Brevet FR2553689A1 — publié le 19850426

"Machine à souder par faisceau d'électrons". L'invention concerne une machine à souder par faisceau d'électrons pour l'obtention de pièces de grande longueur, soudées sous vide. Le soudage de pièces de grande longueur se rencontre dans certaines industries et, notamment, dans celles ou l'on fabrique des panneaux, des poutres ou des pièces tubulaires telles que des citernes ou des tubes pour le transport de produits liquides ou gazeux. Dans ce cas, on évite de construire une enceinte à vide de dimensions importantes, qui contiendrait les pièces à souder, car une telle enceinte serait très coûteuse à construire et, également, du fait de son volume important, elle serait très coûteuse du point de vue de sa mise sous vide. La technique utilisée consiste alors à prévoir une mise sous vide locale, c 'est-à-dire à construire une enceinte généralement en au moins deux parties, qui englobe seulement la zone à souder, ces deux parties étant disposées de part et d'autre du joint à souder, en prenant appui, sur les parois adjacentes de la pièce, par des joints d'étanchéité. L'une des parties contient le canon à électrons à l'interieur de laquelle il est déplacé pour réaliser le cordon de soudage continu, tandis que l'autre partie protège la face opposée. On a ainsi réalisé un certain nombre de machines permettant de réaliser des soudures linéaires, circulaires, orbitales ou autres. Les machines de soudure orbitale propres à rabouter entre elles des viroles destinées à former des tubes ou des corps de citerne de grande longueur, comportent également un ensemble de mise sous vide locale, composé d'une chambre annulaire extérieure et d'une chambre intérieure qui peut être annulaire ou cylindrique. Sur les figures 1 et 2, on a ainsi représenté deux modes de réalisation d'installations de soudage par faisceau d'électrons, de pieces cylindriques, au moyen de systèmes à vide local comportant chacun deux enceintes. Sur la figure 1, la virole inférieure 1 est destinée à être soudée bout à bout en 2, suivant une ligne de soudure annulaire, aux viroles 11 déjà assemblées. A l'intérieur de ces viroles et à hauteur de la ligne de jointoiement 2, il est prévu une enceinte torride 3 mise sous vide par la pompe à vide 4 et supportée par des blocs 5 soudés directement et provisoirement sur la face interne de la virole inférieure 1. Des joints d'étanchéité 6 sont prévus entre les bords ouverts de l'enceinte 3 et les viroles. A l'extérieur, est disposée une enceinte toroide 7 munie de joints d'étanchéité 8 et maintenue, comme précédemment, par des blocs 9 soudés provisoirement sur la face externe de la virole inférieure. Le canon à électrons 10 se déplace orbitalement sur le chemin de roulement 11 de cette enceinte externe 7 qui est mise sous vide par la pompe 12. Dans le cas de la figure 2, l'enceinte extérieure torride 13 est rendue étanche par les joints 14 et est mise sous vide par la pompe 15. Cette enceinte 13 est soutenue de manière provisoire par les blocs 16. A l'intérieur des viroles 1 est disposée la partie interne de l'équipement, constituée par les plaques 17 et 18 pourvues de joints d'étanchéité 19 et supportées par des blocs 20 soudés de manière provisoire, l'enceinte 21 ainsi délimitée étant mise sous vide par une pompe à vide 22. Dans cet exemple, la plaque inférieure 18 supporte de manière mobile le canon å électrons 23, de façon à réaliser la ligne de soudure désirée suivant la surface de jointoiement 2 disposée à hauteur des enceintes interne 21 et externe 13. Suivant ces installations connues, l'étanchéité est donc réalisée par au moins quatre joints qui, pour des raisons technologiques de mise en place de l'ensemble de soudage, sont des joints rétractables et resserrables par commande par air comprimé. Ce type de machine est en général prévu pour fonctionner en toutes positions et en particulier, soit verticalement, soit horizontalement. Cependant, lorsque les épaisseurs des parois à souder sont importantes et au moins supérieures à1Q cm, l'effet de la gravité se fait sentir et c'est pourquoi on préfère généralement se placer en position à axe vertical comme cela est réalisé sur les figures 1 et 2 afin d'éviter la déformation des pièces. C'est en particulier dans cette position que l'on aboute entre elles plusieurs viroles pour constituer des corps cylindriques de réservoirs à pression ou des tubes. De telles installations comportant une enceinte interne et une enceinte externe, sont particulièrement utiles lorsque les assemblages à réaliser sont toujours de même diamètre. Cependant, ce n'est pas toujours le cas dans un atelier de chaudronnerie générale où, au contraire, on se trouve souvent face à de nombreux types différents de pièces à souder et, par suite, face à de nombreux diamètres. Cette technique connue se trouve donc mise en cause car elle nécessite pratiquement autant de paires d'enceintes et de systèmes orbitaux de déplacement du canon qu'il y a de pièces à souder qui sont différentes les unes des autres par leur diamètre ou par leur forme. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une machine de soudage par faisceau électronique destinée à l'obtention de pièces de grande longueur, soudées sous vide å i'aide d'un canon à électrons, machine caractérisée en ce qu'elle comporte une enceinte étanche reliée à une source de vide, cette enceinte comportant une paroi latérale reliant deux parois opposées parallèles pourvues l'une de moyens pour le passage étanche de la première des pièces à souder et, l'autre, des moyens pour le support de la seconde pièce à souder à l'intérieur de l'enceinte et dans le prolongement de la première pièce. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la machine est destinée à l'obtention de pièces soudées tubulaires et de grande longueur, la paroi pourvue des moyens pour le passage étanche étant réalisée en deux parties, une première partie s'adaptant de manière étanche sur la paroi latérale et sur la face externe de la première pièce tubulaire à souder, la seconde partie s'adaptant de manière étanche.sur la face interne de cette première pièce tubulaire à souder et étant supportée par la paroi opposée pourvue des moyens de support de la seconde pièce à souder. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les deux parois opposées de l'enceinte sont horizontales, les deux pièces à souder étant disposées en alignement vertical. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la paroi horizontale pourvue des moyens de support de la seconde pièce constituent la surface de base de l'enceinte. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la paroi horizontale pourvue des moyens pour le passage étanche de la première pièce à souder, constitue la surface de base de l'enceinte et est pourvue de moyens pour le maintien de cette première pièce. L'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur les dessins ci-joints dans lesquels : - les figures 1 et 2 représentent, en coupe verticale schématique, deux modes de réalisation connus d'installations de soudage comportant chacun deux enceintes mises sous vide, - la figure 3 est une vue en coupe verticale axiale d'un mode de réalisation d'une machine conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue partielle de la machine de la figure 1, montrant une forme modifiée de la paroi supérieure de l'enceinte, -- les figures 5, 6 et 7 représentent successivement les trois étapes d'une opération de soudage à l'aide d'une machine conforme à celle de la figure 3, - la figure 8 est une vue schématique en coupe axiale d'un autre mode de réalisation#de l'invention. La présente invention a en conséquence pour but la réalisation d'une machine à souder qui ne comporte qu'une seule enceinte à vide et qui est d'un usage multiple, propre à résoudre, dans les limites dimensionnelles de ses données constructives, tous les types de soudure linéaire, orbitale et circulaire nécessaires aux fabrications rencon trées dans les ateliers de chaudronnerie pour la réalisation de cuves, de réservoirs cylindriques, de panneaux, de profilés ou poutres, etc. Cette machine permet ainsi l'assemblage de pièces dont la longueur dépasse de façon notable les dimensions de l'enceinte dans la mesure ou la soudure à réaliser se situe dans la zone couverte par l'enceinte de cette machine. La machine représentée sur la figure 3 comprend une enceinte à vide 24 qui est délimitée par une paroi latérale cylindrique 25 reliant une paroi inférieure horizontale 26 qui sert de support et une paroi horizontale supérieure 27. Cette machine assure, à l'aide du canon à électrons 28, le soudage d'une virole 29 en bout de viroles 30, déjà assemblées les unes aux autres, ce soudage étant réalisé le long de la ligne de jointoiement 31. Cette enceinte présente un axe X-X et sa paroi inférieure de base 26 qui supporte la paroi latérale 25 est pourvue d'un socle 31 recevant en appui par des talons 32 l'extrémité inférieure de la virole 29 placée verticalement. La paroi horizontale supérieure 27 est réalisée en deux parties, à savoir une partie 32 qui est externe à la virole 30 et qui s'adapte de manière amovible sur la paroi latérale 25 par l'intermédiaire de joints d'étanchéité 321 et une partie 33 qui est interne à la virole 30 et qui est fixée à l'extrémité d'un montant 34, disposé suivant l'axe X-X, solidaire du socle 31. Des joints d'étanchéité 322 et 331 sont respectivement prévus sur les parties 32 et 33 afin d'assurer l'étanchéité de l'enceinte à hauteur du passage de la virole 30, la hauteur de la paroi latérale 25 étant bien entendu déterminée de manière que la zone de soudage 31 soit située à l'intérieur de l'enceinte 24. Autour du socle 31 et sur la paroi inférieure 26, il est prévu un chariot en forme de couronne 34, qui roule sur des moyens appropriés et qui supporte une colonne 35 recevant elle-même un chariot 36 supportant le canon à électrons 28. Le chariot 36 est réglable en hauteur le long de la colonne 35 de façon que le canon à électrons 28 puisse être placé dans le plan de la surface de jointoiement 31 et puisse ensuite être entraîné en rotation par le chariot 34 pour effectuer une soudure circulaire le long de cette surface de jointoiement des viroles 29 et 30. Une seule pompe à vide 37 est prévue pour réaliser, dans l'enceinte 24, le vide nécessiare à l'exécution d'une opération de soudage. On constate que cette machine permettra le soudage bout à bout de pièces de grande longueur, étant donné que seule la pièce à souder 29 de plus petite longueur est située à l'intérieur de l'enceinte 24, l'autre pièce à souder 30 pouvant être de longueur quelconque et pénétrant à l'intérieur de l'enceinte par l'espace formé entre les parties 32 et 33 de la paroi supérieure horizontale 27. Ainsi, pour adapter cette machine à la forme et aux dimensions de pièces à souder particulières, il suffit de remplacer la cloison supérieure 27 par une autre cloison comportant, s'il s'agit de pièces tubulaires, une partie externe 32 et une partie interne 33 délimitant entre elles un espace correspondant en forme et dimensions à la nouvelle pièce à souder. Dans le cas où cette machine doit être utilisée pour souder des pièces de plus petites dimensions se logeant totalement à l'intérieur de l'enceinte, la paroi supérieure 27 en deux parties 32, 33 est remplacée (voir figure 4) par une cloison 38 en une seule partie formant un couvercle étanche s'adaptant sur le bord supérieur de la paroi latérale 25w le canon de soudage 28 étant déplacé le long de la colonne 35 afin de venir, par exemple en 281 sur la figure 3, en regard de la ligne de jointoiement 391 de deux pièces superposées 39. Pour chaque type de pièce également, il sera préférable de prévoir des talons 37 de forme appropriée afin d'assurer, si nécessaire, la fixation de l'appui de la virole inférieure 29 sur le socle 31. Sur les figures 5, 6 et 7, sont représentées les différentes phases de soudage de deux viroles 40 et 41. Suivant la figure 5, la virole 40 est mise en place par le moyen 42 dans l'enceinte 43 de la machine. Suivant la figure 6, la seconde virole 41 est mise en place de la même façon en bout de la virole 40 et les joints 441 et et des parties externe 44 et interne 45 de la paroi supérieure sont mis en oeuvre afin de permettre la mise sous vide de l'enceinte 43 et l'opération de soudage à l'aide du canon 46. Une fois l'opération de soudage réalisée le long d la ligne de jointoiement 47, l'assemblage est retiré (voir figure 7) afin de permettre la mise en place d'une nouvelle virole sur le socle 48 et permettre l'exécution d'une nouvelle opération de soudage à l'extrémité de l'assemblage déjà réalisé. Suivant la figure 8, la machine représentée est destinée au raboutage, en position verticale, de tube de pipe-lines, cette machine étant fixée dans le fond d'une barge 49 qui comporte une ouverture 491 pour le passage du tube 50 au fur et à mesure de son soudage. Cette machine est inversée par rapport à celle des figures de 2 à 7 dans la mesure où la paroi horizontale inférieure 51, 52 permet le passage étanche du tube 50, tandis que la paroi horizontale supérieure 53 supporte la partie de tube 54 à rabouter en la maintenant à l'intérieur de l'enceinte 55 dans le prolongement du tube 50. La partie 51 de la paroi inférieure est pourvue de joints étanches 511 et est en appui sur des dispositifs de serrage 56 assurant le maintien du tube 50. La partie interne 52 de cette cloison inférieure est reliée par la colonne 57 à la cloison supérieure 53 qui comporte par ailleurs un manchon 531 venant se placer à l'extérieur de la portion de tube 54. Ce manchon 531 de la cloison supérieure ainsi que la colonne 57 comportent des organes de serrage 581 et 582 destinés à maintenir la portion de tube 54 à rabouter. Le manchon 531 constitue une partie de la paroi latérale de l'enceinte 55, le complément étant constitué par un manchon cylindrique 59 monté à rotation suivant l'axe X-X de la machine et qui supporte le canon à électrons 60. Ce manchon 59 comporte des joints 61 qui le relient de manière étanche, d'une part au manchon 531 r d'autre part à la partie 51 de la cloison inférieure, afin de maintenir l'étanchéité de l'enceinte 55 lors de la rotation du manchon 59 et du canon 60, pour réaliser en 61 la soudure de la portion de tube 54 au tube 50. Pour la mise en oeuvre de cette machine, la portion de tube 54 est tout d'abord disposée à l'intérieur du manchon 531 afin d'être fixée à la paroi horizontale supérieure 53 par les organes de serrage 581, 582 puis l'ensemble comportant la cloison 53, le manchon 531 la colonne 57, la partie interne 52 de la cloison inférieure et la portion de tube 54 est mis en place de façon que cette portion de tube 54 soit en alignement avec le tube 50. Le vide dans l'enceinte 55 est ensuite réalisé par l'orifice de pompage 512 puis le manchon cylindrique 59 est entraîné en rotation tandis que le canon 60, qui est entraîné d'un mouvement orbital, effectue l'opération de soudage. On remarquera également que, dans cette machine, l'étanchéité avec les pièces à souder n'est obtenue qu'à l'aide de deux joints prévus sur les parties 51 et 52 de la cloison inférieure et qu'il est possible de réaliser le soudage de pièces de très grande longueur, la seule condition à respecter étant que la pièce à rajouter soit d'une longueur inférieure à celle de la hauteur de l'enceinte 55. REVENDICATIONS 1) Machine de soudage par faisceau électronique, destinée à l'obtention de pièces de grande longueur, soudées sous vide à l'aide d'un canon à électrons, machine caractérisée en ce qu'elle comporte une enceinte étanche (24) reliée à une source de vide (37), cette enceinte comportant une paroi latérale (25) reliant deux parois opposées parallèles (32, 33, 26) pourvues l'une de moyens (321, 331) pour le passage étanche de la première (30) des pièces à souder et l'autre (26) des moyens pour. le support de la seconde pièce (29) à souder à l'intérieur de l'enceinte (24) et dans le prolongement de la première pièce (30). 2) Machine conforme à l'une-quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est destinée à l'obtention de pièces soudées tubulaires et de grande longueur, la paroi pourvue des moyens pour le passage étanche étant réalisée en deux parties (32, 33), une première partie (32) s'adaptant de manière étanche sur la paroi latérale (25) et sur la face externe de la première pièce tubulaire (30) à souder, la seconde partie (33) s'adaptant de manière étanche sur la face interne de cette première pièce tubulaire à souder (30) et étant supportée par la paroi opposée (26) pourvue des moyens de support de la seconde pièce à souder (29). 3) Machine conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux parois opposées (32, 33 et 26) de l'enceinte (24) sont horizontales, les deux pièces à souder (29, 30) étant disposées en alignement vertical. 4) Machine conforme à la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi horizontale (26) pourvue des moyens de support de la seconde pièce (29) constituent la surface de base de l'enceinte. 5) Machine conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que la paroi horizontale (51, 52) pourvue des moyens pour le passage étanche de la première pièce å souder (50) constitue la surface de base de l'enceinte (55) et est pourvue de moyens (56) pour le maintien de cette première pièce (50). 6) Machine conforme à l'une auelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canon à électrons (28) est fixé sur un chariot (36) mobile, perpendiculairement aux deux parois opposées, sur une colonne (35) elle-même mobile à l'intérieur de l'enceinte. 7) Machine conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi latérale (53) de l'enceinte comporte une zone mobile (59) supportant le canon à électrons. 8) Machine conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi latérale de l'enceinte est cylindrique et comporte une zone annulaire (59) mobile en rotation par rapport à l'axe X-X de la machine, cette zone (59) supportant le canon à électrons (60), des moyens (61) étant prévus pour assurer l'étanchéité de l'enceinte (55) à hauteur de cette paroi mobile (59).