Procédé pour former un joint étanche entre pièces métalliques et joint suivant ce procédé. Divers types d'appareils comportant des pièces métalliques, exigent que les joints en tre celles-ci soient absolument- . étanches et, souvent, isolants électriquement. Parmi ces appareils, on peut citer les appareils électri ques, pour courants de grande intensité, uti lisant les phénomènes d'émission cathodique dans une atmosphère raréfiée:
redresseurs à vapeur de mercure, redresseurs thermioniques, <B>.</B> app- areils électriques dits à trois électrodes, ete.
(joints entre électro,cles et récipients métalli ques d e ces appareils, entre corps et couver cles des récipients etc.) les organes de pompes ou de trompes à vide, .des récipients divers etc.
La présente invention a pour objet un procédé qui permet de réaliser un joint ab- sohunent parfait au point de vue étanchéité, de construction très simple et qui peut assu rer tout isolement désiré.
Le procédé suivant l'invention consiste en ce que les pièces métalliques à .assembler sont soudées par .pression de ces pièces l'une .contre l'autre ensemble -avec une matière vitreuse interposée entre elles et présentant avant la fusion une phase de ramollissement, à une température suffisamment élevée pour Tamol- lir la matière vitreuse.
. L'invention a en outre pour objet un joint étanche entre pièces métalliques établi suivant le susdit procédé.
Dans le joint suivant l'invention les sur faces .adjacentes des pièces sont jointes en semble par l'intermédiaire d'au moins une couche de matière vitreuse non conductrice interposée entre lesdites surfaces et y ad hérant.
Comme matière vitreuse, on peut employer des verres, des émaux vitrifiables et analo gues présentant .avant leur fusion une .phase de ramollissement: Si les pièces métalliques entre lesquelles le joint .doit- être fait ont des coefficients de Cli- latation voisins, une entremise .unique, choi sie en ,matières cyant approximativement ce même coefficient de dilatation pourra suffire.
Si, au .contraire, ces pièces -ont des coefficients de dilatation différents, le joint pourra com porter des empilages de pièces ayant des,coef- ficients de dilatation respectivement gradués (par degrés .assez petits pour éviter toute chance de dislocation) entre .ceux des pièces à joindre.
Dans le cas- d'isolation pour tensions éle- vées le joint peut être constitué pa.r des pla ques métalliques soudées par des entremises en verre ou émaux, mais empilées en nombre suffisant pour que la somme des épaisseurs des -couches d'émail ou de verre successives constitue une isolation suffisante pour les ten sions en jeu, chacune de ces couches d'é,
mail étant d'ailleurs de préférence suffisamment mince pour que le bloc constitué par les pla ques empilées ne soit pas fragile et présente. la robustesse mé,ariique nécessaire au joint.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé.
Pour fixer les idées, on a supposé qu'il s'agissait de réaliser le joint isolant entre un récipient métallique dont la paroi est repré sentée en coupe partielle et une électrode métallique pénétrant clans ce récipient. Les figures, tout à fait schématiques, ne repré sentent que les éléments indispensables à la compréhension de l'invention.
Dans la fig. 1 qui correspond à son-cas simple, l'électrode 2 et le récipient 1 sont supposés en acier. Cette électrode est munie d'un collier en acier 3 (venu d'une seule pièce avec elle ou assemblé par soudure). Un cylindre 4, d'un verre ayant un coefficient de dilatation voisin de celui de l'acier, est monté entre le récipient-et l'électrode entou rant celle-ci. Le tout est chauffé à. une tem pérature suffisante pour ramollir le verre et une pression mécanique exercée sur le collet 3 produit une adhérence parfaite entre lui et le cylindre 4, d'une part, et entre ce cylindre et le récipient 1, d'autre part.
Pendant l'opé ration, il y a lieu d'entourer le cylindre d'un moule réfractaire (ou d'un moule métallique muni d'un garnissage réfractaire en gra phite etc.) pour empêcher le cylindre de verre de se déformer.
Il est préférable de recouvrir le collet et le récipient, avant le soudage, d'émail ou verre sur celle; de leurs faces qui doivent venir en contact avec le cylindre de verre; les couches d'émail 5 (.fi-. \?) doivent bien entendu être choisies de coefficient de dila tation voisin de celui clé l'acier.
Le cylindre intermédiaire 4 peut d'ailleurs être éliminé et les pièces mc#talliques soudées directement par les couches d'émail par simple pression à la température de ramollissement de celui- ci, si ce joint remplit suffisamment les con ditions, autres que l'étanchéité, qui pour raient être imposées (ce sera le cas avec des émaux convenables si une isolation électrique modérée est suffisante).
Dans les fig. 1 et 2, l'électrode est entou rée d'un tube 6 en bon isolant (porcelaine, quartz etc.) qui sert < i, isoler l'électrode 2 de 1 à l'intérieur du récipient.
On peut augmenter le pouvoir isolant des couches clé verre en remplaçant l'acier, le cuivre etc. par un métal à, coefficient de di latation plus faible, tel que le tungstène, le molybdène, le ferro-nicliel qui demandent des verres plus réfractaires ayant un pouvoir isolant électrique plus élevé que celui des émaux pour l'acier, le cuivre etc.
Dans l'exemple de la. fig. 3 le collet 9 soudé à l'électrode ? (qui, elle, peut être en métal quelconque) est en un métal ou alliage à coefficient de dilatation voisin de celui des verres réfractaires bons isolants et une plaque de même métal ou alliage est soudée en 10 sur le récipient; dans ce cas, le cylindre I1 en verre réfractaire bon isolant peut être. em ployé pour constituer le joint.
On peut, par exemple, employer pour le collet 9 et la pla que 10 du tungstène ou du molybdène et pour le cylindre 11 un verre ayant un coef ficient de dilatation voisin de 3 à. 4 X 10-6 (par exemple du verre réfractaire appelé py- rex). On peut aussi employer pour 9 et 10 du ferro-nickel dc composition appropriée; entre 30 % de nickel, on obtient en effet tous les coefficients de dilatation compris entre 0 et 5 X 10-6, intervalle qui comprend égale ment le coefficient de dilatation des verres réfractaires et bons isolants jusqu'au quartz.
Lu cylindre 11 peut d'ailleurs être éli miné, les deux disques en tungstène etc. étant oudés par les couches de l'émail en pyrex directement.
La fig. 4 représente, schématiquement, un joint constitué par un empilage de plaque 13 avec des couches d'émail 5 entre elles.
Les fig. 5 et 6 en représentent schéma tiquement deux exemples d'application à la traversée étanche et isolée d'une paroi mé tallique 1 par une tige métallique 2.
Les plaques métalliques entrant dans la constitution clii joint ont bien entendu, une forme appropriée à leur destination. Dans les exemples choisis, elles sont supposées cons tituées par des rondelles d'acier 3 (montrées en coupe axiale sur les figures) soudées en tre elles par les couches d'émail 5 qui les re couvrent sous 0,5 ou 1 mm d'épaisseur par exemple. La fabrication du joint proprement dit se fera d'après les indications ci-dessus.
Il suffira en général d'une faible piession pour réaliser le joint, à la température de ramollissement de l'émail; le poids des pla ques métalliques empilées pourra suffire pour donner la pression nécessaire, celle-ci devant en tous cas ne pas excéder de beaucoup la valeur qui ferait fuir une partie de l'émail ramolli à l'extérieur des plaques métalliques et diminuerait exagérément l'épaisseur des couches restant interposées après la soudure.
L'émail employé devra bien entendu, avoir les qualités isolantes nécessaires et pré senter un coefficient de dilatation voisin de celui du métal ou de l'alliage des plaques qui le supportent.
Comme dans le cas d'un joint constitué par deux plaques seulement au lieu des pièces de fer ou d'acier émaillées 3, on pourra uti liser des pièces en d'autres métaux ou alliages recouverts d'émaux ou de verres appropriés; par exemple des plaques de cuivre, de ferro- nickel, des plaques de tungstène, de molyb dène recouvertes de verres réfractaires à fai ble coefficient de dilatation.
Il y aura sou vent intérêt à utiliser des métaux ou alliages admettant des émaux en verres très réfrac taires et à faible coefficient de dilatation, ceux-ci étant mécaniquement moins fragiles et meilleurs isolants électriquement et l'em pilage résistant mieux ainsi aux changements et aux inégales répartitions de la tempéra ture.
La soudure des plaques pourra se faire avantageusement dans un four à gaz, au four électrique ou par chauffage par :courants 'in duits dans la masse même des plaques.
Dans l'application représentée schémati quement par la fig. 5 le bloc formant le joint est monté entre la paroi 1 et un collet métal lique 3 porté par la tige 2; les plaques mé talliques des extrémités du bloc sont soudées respectivement, par soudure autogène, bra sure ou tout autre moyen équivalent, au col let 3 et à la paroi 1, tout autre moyen de fixation que la soudure pouvant d'ailleurs être employé. Un manchon isolant 6, enfilé sur la tige 2 assure l'isolation entre cette tige et les bords du trou ménagé dans la pa roi 1 et aussi les bords internes des plaques métalliques 13 entrant dans la constitution du joint.
Il pourra être utile de faire les plaques métalliques du bloc constituant le -joint de plusieurs diamètres différents, de façon à al longer la ligne de fuites de l'isolateur que constitue ce joint et à éviter les décharges superficielles. La fig. 6 montre un exemple d'une telle disposition. On pourrait aussi, dans le même but recouvrir d'émail isolant la surface latérale extérieure du bloc consti tuant le joint proprement dit.
" La forme du joint et sa constitution se ront, bien entendu, appropriées à la forme des pièces à joindre et à la tension pour la quelle elles doivent être isolées. Dans cer tains cas, il faudra tenir compte, dans les dis positions du joint, des nécessités du- soudage de ses pièces métalliques extrêmes aux pièces 1 et 2 qu'il doit réunir.
Pour éviter que la chaleur dégagée dans cette opération risque de produire des fêlures dans le joint, on pourra, par exemple, employer des disposi tions du genre de celle représentées par la fig. 7 où les pièces extrêmes 14- et 15 du bloc ont une forme et un développement tels que les points 16 et 17 où elles doivent être res pectivement soudées aux pièces 1 et 2 à réunir sont suffisamment éloignés des couches d'émail ou de verre.
Les diverses dispositions décrites pour constituer le joint proprement dit peuvent, au lieu d'être soudées entre le couvercle du récipient et le collet de l'électrode, être uti lisées par un simple serrage mécanique par l'intermédiaire de joints plastiques. Les dis positions comportant un empilage de plaques métalliques émaillées et soudées entre elles par leur émail sont en effet bien appropriées à cet emploi. La robustesse mécanique des empilages leur permet de supporter les pres sions nécessaires sur de faibles hauteurs, tan dis que d'autres joints isolants connus, tels que ceux à la porcelaine, doivent comporter obligatoirement de grandes hauteurs pour résister à l'écrasement.
Pour de faibles ten. dons, l'empilage peut naturellement se ré- (luire à deux plaques émaillées.
La fig. 8 représente schématiquement, un joint conformé pour une entrée d'anode dans le récipient métallique d'un redresseur à va peur de mercure.
Les pièces à assembler, l'anode 2 et le récipient 1, sont représentées en coupe, ainsi que le joint proprement dit constitué par un empilage 18 de disques d'acier émaillés.
L'anode est serrée sur le joint, qu'elle tra verse, par un écrou 19 se déplaçant sur une tige-filetée 20 dont un prolongement 21 sert, par exemple, de connexion extérieure pour l'anode. L'étanchéité est supposée assurée par des rondelles métalliques 22 écrasées contre le joint 18; les surfaces en contact peuvent, comme il est connu, être cannelées ou affecter tout autre disposition améliorant l'étanchéité.
Le joint 18 est, d'autre part, serré entre le récipient 1 et une bride 23 au moyen de tiges filetées 24 et d'écrous 25; l'étanchéité est encore supposée assurée par des rondelles métalliques 26.
Des tubes isolants 27 et 28 complètent la téralement l'isolement ries pièces à assembler et des disques métalliques du joint 7.8. I1 est bien entendu que toute disposition connue pour le serrage mécanique des joints, pour améliorer leur étanchéité etc. peut être appliquée lorsqu'on utilise l'intermédiaire du joint décrit.
L'avantage d'être facilement montables et démontables qui est caractéris tique des joints à serrage mécanique, se com bine avec les avantages apportés par la grande robustesse mécanique des joints décrits et par la possibilité de les constituer" pour résister à des tensions électriques aussi éle vées que l'on voudra.. Ces joints, qu'ils soient soudés aux pièces à joindre ou serrés entre elles, sont de bons conducteurs de chaleur pa rallèlement aux plaques.
Cette propriété est particulièrement intéressante dans les joints d'électrodes dans des récipients à vide; les plaques du joint dissipent en effet, à l'exté rieur, la chaleur provenant par convection et rayonnement des portions de l'électrode qui en sont voisines, ce qui a, en outre l'avantage cle faciliter le refroidissement général de l'appa reil. Ce fait combiné avec cet autre que le coefficient de dilatation de l'ensemble est voi sin de celui des pièces à joindre (et, dans le cas de serrage, des boulons employés) permet d'éviter toute cause de dislocation.
Les joints décrits ci-dessus conviennent aussi dans de nombreux appareils où, au 1;1(_1:t d'un isolement électrique, un isolement ther mique est recherché; tels sont, par exemple, la bouteille thermos" métallique, la pompe à diffusion- etc., où plusieurs parties à tempé ratures différentes doivent être réunies d'une manière étanche. Le joint est placé de telle manière que le flux de chaleur doit passer perpendiculairement aux plaques à travers les couches isolantes du verre.