Brevet FR2530517A1 — publié le 19840127

I 2530517 La présente invention concerne le soudage par un faisceau laser et plus précisément, un appareil de serrage d'un ensemble de pièces les unes près des autres avant sou- dage par faisceau laser. Le soudage par un faisceau laser est une techni- que bien connue qui présente plusieurs avantages par rapport au soudage classique à l'arc ou d'un autre type Par exemple, la focalisation très précise d'un faisceau laser permet l'obtention d'une concentration d'énergie qui assure un sou- dage plus rapide avec moins de chaleur pénétrant dans le pro- duit que selon les procédés classiques, si bien que legau- chissement des pièces est réduit au minimum. Par exemple, au cours de la fabrication de tablet- tes creuses de lyophilisation et d'autres appareils de traite- ment, le soudage par faisceau laser permet l'utilisation de plaques métalliques supérieures et inférieures plus-minces, soudées à des barres intermédiaires d'entretoises disposées de manière qu'un passage sinueux de circulation de liquides ou de gaz de chauffage et de refroidissemént soit formé Des plaques plus épaisses habituellement soudées nécessitent un redressement et un polissage du fait de leur gauchissement excessif Cette opération longue et coûteuse est rendue minimale par le soudage par faisceau laser En outre, l'uti- lisation de plaques relativement minces non seulement réduit le poids total de la tablette mais augmente aussi sa sensi- bilité thermique En conséquence, l'énergie et letemps né- cessaires au chauffage et au refroidissement de la tablette et du produit qu'elle porte sont minimaux. On ne connalt pas actuellement d'appareils des- tinés à maintenir un ensemble de pièces avant leur soudage par un faisceau laser. L'appareil selon l'invention assure de façon géné- rale la retenue ou le serrage temporaire d'un ensemble de pièces, les unes contre les autres, entre un support de base -et un mécanisme réglable de serrage placé au-dessus et monté sur un chariot mobile par rapport au support de base, avant la fixation des pièces par soudage par faisceau laser. 2 2530517 L'invention concerne un appareil de serrage d'un ensemble de pièces les unes contre les autres afin qu'elles puissent être soudées par faisceau laser. Elle concerne aussi un appareil du type décrit qui assure le serrage d'ensembles de pièces ayant des confi- gurations et dimensions diverses. Elle concerne aussi un appareil du type décrit qui permet le soudage par faisceau laser d'un ensemble de pièces avec précision, rapidement et avec une grande facilité, tout en nécessitant une quantité minimale d'énergie. L'invention concerne aussi un appareil du type décr it dont le fonctionnement peut être commandé par ordina- teur afin que les pièces soient positionnées avec précision par rapport à la tête de soudage par faisceau laser. Elle concerne aussi un appareil du type décrit destiné à la fabrication, de tablettes creuses d'appareillages de traitement, ces tablettes étant formées de plaques métal- li.ques qui sont plus minces que les plaques nécessaires jus- qu'à présent et qui nécessitent des opérations ultérieures minimales de redressement ou de polissage, les tablettes assurant un chauffage et un refroidissement plus rapides avec une quantité minimale d'énergie nécessaire. Elle concerne aussi un appareil du type décrit, de-construction très simple, si bien que la fabrication, l'entretien et la réparation peuvent être peu codteux. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'un appareil selon l'invention, sous forme partielle, avec des parties arrachées; la figure 2 est une vue en plan partiel avec des parties arrachées de l'appareil de la figure 1 la figure 3 est une vue partielle de bout, de gauche sur la-figure 1; - la figure 4 est une coupe partielle avec des parties arrachées suivant la ligne 4-4 de la figure 2 3 2530517 la figure 5 est *une coupe verticale suivant la ligne 5-5 de la figure 1 la figure 6 est une coupe verticale-partielle suivant la ligne 6-6 de la figure 1; - la figure 7 est une vue partielle en plan d'une pince de fixation d'un ensemble de pièces sur l'élément de ba- se de l'appareil; la figure 8 est une élévation latérale partielle de la pince de la figure 7; la figure 9 est une vue partielle en plan d'une tablette creuse montrant comment les différentes pièces sont soudées les unes aux autres par soudage par faisceau laser à l'aide de l'appareil selon l'invention; la figure 10 est une coupe partielle suivant la ligne 10-10 de la figure 9; et U la figure 1 l est -une élévation latérale représen- tant un mode de réalisation schématique de l'appareil selon l'invention, associé à un appareillage de soudage par faisceau laser. On se réfère d'abord à la figure 11 dés dessins annexés sur laquelle une tête 10 de soudage par faisceau laser est montée afin qu'elle se déplace le long d'une-voie allongée 12 de support au-dessus d'une table 14 de support de pièces. Cette table est montée sur un bâti 16 auquel sont fîxés des guides 18 à galets destinés à rouler sur des rails 20 espacés latéralement Les rails dépassent au-dessus du bâti 22 de base qui repose sur un sol Une vis-mère allongée 24 peut-tour- ner, à ses extrémités opposées, dans des paliers 26 portés par le châssis de base La vis-mère passe dans des prolongements filetés 28 dépassant sous le châssis de la table Un moteur d'entraînement non représenté, associé à la vis-mère, fait tourner celle-ci afin qu'il déplace la table en direction per- pendiculaire à la direction de déplacement de la tête 10 de soudage par faisceau laser, le long de la voie 12. Les figures 7 et & représentent un ensemble de pièces à souder, l'ensemble étant porté par la table et étant fixé à intervalles, à sa périphérie, par des pinces Chaque pince a un pied 30 qui porte un tronçon 32 formant un bras intermédiaire aboutissant à un doigt 34 de serrage destiné à être disposé au-dessus de l'ensemble à souder Un boulon 36 passe dans un trou du tronçon intermédiaire et se visse dans un orifice taraudé choisi 38 de la table afin qu'il serre l'ensemble entre la table et le doigt. De nombreux orifices taraudés sont formés dans la table et ils sont disposés suivant un dessin destiné à- permettre l'utilisation de dimensions et de configurations d'éléments de pièces à serrer sur la table très diverses, avec une orientation convenable par rapport au déplacement de la tête de soudage par faisceau laser et de la table. Par exemple, lorsque l'ensemble de pièces a une forme rec- tangulaire ou carrée, comme dans le cas de la tablette re- présentée, le soudage doit être réalisé le long de lignes qui sont parallèles à certains des bords latéraux Ainsi, ces bords latéraux sont disposés parallèlement à la direction de déplacement du laser le long de la voie de support. Le mécanisme de serrage assure la compression des différents éléments internes de l'ensemble de pièces afin qu'il puisse être soudé Le mécanisme de serrage comporte un chariot formant un bâti creux comprenant deux plaques latéra- les allongées 40 maintenues latéralement à distance par des plaques 42 d'extrémité Des boulons 44 passent dans des fen- tes allongées verticalement 46 formées dans les plaques laté- rales et viennent se visser dans des trous taraudés des pla- ques d'extrémité Cette disposition permet un déplacement vertical limité des plaques latérales pat rapport aux plaques d'extrémité Ce réglage vertical est permis par une vis 48 de réglage passant dans un orifice taraudé d'une barre 50 de support disposée transversalement aux plaques latérales et fixée à celles-ci par des boulons 52 Une patte 54 de butée dépasse à l'extérieur de la plaque d'extrémité afin qu'elle vienne au contact de la vis de réglage Ainsi, la rotation de la vis permet aux plaques latérales de se déplacer verticale- ment par rapport aux plaques d'extrémité Un écrou 56 de blo- cage monté sur la vis-fixe celle-ci en position de réglage. Les plaques 42 d'extrémité dépassent vers le bas au-delà des plaques latérales et portent des rouleaux ou galets 58 près de leurs extrémités externes, ces galets étant desti- nés à rouler sur la partie périphérique en surplomb de la ta- ble 14 Une barre 60 de serrage est fixée de façon amovible à la partie inférieure de chaque plaque d'extrémité, par exem- ple par des boulons 62, et elle est dirigée vers l'intérieur afin qu'elle vienne au contact de la face inférieure de la -table, en face des galets 58 La barre de serrage supporte des galets distants 64 destinés à rouler sur le bord périphé- rique de la table. Les plaques latérales 40 supportent vers l'inté- rieur deux plaques 66 de serrage qui sont espacées et qui peuvent se déplacer verticalement par rapport aux plaques la- térales 40 Le support des plaques de serrage est assuré par des galets 70 de came espacés longitudinalement et fixés cha- cun excentriquement à un rouleau circulaire 72 de-commande de came Chaque rouleau-de commande ou d'entraînement est -monté afin qu'il tourne dans un palier 74 supporté par la plaque la- térale associée Chaque galet 70 est disposé entre le bord supérieur de la plaque 40 et un capuchon 76 de galet de came ayant une forme en U et fixé à la plaque de serrage par des vis 78. La rotation simultanée de tous les rouleaux d'en- traînement de came est assurée par une tringlerie commune de commande qui comprend deux bielles allongées 80 d'entraînement articulées chacune au niveau d'un pivot 82 sur un levier 84 fixé à tous les rouleaux d'entraînement de came montés dans la même plaque latérale Les bielles de commande passent le long des côtés extérieurs des plaques 40 et sont raccordées par une poignée transversale 86 disposée entre les deux leviers 88 Chacun des leviers est fixé à un pivot 90 porté dans un palier 92 de la plaque latérale associée 40 Les leviers 88 sont raccordés aux bielles'80 par des pivots 94. Ainsi, le pivotement des leviers 88 autour des pivots 90 dans le sens horaire sur la figure 1 provoque un soulèvement vertical des plaques 66 de serrage par rapport aux plaques latérales 40. Chaque plaque de serrage est couplée à la plaque 6 2530517 latérale correspondante, près des extrémités opposées, par des vis de guidage 96 qui sont distantes les unes des autres et qui passent dans des fentes verticales 98 formées dans la plaque de serrage et dans des trous des barres associées 100 de guidage Les vis sont fixées dans des trous taraudés de la plaque latérale associée. Les extrémités inférieures des plaques de serrage sont munies de patins allongés formés de préférence chacun d'une barre allongée 102 fixée à la face inférieure de la plaque de serrage et d'une bande allongée 104 de caoutchouc ou d'une autre matière élastique permettant le transfert uniforme d'une pression sans marquage de la surface en regard d'un élément d'un ensemble de pièces à souder. Des dispositifs 106 de protection contre le sou- dage sont de préférence disposés afin qu'ils empochent que les étincelles parasites formées par le soudage ne br Olent les bandes de caoutchouc 104 et ne se collectent aux faces adjacentes des barres 102 et des plaques de serrage Comme représenté, chaque dispositif protecteur comporte une bande métallique allongée, par exemple de bronze au phosphore, fi- xée par exemple par soudage, boulonnage ou par des rivets 108 comme représenté, à plusieurs équerres 110 espacées lon- gitudinalement Les équerres sont fixées par exemple par des vis 112 dans des evcoches transversales 114 formées à inter- valles suivant la longueur de la barre du patin Le dispositif protecteur remonte depuis la proximité de la bande de caoutchouc et se replie vers l'intérieur, vers la plaque associée de serrage. Les dessins représentent un ensemble de pièces formant une tablette creuse destinée à un appareillage de lyo- philisation ou un autre appareillage de traitement, afin qu'ils illustrent le fonctionnement de l'appareil décrit pré- cédemment La tablette comporte une plaque supérieure 116, une plaque inférieure 118, plusieurs barres périphériques 120 34 d'entretoise qui maintiennent les plaques supérieure et infé- rieure à distance en direction verticale, et plusieurs barres intermédiaires 122 d'entretoise Ces dernières non seulement maintiennent les plaques supérieure et inférieure à distance l'une de l'autre et supportent la plaque supérieure mais encore, sont disposées afin qu'elles délimitent un passage sinueux 124 de circulation d'un liquide ou autre fluide convenable de chauffage ou de refroidissement entre les ori- fices d'entrée et de sortie (non représentés). Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, les barres périphériques et intermédiaires d'entretoise sont d'abord soudées au laser sur la plaque inférieure avant la mise en place de la plaque supérieure L'opération est réali- sée par dépôt de la plaque inférieure 118 sur la table 14 avec orientation de deux de ses bords latéraux parallèlement à la direction de déplacement de la tête 10 de soudage à laser, le long de sa voie 12 de support Deux des barres pé- riphériques 120 sont alors placées sur la plaque inférieure près des bords, parallèlement au déplacement de la tête de soudage par faisceau laser Le mécanisme de serrage est alors déplacé latéralement afin que l'un des patins soit placé au- dessus de l'une des deux barres périphériques mises en place. L'opération est réalisée par -rotation initiale des leviers 88 dans le sens horaire (figure 1) afin que les patins soient soulevés au-dessus du niveau des barres périphériques Le cas échéant, les boulons 44 peuvent être desserrés et la vis 48 de réglage peut être commandée afin que les plaques latérales 40 et les plaques de serrage 66 soient soulevées de la quantité nécessaire afin que les patins soient soulevés au-dessus des barres périphériques. Le chariot de l'ensemble de serrage es-t alors dé- placé par roulement le long de la table, sur les galets 58, iusqu'à ce que le patin convenable se trouve au-dessus de la bar- re périphérique choisie La poignée est alors tournée dans le sens horaire afin que le patin soit abaissé et vienne ap- puyer contre la face supérieure de la barre périphérique. Cette pression descendante appliquée par le patin provoque un déplacement vers le haut de la plaque de serrage et des pla- ques d'extrémité du chariot jusqu'à ce que les barres 60 de serrage soient en contact sous la table 14 La barre périplhé- rique est ainsi fermement repoussée contre la plaque infé- rieure. La tête de soudage laser est alors orientée, avec un miroir associé, afin qu'elle dirige-un faisceau laser latéralement vers l'intérieur, avec une faible inclinaison par rapport à l'horizontale, vers l'interface de la barre périphérique 120 et de la plaque inférieure 118 L'ensemble de soudage par faisceau laser est alors déplacé le long de la barre périphérique et parallèlement à la longueur de îo celle-ci afin qu'elle forme la soudure 126 représentée sur la figure 10. Dans une variante, la table 14 peut être déplacée par rotation de la vis-mère 24 afin que l'ensemble serré com- prenant la barre périphérique et la barre inférieure soit déplacé par rapport au faisceau laser avec formation de la même soudure 126 - La barre périphérique parallèle opposée est alors soudée à la plaque inférieure de la même manière, par, réorien- tation de la tete de soudage par faisceau laser La plaque inférieure est alors réorientée sur la table par-rotation de 90 depuis la position antérieure afin que l'autre paire de côtés parallèles de la plaque inférieure soit parallèle à la direction de déplacement de la tête de soudage, et de déplacement de la table sur les rails Les deux barres pé- riphériques restantes sont alors placées près des bords la- téraux et soudées à la plaque inférieure de la même manière que décrit précédemment - Les barres intermédiaires 122 sont alors placées sur la barre inférieure, à distance en direction latérale, parallèlement à la direction de déplacement de la tête de soudage et de la table Des barres intermédiaires adjacentes sont placées en butée contre les barres périphériques opposées afin qu'elles délimitent le trajet sinueux 124 indiqué précédemment Chaque barre 122 est appuyée contre la plaque inférieure par l'un des patins de l'ensemble de serrage, de la manière décrite en référence aux barres périphériques, et. est soudée en position par fonctionnement de la tête de soudage 9 2530517 comme décrit précédemment Cependant, alors qu'il faut une soudure continue pour les barres périphériques, les barres intermédiaires peuvent être soudées à la plaque inférieure par plusieurs soudures 128 espacées le long des barres, de chaque côté de celles-ci. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 9 et 10, les barres intermédiaires 122 d'entretoise sont fixées à la plaque inférieure 118 par des boulons 130 distants les uns des autres et soudés à la plaque inférieure et remontant par des orifices espacés de manière correspon- dante 132 formés dans les barres intermédiaires d'entretoi- se Une partie supérieure élargie et chambrée 134 de chaque orifice loge avec du Jeu un écrou 136 de fixation des bou- lons, si bien que la barre d'entretoise peut être fixée fer- mement contre la plaque inférieure. La plaque supérieure 116 est alors placée sur les barres d'entretoise soudées à la plaque inférieure et l'ensemble est alors fixé sur la table par les pinces péri- phériques (figures 7 et 8) Lorsque les patins 104 sont dis- posés au-dessus de la plaque supérieure, par rotation dans le sens horaire de la poignée 86 depuis la position repré- sentée sur la figure 1, le chariot de l'ensemble de serrage est déplacé le long de la table sur les galets 58 en direc- fion perpendiculaire à la direction longitudinale *des barres Z 5 intermédiaires 122 jusqu'à ce que les patins distants se trouvent de part et d'autre d'une barre d'entretoise à souder. Cette position est représentée sur les figures 5 et 6 La poignée est alors tournée dans le sens anti-horaire vers la position de la figure 1, si bien que les patins sont abaissés et viennent au contact de la plaque supérieure et repoussent celle-ci fermement contre la barre d'entretoise placée au- dessous L'appareil de soudage par faisceau laser est alors commandé et il est déplacé le long d'une ligne centrée au- dessus de la barre d'entretoise Bien que la tête de soudage puisse assurer une soudure continue sur toute la longueur de la barre d'entretoise, elle peut être commandée afin qu'elle forme plusieurs soudures espacées 138, par exemple entre les boulons 130, dans le mode de réalisation des figures 9 et 10. Dans une variante, la tête 10 de soudage par faisceau laser peut être retenue en position fixe et la t a- ble 14 peut être déplacée le long des rails 20, comme indi- qué précédemment. Les hommes du métier peuvent noter que les dépla- cements de la tête de soudage par faisceau laser, de la table et du chariot de l'ensemble de serrage les uns par rapport aux autres peuvent être réalisés manuellement, sous la com- mande d'un opérateur, ou peuvent être réalisés de manière connue par un ordinateur convenablement programmé, assurant ainsi un positionnement précis des soudures. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Appareil de serrage d'un ensemble de pièces destinées à être soudées par un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comprend a) une table ( 14) de support d'un ensemble de pièces, et b) un dispositif de serrage sur la table ( 14), destiné à se déplacer par rapport à celle-ci afin qu'il serre des parties choisies d'un ensemble de pièces à souder, d'une manière temporaire, entre la table et le dispositif de serrage. 2 Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comprend un dispositif ( 18, 20) de montage de la table afin qu'elle se déplace en direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du dispositif de serrage. 3 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte un dispositif ( 10) de soudage par faisceau laser placé près de la table et destiné à diriger un faisceau laser de soudage vers un ensemble de pièces pla- cé sur la table. 4 Appareil selon la revendication 3, caractéri- sé en ce qu'il comprend un dispositif de-support ( 12) placé au-dessus de la table et destiné à supporter le dispositif de soudage ( 10) par faisceau laser afin qu'il se déplace en direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du dispositif de serrage. Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le dispositif de serrage comprend a) un chariot allongé ouvert au centre et ayant des parois latérales ( 40) distantes latéralement et des pa- rois d'extrémité ( 42) distantes longitudinalement, le chariot ayant des faces supérieure et inférieure ouvertes destinées au passage d'un faisceau laser de soudage, b) un dispositif de coopération avec la table, monté sur les parois d'extrémité -( 42) et ayant des organes ( 60) espacés verticalement et destinés à loger des parties marginales de la table entre eux afin que le déplacement vertical du dispositif de serrage par rapport à la table soit limité, c) un organe allongé de serrage ( 66) monté près de chaque paroi latérale et destiné à se déplacer verticale- ment entre des positions de serrage et de desserrage d'u-n ensemble de pièces, et d) les extrémités inférieures des organes de serrage sont destinées à coopérer de façon temporaire avec des éléments d'un ensemble de pièces placé sur la table et, lorsque les organes de serrage se sont déplacés vers la position de serrage, à serrer l'ensemble de pièces entre les organes de serrage et la table. 6 Appareil selon la revendication 5, caractéri- sé en ce qu'il comprend un dispositif réglable ( 44, 46) de raccordement ( 44, 46) reliant des parois latérales et d'ex- trémité ( 40, 42) du chariot afin que les parois latérales puissent être réglées verticalement par rapport aux parois d'extrémité et que la distance verticale séparant la table des extrémités inférieures des organes de serrage soit modi- fiée. 7 Appareil selon la revendication 5, caractéri- sé en ce qu'il comprend un dispositif de réglage coopérant avec les parois latérales ( 40) et les organes de serrage ( 66) et destiné à déplacer ces organes verticalement entre des positions de serrage et de desserrage. 8 Appareil selon la revendication 7, caractéii- sé en ce que le dispositif de réglage comporte plusieurs organes ( 70) à came rotative excentrique, assurant la coopé- ration entre les parois latérales ( 40) et les organes de ser- rage ( 66) et des leviers coopérant avec les organes à came et destinés à les faire tourner de manière que les-organes de serrage soient déplacés entre les positions de serrage et de desserrage. -9 Appareil selon la revendicati On 1, caractéri- sé en ce que le dispositif de serrage comporte a) un chariot allongé dont la partie centrale est ouverte et ayant des parois latérales ( 40) distantes latéra- lement et des parois d'extrémité ( 42) distantes longitudina- lement, le chariot ayant des -faces supérieure et inr 6 rieuro ouvertes destinées au passage d'un faisceau laser de soudage, b) un dispositif ( 60) de coopération avec la ta- ble, monté sur les parois d'extrémité etayant des organes distants verticalement destinés à loger des par Lies margi- nales de la table entre eux afin que le déplacement vertical du dispositif de serrage par rapport à la table soit limité, c) un organe allongé de serrage ( 66) monté près de chaque paroi latérale et destiné à se déplacer verticale- ment entre des positions de serrage et de desserrage d'un ensemble de pièces, d) les extrémités inférieures des organes de serrage ( 66) étant destinées à venir au contact temporaire d'éléments d'un ensemble de pièces placé sur la table et, après déplacement des organes de serrage vers la position de serrage, à serrer l'ensemble de pièces entre les organes de serrage et la-table, e) des dispositifs réglables de raccordement ( 44, 46) reliant les parois latérales et d'extrémité ( 40, 42) du chariot afin que les parois latérales puissent être réglées verticalement par rapport aux parois d'extrémité et fassent varier la distance verticale séparant la table des extrémi- tés inférieures des organes de serrage, et f) un dispositif de réglage assurant la coopé- ration des parois latérales et des organes de serrage afin que ces derniers soient déplacés verticalement entre des po- sitions de serrage et de desserrage, g) le dispositif de réglage comprenant plusieurs organes ( 70) à came rotative excentrique assurant la coopé- ration des parois latérales et des organes de serrage, et - des leviers coopérant avec les organes à came et destinés à faire tourner ceux-ci, afin que les organes de serrage soient déplacés entre leurs positions de serrage et de desserrage. l O Appareil selon la revendication 9, caractéri- sé en ce qu'il comprend 1 2530517 a) un dispositif ( 18, 20) de montage de la ta- ble afin qu'elle puisse se déplacer en direction sensiblement perpendiculaire à la -di:rection de déplacement du dispositif de serrage, b) un dispositif ( 10) de soudaqo par faiscoau laser placé près de la table et destiné à diriger un Fais- ceau laser de soudage vers un ensemble de pièces placé sur la table, et c) un support ( 12) placé au-dessus de la table et destiné à supporter le dispositif de soudage par faisceau laser afin qu'il puisse se déplacer en direction sensible- ment perpendiculaire à la direction de déplacement du dispo- sitif de serrage.