Brevet FR2594595A1 — publié le 19870821

ENVELOPPE SOUS VIDE POUR TUBE INTENSIFICATEUR D'IMAGES RADIOLOGIQUES ET PROCEDE DE FABRICATION D'UNE TELLE ENVELOPPE La présente invention concerne la structure d'une enveloppe sous vide pour tubes intensificateurs d'images radiologiques. Elle concerne également un procédé de fabrication d'une telle enveloppe. Les enveloppes sous vide pour tubes intensificateurs d'images radiologiques comportent essentiellement un corps central de révolution dont les extrémités sont terminées par une fenêtre d'entrée destinée au passage du rayonnement à intensifier et par une fenêtre de sortie du rayonnement visible. Dans la demande de brevet français 2.565.407, déposée le 30 mai 1984, au nom de THOMSON-CSF, on a expliqué dans l'introduction à la description que différents types de fenêtres d'entrée étaient utilisés : des fenêtres en verre de forme convexe, des fenêtres en titane ou en acier de forme concave, et enfin des fenêtre en aluminium ou en alliage d'aluminium de forme convexe. Pour ce dernier type de fenêtre, différentes techniques sont utilisées pour réaliser le scellement de la fenêtre sur le corps central. On a proposé pour réaliser le scellement sur le corps central d'une fenêtre d'entrée, en aluminium ou en alliage d'aluminium de forme convexe, d'utiliser le soudage par thermocompression ou par induction magnétique. On a aussi proposé de réaliser la fenêtre dans un matériau comportant une couche de cuivre plaquée sur une couche d'aluminium. La couche de cuivre est enlevée dans la partie soumise au rayonnement et la couche d'aluminium est enlevée au niveau du bord constitué par un méplat entourant la calotte convexe en réservant un recouvrement localisé des deux couches. Le bord en cuivre est ensuite soudé par soudage à l'arc électrique le long d'une lèvre réalisée sur le corps central métallique qui peut être en acier inoxydable. Les différentes solutions proposées pour réaliser le scellement sur le corps central d'une fenêtre d'entrée, en aluminium ou en alliage d'aluminium, de forme convexe, présentent toutes des inconvénients et aucune ne s'impose vraiment. La présente invention concerne une enveloppe sous vide pour tube intensificateur d'images radiologiques, comportant une fenêtre en aluminium ou en alliage d'aluminium, reliée à une pièce en aluminium ou en alliage d'aluminium, cette pièce étant solidaire d'une partie en fer ou en alliage ferreux du corps central de l'enveloppe, caractérisée en ce que ladite pièce et ladite partie du corps central ont, du côté où elles sont solidaires, sensiblement la forme d'un cylindre, dont une extrémité est partiellement obstruée par une couronne et en ce que ladite pièce et ladite partie du corps central sont soudées par friction selon ladite couronne. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une enveloppe sous vide pour tube intensificateur d'images radiologiques, comportant une fenêtre en aluminium ou en alliage d'aluminium, reliée à une pièce en aluminium ou en alliage d'aluminium, cette pièce étant solidaire d'une partie en fer ou en alliage ferreux du corps central de l'enveloppe, caractérisé en ce qutjl comporte les étapes suivantes:: - 10) on forme par la technique de l'emboutissage et du repoussage sur deux mandrins distincts deux pièces ayant sensi- blement la forme d'un cylindre obstrué à Pune de ses extrémités par un fond, la forme des mandrins permettant d'obtenir des fonds présentant une couronne faisant saillie, l'un de ces fonds étant en aluminium ou en alliage d'aluminium et l'autre en fer ou en alliage ferreux; - 2") on fixe solidement les deux pièces sur les mandrins; - 30) on met bout à bout les deux fonds à souder qui sont en contact par leur couronne; - 40) on met en rotation run des ensembles constitué par un mandrin et son fond, puis lorsque le mouvement de rotation est stoppé, on exerce une poussée axiale, ce qui produit le soudage par friction des deux couronnes;; - 5 ) on usine les deux fonds pour éliminer leur partie centrale, de façon à obtenir ladite pièce en aluminium ou en alliage d'aluminium soudée par friction selon une couronne à ladite partie en fer ou en alliage ferreux du corps central de l'enveloppe. La solution proposée par l'invention pour réaliser le scellement sur le corps central d'une fenêtre en aluminium ou en alliage d'aluminium de forme convexe présente de nombreux avantages: - ainsi, dans la solution proposée, il est possible d'automatiser complètement le cycle de soudage ce qui exclut toute erreur de l'opérateur; - de plus, comme le cycle de soudage a une faible durée, de l'ordre de 5 à 10 secondes, il est possible en prévoyant une manutention automatique pour charger et évacuer les pièces et en utilisant un système pneumatique de fixation et de bridage des pièces sur leur support, d'atteindre des cadences de fabrication de l'ordre de plusieurs dizaines d'enveloppes par heure;; - le scellement réalisé est étanche au vide et mécaniquement résistant - certains modes de réalisation de l'enveloppe selon l'invention permettent de diminuer de façon sensible son poids et d'optimiser son encombrement en ce qui concerne l'intérieur de lintensificateur d'images radiologiques. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: - les figures 1 et 5, des vues en coupe longitudinale d'un tube intensificateur d'images radiologiques comportant une enveloppe sous vide selon un mode de réalisation de l1invention; - les figures 2 à 4, des vues en coupe illustrant diverses étapes du procédé de fabrication selon l'invention d'une enveloppe sous vide. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tube intensificateur limages radiologiques, couramment désigné par les initiales IIR, comportant une enveloppe sous vide selon un mode de réalisation de l'invention. On désigne par la référence 1 une partie du corps central de révolution de l'llR. Cette partie se compose d'un cylindre en verre se terminant par une fenêtre de sortie également en verre. Le cylindre en verre est soudé par une soudure verre-métal qui porte la référence 2 à un collet 3 réalisé en fer ou en alliage de fer, de préférence en un alliage fer-nickel-colbalt tel que le Dilver ou en un alliage fer-nickel tel que le Carpenter. Le collet 3 est soudé par une soudure TIG (Tungsten Inert Gaz), en courant alternatif et sous atmosphère d'hélium, à une pièce de révolution 5 en fer ou en alliage de fer, en acier inoxydable ou en mu-métal par exemple. Cette soudure est désignée par la référence 4 sur la figure 1. On sait réaliser de façon connue aussi bien les soudures verremétal que les soudures TIG. I1 est évident pour l'homme de l'art que les pièces 3 et 5 peuvent ne constituer qu'une seule pièce lorsqu'elles sont réalisées dans le même matériau. Selon l'invention, la pièce 5 a été préalablement rendue solidaire, de manière étanche au vide, par une opération de soudage par friction, d'une autre pièce de révolution 6, en aluminium ou en alliage d'aluminium. Comme cela sera expliqué de façon détaillée par la suite, la soudure par friction est réalisée au niveau de couronnes 10 et 11 situées dans un plan orthogonal à l'axe principal XX' des pièces 5 et 6 qui sont sensiblement de forme cylindrique. Les pièces 5 et 6 ont donc, du côté où elles sont solidaires, sensiblement la forme d'un cylindre dont une extrémité est partiellement obstruée par une couronne 10 et 11. Cette pièce 6 reçoit une fenêtre 7 en aluminium ou en alliage d'aluminium. La fenêtre comporte de préférence une jupe péri phérique 8 qui lui permet de s'emboîter sur la pièce 6 avant d'en être rendue solidaire par une soudure TIG. La fenêtre 7 peut être réalisée en un alliage d'aluminium et de magnésium de la série 5000, comme par exemple le 5086 ou AG4 MC. La série dont il est question est définie comme de nombreuses autres par des normes américaines bien connues des Spécialistes. Ces alliages sont suffisamment rigides pour supporter les efforts mécaniques dus à la différence de pressions existant entre l'intérieur et l'extérieur du tube. L'AG4 MC est l'alliage le plus performant d'un point de vue mécanique pour cette application. Dans le cas d'une fenêtre en AG4 MC, l'épaisseur varie, selon le diamètre, de 0,8 à 1,2 mm. On a schématisé à l'intérieur de l'enveloppe les principaux éléments constituant L'TIR tels que le scintillateur et la photocathode qui portent la référence 9, les électrodes 12, 13, 14 et 15 d'accélération et de focalisation, la dernière électrode ou anode 16 et l'écran de sortie 17. On remarquera sur la figure 1 que dans ce mode de réalisation l'électrode 12 est supportée par la partie en forme d'anneau de la pièce 6 qui est soudée par friction à la pièce 5. Un isolant, non représenté, est intercalé entre l'électrode 12 et la pièce 6. Dans ce mode de réalisation, I'encombrement de l'enveloppe est optimisé en ce qui concerne l'intérieur de l'intensificateur d'images radiologiques. On va maintenant expliquer de façon détaillée en se référant aux figures 2 à 4 comment est réalisée la soudure par friction des pièces 5 et 6. On forme, par une ou plusieurs techniques de mise en forme connues telles que l'emboutissage, le repoussage ou le magnétofor mage, sur deux mandrins distincts 18 et 19, deux pièces ayant sensiblement la forme d'un cylindre 20 et 21 obturé à l'une de ses extrémités par une paroi 22 et 23 qui constitue le fond de ces pièces. Sur les figures 2 et 3, les pièces 20, 21, 22 et 23 sont représentées par un trait épais. Les mandrins sont solidement fixés sur un bâti 24. On peut par exemple visser le mandrin sur un nez fileté 25 solidaire du bâti 24. L'une de ces pièces est en aluminium ou en alliage d'aluminium et l'autre en fer ou en alliage ferreux. Le fond de ces pièces a une faible épaisseur de tordre de 2 à 3 mm pour le fond en aluminium ou en alliage d'aluminium et de l'ordre de 1,5 à 2 mm pour le fond en fer ou en alliage ferreux. Les fonds 22 et 23 ainsi obtenus ne sont pas enlevés des mandrins de repoussage. Au contraire, on fixe plus solidement les pièces sur les mandrins. Cette fixation peut être réalisée mécaniquement comme cela est représenté sur les figures 2 et 3. Sur la figure 2, on a montré que des filetages sont réalisés sur les pièces 20, 21, 22 et 23 dans lesquels des vis sont introduites- voir figure 3. La fixation des pièces 20, 21, 22 et 23 sur les mandrins peut également être réalisée de manière pneumatique. Ainsi, il n'y a pas de filetages à réaliser et la mise en oeuvre de la fixation est plus rapide. On utilise des mandrins 18 et 19 dont la forme permet d'obtenir des fonds 22 et 23 présentant une couronne 27 d'environ 5 à 15 mm de largeur, dans un plan orthogonal à l'axe principal YY' des fonds. La soudure par friction se fait à partir de ces deux couronnes portées par les fonds ce qui permet de minimiser les effets mécaniques parasites dus à la différence de coefficients de dilatation entre les matériaux des deux fonds lors du refroidissement et ce qui permet aussi d'utiliser des machines de plus faible puissance puisque les surfaces à souder sont plus faibles. Sur la figure 3, on a représenté de façon symbolique l'étape de soudure proprement dite. Au cours de cette étape, on met bout à bout les deux fonds à souder. Sur la figure 3, des flèches horizontales symbolisent le rapprochement des deux fonds. On met en rotation l'un des ensembles constitué par un mandrin et son fond. On a indiqué par des flèches que c'est l'ensemble de droite qui est mis en rotation. La vitesse optimale est environ de 1,5 mètres par seconde. L'autre ensemble constitué par un mandrin et son fond est maintenu fixe. Lorsque les deux ensembles sont mis en contact, les fores de frottement produisent un couple résistant et l'énergie mécanique qui en résulte se transforme en chaleur au niveau des couronnes 27 par lesquelles les deux ensembles sont en contact. La quantité de chaleur produite porte rapidement les deux couronnes à la température de soudage. Lorsque le mouvement de rotation est stoppé du fait des frottements des deux fonds l'un sur l'autre, on exerce une poussée N/mm2 axiale, par exemple de l'ordre de 3 à 6 da N/mm2 pendant un temps très court, de 0,2 à 0,7 secondes par exemple, et la soudure est réalisée. On désolidarise alors les deux fonds soudés des mandrins et on les usine, comme cela est représenté sur la figure 4. L'usinage consiste à éliminer la partie centrale des deux fonds soudés par friction. Sur la figure 4, les fonds ne sont pas représentés en trait épais comme sur les figures 2 et 3, mais on a hachuré leur épaisseur. On obtient ainsi les deux pièces 5 et 6 de la figure 1 qui sont soudées par friction. La liaison obtenue est une liaison forgée qui est généralement de bonne qualité, c'est-à-dire étanche au vide et mécaniquement résistante. La soudure par friction des deux fonds entraîne l'apparition à l'interface entre les deux fonds, au niveau de la couronne par laquelle ils sont soudés d'un bourrelet caractéristique de la friction. Un des avantages de cette technologie est qu'il est possible d'automatiser complètement le cycle de soudage ce qui exclut toute erreur de l'opérateur. De plus, comme le cycle de soudage est de faible durée, de l'ordre de 5 à 10 secondes, il est possible en prévoyant une manutention automatique pour charger et évacuer les pièces et en utilisant un système pneumatique de fixation et de bridage d'atteindre des cadences de fabrication de l'ordre de plusieurs dizaines d'enveloppes par heure. La soudure par friction peut être réalisée avec l'un des ensembles mandrin et fond tournant à vitesse de rotation constante on parle alors de soudage continu. Une autre possibilité est d'utiliser un volant solidaire de l'ensemble mandrin et fond. Le volant fournit l'énergie nécessaire à la souduré. Dans ce cas, la vitesse de rotation décroît lors de la soudure. On parle alors de soudure par inertie. Dans le cas de tubes de grands diamètres la soudure par inertie est plus adaptée car on contrôle mieux énergie. La figure 5 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel la liaison entre la pièce 6 en aluminium ou en alliage d'aluminium et la pièce 5 en fer ou en alliage ferreux est réalisée dans la partie de plus faible diamètre du tube intensificateur limages radiologique. Les deux couronnes 10 et 11 à souder sont de plus faible diamètre, que dans le mode de réalisation de la figure 1, ce qui facilite la soudure. De plus, ce mode de réalisation où une grande partie de l'enveloppe est en aluminium ou en alliage d'aluminium présente l'avantage d'accroître la légèreté du tube par rapport au mode de réalisation de la figure 1. Sur la figure 5, on retrouve comme sur la figure 1, les pièces 1, 3, 5 et 6. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, la pièce 6 est reliée directement à la fenêtre 7. Il est bien sûr possible de relier la pièce 6 à la fenêtre 7 par l'intermédiaire d'une ou plusieurs pièces en aluminium ou en alliage d'aluminium, soudées par soudure TIG. I1 est bien entendu que l'invention concerne la soudure par friction selon une couronne de deux fonds en aluminium ou en alliage d'aluminium et en fer ou en alliage ferreux qui sont utilisés pour réaliser l'enveloppe d'un IIR. Diverses variantes peuvent donc être apportées à l'IlR des figures 1 et 5 tout en restant dans le cadre de l'invention. Par exemple, en ce qui concerne la jupe 8 de la fenêtre d'entrée 7 dont la présence n'est pas indispensable. De même, en ce qui concerne la nature de la fenêtre d'entrée 7 qui n'est pas obligatoirement en alliage d'aluminium et de magnésium. REVENDICATIONS 1. Enveloppe sous vide pour tube intensificateur d'images radiologiques, comportant une fenêtre (7) en aluminium ou en alliage d'aluminium, reliée à une pièce (6) en aluminium ou en alliage d'aluminium, cette pièce étant solidaire d'une partie (5) en fer ou en alliage ferreux du corps central de l'enveloppe, caractérisée en ce que ladite pièce (6) et ladite partie (5) du corps central ont, du coté où elles sont solidaires, sensiblement la forme d'un cylindre, dont une extrémité est partiellement obstruée par une couronne (10, 11) et en ce que ladite pièce (6) et ladite partie (5) du corps central sont soudées par friction selon ladite couronne (10, 11). 2. Enveloppe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'une des électrodes (12) du tube intensificateur d'images radiologiques est supportée par la couronne (11) de ladite pièce (6) en aluminium ou en alliage d'aluminium. 3. Enveloppe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite pièce (6) est soudée à la fenêtre (7). 4. Enveloppe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite pièce (6) en aluminium ou en alliage d'aluminium est reliée à la fenêtre (7) par l'intermédiaire d'au moins une autre pièce en aluminium ou en alliage d'aluminium à laquelle elle est soudée. 5. Enveloppe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite pièce (6) est positionnée dans la partie de plus faible diamètre du tube intensificateur d'images radiologiques. 6. Enveloppe selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le corps central est constitué par ladite partie (5) en fer ou en alliage ferreux soudée à un collet (3) en fer ou en alliage ferreux, ce collet étant soudé à un cylindre en verre (1) se terminant par une fenêtre de sortie (17) également en verre. 7. Enveloppe selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite partie (5) et le collet (3) sont réalisées dans le même matériau et ne constituent qu'une seule pièce. 8. Procédé de fabrication d'une enveloppe sous vide pour tube intensificateur limages radiologiques, comportant une fenêtre (7) en aluminium ou en alliage d'aluminium, reliée à une pièce (6) en aluminium ou en alliage d'aluminium, cette pièce étant solidaire d'une partie (5) en fer ou en alliage ferreux du corps central de l'enveloppe, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:: - le) on forme sur deux mandrins distincts (18, 19) deux pièces ayant sensiblement la forme d'un cylindre (20, 21) obstrué à l'une de ses extrémités par un fond (22, 23), la forme des mandrins permettant d'obtenir des fonds présentant une couronne (27) faisant saillie, l'un de ces fonds étant en aluminium ou en alliage d'aluminium et l'autre en fer ou en alliage ferreux; - 20) on fixe les deux pièces sur les mandrins; - 30) on met bout à bout les deux fonds à souder qui sont en contact par leur couronne (27); - 4 ) on met en rotation l'un des ensembles constitué par un mandrin et son fond puis lorsque le mouvement de rotation est stoppé, on exerce une poussée axiale ce qui produit le soudage par friction des deux couronnes (27);; - 5 ) on usine les deux fonds pour éliminer leur partie centrale, de façon à obtenir ladite pièce (6) en aluminium ou en alliage d'aluminium soudée par friction selon une couronne à ladite partie (5) en fer ou en alliage ferreux du corps central de l'enveloppe. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lors de la deuxième étape la fixation est réalisée de façon mécanique. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lors de la deuxième étape la fixation est réalisée de façon pneumatique. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lors de la quatrième étape, l'ensemble mandrin et fond tourne à vitesse de rotation constante. 12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lors de la quatrième étape, l'ensemble mandrin et fond est solidaire d'un volant qui foumit d'énergie nécessaire à la soudure et dont la vitesse décroît durant la soudure.