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Ban TELEPHONE MA.NUFACTUUlIi1 Cohiaw. 4, rue Boudewyns
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woaùnas DE F.&iIG.220IT DE SOUDMES ENTRE DES ï,.'r.U. ET DU VERRE* Cette invention fait l'objet d'une demande de brevet déposée en Grande
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Bretagne le 13 avril 1944 aux noms de la 58,.tR Tr'Lû'HO1S AND C1!.BLES LIMIEZ et de Mr. Thomas William WINGENT.
La présente invention a trait aux procédés de fabrication de soudures entre des métaux et du verre ou une substance fusible similaire.
Conformément aux diverses méthodes bien connues de sceller ensemble un métal et des éléments de verre, on a l'habitude d'employer l'élément de verre sous forme d'une pièce de verre fondu déjà mise en forme que l'on fond ou amollit par la chaleur afin de sceller , et qui est fréquemment remise en forme au cours de la soudure. En bien des cas on utilise un tube de verre auquel pré- cédemment l'on a pu ou non donner une forme de cloche , que l'on a pu évaser ou encore façonner d'une manière déterminée.
On sait également fabriquer des tiges ou des pieds en verre pour des tubes à vide et du même genre, les dites tiges portant des conducteurs de métal scellés au travers du verre en construisant des moules convenables autour des conducteurs et en versant le verre en fusion dans les moules afin qu'il s'écoule autour des conducteurs et y soit scellé une fois refroidi.
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Le principel objetde la présenta invention est d'appliquer cette dernière technique à a construction de souaures annulaires relativement granaes comprenant des tubes de verre, là où il s'agit de sceller à un métal, telles que dans les tubes â rayons cathodiques. Ceci permet de se passer du mécanisme rotatif employé ordinairement pour des souduros de cette dimension et simplifie l'opération. Le procédé de l'invention toutefois, n'est pas nécessairement limité à ce type de soudures.
L'invention, en conséquence , fournit une méthode pour sceller un élément de verre à un élément de métal ce qui comporte l'établisement d'un moule pour former une pièce séparée de verre autour du dit élément de métal, en introduisant le verre en fusion dans le moule, afin qu'ils'écoule autour du dit élément de métal, amenant l'élément de verre au contact de la dite pièce séparée de verre se trouvant encore en fusion, et permettant au verre de se refroidir.
On décrira deux exemples du procédé conforme à l'invention, en tenant compte des dessins ci-joints dams lesquels : les figures 1 et a montrent respectivement des vues longitudinales en coupe , et en plan, d'un tube de métal muni de moules pour y former une pièce annulaire séparée de verre à laquelle on soude alors un tube de verre- la figure 3 présente un support destiné à soutenir le moule et les autres détails utilisés - les figures 4 et 5 montrent respectivement des vues longitudinales en coupe , et en plan,
d'un moule destiné à febriquer une tige annulaire de verre pour tubeà vide - la Fleure 6 présente la disposition des parties de la tige par rapport ou moule - la fleure 7 donne une vue de la tige terminée - la figura 8 montre un support destiné à soutenir le moule des figures A et 5 et les autres éléments pour la fabrication de la tige -
En se reportant nvant tout à la figure 1, on désire sceller un tube de verre 5 à l'extrémité d'un tube de cuivre 1. On a aminci graduellement l'extrémité à sceller du tube comme la figure l'indique, nettoyé et boraté selon l'usage habituel-.
On a construit maintenant un moule autour de l'extrêmité du tubd. Ce moule comporte un anneau extérieur 2, et un mandrin central 3 qu'on a formés
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comme l'indique la figure afin qu'ils contribuent à. déterminer un moule annulaire de section transversale rectangulaire entourant l'extrémité supérieure du tube de cuivre. On chauffe le tube de cuivre à température convenable , de préférance par courants de Foucault et le verre fondu se trouvant dans un creuset ou une poche est alors déversé ou injecté dans le moule annulaire ainsi formé.
Le tube de verre 5 est maintenant scellé à l'extrémité du tube de métal, avant que le verre ne se soit refroidi, en abaissant le tube de verre 5 jusqu'à la surface du verre fondu se trouvant dans le moule , le tube 5 ayant été préalablement chauffé et amolli à son extrémité. Si on laisse refroidir le tout, on trouve le tube 5 scellé au tube de cuivre 1. On ôte alors lesdeux portions du moule , et on recuit la pièce de la manière habituelle.
Si on adepte le chauffage par courants de Foucault du tubs 1, il est nécessaire d'empêcher les court-circuits causés par des parties du moule. On devra donc diviser chacune d'elle en deux parties séparées par un isolant convenable de substance réfractaire telle que stéatite . Dans la figure 2, on montre la fraction d'anneau J2 du moule en deux parties unies par un pivot isolé 4 permettant d'ôter facilement la dite fraction quand le scellement est fait. Le tampon 3 est ajusté de façon à être retiré à travers le tube 1 au moyen d'un mécanisme convenable. Selon une variante , on pourraitfabriquer les parties du moule en stéatite,:par exemple, et alors il ne serait pas nécessaire de diviser les ditas parties en deux.
Il est à noter que, selon une variante , on pourrait chauffer le tube 1 en y faisant passer un courantélevé, quoique ceci soit difficilement prati- cable pour de grands tubes. On pourrait également , quoique moins commodément , chauffer le tube à la manière ordinaire au moyen d'une flamme convenable.
La figure 3 montre schématiquement un support destiné à tenir les moules.
Le dit support comporte un socle 6 supportant une tige verticale 7 qui soutient la partie du moule 2 dans une position réglable. Les poignées 8 (également visibles dans la figure 2) permettant d'ouvrir et de fermer facilement cette partie du moule. Le tampon 3 glisse dans un coussinet 9 attaché à la tige 7 et il est actionné par un levier 10. Le tampon 3. dans ce cas, est représenté comme conique et on peut l'utiliser pour amener par une pression le verre au contact du tube 5 quand le raccordement se fait.
On peut également injecter le verre en fusion dans le moule au lieu de
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juste le verser. Les parties du moule peuvent également être munies de conduits d'air (non représentés) permettant d'aspirer le verre dans le moule.
On @eut utiliser exactement les mêmes procédés pour sceller n'importe quel type de verre ou de substance fusible semblable , à un tube d'un métal convenable quelconque ou d'un alliage , qui s'y scellera de façon satisfaisante. Le mot de verre doit être compris cornue s'étendant à toutes substances similaires.
On traitora naturellement le métal d'une façon convenable pour la soudure , le cas échéant : ainsi, pour certains métaux , l'amincissement-graduel et le borate pourraient ne pas convenir.
Cette méthode de soudure ne se borne pas nécessairement à des éléments tubulaires . Des plaques, des fils métalliques, des tiges et autres éléments de métal pourraient comporter des éléments de verre scellés sur eux, en y moulant au préalable une pièce séparée appropriée en verre, puis en soudant l'élément de verre à la pièce séparée de verre avant que cette dernière ne soit refroidie, ainsi qu'il a été expliqué .
Un cuire exemple de la méthode de l'invention va être fourni, maintenant, illustrant un type différent de soudure. En ce cas, on a besoin d'une tige compre- nant un tube de pompage muni d'une soudure annulaire pour un gros tube à vide, les conducteurs traversant la soudure.
Les figures 4 et 5 montrent le moule utilisé en ce cas . Le moule com- prend trois parties, à savoir une filière annulaire 11 portant un nombre de tubes déterminés 1,'., disposés en cercle pour que les conducteurs soient scellés d'un bout à l'autre de la presse. Un mandrin 13 traverse le centre de la filière 11, et est Mobile dans le sens vertical. 14 représente une pièce annulaire qui glisse par dessus la surface extérieure de la filière. On 'oeuf diviser celle-ci, comme l'indiqua la figure 3, en deux parties isolées qui sont aussi mobiles.
Si l'on se reporte maintenant la figure 6, les conducteurs 15, en tungstène ou en molybdène, par exemple, devraientde préférence être déjà pourvus de gouttes de verre pour faciliter la soudure, et sont introduits dans les tubes
12 de la filière 11, et le mandrin 13 et l'armeau 14 sont ajustés suivant les élévations désirées en ce qui concerne la filière. un déverse maintenant le verre fondu ou on l'introduit à force dans le moule et il s'écoule autour des conducteurs
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munis de perles de verre et s'y scellent. Un tube de verre évidé 16, légèrement plus petit que l'anneau 14, est amolli et abaissé jusqu'à la position représen- têe de telle sorte qu'il se ramollisse dans le verre se trouvant dans le moule.
Un autre tube de verre 17 qui doit servir au pompage repose pendant ce temps au sommet du mandrin 13. On abaisse alors légèrement le mandrin , permettant au verre en fusion de s'écouler et de se souder à l'extrémité du tube 17. L'ouvrage est alors recuit suivant la manière habituelle. Il sera visible qu'après le recuit , les deux tubes coaxiaux 16 et 17 se trouveront unis à une extrémité par un disque annulaire de verre par lequel passent les conducteurs 15. La tige achevée ressemblera à peu près à la figure 7.
La figure 8 montre schématiquement un support destiné à maintenir les parties du moule et les deux tubes à unir. Elle comporte un socle 18 portant une planche 19 munie de deux montants 20 et 21. La filière 11 est fixée à la planche 19, et les tubes 16 et 17 s'appuient sur les montants . Des ressorts 22 et 23 permettent de soulever le tube 16 en dehors des moules pour permettre de verser le verre ou de l'introduire à force, soit par le devant, soit par la partie arrière du châssis. Le mandrin 13 est commandé par un levier 24 au moyen duquel on peut l'élever ou l'abaisser. La partie annulaire 14 du moule peut être actionnée par un levier similaire (non représenté) ou peut tourner aur une charnière comme il a été décrit , voir les figures 1 à 3.
On peut fermer la partie supérieure du tube évidé 16 au moyen d'un couvercle convenable , eton peut fournir l'air comprimé par un tuyau 25 dans le tube 16 en soufflant ainsi le verre jusqu'à une forme convenable. On pourrait encore fournir l'ai comprimé au tube 17. On peut également employer l'aspiration de la manièreprécédemment expliquée pour amener de force le verre au contact du moule. On peut empêcher l'oxydation des conducteurs de métal si on le désire en plaçant l'appareil dans une atmosphère d'azote, ou analogue, et on peut employer des moyens de chauffage convenables , électriques ou autres, pour maintenir l'ensemble à température convenable.
Il fautajouter qu'il n'est pas toujours nécessaire de munir les con- ducteurs 15 de perles de verre avant de sceller . Ceci dépend du métal utilisé etde la dimension du filmétallique.
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Cn peut traiter les parties des moules par la plombagine colloïdale pour améliorer le fini et recuire l'usure . Là où l'on emploie de grandes quantités de verre, il peut être nécessaire de prévoir des moyens pour le refroidissement des moules , et on peutréaliser ceci par l'emploi de parties creuses refroidies l'eau.
Les procèdes , concernant l'invention qui a été décrite ont les avantages suivants : 1 - on peut faire de très grandes soudures métal-verre sous de nombreuses formes -
2 -aucune machine compliquée ou pièce rotative n'est nécessaire -
3 - les procédés de l'invention s'adaptent facilement au travail à grande vitesse quand il s'agit de grandes quantités.
Ces procédés sont d'un intérêt tout particulier dans la fabrication des tubes à vide de tout type (par exemple, zoupapes thermoloniques, tubes à rayons X, etc....) et tout appareil s'y rattachant . Ils s'appliquent toutefois plus généralement à tous dispositifsnécessitant des soudures entre des métaux et du verre , ou une substance fusible analogue.
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woaùnas OF F. & iIG. 220IT OF SUDMS BETWEEN ï,. 'r.U. AND GLASS * This invention is the subject of a patent application filed in Grande
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Brittany on April 13, 1944 in the names of the 58, .tR Tr'Lû'HO1S AND C1! .BLES LIMIEZ and Mr. Thomas William WINGENT.
The present invention relates to methods of making welds between metals and glass or a similar fusible substance.
In accordance with the various well-known methods of sealing metal and glass elements together, it is customary to employ the glass element in the form of a piece of already shaped molten glass which is melted or softened. by heat in order to seal, and which is frequently reshaped during soldering. In many cases, a glass tube is used, which may or may not have been previously bell-shaped, flaring or even shaping in a specific way.
It is also known to make glass rods or legs for vacuum tubes and the like, said rods carrying metal conductors sealed through the glass by building suitable molds around the conductors and pouring the molten glass into it. molds so that it flows around the conductors and is sealed there when cool.
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The main object of the present invention is to apply this latter technique to the construction of relatively large annular welds comprising glass tubes, where it is a question of sealing to a metal, such as in cathode ray tubes. This eliminates the need for the rotary mechanism ordinarily employed for welds of this size and simplifies the operation. The method of the invention, however, is not necessarily limited to this type of weld.
The invention, therefore, provides a method for sealing a glass element to a metal element which comprises establishing a mold to form a separate piece of glass around said metal element, introducing the glass into it. melting in the mold, so that it flows around said metal element, bringing the glass element into contact with said separate piece of glass still being molten, and allowing the glass to cool.
Two examples of the process according to the invention will be described, taking into account the accompanying drawings in which: FIGS. 1 and a respectively show longitudinal views in section, and in plan, of a metal tube provided with molds for form therein a separate annular piece of glass to which a glass tube is then welded - Figure 3 shows a support intended to support the mold and the other details used - Figures 4 and 5 show respectively longitudinal views in section, and in plan,
of a mold intended to form an annular glass rod for a vacuum tube - Flower 6 shows the arrangement of the parts of the rod relative to or mold - Flower 7 gives a view of the finished rod - Figure 8 shows a support intended to support the mold of figures A and 5 and the other elements for the manufacture of the rod -
Referring fully to Figure 1, it is desired to seal a glass tube 5 to the end of a copper tube 1. The end to be sealed of the tube as shown in the figure has been gradually thinned, cleaned and borated according to usual usage.
Now a mold has been built around the end of the tubd. This mold comprises an outer ring 2, and a central mandrel 3 which have been formed
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as shown in the figure so that they contribute to. determine an annular mold of rectangular cross section surrounding the upper end of the copper tube. The copper tube is heated to a suitable temperature, preferably by eddy currents, and the molten glass in a crucible or a ladle is then poured or injected into the annular mold thus formed.
Glass tube 5 is now sealed at the end of the metal tube, before the glass has cooled, lowering glass tube 5 to the surface of the molten glass in the mold, tube 5 having been previously heated and softened at its end. If the whole was allowed to cool, the tube 5 was found sealed to the copper tube 1. The two portions were then removed from the mold, and the part was annealed in the usual manner.
If we adopt the eddy current heating of the tubs 1, it is necessary to prevent short circuits caused by parts of the mold. We must therefore divide each of them into two parts separated by a suitable insulator of refractory substance such as soapstone. In FIG. 2, the ring fraction J2 of the mold is shown in two parts united by an isolated pivot 4 making it possible to easily remove said fraction when the sealing is done. The tampon 3 is adjusted so as to be withdrawn through the tube 1 by means of a suitable mechanism. According to one variant, the parts of the mold could be made of soapstone, for example, and then it would not be necessary to divide the said parts into two.
It should be noted that, according to a variant, the tube 1 could be heated by passing a high current through it, although this is hardly practicable for large tubes. It would also be possible, although less conveniently, to heat the tube in the ordinary manner by means of a suitable flame.
Figure 3 schematically shows a support for holding the molds.
Said support comprises a base 6 supporting a vertical rod 7 which supports the part of the mold 2 in an adjustable position. The handles 8 (also visible in FIG. 2) make it possible to easily open and close this part of the mold. The pad 3 slides into a pad 9 attached to the rod 7 and is actuated by a lever 10. The pad 3 in this case is shown as conical and can be used to bring the glass into contact with the glass by pressure. tube 5 when the connection is made.
You can also inject the molten glass into the mold instead of
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just pour it. The parts of the mold can also be provided with air ducts (not shown) allowing the glass to be sucked into the mold.
Exactly the same methods can be used to seal any type of glass, or similar fusible substance, to a tube of any suitable metal or alloy, which will seal satisfactorily thereon. The word glass should be understood retort extending to all similar substances.
The metal will naturally be treated in a manner suitable for soldering, if necessary: thus, for some metals, the gradual-thinning and borate may not be suitable.
This welding method is not necessarily limited to tubular elements. Plates, wires, rods and other metal elements could have glass elements sealed to them, by first molding a suitable separate piece of glass into it, then soldering the glass element to the separate piece of glass. before the latter is cooled, as has been explained.
An example of the method of the invention will now be provided illustrating a different type of weld. In this case, a rod comprising a pumping tube with an annular weld is needed for a large vacuum tube, the conductors passing through the weld.
Figures 4 and 5 show the mold used in this case. The mold comprises three parts, namely an annular die 11 carrying a determined number of tubes 1, '., Arranged in a circle so that the conductors are sealed from one end of the press to the other. A mandrel 13 passes through the center of the die 11, and is movable in the vertical direction. 14 shows an annular part which slides over the outer surface of the die. We 'egg divide it, as shown in Figure 3, into two isolated parts which are also mobile.
Referring now to Figure 6, the conductors 15, of tungsten or molybdenum, for example, should preferably already be provided with glass drops to facilitate soldering, and are introduced into the tubes.
12 of the die 11, and the mandrel 13 and the arm 14 are adjusted to the desired elevations with respect to the die. one now pours the molten glass or it is forced into the mold and it flows around the conductors
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fitted with glass beads and seal themselves there. A hollow glass tube 16, slightly smaller than ring 14, is softened and lowered to the position shown such that it softens in the glass in the mold.
Another glass tube 17 which is to be used for pumping rests during this time at the top of the mandrel 13. The mandrel is then lowered slightly, allowing the molten glass to flow and to weld to the end of the tube 17. L The work is then annealed in the usual way. It will be visible that after annealing, the two coaxial tubes 16 and 17 will be joined at one end by an annular glass disc through which the conductors 15 pass. The completed rod will look roughly like Figure 7.
FIG. 8 schematically shows a support intended to hold the parts of the mold and the two tubes to be joined. It comprises a base 18 carrying a board 19 provided with two uprights 20 and 21. The die 11 is fixed to the board 19, and the tubes 16 and 17 rest on the uprights. Springs 22 and 23 make it possible to lift the tube 16 away from the molds to allow the glass to be poured or to be introduced by force, either from the front or from the rear part of the frame. The mandrel 13 is controlled by a lever 24 by means of which it can be raised or lowered. The annular part 14 of the mold can be operated by a similar lever (not shown) or can rotate on a hinge as has been described, see Figures 1 to 3.
The upper part of the hollow tube 16 can be closed by means of a suitable cover, and the compressed air can be supplied through a pipe 25 into the tube 16 thereby blowing the glass to a suitable shape. The compressed air could also be supplied to the tube 17. Suction can also be used in the manner previously explained to forcibly bring the glass into contact with the mold. Oxidation of the metal conductors can be prevented if desired by placing the apparatus in an atmosphere of nitrogen, or the like, and suitable heating means, electric or otherwise, can be employed to maintain the assembly at temperature. suitable.
It should be added that it is not always necessary to provide the conductors 15 with glass beads before sealing. This depends on the metal used and the size of the metallic film.
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Cn can treat parts of molds with colloidal plumbago to improve finish and anneal wear. Where large quantities of glass are used, it may be necessary to provide means for cooling the molds, and this can be achieved by the use of water-cooled hollow parts.
The processes relating to the invention which has been described have the following advantages: 1 - very large metal-to-glass welds can be made in many forms -
2 - no complicated machines or rotating parts are needed -
3 - the methods of the invention are easily adapted to work at high speed when it comes to large quantities.
These processes are of particular interest in the manufacture of vacuum tubes of any type (for example, thermolonic valves, X-ray tubes, etc.) and any apparatus relating thereto. However, they apply more generally to all devices requiring welds between metals and glass, or a similar fusible substance.