tète filetée 42 a s'applique contre ladite surface 51 Comme l'anneau fileté 44 occupe dans ce cas sa position complètement abaissée, cet anneau est égale- ment appliqué contre la surface 51 Les pièces concernées sont alors situées dans la ligne de contour 52 en traits mixtes. A cause de cet abaissement supplémentaire, le porte- pièce 20 a avec la pièce 21 a descendent davantage, par rapport à la partie inférieure 19 de la chambre à vide, jusqu'à ce que le dessous de la pièce 21 a soit arrivé dans le même plan horizontal que le dessous de la pièce 21 dans la moitié gauche de la figure 3. A cette position, les points de support des roulettes de trans- port 38 sont également situés juste sous le plan de transport E-E et la (plus petite) pièce 21 a peut être déchargée transversalement sur les roulettes de transport sans changement notable de la posi- tion en hauteur. La course totale de la colonne 23 dans le cas repré- senté à droite est donc plus grande que dans le cas représenté à gauche A supposer que la différence en hauteur des pièces 21 et 21 a soit de 65 mm, la course de la colonne dans le cas repré- senté à droite dépasse exactement de ces 65 mm la course dans le cas représenté à gauche La course de la partie inférieure 19 de la chambre n'est pas affectée et reste la même. Le processus inverse, c'est-à-dire le chargement de la chambre à vide 5 en vue de l'exécution d'une nouvelle opéra- tion de soudage, se déroule comme décrit ci-après. Alors que la partie inférieure 19 de la chambre et la colonne 23 avec la pièce 21 sont relevées simultanément dès le départ dans le cas représenté à gauche, avec poursuite de ce mouvement d'ensemble jusqu'à l'application contre les galets presseurs 35, dans le cas représenté à droite, la colonne 23 avec le manchon-entretoise 41 se trouvant plus bas sont relevés tout d'abord sans qu'ils entraînent avec eux, au début tout au moins, la partie inférieure 19 de la chambre, du fait qu'il existe initialement entre cette partie inférieure et le joint 47 une distance qui correspond à la différence de hauteur des pièces. 11910 Cependant, par ce mouvement, le porte-pièce 20 a pénètre de cette distance à l'intérieur de la chambre à vide 5 (qui n'est pas encore fermée dans ce stade initial) A la fin de ce mouvement ou "course à vide", c'est-à-dire après que le joint 47 est venu s'appliquer contre la partie inférieure 19 de la chambre, celle-ci est entraînée par la colonne 23, par l'intermédiaire du manchon- entretoise 41, pour venir s'appliquer également, à la fin de sa course, contre le bord inférieur de la partie supérieure 4 La chambre à vide 5 est alors fermée mais le porte-pièce 20 a occupe une position nettement plus élevée, position dans laquelle la (plus petite) pièce 21 a est également venue s'appliquer contre les galets presseurs 35. L'utilisation de la machine peut être simplifiée considérablement lorsque la tète filetée 42 respectivement 42 a est combinée avec une échelle 53, formée par exemple sur une surface plane fraisée dans le filetage extérieur 43 de la tête filetée Le bord inférieur de l'anneau fileté 44 peut dans ce cas servir comme un repère que l'on peut faire coïncider avec les différents traits de division de l'échelle S'il s'agit d'une échelle divisée dans les unités de mesure employées également pour la hauteur des pièces, le dispositif peut être réglé très facile- ment à chaque hauteur de pièce, sans que cela demande des mesures compliquées ou d'autres opérations particulières. La figure 3 montre également de quelle manière les galets presseurs 35 peuvent être ajustés radialement par rapport à l'axe A de la colonne 23 Les galets 35 sont disposés sur des broches filetées 54 qui sont orientées radialement et montées dans des carters de broche 55 démontables Chaque carter de broche 55 est monté dans la jupe de la partie supérieure 4 de la chambre par une plaque de montage 56 et il s'appuie à son autre extrémité contre le dessus 6 de la chambre par une vis de réglage 57 Le dispositif de réglage 36 permet de faire tourner la broche 54 en vue du déplacement des galets presseurs 35 dans le sens radial Le dispositif peut ainsi Etre réglé facilement sur différents diamètres de pièce Les galets presseurs tiennent de façon sûre la partie à souder dans la pièce 21 ou 21 a, ce qui permet l'exécution de soudures d'excellente qualité. REVENDICATIONS 1 Machine à souder par rayon ou faisceau énergétique, comprenant une chambre à vide composée d'une partie supérieure et d'une partie inférieure pour la réception de pièces à souder de hauteurs différentes, la partie inférieure de la chambre a vide pouvant être abaissée à des fins de chargement jusqu'au-dessous d'un plan de transport dans lequel les pièces à souder peuvent être amenées transversalement par leur dessous, ainsi qu'une colonne relevable et abaissable qui fait saillie dans la chambre à vide à travers la partie inférieure de celle-ci et qui supporte à son extrémité supérieure un porte-pièce, caractérisée en ce que la colonne relevable et abaissable( 2) est déplaçable verticalement par rapport à la partie inférieure ( 19) de la chambre à vide et en ce que l'étendue de ce mouvement relatif peut &tre variée par une butée réglable ( 40) entre la colonne et la partie inférieure ( 19) de la chambre. 2 Machine à souder selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la butée réglable ( 40) est-disposée à l'extérieur de la chambre à vide ( 5). 3 Machine à souder selon la revendication 2, caractérisée en ce que la butée réglable ( 40) est formée par un manchon-entre- toise ( 41) qui est réglable axialement par rapport à la colonne ( 23) et dont le bord supérieur, après avoir effectué une course pré- réglable, vient s'appliquer contre la partie inférieure ( 19) de la chambre pour entrainer celle-ci. 4 Machine à souder selon la revendication 3, caracté- risée en ce que le manchon-entretoise ( 41) est axialement réglable par un anneau fileté ( 44) et guidé sur une tête filetée ( 42, 42 a) fixée sur la colonne ( 23). Machine à souder selon la revendication 4, caracté- risée en ce qu'un premier joint étanche au vide ( 46) est disposé entre la tête filetée ( 42, 42 a) et le manchon-entretoise ( 41) et en ce que l'extrémité du manchon-entretoise ( 41) contient un second joint étanche au vide ( 47) destiné à être appliqué contre le bord inférieur de la partie inférieure ( 19) de la chambre à vide. 6 Machine à souder selon la revendication 4, caracté- risée en ce que la tête filetée ( 42, 42 a) est combinée avec une échelle ( 53) qui est divisée dans les mêmes unités que celles servant à la mesure de la hauteur des pièces et pour laquelle l'anneau fileté ( 44) sert d'index. 7 Machine à souder selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la partie inférieure ( 19) de la chambre contient des roulettes de transport ( 38) dont les points de support sont situés dans le plan de transport "E" lorsque la partie inférieure ( 19 a) de la chambre est abaissée. 8 Machine à souder selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la partie supérieure ( 4) de la chambre contient au moins un galet presseur ( 35) pour tenir la presse ( 21, 21 a) et en ce que le porte-pièce 20, 20 a)est disposé rotatif dans la chambre à vide ( 5). 9 Machine à souder selon la revendication 8, caracté- risée en ce que le galet presseur ( 35) ou chaque galet presseur ( 35) est réglable radialement par rapport à l'axe "A" de X colonne ( 23). Machine à souder selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le porte-pièce ( 20, 20 a) est conçu pour tenir des pièces à symétrie de révolution et en ce qu'un dispositif de centrage ( 32) pour les pièces est incorporé dans la colonne ( 23).