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" Précède et dispositif pour la formeture étanche de tubes et tube% ainsi obtenue ". la présente invention, due à Messieurs Marcel MEULEMANS et Gius@ppe MUSSO, est relative à un procédé pour la fermeture étanche de tubes, dans lequel l'extrémité du tu- be à former est obturée par un bouchon, procédé dans lequel, par un déplacement relatif de l'ensemble tube-bouchon et de moye,ne de bombardement électronique, on soumet successivement,] sous vide, différente pointe de la surface extérieure de l'ex- trémité obturée du tube au bombardement électronique.
Elle est applicable notamment aux tubes faits en maté- riaux dont la structure se modifie lorsqu'ils dont amenés à la température de fusion* Bile supplique en particulier - bien que non
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#xolualvaaent aux métaux fritte**, oome l'aluminium fritte
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par exemple@ Bile cet applicable notamment à la fermeture
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étanche des gaine* d'eleaente combustibles pour réacteurs
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nucléaires* On rait que l'aluminium est utilisé pour le gainai des éléments combustibles en raison de non bonnes propriétés
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mécaniques# thermiques et neutroni,usr. Sa noudure alfettea- tue actuellement sans difficulté.
Mais l'adoption de l'alu- sinx s' i,vr ritti a posé aux techniciens des problèmes 4#aoaem- biaï-Îit de soudure très délioatai de façon ocnnue, on a prôoâdd, parprention à ohaud, par étinoalaga et par applica- tion dlondes ultra-soniques." On a aussi utilité. pour la soudure, la procédé du bombardement électronique qui ofetteotue nous vide et dans
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lequel l'apport calorifique provient de la transformation
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de l*4narìa oinétîque des électrons produits par exemple
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par' un canon à élaetrona, Là-bombardement électronique ptrot déobtenir un faisceau très étroit donc une sono de fusion très looalirie, :air, comme tous les systèmes de soudure, il provoqua du fait aima de cette fusion, une transformation de la structure métallique qui, dans le cas des métaux frittes, aat préjudiciable à leurs propriétés.
Otent pourquoi on peut oraindrr que la soudure ne donne pas une zone de solidari-
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nation suffisamment solide* -
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La présente invention a pour but de remédier à cou in- oouvénientes à cet effet@ dans le procédé selon invention 3.'iat Mit< du bombardement est choisis pour que la sono au fusion <'4tMd< partir d< l'tjetrétiK obturée du tube, sur un* orrtainr diatuott pr :
rrr une solidarisât ion par #oudUMi Mit pour que flftts non@ ne tende pan juoqilik l'<Xtrétit<< intérieure du bouchent 1.Iohaieuent dans la sono voisine de cette extrémité intérieur du boitchon étant
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auffiaapt pour produire, par diffusion, la solidarisât Ion de la partit du bouchon voisine de son extrémité intérieure et de la partie du tube en contact aveo cette partie du bouchon, au moins la partie de la périphérie de l'extrémité du tube correspondant à la zone intéressé* par la diffusion étant pressée, radialement par des moyens de serrage .contre la partie.
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correspondante au bouchon. On ansocit ainsi les qualités d'étandhélté de la soudure aveo fusion aux qualités de solide- té de liannemblage par diffusion.
De plue, la soudure par fu" aion permet de constater, en raison même de la fusion, que la
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soudure est effectuée et d'éviter le doute qui pourrait mlb'It18- ter si on se contentait d'un assemblage par diffusion.
,Dans une forme de réalisation avantageuse, on refroidit '
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la partie du tube voisine de celle qui est preaeàe radialement aontre'.s bouohon proprement dit, de manière à augmenter le gradient de température au delà, par rapport à leextrkinîtd du tube, .de la zone intéressée par la fermeture la diffusion, produite sur la surface d'assemblage, par la combinaison d'une certaine pression de serrage et d'un gradient de température convenable présente le double avantage de ne pas modifier la structure des phases en présence et d'assurer une liaison très intime, comme l'ont prouvé des microphotographies et des essai. de pression,
L'invention est également relative à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précitée Un tel dispositif
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comprend une .nOe1' sous vide, dans laquelle cet mont.4 un support pour la tube. fermer, celui-oî portant on bûuohoOt et un moyen de bombardement électronique dont l'axe est de préférence parallèle à celui du tube et paon* an voisinage de la paroi du tube, le tube avec son support et le - moyen de bombardement électronique étant mobiles l'un par rapport . à l'autre.
Selon l'invention, ce dispositif comprend au moine
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un galet sollicité, suivant une direction oentripète, par un organe tendant à la rapprocher du tube..' ;
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Sans un* forme de réalisation particulière du disposer
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tif précité, l'aotion de l'organe susdit cet réglable. '/11 L'invention a encore pour objet les tubes li fermeture étanohe obtenue par le procède précité.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessine annexais au présent
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mémoire et qui représentent@ à titre d'exemples non limitatifs, des dispositifs de fermeture étancha de tubes, pour la mine en oeuvre du procédé suivant l'invention.
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La figure 1 représente, achématiquement, en coupe axiale, une première forme de réalisation d'un dispositif de fermeture étanche de tubes*
La figure 2 donne une variante d'une partie du disposi- tif de la figure 1.
La figure 3 est une vue en perspective, après brisures par'1.11.., d'une partie d'une variante de la figure 1.
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Dans les différentes figures, les m#moo notations désignent des éléments analogues ou remplissent des fonctions analogues*
Dans le dispositif de la figure 1, on voit le tube à fermer qui est un tube cylindrique 1 en aluminium fritte, destiné à constituer la gaine d'un élément combustible nu-
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oldaire (non représenté)* Up bouchon 2, également en aluminium fritte est introduit dans le tube 1.
Le dispositif d'assemblage comprend, selon l'invention,
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( l'intérieur d'une .nol1nt. sous vida non représentée), un mandrin 6 mobile autour d'un axe vertical XX' oonfondu avec celui dutube 1 et supportant os tuba. Le tube 1 est placé moue un canon a dliotrons 8 monté verticalement de telle sorte que son axe YYI et trouve sensiblement entre le bouchon et le tube. Un galet 9, soumis@ par l'intermédiaire d'une chape 11, à une force de l'ordre de 50 newton. produite par un ressort 10, appuie de manière centripète sur la partie périphérique
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de l'extrémité du tube 1 adjacente à la zone bombardée.
Pour éviter toute déviation du tube 1, deux autres gaieté, tels que 14, montés comme le galet 9, sont disposés par exemple à 120 de ce galet 9.
Le dispositif comprend encore des moyens de refroidis- nouent du tube 1, située sous les galets, donc au voisinage des moyens de serrage. Ces moyens de refroidissement sont constituée par exemple par deux demi-anneaux de cuivre rouge
12 serrés autour du tube par un collier 13.
L'assemblage du tube et de non bouchon s'effectue de la manière suivante : le mandrin 6 tournant à une vitesse de l'ordre de deux tours par minute, le canon 8 est mis en fonctionnement et bombarde la zone supérieure du bouchon 2.
Ce bombardement électronique provoque une fusion, en 7, dans les extrémités voisines du tube et du bouchon);l'intensité du bombardement électronique est réglé de manière que la zone en fusion 7 ne s'étende que sur une certaine distance qui est de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de la partie cylindrique
5 du bouchent réchauffement looal provoqué par la fusion engendre un gradient de température le long des parties supé- rioures du bouchon et du tube et ensuite un échsuffement atténua le long de l'épaisseur du fond 3 du bouchon j à cet endroit la force de serrage du ressort 10 transmise par la chapeau et le galet 9 favorise encore
l'assemblage qui 8'et- fectue par soudure à la partie supérieure et, au delà, vers le fond du bouchon par diffusion intermétallique entre le tube
1 et le fond 3 du bouchon. Cette diffusion ne provoque aucune altération de la structure métallique des pièces, donc de leur résistance mécanique ou de leur coefficient de conducti- bilité thermique. Elle est complète après une dizaine de tours, c'est-à-dire après environ oinq minutes. La zone en fusion qui a assuré une soudure parfaite des parties termina- les du tube et du bouchon 2 ne s'étend donc pas jusqu'à la
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face interne du fond du bouchon ni jusqufk la surface interne utile du tube.
Orges à la présence don demi-anneaux 13, la chaleur est évacuée rapidement en dessous des gaieté. Le gradient
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de température eat très élevés a l'endroit des dezi-anneaux et on évite un échauffement important du tube en dessous de la
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sono intéressé* par la termature.
L'étanohéité de l'assemblage a été éprouvée à l'hélium nous une pression de 20 kg/om2 à une température de l'ordre
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de 500 C sans qu'il soit possible de déceler de fuite, au moyen d'un spectrographe de manne à l'hélium raccordé à une enceinte entourant l'extrémité du tube formée
On peut également utiliser un bouchon 2 comme celui représenté à la figure 2 et qui comprend le bouchon proprement
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dit qui ont introduit dans li tube 1 maie dont le fond 3 est réuni par une portion de la àurfaoe cylindrique 5 qui forme épaulement Si une partie annulaire en saillie 4.
Selon l'inven-
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tion# si l'on désigne par a l'épaisseur du tube 1, l'épaisseur du fond 3 a une valeur de l'ordre de 3a et colle de la partie en saillie, une valeur de l'ordre de a; de plue, la largeur radiale de la saillie 4/a un valeur d'environ 2a et la hau- j leur de l'épaulement 5 une valeur de l'ordre de 3a.
Il eat/noter que les 'dimensions qui viennent d'être définies pourraient être modifiées, de même que la forme du
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bouchon* C'est ainsi que le -fond 3 pourrait porter des moyens d'attache ou de fixation du rtube.
A la figure 2, le mode d'assemblage se fait à la fois par soudure et par diffusion intermétallique, comme à la fi-
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ur< 1t L'épaisseur de la partie en saillie 4 cet suffisante , pour qu'on puisse régler l'intensité du bombardement électro- nique de;
manière que la zone en fusion 7 atteigne l'extrémité du tube, mats ne la dépasse pas sensiblement Elle assuré
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une soudure par-faite de la surface terminai* du tube et de la partie correspondante du bouchon 2, mais, comme dans le cas de la figure 1, elle ne s'étend donc pas jusqu'à la face in- terne du bouchon, ni jusqu'à la surface interne du tube, . A la figure 1, la pression radiale extraie eur le tube est produite par les galets 9 et 14. Cette pression peut Atre rendue réglable en prévoyant une butée mobile pour une extrémité de chaque ressort, tel que 10.
On peut également exercer une pression.radiale régla- ble en montant les galets comme indiqué à la figure 3. On y voit le tube 1 avec son bouchon 2 entre les galets 9 et 14 qui sont utilement prévus en alumine afin d'éviter toute contamination du tube. Les galets sont montés sur des axes 15 dans des chapes 16 solidaires de cy- lindres, tels que 17, coulissant dans des blocs 18 montés sur un plateau 19 supporté par des colonnes 20. Sur chaque cylindre 17 sont montés doux ergots, tels que 21, guidés dans des fentes, telles que 22, ménagées dans les blocs 18.
Des leviers coudés 23 pivotante sur des broches 24, sont montés de part et d'autre de chaque bloo 18, Un des bras de chaque levier 23 se termine en forme de fourche et entroure l'ergot 21 correspondant.
Les seconds bras des leviers 23 appartenant a un même bloc 18 sont réunis par plusieurs traverses, telles que 25 auxquelles peuvent être accrochés des contrepoids tels que 26. l'action de ces contrepoids peut être réglée soit en@modifiant le poids lui-même, soit an modifiant la longueur (la bras supportant le contrepoids par simple déplacement t'une tra- verse 25 à une autre.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et que lien des modifications peuvent être apportées à celle-ei, tans sortir
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du cadre du prisent brevet. Vient ainsi 'que le procédé de fermeture étanche suivant l'invention s'applique à des tubes de section quelconque, c'est-à-dire cylindrique avec ou sans ailettes d'échange thermique, carrée, etc.
REVENDICATIONS.
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"Precedent and device for the tight forming of tubes and tube% thus obtained". the present invention, due to Messrs. Marcel MEULEMANS and Gius @ ppe MUSSO, relates to a process for the tight closing of tubes, in which the end of the tube to be formed is closed by a stopper, in which process, by a relative displacement of the tube-plug and hub assembly, not electron bombardment, a different point of the outer surface of the closed end of the tube is subjected successively under vacuum to electron bombardment.
It is applicable in particular to tubes made of materials whose structure changes when they are brought to the melting temperature * Bile in particular - although not
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#xolualvaaent to sintered metals **, oome sintered aluminum
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for example @ Bile this applicable especially at closing
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airtight reactor fuel cladding *
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nuclear * It is believed that aluminum is used for the cladding of fuel elements due to poor properties
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mechanical # thermal and neutroni, usr. Its knot knot currently kills without difficulty.
But the adoption of al- sinx s' i, vr ritti posed to the technicians problems 4 # aoaembiaï-Îit of welding very delioatai in an ocnnu way, one prôoâdd, parprention in ohaud, by étinoalaga and by applica - tion of ultra-sonic waves. "We also have use for soldering, the process of electronic bombardment which offers us empty and in
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which the calorific input comes from the transformation
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of the linear nature of the electrons produced for example
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by 'an élaetrona cannon, There-electron bombardment can obtain a very narrow beam so a very looalirie fusion sound system,: air, like all welding systems, it caused due to this fusion, a transformation of the metallic structure which, in the case of sintered metals, is detrimental to their properties.
Otent why we can oraindrr that the solder does not give a solidari-
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sufficiently strong nation * -
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The object of the present invention is to remedy the shortcomings to this effect @ in the method according to the invention. 3.'iat Mit <of the bombardment is chosen so that the fusion sound <'4tMd <from <the obturated jet of the tube, on a * orrtainr diatuott pr:
rrr a solidariât ion by #oudUMi Mit so that flftts non @ does not extend pan juoqilik the <Xtrétit << interior of the stopper 1.Iohaieuent in the sound system next to this interior end of the boitchon being
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auffiaapt to produce, by diffusion, the solidariât Ion from the part of the stopper close to its inner end and from the part of the tube in contact with this part of the stopper, at least the part of the periphery of the end of the tube corresponding to the area concerned * by the diffusion being pressed, radially by clamping means. against the part.
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corresponding to the plug. The elasticity qualities of the fusion weld are thus combined with the solidity qualities of the diffusion bonding.
Moreover, the welding by fu "aion makes it possible to observe, by the very reason of the fusion, that the
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soldering is carried out and to avoid the doubt which could mlb'It18- ter if one were satisfied with an assembly by diffusion.
, In an advantageous embodiment, it is cooled
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the part of the tube close to that which is preaeàe radially aontre'.s bouohon proper, so as to increase the temperature gradient beyond, with respect to the extremity of the tube, .of the zone concerned by the closure the diffusion, produced on the assembly surface, by the combination of a certain clamping pressure and a suitable temperature gradient has the double advantage of not modifying the structure of the phases present and of ensuring a very intimate bond, like the have proven photomicrographs and essays. pressure,
The invention also relates to a device for implementing the aforementioned method.
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includes a .nOe1 'under vacuum, in which this mount.4 a support for the tube. close, this one carrying one bûuohoOt and an electronic bombardment means whose axis is preferably parallel to that of the tube and peacock * in the vicinity of the tube wall, the tube with its support and the - electron bombardment means being mobile one relative. to the other.
According to the invention, this device comprises the monk
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a roller urged in an oentripetal direction by a member tending to bring it closer to the tube .. ';
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Without a particular embodiment of the dispose
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tif above, the aotion of the aforesaid organ this adjustable. '/ 11 The subject of the invention is also the tubes li etanohe closure obtained by the aforementioned process.
Other details and features of the invention will emerge from the description of the drawings appended hereto.
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memory and which represent @ by way of non-limiting examples, tight closure devices for tubes, for the mine implementing the process according to the invention.
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Figure 1 shows, achematically, in axial section, a first embodiment of a device for sealing tubes *
FIG. 2 gives a variant of part of the device of FIG. 1.
Figure 3 is a perspective view, after broken par'1.11 .., of part of a variant of Figure 1.
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In the different figures, the m # moo notations designate similar elements or perform similar functions *
In the device of Figure 1, we see the tube to be closed which is a cylindrical tube 1 in sintered aluminum, intended to constitute the cladding of a naked fuel element.
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oldaire (not shown) * Up cap 2, also in sintered aluminum, is introduced into tube 1.
The assembly device comprises, according to the invention,
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(inside a .nol1nt. under vacuum not shown), a mandrel 6 movable around a vertical axis XX 'oonfondu with that of the tube 1 and supporting bone tuba. The tube 1 is placed in a dliotron gun 8 mounted vertically so that its axis YYI and lies substantially between the cap and the tube. A roller 9, subjected @ via a yoke 11, to a force of the order of 50 newtons. produced by a spring 10, presses centripetally on the peripheral part
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from the end of tube 1 adjacent to the bombarded area.
To avoid any deviation of the tube 1, two other cheeks, such as 14, mounted like the roller 9, are arranged for example at 120 from this roller 9.
The device also comprises means for cooling the tube 1, located under the rollers, therefore in the vicinity of the clamping means. These cooling means consist for example of two half-rings of red copper
12 tightened around the tube by a collar 13.
The assembly of the tube and the non-stopper is carried out as follows: the mandrel 6 rotating at a speed of the order of two revolutions per minute, the barrel 8 is put into operation and bombards the upper zone of the stopper 2.
This electron bombardment causes a fusion, at 7, in the neighboring ends of the tube and the plug); the intensity of the electron bombardment is adjusted so that the molten zone 7 extends only over a certain distance which is 1 'order of magnitude of the thickness of the cylindrical part
5 of the blockage looal heating caused by the melting generates a temperature gradient along the upper parts of the stopper and the tube and then an overheating attenuated along the thickness of the bottom 3 of the stopper j at this point the clamping force of the spring 10 transmitted by the cap and the roller 9 further promotes
the assembly which 8 'is carried out by welding at the top and, beyond, towards the bottom of the plug by intermetallic diffusion between the tube
1 and the bottom 3 of the cap. This diffusion does not cause any alteration to the metal structure of the parts, and therefore to their mechanical resistance or their thermal conductivity coefficient. It is complete after about ten turns, that is to say after about five minutes. The molten zone which ensured a perfect weld of the end parts of the tube and of the stopper 2 therefore does not extend to the
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internal face of the bottom of the stopper or up to the effective internal surface of the tube.
Barley with the presence don half-rings 13, the heat is quickly evacuated below the cheerfulness. The gradient
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temperature is very high at the location of the dezi-rings and a significant heating of the tube below the
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sound system interested * in termature.
The etanoheity of the assembly was tested with helium at a pressure of 20 kg / om2 at a temperature of the order of
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of 500 C without it being possible to detect a leak, by means of a helium manna spectrograph connected to a chamber surrounding the end of the tube formed
It is also possible to use a plug 2 such as that shown in FIG. 2 and which includes the plug properly
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said which have introduced into the tube 1 maie whose bottom 3 is joined by a portion of the cylindrical surface 5 which forms a shoulder Si a projecting annular part 4.
According to the invention
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tion # if we denote by a the thickness of the tube 1, the thickness of the bottom 3 has a value of the order of 3a and sticks to the projecting part, a value of the order of a; moreover, the radial width of the projection 4 / has a value of about 2a and the height of the shoulder 5 a value of the order of 3a.
It should be noted that the 'dimensions which have just been defined could be modified, as well as the shape of the
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stopper * This is how the -fond 3 could carry means of attachment or fixing of the rtube.
In Figure 2, the assembly mode is done both by welding and by intermetallic diffusion, as in Fig.
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ur <1t The thickness of the protruding part 4 is sufficient, so that the intensity of the electronic bombardment of;
so that the molten zone 7 reaches the end of the tube, mats does not appreciably exceed it It ensured
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a perfect weld of the end surface * of the tube and of the corresponding part of the cap 2, but, as in the case of figure 1, it therefore does not extend to the inner face of the cap, nor up to the internal surface of the tube,. In Figure 1, the radial pressure extracted eur the tube is produced by the rollers 9 and 14. This pressure can be made adjustable by providing a movable stop for one end of each spring, such as 10.
It is also possible to exert an adjustable radial pressure by mounting the rollers as shown in figure 3. It shows the tube 1 with its plug 2 between the rollers 9 and 14 which are usefully provided in alumina in order to avoid any contamination. of the tube. The rollers are mounted on pins 15 in yokes 16 integral with cylinders, such as 17, sliding in blocks 18 mounted on a plate 19 supported by columns 20. On each cylinder 17 are mounted soft pins, such as 21 , guided in slots, such as 22, provided in the blocks 18.
Angled levers 23 pivoting on pins 24 are mounted on either side of each bloo 18, one of the arms of each lever 23 ends in the form of a fork and surrounds the corresponding lug 21.
The second arms of the levers 23 belonging to the same block 18 are joined by several cross members, such as 25 to which can be attached counterweights such as 26. the action of these counterweights can be adjusted either by modifying the weight itself, or by modifying the length (the arm supporting the counterweight by simply moving you from one crosspiece to another.
It should be understood that the invention is in no way limited to the embodiment described and that modifications can be made thereto, without leaving
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within the framework of the patent application. Thus, the leaktight closing method according to the invention applies to tubes of any cross section, that is to say cylindrical with or without heat exchange fins, square, etc.
CLAIMS.