Brevet FR2571995A1 — publié le 19860425

MACHINE POUR LE SOUDAGE EXTERNE DE TUBES BOUT A BOUT, PAR FAISCEAU D'ELECTRONS La présente invention a pour objet une machine à souder par faisceau d'électrons destinée à être disposée à l'extérieur de deux tubes placés bout à bout pour les assembler par soudure. On sait que l'on peut disposer autour des tubes disposés bout à bout au moins un canon à électrons, dirigé radialement vers l'intérieur et contenu dans une enceinte à vide entourant la zone de jonction des deux tubes et entraîner ce canon à électrons en rotation pour effectuer un soudage sur toute la circonférence de la zone de jonction des tubes. Il en résulte notarnmment- un grand volume à mettre sous vide, un équipement o0 important à entraîner en rotation et la nécessité- d'installer des joints d'étanchéite tournants. L'invention a pour objet une machine à souder externe qui permet de souder rapidement par faisceau d'électrons deux tubes bout à bout en mettant sous vide un volume réduit, en supprimant touL déplacement important d'équipement et en évitant les joints d'étanchéité tournants. En outre, l'enceinte à vide peut éventuellement être divisée en secteurs ouvrants. Cette machine à souder, qui comporte un nombre n de canons à électrons répartis selon une circonférence, émettant chacun, à une extrémité émettrice, un faisceau d'électrons dirigé radialement vers l'intérieur et portés par une structure support prévue pour entourer extérieurement les tubes, ceux-ci étant disposés bout à bout selon une surface annulaire de contact, se caractérise en ce que ladite structure support est fixe et en ce que des moyens de déplacement sont localement associés à chaque canon à électrons pour effectuer un déplacement limité du faisceau d'électrons produit par ce canon à électrons de manière à faire balayer par chaque faisceau d'électrons produit une plage différente de ladite surface annulaire de contact, s'éten- dant sur une fraction de cette surface annulaire au moins égale à 1/n. Le nombre n est choisi d'autant plus grand que le diamètre des tubes à souder est grand. -2- 2.571995 Selon un objet complémentaire de l'invention, lesdits moyens de déplacement du canon à électrons associé, permettent à celui-ci un mouvement de translation ou' de pivotement. Selon un autre objet complémentaire de l'invention, lesdi.ts moyens de déplacement sont des moyens de déflexion du faisceau d'électrons produit par le canon à électrons associé, ce dernier restant fixe. Selon encore un autre objet complémentaire de l'invention, lesdits moyens de déplacement comprennent d'une part des moyens de déplacement en translation du canon à électrons associé et d'autre part des moyens de déflexion du faisceau d'électrons produit par ce canon à électrons, de sorte que ces moyens de déflexion étendent la plage que balaye le faisceau d'électrons du canon à électrons sous l'action des moyens de déplacement en translation. On va décrire des exemples, donnés -à titre non limitatif, de réalisation de l'invention, en se référant au dessin joint dans lequel: - La Fig 1 représente schématiquement quatre canons a electrons différents à déplacement local du faisceau d'électrons émis et leur zone d'action sur la surface annulaire de contact entre deux tubes à souder bout à bout - la Fig 2 est une vue axiale d'un canon à électrons à déplacement en translation, monté autour de cette surface annulaire et la Fig 3 montre une vue transversale avec coupe partielle selon la ligne 3-3 de la Fig 2 la Fig 4 est une vue axiale d'un canon à électrons à pivotement, monté autour de la surface annulaire de contact et -la Fig 5 montre une vue transversale avec coupe partielle selon la ligne 5-5 de la Fig 4; - la Fig 6 est une vue latérale avec coupe axiale d'une machine à souder installée autour de deux tubes à souder bout à bout; et - la Fig 7 est une vue axiale de la machine représentée sur la Fig 6. Sur la Fig 1, on a représenté une surface annulaire I de contact entre deux tubes à souder et quatre canons à électrons 2 à 5 agencés différemment et prévus pour souder extérieurement ces tubes sur une plage, de la circonférence extérieure de cette surface annulaire 1, désignée par les références 6 à 9 respectivement. Cette représen- tation a été choisie pour bien montrer la manière dont opèrent les canons à électrons. S'il s'agissait réellement d'effectuer la soudure extérieure des tubes, on aurait, de préfé- rence, choisi des canons agencés de la même manière et, en tout cas, leur nombre aurait été accru pour que les portions soudées 6, 7, 8, 9 ne soient pas isolées les unes des autres mais englobent l'intégralité de la circonférence extérieure de la surface 1. Le canon 2 balaye la portion 6 parce qu'il est déplacé en translation, perpendiculaire à l'axe des tubes et au rayon de la position moyenne du canon, sur une distance 10. Le canon 3 balaye la portion 7 parce que le faisceau d'électrons qu'il émet est soumis par un déflecteur 11 à une déflexion progressive dont l'amplitude s'étend, 0 entre deux maximums en sens inverse, sur un angle 12. Le canon 4 balaye la portion 8 parce qu'il pivote autour d'un axe 13 pour déplacer le faisceau d'électrons qu'il émet dans un angle 14. Le canon 5 est déplacé en translation sur une distance 15 et il est muni d'un déflecteur 16 ajoutant un balayage supplémentaire du faisceau d'électrons d'un angle 17 ou 18 aux deux extrémités du balayage dû à la translation 15. Les Fig 2 et 3 représentent plus en détail le montage d'un canon à électrons à déplacement en translation tel que le canon 2. La paroi 19 délimitant extérieurement l'enceinte à vide qui entoure la surface annulaire de contact I entre les tubes 20, 21 présente des ouvertures 22 réparties circonférentiellement (dont une seule a été représentée) et de section sensiblement rectangulaire, la longueur étant disposée dans le sens circonférentiel et la largeur dans le sens axial, si l'on considère que le sens axial est celui de l'axe des tubes 20, 21. Chaque ouverture 22 a reçu une plaque fixe 23 elle-même munie d'une ouverture rectangulaire similaire à l'ouverture 22, permettant le passage du faisceau d'électrons émis par le canon 2 lors de son déplacement en translation. La plaque fixe 23 porte des glissières de guidage 24 qui coopèrent avec des coulisseaux 25 solidaires d'une plaque mobile 26 qui porte le canon 2. Un joint d'étanchéité 27 monté sur la plaque fixe 23 entoure l'ouverture de cette plaque fixe et assure l'étanchéité avec la plaque mobile 26 lors du déplacement de celleci. Une vis sans fin 28, entraînée en rotation par un moteur à réducteur de vitesse 29 monté par l'intermédiaire d'un support 30 sur la plaque fixe 23, engrène avec un écrou 31 solidaire en translation de la plaque mobile 26. La vis 28 est dirigée selon la longueur de l'ouverture pratiquée dans la plaque fixe 23 de sorte que l'axe du faisceau d'électrons émis par le canon 2 peut se déplacer le long de l'intervalle 32 compris entre deux positions extrêmes coïncidant l'une avec la coupe 3-3 de la Fig 2, l'autre avec la ligne 33 représentée sur cette figure, ces positions extrêmes délimitant la portion 6 de circonférence de la surface 1 soudée par ce canon à électrons 2. - 4 - 2571995 Dans le cas du canon à électrons 5 de la Fig 1, l'arrivée du canon en butée de translation déclenche le fonctionnement progressif du déflecteur 16 pour que le faisceau d'électrons atteigne la position extrême finale prévue. De même, au départ, la déflexion est inverse et maximale pour que le faisceau d'électrons parte de la position extrême -initiale et elle est progressivement réduite avant que le canon commence son déplacement en translation. Les commandes nécessaires à la réalisation de ces processus n'ont pas été représentées car elles font application de techniques classiques connues. Les Fig 4 et 5 représentent plus en détail le montage d'un canon à électrons à pivotement tel que le canon 4. On a gardé la même référence 19 pour la paroi délimitant l'enceinte à vide que dans les Fig 2 et 3, mais cette paroi 19 est munie d'ouvertures 34 qui peuvent avoir une section circulaire et dans chacune desquelles pénètre l'extrémité émettrice du canon à électrons 4, munie d'une lentille de focalisation 35. Ces ouvertures 34 sont réparties circonférentiellement, mais on en a représenté une seule sur les fig 4 et 5. L'étanchéité au passage du canon 4 dans l'ouverture 34 est assurée par un soufflet 36 fixé d'une part sur la paroi 19 et d'autre part sur le canon à électrons 4. Celui-ci peut pivoter autour de l'axe de pivotement 13 constitué par des tourillons 37 solidaires du canon 4 et montés dans des paliers à roulement 38 portés par des supports 39 fixés sur la paroi 19, comme on peut le voir sur la Fig 5. L'entratnement du canon 4 dans son mouvement de pivotement est effectué par une vis sans fin 40 qui engrène avec un écrou 41 solidaire du canon 4, par l'intermédiaire d'une articulation à axe horizontal et qui est entraînée en rotation par un moteur à réducteur de vitesse 42 porté par des tourbillons sur un support 43 fixé sur la paroi 19. On a figuré par des traits mixtes 44 et les faisceaux d'électrons extrêmes entre lesquels le canon 4 balaye la plage 8 de la surface annulaire 1. Les commandes nécessaires au pivotement du canon 4 n'ont pas été représentées car elles sont de conception classique. Les Fig 6 et 7 représentent un exemple de machine à souder externe à déplacement en translation des canons à électrons. Sur la Fig 6 on voit que la paroi 19 peut être reliée de manière étanche aux tubes 20 et 21, dans la partie bétonnée de ceux-ci, au moyen de joints gonflables annulaires 45 et 46 portés par cette paroi 19. Des pièces de protection 47 et 48 assurent la protection de l'intérieur de la machine à souder lors du déplacement des tubes 20 et 21. Le vide est effectuer à l'intérieur de l'enceinte délimitée par la paroi 19 au moyen d'une installation de pompage 49 visible sur la Fig 7. La Fig 7 permet de voir l'ensemble de six canons à électrons 50 à 55 répartis circonférentiellement sur la paroi 19 pour effectuer chacun le soudage d'un sixième de la circonférence de la surface annulaire de contact 1. Un montage similaire des canons à électrons peut être effectué dans le cas de canons dont la plage de soudage est obtenue par déflexion du faisceau d'électrons ou par pivotement des canons. Le montage des canons sur la paroi 19 rend aisée une division de cette enveloppe en plusieurs secteurs ouvrants articulés, par exemple trois secteurs, pour faciliter la mise en place de la machine à souder autour des tubes 20 et 21. Il faut alors prévoir des joints d'étanchéité entre les divers secteurs pour former une enceinte étanche par la fermeture de ces secteurs autour des tubes 20 et 21. De nombreuses autres variantes de réalisation peuvent évidemment être adoptées dans la mise en oeuvre de l'invention. 6- 62571995 REVENDICATIONS I - Machine pour le soudage externe de tubes (20, 21) bout à bout par faisceau d'électrons, qui comporte un nombre n de canons à électrons répartis selon une circonférence, émettant chacun, à une extrémité émettrice, un faisceau d'électrons dirigé radialement vers l'intérieur et portés par une structure support (19) prévue pour entourer extérieurement les tubes, ceux-ci étant disposés bout à bout selon une surface annulaire de contact (1), caractérisée en ce que ladite structure support (19) est fixe et en ce que des moyens de déplacement (11; 28, 31; 40, 41) sont localement associés à chaque canon à électrons pour effectuer un déplacement limité du faisceau d'électrons produit par ce canon à électrons, de manière à faire balayer par chaque faisceau d'électrons produit une plage différente (6, 7, 8, 9) de ladite surface annulaire de contact (1), s'étendant sur une fraction de cette surface annulaire au moins égale à 1/n. 2- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de déplacement (11) sont des moyens de déflexion du faisceau d'électrons produit par le canon à électrons (3) associé à ces moyens de déplacement, ce canon à électrons (3) restant fixe. 3- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de déplacement (28, 31; 40, 41) sont des moyens de déplacement du canon à électrons (2, 4) associé à ces moyens de déplacement, permettant à ce canon d'effectuer l'un des mouvements suivants: translation et pivotement. 4- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de déplacement (28, 31; 16) comprennent d'une part des moyens de déplacement en translation (28, 31) du canon à électrons (5) associé à ces moyens de déplacement et d'autre part des moyens de déflexion (16) du faisceau d'électrons produit par ce canon à électrons, de sorte que ces moyens de déflexion (16) étendent (17, 18) la plage (9) de surface annulaire de contact (1) que balaye le faisceau d'électrons produit par ce canon à électrons (5) sous l'action desdits moyens de déplacement en translation (28, 31). - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite structure support (19) est percée d'ouvertures (22; 34) dans chacune desquelles pénètre de manière étanche l'extrémité émettrice d'un des canons à électrons et munie de joints d'étanchéité annulaires (45, 46) prévus pour s'appliquer respectivement sur l'un et l'autre des tubes à souder.