Brevet FR2545650A1 — publié le 19841109

La présente invention est relative aux canons à électrons du type comprenant une cathode disposée dans une chambre à vide, et des moyens de chauffage de cette cathode. Dans les canons à électrons connus, les moyens de chauffage de la cathode, qu'ils soient directs (par effet Joule) ou indirects (filament de tungstène thermoemissif), sont disposés dans la chambre à vide, où doit régner un vide très poussé, de l'ordre de 10 5 mb. Cette conception a deux conséquences fâcheuses : d'une part, la construction du "coeur" du canon à électrons est complexe ainsi que son dispositif d'alimentation électrique ; d'autre part, lorsque l'on doit remplacer les moyens de chauffage, il faut-intervenir dans la chambre à vide, ce qui nécessite sa mise à l'atmosphère puis le rétablissement du vide poussé. L'invention a pour but de fournir un canon à électrons ne présentant pas ces inconvénients, c'est-à-dire dont le coeur possède une structure simplifiée et dont les moyens de chauffage puissent être facilement remplacés. A cet effet, l'invention a pour objet un canon à électrons du type précité, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent un émetteur de radiations monté à l'extérieur de la chambre à vide, une partie de paroi de cette dernière disposee sur le trajet des rayons provenant de cet- émetteur étant transparente vis-àvis desdites radiations. Dans un mode de réalisation préféré, -l'émetteur de radiations comprend d'une part- une source de radiations-à peu près ponctuelle, par exemple le; filament d'une ampoule électrique à incandescence, et d'autre part un réflecteur -ellipsoidal à un foyer duquel est disposée ladite source et à l'autre foyer duquel se trouve la cathode. L'invention a egalement pour objet une installation de soudage par faisceau d'électronas comprenant un canon à électrons tel que défini ci-dessus. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un canon à électrons conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue analogue d'une partie d'une variante du canon à électrons de la figure 1. Le canon à électrons représenté à la figure 1 fait partie d'une installation de soudage par faisceau d'électrons. I1 comprend essentiellement une chambre à vide 1 qui contient le coeur 2 du canon à électrons, et un dispositif de chauffage 3 extérieur à la chambre 1. Dans ce qui suit, pour la commodité de la description, on supposera que l'axe X-X de ce canon à électrons est vertical, comme représenté. La chambre à vide 1 est delimitee : - par une paroi inférieure 4 percée en son centre d'un étroit conduit 5 qui sert au passage du faisceau à électrons et qui peut être sélectivement obturé par des moyens non représentés situés au-dessous de la chambre 1 ; - par une paroi latérale 6 qui comporte une première ouverture 7 destinée à être reliée à un groupe de pompage non représenté, et une deuxième ouverture 8 recevant à joint étanche un embout 9 de raccordement électrique haute tension ; et - par une paroi supérieure comprenant un cadre périphérique 10 dans l'ouverture circulaire duquel est monté un hublot 11, avec interposition d'un joint d'etanchéité, ce hublot étant maintenu par une bride 12 vissée sur le cadre 10. Le coeur 2 du canon à électrons comprend une cathode 13 et un Wenhelt 14. La cathode est constituée par une pastille cylindrique réalisée en une matière thermoemissive, par exemple en hexaborure de lanthane, et logée dans un bottier métallique qui est lui-meme monté dans un porte-cathode 15 également métallique. Ce dernier et le Wenhelt 14 sont fixés sur un support isolant 16 de forme annuiaire qui prend appui sur un épaulement 17 de la paroi latérale 6 de la chambre à vide. Des fils électriques 18, 19 relient respectivement la cathode et le Wenhelt à l'embout 9 et, de là > à une source appropriée d'énergie électrique haute tension (non représentée). Le dispositif de chauffage 3 comprend un chapeau 20, un réflecteur 21 et une ampoule électrique 22 à incandescence du type à halogène. Le réflecteur 21, réalisé par exemple en verre métallisé ou en métal brillant, recouvre toute la surface intérieure du chapeau 20 et a la forme d'une calotte d'ellipsolde de révolution ouverte vers le bas, de grand axe X-X. Cette calotte forme en fait la totalité ou un peu moins de la totalité d'un demi-ellipsoide. Le chapeau 20 est fixé de manière amovible par sa périphérie au cadre 10, par des moyens appropriés non représentés, de façon que le cercle limite du réflecteur 21 soit situé juste à l'aplomb de l'ouverture du cadre 10, les deux diamètres étant égaux. L'ampoule 22, qui peut être une ampoule du commerce de 250W, est montée au sommet du chapeau 20 et s'étend suivant l'axe X-X. Elle est alimentée en courant électrique basse tension par des fils 23. Son filament 24, qui est quasi-ponctuel, se trouve à l'un des foyers de l'ellipsoide défini par le réflecteur 21, et plus précisément au foyer supérieur de cet ellipsoide, c'est-à-dire celui qui se trouve dans le réflecteur ; la cathode 13, et plus précisément sa face supérieure ou face arrière destinée à être chauffée, est positionnée à l'autre foyer du même ellipsoide. Le hublot 11 est constitué d'une matière la plus transparente possible vis-à-vis du rayonnement émis par l'ampoule 22. Lorsque celle-ci est une ampoule à halogène, on peut utiliser un hublot en un borosilicate. En fonctionnement, lorsqu'on alimente l'ampoule 22 en courant électrique, celle-ci émet des rayons lumineux dans toutes les directions à partir de son filament 24. Du fait des propriétés classiques des ellipsoIdes, tous ces rayons sont réfléchis vers l'autre foyer, c'est-à-dire vers la face arrière de la cathode 13. Celle-ci est ainsi chauffée efficacement et rapidement jusqu'à la température nécessaire pour l'émission du faisceau électronique de soudage. La cavité du chapeau 20 est à la pression atmosphérique. Par suite, lorsque l'ampoule 22 doit être changée, son remplacement s'effectue très facilement, sans intervention dans la chambre à vide. De plus, la structure du coeur 2 et de son dispositif d'alimentation électrique est considérablement simplifiée. En particulier, l'alimentation des moyens de chauffage en basse tension indépendamment du circuit haute tension utilisé pour le coeur 2 présente un grand intérêt économique. Bien que ceci ne soit pas représenté à la Fig. 1, on peut prévoir dans le chapeau 20 des ouvertures d'aération et des moyens pour créer une circulation d'air naturelle ou forcée, pour éviter un échauffement excessif dans ce chapeau. Comme on l'a illustré à la figure 2, la position de l'ampoule 22 peut être modifiée, pourvu que son filament 24 reste au foyer de l'ellipsoide. En particulier, comme representé, l'ampoule peut être montée avec son axe horizontal rencontrant à angle droit l'axe X-X. D'autres variantes peuvent être envisagées. Par exemple, l'ampoule 22 peut être remplacée par une autre source de radiations quasi-ponctuelle, telle qu'une lampe à arc haute pression. Par ailleurs, on peut chercher à augmenter la puissance lumineuse focalisée par le réflecteur 21 sur la cathode. Pour cela, on peut donner à ce réflecteur, à l'extérieur de la chambre à vide, une forme correspondant à plus de la moitié d'un ellipsoide, et/ou prévoir à l'intérieur de la chambre à vide un réflecteur auxilaire prolongeant vers le bas le réflecteur 21 et situé sur le même ellipsoide. Ces modifications peuvent bien entendu nécessiter l'utilisation d'un porte-cathode et/ou d'une cathode de formes différentes de celles représentées pour permettre au maximum de rayons réfléchis d'atteindre effectivement la cathode. D'autre part, du fait que le filament de l'ampoule 22 n'est pas parfaitement ponctuel, une certaine proportion de la puissance réfléchie n'est pas dirigée sur la cathode, dont les dimensions sont très petites. Ceci peut être corrigé en modifiant légèrement la forme du réflecteur par rapport à la forme théorique parfaitement ellipsoldale, et/ou en utilisant une forme non plane pour au moins l'une des deux faces du hublot 11. REVENDICATIONS 1. - Canon à électrons, du type comprenant une cathode (13) disposée dans une chambre à vide, et des moyens (21, 24) de chauffage de cette cathode, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent un émetteur de radiations monté à l'extérieur de la chambre à vide, une partie de paroi (11) de cette dernière disposée sur le trajet des rayons provenant de cet émetteur étant transparente vis-à-vis desdites radiations. 2. - Canon à électrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur de radiations comprend une source de radiations (24) et des moyens (21) de concentration des rayons vers la cathode (13). 3. - Canon à électrons suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la source de radiations (24) est à peu près ponctuelle, et en ce que lesdits moyens de concentration comprennent un réflecteur ellipsoldal (21) à un foyer duquel est disposée ladite source et à l'autre foyer duquel se trouve la cathode (13). 4. - Canon à électrons suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le réflecteur (21) a la forme d'une partie d'un ellipsoïde de révolution et est prolongé par un réflecteur auxiliaire situé sur le même ellipsoïde at disposé à l'intérieur de la chambre à vide (1). 5. - Canon à électrons suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la source de radiations (24) est constituée par le filament d'une ampoule électrique à incandescence (22). 6. - Canon à électrons suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'axe de l'ampoule est confondu avec celui (X-X) du canon à électrons. 7. - Canon à électrons suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite partie de paroi (11) est constituée par un hublot. 8. - Canon à électrons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour assurer une circulation d'air autour de l'émetteur de radiations. 9. - Installation de soudage par faisceau d'électrons, caractérisée en ce qu'elle comprend un canon à électrons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8.