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Procédé de fabrication de tubes, à décharges. à ampoule métallique.
L'objet de la présente invention est un procédé de fabrication de tubes à décharges électriques à ampoule métallique, en particulier de tubes électroniques de petites dimensions pour la T.S.F. Le but principal de l'invention est de supprimer l'opération de soudure employée jusqu'à présent pour unir l'ampoule au. pied dans les tubes connus de. ce genre.
Dans les tubes employés aux mêmes fins et connus jusqu'à, présent, l'union, étanche au vide, de l'ampoule et du pied avait lieu par une soudure effectuée dans un plan perpen- diculaire à l'axe du tube, tant dans les tubes dans lesquels les fils d'amenée du courant étaient scellés individuellement à
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l'aide de perles de verre dans le pied fabriqué en métal que dans ceux dans la plaque métallique de pied desquels était scellé un corps en verre portant tous les fils. On a employé pour cette soudure des machines à souder électriques à grand rendement, de construction spéciale, très coûteuses, et qui ont imposé au réseau électrique, des sautes d'intensité de courte durée considérables et désagréables.
Un des désavanta- ges de ce mode de fabrication était qu'au cours de la soudure, des particules de métal étaient projetées. contre la monture du tube et en outre que la liaison de l'ampoule et du pied par soudure imposait l'emploi d'ampoules en tôle métallique de forte épaisseur.
Conformément au procédé objet de l'invention les inconvénients précités sont écartés grâce à ce que le pied est constitué par une plaque de verre et que ce pied en verre por- tant le système d'électrodes est scellé sur l'ampoule métallique de manière qu'il reste étanche au vide. Dans le procédé objet de l'invention, la fixation de l'ampoule métallique et du pied en verre a lieu par soudure par fusion de la plaque servant de pied et déjà pourvue d'électrodes, sur la paroi de l'ampoule. Il s'ensuit que la nécessité des machines à souder précitées est supprimée et que de nouveaux autres avantages sont réalisés.
Comme notamment la soudure est supprimée, l'ampoule peut être faite d'une t8le métallique beaucoup plus mince que jusqu'à présent ( par exemple de 0,3 mm), cette circonstance entraînant une économie considérable de poids et de frais. Pour diminuer encore le prix, on peut employer une ampoule dont seule la partie destinée à être unie par soudure au pied est constituée par une matière coûteuse, telle qu'un alliage fer-nickel, qu'on peut souder au verre, tandis que la partie supérieure peut être formée d'une matière moins coûteuse, par exemple la tôle de fer. Ces deux parties d'une telle ampoule peuvent être soudées l'une sur l'autre au moyen d'une soudure dure d'une manière étanche à l'air.
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Par suite de la suppression de la soudure,'.l'effet nuisible exercé sur la cathode par,les gaz que dégage le métal fortement chauffé., aux points de soudure, disparaît parce qu'au moment de la fusion qui unit le pied à l'ampoule, il n'y a qu'une petite partie de l'ampoule qui est chauffée, et cela encore à une température plus basse, et que les autres parties de l'ampoule peuvent être refroidies extérieurement par un courant d'eau ou d'air et, intérieurement, à l'aide d'un gaz neutre balayant, l'ampoule.
Ceci est rendu possible du fait que les fils d'amenée de courant et/ou les fils de support peuvent être montés dans la plaque de verre à des distances plusgrandes du centre de la plaque, de sorte qu'on peut donc pourvoir le pied d'un petit tube, relié à unepompe et présentant un diamètre plus considérable et dans lequel on peut introduire encore un petit tube fournissant du gaz de balayage en quantité suffisante. Un avantage appréciable du procédé consiste en ce qu'il est appro- prié à la fabrication à. grande échelle et qu'on peut l'appliquer très bien aux machines à fabriquer les tubes à ampoules de verre, en modifiant légèrement ces machines.
En ce qui concerne le tube. achevé, un rôle important revient, non seulement à l'économie réalisable dans les frais de fabrication, mais aussi au fait qu'en raison de la suppression des perles de verre ou des anneaux métalliques nécessaires jusqu'à présent, les fils d'amenée de courant et (ou) de support peuvent être disposés aux angles d'un polygone inscrit dans une circonférence de plus grand diamètre, c'est-à-dire à de plus grandes distances les unes des autres, ce qui constitue également un avantage considérable parce qu'il en résulte que la résistance d'isole- ment et la stabilité du système d'électrodes monté sur le pied sont plus grandes et que les.
capacités des fils d'amenée de courant l'une par rapport à l'autre sont au contraire plus faibles que dans le cas de fils d'une amenée de courant;plus rapprochés.
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Tous ces avantages semblaient irréalisables jusqu'à présent parce que l'opinion généralement répandue au sujet de la soudure du verre au métal était que le verre devait au cours de cette opération être considérablement déformé .et par conséquent fondu en grandes quantités pour réaliser l'étanchéité envers le vide et une liaison mécanique convenablement rigide entre le verre et le métal, buts dans lesquels on avait coutume jusqu'à présent de noyer la partie métallique dans le verre fondu.
Une fusion réalisée de cette façon pour unir le verre et le métal ne semblait pas possible jusqu'à présent dans le mode de fabrication décrit plus haut, parce qu'on devait craindre que le pied en verre de dimensions relativement restreintes subirait, au chauffage, des déformations nuisibles qui donneraient lieu à un déplacement relatif inadmissible des fils d'amenée du courant et (ou) de support noyés dans le verre, ou à un manque d'étanchéité le long des fils dans le cas où ces fils seraient déjà chargés par le système d'élec- trodes monté sur eux. Il était à craindre également qu'un chauffage aussi fort du pied en verre pourrait avoir également des effets nuisibles, en raison du système d'électrodes monté, dans ces tubes, très près du pied et se trouvant alors encore dans l'air atmosphérique.
Conformément à l'invention, ces difficultés sont écartées du fait que, contrairement aux méthodes appliquées jusqu'à présent pour souder le verre et le métal, on ne fait subir que de faibles déformations au corps en verre lors de la soudure et qu'on ne chauffe qu'une faible partie de sa masse, par exemple une partie superficielle à la température nécessaire à cet effet, supérieure au point de fusion, certaines parties (dont est éventuellement exclue la partie saillante du petit tube relié à la pompe) étant portées préalablement, avant le chauf- fage à une température supérieure au point de fusion de la pièce
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en verre constituant le pied, a une température inférieure à ce point de fusion, et cela autant que possible dans toute la masse.
Inexpérience montre que, lorsqu'on procède ainsi et qu'on veille . aussi à ce que la plus grande déformation du pied de verre déjà ajusté à l'ampoule, avant la fusion, avec exactitude, c'est-à- dire avec une tolérance de 0,1 mm. au plus ( par exemple par diminution du diamètre et (ou) par augmentation de l'épaisseur des parois soudées à l'ampoule), soit inférieure à un dixième et soit de préférence un vingtième du diamètre du pied, les déformations qui pourraient exercer des effets nuisibles sur les fils d'amenée, et les influences sur le système d'électrodes ne se produisent pas et que le pied de verre peut être soudé à l'ampoule métallique d'une façon complètement étanche et mécaniquement rigide telle que les tubes des petites dimensions usuelles peuvent,
sans.fui te et sans rupture,supporter une pression de 10 atmosphères et davantage bien que la matière vitreuse ne soit soudée que superficiellement par fusion au métal et ne soit pas noyée dans celui-ci.
La soudure par fusion du pied en verre et de l'ampoule métallique suivant le procédé précité peut être effectuée aussi de diverses façons. On a constaté qu'il était le plus avantageux de procéder de manière que, lors de la soudure par fusion, le pied soit introduit dans l'ampoule et notamment que la surface de soudure par fusion soit une surface métallique conique ou cylindrique, de même axe que le tube.
Cette façon de procéder présente outre l'avantage qu'à cet effet la matière de la plaque faisant office de pied ne doit être fondue qu'à ses bords et pour ainsi dire seulement superficiellement, celui que la quantité de chaleur- nécessaire pour élever les bords ( préalablement chauffés aux environs. du point de fusion) de la plaque servant de pied à une température supérieure au point de fusion peut être transmise en majeure partie par la partie de paroi de l'ampoule qui doit être soudée par fusion à cette plaque.
A cet effet, on @
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chauffe cette partie au moins au rouge, mais de préférence à une température de 800 à I000 . Pour la soudure par fusion exécutée de cette façon, il est toutefois nécessaire que les dimensions de l'ampoule et de la plaque constituant le pied soient exactes et que, par conséquent, la plaque et l'ampoule s'adaptent aussi à froid l'une à l'autre, et il est donc néces- saire pour cette fusion d'employer des plaques constituant le pied qui aient reçu des dimensions précises, par exemple par moulage à la presse ou par meulage.
Pour éviter la nécessité des tolérances très faibles qui augmentent les frais de fabri- cation, on donne de préférence à l'ampoule une forme telle que sa surface de fusion proprement dite et (ou) la surface de sa paroi interne voisine constituent une surface conductrice de guidage pour la matière ramollie du bord de la plaque, lors de l'introduction de celle-ci, nécessaire pour la fusion, dans la diredtion voulue pour qu'il se produise un cotngage entraî- nant une fusion certaine, même dans le cas de plaques de faibles dimensions ou de forme irrégulière.
On considère comme surfaces conductrices appropriées à ces fonctions par exemple des surfaces sphériques ou coniques de même axe que le tube et la tolérance dans l'emploi de ces surfaces est par exemple comprise entre 0,05 et 0,1 mm. ou est même supérieure à 0,1 mm ce qui permet de fabriquer de telles plaques à la presse.
On a décrit dans ce qui suit, le procédé objet de l'invention sous une forme donnée à titre d'exemple, en se reportant au dessin annexé. Sur ce dessin la figure 1 est une vue latérale à échelle agrandie de la plaque nécessaire pour la soudure dans l'ampoule ; la figure 2 est une coupe de la figure 1 suivant la ligne x- x; la figure 3 est une vue latérale de l'ampoule en gran- deur naturelle ;
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la figure 4. représente l'adaptation de la plaque et de l'ampoule ainsi que le chauffage préalable de la plaque et la figure 5 montre l'opération de fusion:
La plaque I, visible sur les figures I et 2, qui porte le petit tube 2 relié à la pompe et les fils d'amenée de courait disposés aux angles d'un polygone concentrique avec elle, est préparée à la façon habituelle, c'est-à-dire par soudure par fusion de la pièce du tube en verre au plomb constituant la matière de la plaque avec les fils d'amenée et le petit tube relié à la pompe; mais, comme dernière opération, les bords de la plaque doivent recevoir par pression la forme conique, visi- ble sur le dessin. En même temps, la plaque est amenée dans le sens diagonal aux dimensions exactes prescrites.
On monte ensuite sur la plaque le système d'électrodes, par exemple par soudure des fils déamenée ou de support aux points 3a sur les broches 3.
A cet effet, les connexions 3b sont montées sur la plaque de mica 4, portant le système d'électrodes, aux angles d'un poly- gone de même grandeur que celui des broches dans la plaque 1. On remarquera que, pour des dimensions égales des tubes exécutés conformément au procédé suivant l'invention, le diamètre d et par' conséquent le diamètre d1 du petit tube 2 relié à la pompe peuvent être plus grands que dans les tubes à ampoule métallique connues jusqu'à présent et comportant des broches scellées dans une pièce de verre unique, tubes dans lesquels le diamètre d était inférieur à la moitié du diamètre intérieur maximum de l'ampoule.
On remarquera en outre que, grâce au procédé objet de l'invention, on peut exécuter des tubes avec des systèmes d'élec- trodes voulus quelconques, de sorte que la forme donnée au système d'électrode du tube, non représenté sur les figures 4 et 5 pour plus de clarté, n'a pas d'importance du point de vue de l'invention.
La partie supérieure Sa de l'ampoule représentée sur la figure 3 est exécutée en tôle de fer mince, et la partie
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inférieure 5b en un alliage chrome-nickel qui se laisse souder au verre. Sur la partie inférieure du capuchon 5a est ajusté étroitement l'anneau 5b et sur les parties ajustées est disposé ensuite un anneau fait d'u n fil de cuivre sur lequel est mon- tée à la façon connue l'ampoule ainsi formée, dans un four à atmosphère réductrice et à une température supérieure au point de fusion du cuivre, mais inférieure à celui de la matière dont est constituée l'ampoule.
Le cuivre fond ainsi, coule dans les rainures d'ajustage et constitue après refroi- dissement une union résistant à l'action du vide, sûre et à soudure dure, le chauffage dans une atmosphère réductrice provoquant en outre un bon nettoyage de la surface de l'anneau.
5b qui doit être soudée par fusion au verre. Cette soudure par fusion peut évidemment être exécutée au moyen d'autres métaux ou alliages appropriés, par exemple le fer et ses alliages ou être effectuée d'autres façons.
Sur la plaque 1 pourvue déjà du système d'électrodes on place maintenant saisie par des mâchoires 6 à l'extrémité du petit tube 2 relié à la pompe, l'ampoule dont la partie infé- rieure est légèrement conique de sorte. qu'on obtienne D D3 (fig.4). La plaque 1 est conique également D2, Dl) de sorte que leurs dimensions sont telles que D1 D2. L'ampoule est maintenue ainsi fermement par la plaque. Dans cette position et peut être même avant l'adaptation de l'ampoule, on chauffe préalablement et de façon uniforme, la plaque au moyen des gaz de combustion des brûleurs à gaz 7 et vers la fin de ce chauffa- ge, ou un peu plus tôt, on introduit dans le petit tube 2 relié à la pompe, le tube 10 pour les gaz de balayage.
Aussitôt que la plaque semble avoir atteint la température nécessaire, de 450 à 5000 C par exemple, mais éventuellement aussi avant ce moment, doit commencer le chauffage de la partie conique 5d de l'anneau qui doit être soudée par fusion au verre et celui de la partie 5c de l'anneau qui constitue les surfaces conductrices, par exemple @
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au moyen des brûleurs à gaz visibles sur la figure 5 ou au moyen de l'électricité.
Pendant ce temps, on refroidit la partie supérieure de l'ampoule, extérieurement au moyen -d'un courant d'air ou d'eau et, intérieurement, au moyen d'un gaz de balayage neutre passant par le tube 10, par exemple de l'azote ou de l'anhydride carbonique et on appuie légèrement l'ampoule sur la plaque afin que le gaz de balayage ne la repousse pas et pour diminuer les pertes de ce gaz qui se produisent entre l'ampoule et la plaque.
Lorsque les parties précitées 5d et 5c de l'ampoule semblent déjà avoir atteint la température nécessaire, par exemple celle de 1000 C ( le bord conique de la plaque 1 fortement chauffé s'étant convenablement ramollie on place sous la plaque Panneau de support 8 préala- blement chauffé et constitué de préférence en deux pièces, et on appuie fortement l'ampoule sur la plaque jusqu"à ce que l'ampoule et la plaque viennent occuper la position relative représentée par la figure 5. Pendant ce temps, les bords de la plaque de verre qui ont complètement fondu sous l'in- fluence de la chaleur transmise à partir de la partie aide l'ampoule coulent jusqu'à la surface interne de la paroi.
L'effet des inexactitudes éventuelles des dimensions est com- pensé par les surfaces conductrices 5c, sous l'influence desquelles l'épaisseur primitive h ( fig.4) d.e la plaque augmenta éventuellement un peu à la périphérie, comme on le voit en h1',figure 5, cette dimension ayant de préférence une valeur telle qu'elle corresponde à.un épaississement de la plaque, inférieur à un vingtième du diamètre de celle-ci. Après soudure du pied par fusion, la fabrication du tube se poursuit à la façon connue.
Dans un type déterminé de tube, les dimensions indiquées sur le dessin étaient :
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D = 28,0 mm d=18mm D3 = 27,4 mm d1= 6mm
D1= 27,0 mm h = 4 mm
D2 = 27,6 mm h1= 4mm
11 y a lieu de remarquer que le procédé objet de la présente invention n'est pas limité à l'exemple décrit plus haut. Le bord de la plaque 1 peut par exemple être cylindrique, et il n'est pas indispensable que la plaque soit plane.
En outre, le chauffage et la pression peuvent aussi être effec- tués d'autres manières. C'est ainsi par exemple, tout en restant dans le cadre de l'invention caractérisée par les reven- dications, que le diamètre de la plaque de support 8 peut être inférieur à celui de l'ampoule, que l'épaisseur h de la plaque peut être choisie plus petite que la hauteur de 5d et que la plaque peut aussi être soudée par fusion dans l'ampoule, de manière que ses bords dépassent le plan inférieur de la plaque, les bords de l'ampoule pouvant alors être rabattus etc... sur la surface inférieure de la plaque pour assurer une meilleure protection.
R e v e n d ication s
I/ Procédé de fabrication de tubes à décharges électriques à ampoule métallique, en particulier de tubes électroniques pour la T.S.F., caractérisé en ce que l'union étanche à l'air de l'ampoule faite en métal et du pied fait en verre a lieu par soudure par fusion de la plaque formant le pied en verre, déjà montée avec le système d'électrodes , avec la paroi de l'ampoule.