FR2527488A1

FR2527488A1 - Appareil de serrage de pieces a souder par un faisceau laser,tablette formee par soudage de pieces,et procede de fabrication d'une telle plaquette

Info

Publication number: FR2527488A1
Application number: FR8310926A
Authority: FR
Inventors: Eric Lee Kratschmer
Original assignee: Hull Corp
Current assignee: Hull Corp
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1983-12-02
Also published as: US4461946A; GB2116892A; GB2116892B; GB8518337D0; GB2160630B; JPS58157586A; CA1197564A; GB2160630A; DE3238863A1; FR2530517A1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LE SERRAGE D'UN ENSEMBLE DE PIECES A SOUDER PAR FAISCEAU LASER. ELLE SE RAPPORTE A UN ENSEMBLE DANS LEQUEL DES CAMES 70 COMMANDEES PAR DES LEVIERS 88, PERMETTENT L'ABAISSEMENT DE PLAQUES 66 DE SERRAGE QUI VIENNENT APPUYER CONTRE UN ENSEMBLE 120 DE PIECES A SOUDER. LE DISPOSITIF DE SERRAGE NE PEUT PAS REMONTER CAR IL EST RETENU PAR DES PIEDS 60 SOUS LA TABLE 14 DE SUPPORT DE L'ENSEMBLE 120 DES PIECES A SOUDER. DES DISPOSITIFS PERMETTENT LE REGLAGE EN FONCTION DE LA CONFIGURATION ET DE LA DIMENSION DE L'ENSEMBLE DE PIECES A SOUDER. APPLICATION A LA FABRICATION DE TABLETTES D'ECHANGE DE CHALEUR PAR SOUDAGE PAR FAISCEAU LASER.

Description

La présente invention concerne le soudage par un faisceau laser et plus

précisément, un appareil de serrage

d'un ensemble de pièces les unes près des autres avant sou-

dage par faisceau laser.

Le soudage par un faisceau laser est une techni- que bien connue qui présente plusieurs avantages par rapport au soudage classique à l'arc ou d'un autre type Par exemple, la focalisation très précise d 'un faisceau 1 aser permlilt

l'obtention d'une concentration d'énergie qui assure un sou-

dage plus rapide avec moins de chaleur pénétrant dans le pro-

duit que selon les procédés classiques, si bien que le gau-

chissement des pièces est réduit au minimum.

Par exemple, au cours de la fabrication de tablet-

tes creuses de lyophilisation et d'autres appareils de traite-

ment, le soudage par faisceau laser permet l'utilisation de plaques métalliques supérieures et inférieures plus minces, soudées à des barres intermédiaires d'entretoises disposées de manière qu'un passage sinueux de circulation de liquides ou de gaz de chauffage et de refroidissement soit formé Des plaques plus épaisses habituellement soudées nécessitent un redressement et un polissage du fait de leur gauchissement excessif Cette opération longue et coûteuse est rendue

minimale par le soudage par faisceau laser En outre, l'uti-

lisation de plaques relativement minces non seulement réduit

le poids total de la tablette mais augmente aussi sa sensi-

bilité thermique En conséquence, l'énergie et letemps né-

cessaires au chauffage et au refroidissement de la tablette

et du produit qu'elle porte sont minimaux.

On ne connait pas actuellement d'appareils des-

tinés à maintenir un ensemble de pièces avant leur soudage

par un faisceau laser-.

L'appareil selon l'invention assure de façon géné-

rale la retenue ou le serrage temporaire d'un ensemble de pièces, les unes contre les autres, entre un support de base et un mécanisme réglable de serrage placé au-dessus et monté sur un chariot mobile par rapport au support de base, avant

la fixation des pièces par soudage par faisceau laser.

L'invention concerne un appareil de serrage d'un ensemble de pièces les unes contre les autres afin qu'elles

puissent être soudées par faisceau laser.

Elle concerne aussi un appareil du type décrit qui assure le serrage d'ensembles de pièces ayant des confi-

gurations et dimensions diverses.

Elle concerne-aussi un appareil du type décrit qui permet le soudage par faisceau laser d'un ensemble de pièces avec précision, rapidement et avec une grande facilité,

tout en nécessitant une quantité minimale d'énergie.

L'invention concerne aussi un appareil du type

décrit dont le fonctionnement peut être commandé par ordina-

teur afin que les pièces soient positionnées avec précision

par rapport à la tête de soudage par faisceau laser.

Elle concerne aussi un appareil du type décrit destiné à la fabrication de tablettes creuses d'appareillages

de traitement, ces tablettes étant formées de plaques métal-

liques qui sont plus minces que les plaques nécessaires jus-

qu'à présent et qui nécessitent des opérations ultérieures minimales de redressement ou de polissage, les tablettes assurant un chauffage et un refroidissement plus rapides avec

une quantité minimale d'énergie nécessaire.

Elle concerne aussi un appareil du type décrit, de construction très simple, si bien que la fabrication,

l'entretien et la réparation peuvent être peu coÈteux.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'un appareil selon l'invention, sous forme partielle, avec des parties arrachées; la figure 2 est une vue en plan partiel avec des parties arrachées de l'appareil de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle de bout, de gauche sur la figure 1; la figure 4 est une coupe partielle avec des parties arrachées suivant la ligne 4-4 de la rigure 2; la figure 5 est une coupe verticale suivant la ligne 5-5 de la figure 1; la figure 6 est une coupe verticale partielle suivant la ligne 6-6 de la figure 1 la figure 7 est une vue partielle en plan d'une

pince de fixation d'un ensemble de pièces sur l'élément de ba-

se de l'appareil la figure 8 est une élévation latérale partielle de la pince de la figure 7; la figure 9 est une vue partielle en plan d'une tablette creuse montrant comment les différentes pièces sont soudées les unes aux autres par soudage par faisceau laser à l'aide de l'appareil selon l'invention; la figure 10 est une coupe partielle suivant la ligne 10-10 de la figure 9; et

la figure 11 est une élévation latérale représen-

tant un mode de réalisation schématique de l'appareil selon l'invention, associé à un appareillage de soudage par faisceau laser. On se réfère d'abord à la figure 11 des dessins annexés sur laquelle une tête 10 de soudage par faisceau laser est montée afin qu'elle se déplace le long d'une voie allongée

12 de support au-dessus d'une table 14 de support de pièces.

Cette table est montée sur un bâti 16 auquel sont fixés des guides 18 à galets destinés à rouler sur des rails 20 espacés latéralement Les rails dépassent au-dessus du bâti 22 de

base qui repose sur un sol Une vis-mère allongée 24 peut tour-

ner, à ses extrémités opposées, dans des paliers 26 portés par le châssis de base La vis-mère passe dans des prolongements filetés 28 dépassant sous le chàssis de la table Un moteur d'entra Inement non représenté, associé à la vis-mère, fait

tourner celle-ci afin qu'il déplace la table en direction per-

pendiculaire à la direction de déplacement de la tête 10 de

soudage par faisceau laser, le long de la voie 12.

Les figures 7 et 8 représentent un ensemble de pièces à souder, l'ensemble étant porté par la table et étant fixé à intervalles, à sa périphérie, par des pinces Chaque pince a un pied 30 qui porte un tronçon 32 formant un bras intermédiaire aboutissant à un doigt 34 de serrage destiné à être disposé au-dessus de l'ensemble à souder Un boulon 36 passe dans un trou du tronçon intermédiaire et se visse dans un orifice taraudé choisi 38 de la table afin qu'il serre

l'ensemble entre la table et le doigt.

De nombreux orifices taraudés sont formés dans la table et ils sont disposés suivant un dessin destiné a permettre l'utilisation de dimensions et de configurations d'éléments de pièces à serrer sur la table très diverses, avec une orientation convenable par rapport au déplacement

de la tête de soudage par faisceau laser et de la table.

Par exemple, lorsque l'ensemble de pièces a une forme rec-

tangulaire ou carrée, comme dans le cas de la tablette re-

présentée, le soudage doit être réalisé le long de lignes qui sont parallèles à certains des bords latéraux Ainsi, ces bords latéraux sont disposés parallèlement à la direction de

déplacement du laser le long de -Avoue de support.

Le mécanisme de serrage assure la compression des différents éléments internes de l'ensemble de pièces afin qu'il puisse être soudé Le mécanisme de serrage comporte un

chariot formant un bâti creux comprenant deux plaques latéra-

les allongées 40 maintenues latéralement à distance par des

plaques 42 d'extrémité Des boulons 44 passent dans des Fen-

tes allongées verticalement 46 formées dans les plaques laté-

rales et viennent se visser-,dans des trous taraudés des pla-

ques d'extrémité Cette disposition permet un déplacement vertical limité des plaques latérales par rapport aux plaques d'extrémité Ce réglage vertical est permis par une vis 48 de réglage passant dans un orifice taraudé d'une barre 50 de support disposée transversalement aux plaques latérales et fixée à celles-ci par des boulons 52 Une patte 54 de butée dépasse à l'extérieur de la plaque d'extrémité afin qu'elle vienne au contact de la vis de réglage Ainsi, la rotation de

la vis permet aux plaques latérales de se déplacer verticale-

ment par rapport aux plaques d'extrémité Un écrou 56 de blo-

cage monté sur la vis fixe celle-ci en position de réglage.

Les plaques 42 d'extrémité dépassent vers le bas au-delà des plaques latérales et portent des rouleaux ou galets

58 près de leurs extrémités externes, ces galets étant desti-

nés à rouler sur la partie périphérique en surplomb de la ta-

ble 14 Une barre 60 de serrage est fixée de façon amovible à

la partie inférieure de chaque plaque d'extrémité, par exem-

ple par des boulons 62, et elle est dirigée vers l'intérieur afin qu'elle vienne-au contact de la face inférieure de la table, en face des galets 58 La barre de serrage supporte

des galets distants 64 destinés à rouler sur le bord périphé-

rique de la table.

Les plaques latérales 40 supportent vers l'inté-

rieur deux plaques 66 de serrage qui sont espacées et qui

peuvent se déplacer verticalement par rapport aux plaques la-

térales 40 Le support des plaques de serrage est assuré par

des galets 70 de came espacés longitudinalement et fixés cha-

cun excentriquement à un rouleau circulaire 72 de commande de came Chaque rouleau de commande ou d'entraînement est monté

afin qu'il tourne dans un palier 74 supporté par la plaque la-

térale associée Chaque galet 70 est disposé entre le bord supérieur de la plaque 40 et un capuchon 76 de galet de came ayant une forme en U et fixé à la plaque de serrage par des

vis 78.

La rotation simultanée de tous les rouleaux d'en-

traînement de came est assurée par une tringlerie commune de commande qui comprend deux bielles allongées 80 d'entraînement articulées chacune au niveau d'un pivot 82 sur un levier 84 fixé à tous les rouleaux d'entrainement de came montés dans la même plaque latérale Les bielles de commande passent le long des côtés extérieurs des plaques 40 et sont raccordées par une poignée transversale 86 disposée entre les deux leviers 88 Chacun des leviers est fixé à un pivot 90 porté dans un palier 92 de la plaque latérale associée 40 Les leviers 88

sont raccordés aux bielles 80 par des pivots 94.

Ainsi, le pivotement des leviers 88 autour des pivots 90 dans le sens horaire sur la figure 1 provoque un soulèvement vertical des plaques 66 de serrage par rapport aux

plaques latérales 40.

Chaque plaque de serrage est couplée à la plaque r, latérale correspondante, près des extrémités opposées, par des vis de guidage 96 qui sont distantes les unes des autres et qui passent dans des fentes verticales 9 i 3 foriiiées dans la plaque de serrage et dans des trous des barres associées 100 de guidage Les vis sont fixées dans des trous taraudés

de la plaque latérale associée.

Les extrémités inférieures des plaques de serrage sont munies de patins allongés formés de préférence chacun d'une barre allongée 102 fixée à la face inférieure de la plaque de serrage et d'une bande allongée 104 de cainttloliuc ou d'une autre matière élastique permettant le transfert uniforme d'une pression sans marquage de la surface en regard

d'un élément d'un ensemble de pièces à souder.

Des dispositifs 106 de protection contre le sou-

dage sont de préférence disposés afin qu'ils empêchent que les étincelles parasites formées par le soudage ne brûlent les bandes de caoutchouc 104 et ne se collectent aux faces adjacentes des barres 102 et des plaques de serrage Comme représenté, chaque dispositif protecteur comporte une bande

métallique allongée, par exemple de bronze au phosphore, fi-

xée par exemple par soudage, boulonnage ou par des rivets

108 comme représenté, à plusieurs équerres 110 espacées lon-

gitudinalement Les équerres sont fixées par exemple par des

vis 112 dans des encoches transversales 114 formées à inter-

valles suivant la longueur de la barre du patin Le dispositif protecteur remonte depuis la proximité de la bande de caoutchouc et se replie vers l'intérieur, vers la plaque associée de serrage. Les dessins représentent un ensemble de pièces

formant une tablette creuse destinée à un appareillage de lyo-

philisation ou un autre appareillage de traitement, afin

qu'ils illustrent le fonctionnement de l'appareil décrit pré-

cédemment La tablette comporte une plaque supérieure 116, une plaque inférieure 118, plusieurs barres périphériques 120

34 d'entretoise qui maintiennent les plaques supérieure et infé-

rieure à distance en direction verticale, et plusieurs barres intermédiaires 122 d'entretoise Ces dernières non seulement maintiennent les plaques supérieure et inférieure à distance l'une de l'autre et supportent la plaque supérieure mais encore, sont disposées afin qu'elles délimitent unr passage sinueux 124 de circulation d'un liquide ou autre fluide convenable de chauffage ou de refroidissement entre les ori-

fices d'entrée et de sortie (non représentés).

Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, les barres périphériques et intermédiaires d'entretoise sont d'abord soudées au laser sur la plaque inférieure avant la

mise en place de la plaque supérieure L'opération est réali-

sée par dépôt de la plaque inférieure 118 sur la table 14 avec orientation de deux de ses bords latéraux parallèlement à la direction de déplacement de la tète 10 de soudage à

laser, le long de sa voie 12 de support Deux des barres pé-

riphériques 120 sont alors placées sur la plaque inférieure près des bords, parallèlement au déplacement de la tête de soudage par faisceau laser Le mécanisme de serrage est alors

déplacé latéralement afin que l'un des patins soit placé au-

dessus de l'une des deux barres périphériques mises en place.

L'opération est réalisée par rotation initiale des leviers 88 dans le sens horaire (figure 1) afin que les patins soient soulevés au-dessus du niveau des barres périphériques -Le cas échéant, les boulons 44 peuvent être desserrés et la vis 48 de réglage peut être commandée afin que les plaques latérales 40 et les plaques de serrage 66 soient soulevées de la quantité nécessaire afin que les patins soient soulevés

au-dessus des barres périphériques.

Le chariot de l'ensemble de serrage est alors dé-

placé par roulement le long de la table, sur les galets 58,

jusqu'à ce que le patin convenable se trouve au-dessus de la bar-

re périphérique choisie La poignée est alors tournée dans

le sens horaire afin que le patin soit abaissé et vienne ap-

puyer contre la face supérieure de la barre périphérique.

Cette pression descendante appliquée par le patin provoque uln

déplacement vers le haut de la plaque de serrage et des pla-

ques d'extrémité du chariot jusqu'à ce que les barres 60 de

serrage soient en contact sous la table 14 La barre périphê-

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rique est ainsi fermement repoussée contre la plaque infé-

rieure. La tête de soudage laser est alors orientée, avec un miroir associé, afin qu'elle dirige un faisceau laser latéralement vers l'intérieur, avec une faible inclinaison par rapport a l'horizontale, vers l'interface de la barre périphérique 120 et de la plaque inférieure 118 L'ensemble de soudage par faisceau laser est alors déplacé le long de la barre périphérique et parallèlement à la longueur de celle-ci afin qu'elle forme la soudure 126 représentée sur

la figure 10.

Dans une-variante, la table 14 peut être déplacée

par rotation de la vis-mère 24 afin que l'ensemble serré com-

prenant la barre périphérique et la barre inférieure soit déplacé par rapport au faisceau laser avec formation de la

même soudure 126.

La barre périphérique parallèle opposée est alors

soudée à la plaque inférieure de la même manière, par réorien-

tation de la tête de soudage par faisceau laser La plaque inférieure est alors réorientée sur la table par rotation de 900 depuis la position antérieure afin que l'autre paire de côtés parallèles de la plaque inférieure soit parallèle à la direction de déplacement de la tête de soudage, et de

déplacement de la table sur les rails Les deux barres pé-

riphériques restantes sont alors placées près des bords la-

téraux et soudées à la plaque inférieure de la même manière

que décrit précédemment.

Les barres intermédiaires 122 sont alors placées sur la barre inférieure, à distance en direction latérale, parallèlement à la direction de déplacement de la t Nte de soudage et de la table Des barres intermédiaires adjacentes sont placées en butée contre les barres périphériques opposées afin qu'elles délimitent le trajet sinueux 124 indiqué précédemment Chaque barre 122 est appuyée contre la plaque inférieure par l'un des patins de l'ensemble de serrage, de la manière décrite en référence aux barres périphériques, et est soudée en position par fonctionnement de la tête de soudage

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comme décrit précédemment Cependant, alors qu'il faut une soudure continue pour les barres périphériques, les barres intermédiaires peuvent être soudées à la plaque inféri ure par plusieurs soudures 128 espacées le long des barres, de chaque côté de celles-ci. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 9 et 10, les barres intermédiaire 122 d'emtrntoisn sont fixées à la plaque inférieure 118 par des boulons 130 distants les uns des autres et soudés à la plaque inférieure

et remontant par des orifices espacés de manière correspon-

dante 132 formés dans les barres intermédiaires d'entretoi-

se Une partie supérieure élargie et chambrée 134 de chaque

orifice loge avec du *Jeu un écrou 136 de fixation des bou-

lons, si bien que la barre d'entretoise peut être fixée fer-

mement contre la plaque inférieure.

La plaque supérieure 116 est alors placée sur les barres d'entretoise soudées à la plaque inférieure et

l'ensemble est alors fixé sur la table par les pinces péri-

phériques (figures 7 et 8) Lorsque les patins 104 sont dis-

posés au-dessus de la plaque supérieure, par rotation dans

le sens horaire de la poignée 86 depuis la position repré-

sentée sur la figure 1, le chariot de l'ensemble de serrage

est déplacé le long de la table sur les galets 58 en direc-

tion perpendiculaire à la direction longitudinale des barres intermédiaires 122 jusqu'à ce que les patins distants se

trouvent de part et d'autre d'une barre d'entretoise à souder.

Cette position est représentée sur les figures 5 et 6 La poignée est alors tournée dans-le sens anti-horaire vers la position de la figure 1, si bien que les patins sont abaissés et viennent au contact de la plaque supérieure et repoussent

celle-ci fermement contre la barre d'entretoise placée au-

dessous L'appareil de soudage par faisceau laser est alors

commandé et il est déplacé le long d'une ligne centrée au-

dessus de la barre d'entretoise Bien que la tête de soudage s 5 puisse assurer une soudure continue sur toute la lonqueur de la barre d'entretoise, elle peut être commandée afin qu'elle forme plusieurs soudures espacées 138, par exemple entre les

boulons 130, dans le mode de réalisation des figures 9 et 10.

Dans une variante, la tête 10 de soudage par

faisceau laser peut être retenue en position fixe et la ta-

ble 14 peut être déplacée le long des rails 20, comme indi-

qué précédemment.

Les hommes du métier peuvent noter que les dépla-

cements de la tête de soudage par faisceau laser, de la table et du chariot de l'ensemble de serrage les uns par rapport

au'x autres peuvent être réalisés manuellement, sous la com-

mande d'un opérateur, ou peuvent être réalisés de manière connue par un ordinateur convenablement programmé, assurant

ainsi un positionnement précis des soudures.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses

éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

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Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé de fabrication d'une tablette creuse destinée à la circulation d'un fluide d'échange de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend: a) la disposition, sur une plaque in Xf Crieure ( 11,) d'un métal conducteur de la chaleur, de iiil 'in

res métalliques périphériques d'entretoise ( 120) rinstinÉes.

à former une paroi périphérique autour de la plaque, b) le soudage par faisceau laser des barres périphériques sur la plaque inférieure, c) la disposition, sur la plaque inférieure,

de plusieurs barres métalliques internes distantes q'entre-

toise ( 122) qui sont sensiblement parallèles les unes aux autres, les barres qui alternent étant en butée contre les barres périphériques aux extrémités opposées de la plaque inférieure, de manière que les barres forment un trajet sinueux délimité par les barres périphériques et les barres internes, d) la fixation des barres internes à la plaque inférieure, e) la disposition d'une plaque supérieure ( 116) formée d'un métal conducteur de la chaleur au-dessous du sous-ensemble comprenant la plaque inférieure et les barres périphériques et internes, f) le soudage par faisceau laser de la plaque supérieure sur les barres périphériques, et g) le soudage par faisceau laser de la plaque

supérieure sur les barres internes par projection d'un fais-

ceau laser à travers la plaque supérieure.

2 Tablette creuse destinée à la circulation d'un fluide d'échange de chaleur, caractérisée en ce qu'elle comprend: a) des plaques supérieure et inférieure ( 116, 118) formées d'un métal conducteur de la chaleur, b) plusieurs barres métalliques périphériques d'entretoise ( 120) disposées entre les plaques supérieure et inférieure autour de sa périphérie, les barres étant soudées par faisceau laser aux plaques,

c) plusieurs barres métalliques internes d'entre-

toise l 122 l disposées entre les plaques supérieure et in Fé-

rieure, vers l'intérieur par rapport aux barres périplLwriques, les barres internes étant sensiblement parallèles les unes aux autres, les barres alternées étant en butée contre les barres périphériques sur les faces opposées des plaques de manière qu'elles forment un passage sinueux délimité par les barres périphériques et les barres internes, et d) les barres internes sont fixées à la plaque inférieure et sont soudées par faisceau laser à la plaque supérieure, par projection d'un faisceau laser à travers la

plaque supérieure.