FR2532215A1 - Appareil pour usinage au laser - Google Patents

Abstract

APPAREIL POUR USINAGE AU LASER. L'APPAREIL, SELON LA PRESENTE INVENTION, POUR L'USINAGE AU LASER D'UNE PIECE A USINER COMPREND UNE LENTILLE 202 DE LASER ADAPTEE POUR ETRE MONTEE DE FACON LIBERABLE EN VUE DE PERMETTRE SON NETTOYAGE AFIN D'ENLEVER LES DEBRIS QUI S'Y DEPOSENT PENDANT L'USINAGE AU LASER. LE MONTAGE COMPREND UNE BASE CYLINDRIQUE 430 DEFINISSANT UN TRAJET LE LONG DUQUEL LE FAISCEAU LASER EMIS PAR LA SOURCE LASER EST DIRIGE SUR LA PIECE A USINER, ET UN ELEMENT DE MONTAGE 440 POUR MONTER LA LENTILLE DE LASER SUR LA BASE CYLINDRIQUE ET ADAPTE POUR ETRE FIXE DE FACON AMOVIBLE A CETTE BASE CYLINDRIQUE DE MANIERE QUE LA LENTILLE SOIT DISPOSEE DANS UNE CERTAINE POSITION PAR RAPPORT A LA BASE CYLINDRIQUE. A CETTE FIN, UN ELEMENT DE BLOCAGE 436 COOPERE AVEC LA BASE CYLINDRIQUE ET SOLLICITE L'ELEMENT DE MONTAGE ET SA LENTILLE DE LASER VERS LADITE CERTAINE POSITION PAR RAPPORT A LA BASE CYLINDRIQUE. APPLICATIONS : ENTRE AUTRES, SOUDAGE DES LAMES CONSTITUTIVES DES GRILLES D'ASSEMBLAGES COMBUSTIBLES NUCLEAIRES.

Description

Appareil pour usinage au laser.

La présente invention concerne d'une façon géné-

rale un appareil pour usiner au laser une pièce d'usinage et elle a trait, plus particulièrement, à un appareil pour

-focaliser et diriger un faisceau laser sur la pièce d'usi-

nage. L'appareil d'usinage de précision à laser de la présente invention concerne, d'une façon générale, la fabrication d'assemblages 10 d'éléments de combustible

nucléaire, tels que représentés sur la figure 1 des dessins.

Comme on peut le voir, l'assemblage combustible nucléaire 10 est un ensemble autonome constituépar un emûbout supérieur 12 et un embout inférieur 14, entre lesquels est disposéeune matrice de barres 18 de combustible nucléaire disposées

en rangée et en colonne et maintenues dans cette configu-

ration par une pluralité de grilles 16 de barres de combustible Bien qu'elles ne soient pas représentées sur la figure 1, les barres de commande sont incluses dans des positions choisies à l'intérieur du réseau de barres 18 de combustible nucléaire Les assemblages 12 et 14 et les grilles 16 de barres de combustible constituent un bâti

formant squelette pour supporter les barres 18 de combus-

tible et les barres de commande Les assemblages 10 de faisceauxd'éléments de-combustible nucléaire sont chargés, c'est-à-dire mis en place, dans des endroits prédéterminés à l'intérieur d'un réacteur nucléaire et, par conséquent, l'orientation des barres 18 de combustible les unes par

rapport aux autres est réglée de façon rigoureuse.

L'appareil de soudage de précision à laser selon la présente invention se rapporte, dans un des exemples de mode de réalisation de cette dernière, à la fabrication de grilles 16 de barres de combustible telles que représentées sur les figures 2 A à 2 C La grille 16 de barres de combustible a une configuration à peu près carrée, dont la périphérie est formée par quatre lames ou bandes extérieures 22 de grille Chaque extrémité d'une lame extérieure 22 de grille est soudée par une soudure linéaire 30 d'angle à

l'extrémité d'une lame extérieure de grille disposée per-

pendiculairement Une pluralité de lames intérieures 20 de

grille sont disposées en rangées et en colonnes perpendi-

culaires les unes aux autres, ce qui fait qu'une pluralité de cellules sont formées de manière à recevoir les barres de commande et les barres 18 de combustible nucléaire Les lames intérieures 20 de grille disposées le long des rangées et des colonnes comportent des fentes complémentaires à chacun des points 24 d'intersection pour recevoir une lame intérieure 20 de grille, disposée perpendiculairement Une soudure 32 d'intersection est effectuée à chacun des points

24 d'intersection, ce qui fait qu'une structure à claire-

voie rigide est formée En outre, chacune des lames inté-

rieures 20 de grille comprend à chaque extrémité une paire de pattes 26 qui ont une taille et une configuration prévues pour qu'elles soient logées sans jeu soit dans une rangée supérieure, soit dans une rangée inférieure de fentes 28 ménagées dans les lames extérieures 22 de grille, comme représenté sur la figure 2 A Une soudure 34 de fenteset de pattes est effectuée le long des rangées supérieure et

inférieure formées par les fentes 28 dans les lames exté-

rieures 22 de grille Les extrémités coudées des lames extérieures 22 de grille sont soudées les unes aux autres par des soudures linéaires 32 d'angle En outre, une pluralité de manchons de guidage 36 sont disposés sur la surface

latérale de manchons de la grille 16 de barres de-combus-

tible pour recevoir et guider-les barres de comwmande dis-

posées dans cette grille -Une série de soudures linéaires d'encoche fixent solidement les manchons de guidage 36 aux encoches correspondantes 38 formées dans les lames intérieures 20 de grille L'appareil de soudage de précision à laser de la présente invention non seulement commande les divers paramètres de génération de faisceau laser en ce qui concerne la largeur d'impulsion et la hauteur d'impulsion de chaque impulsion laser ainsi que le nombre d'impulsions devant être appliquées à chaque soudure mais commande également le positionnement séquentiel des grilles 16 de barres de combustible par rapport au faisceau laser On comprendra qu'après chacune dé ces soudures, la grille 16 de barres de combustible est positionnée de nouveau et/ou le foyer du faisceau laser est modifié pour effectuer le type particulier de soudure désirée En se référant maintenant aux figures 2 B et 2 C, on voit qu'une pluralité de doigts élastiques 44 sont disposés dans le sens longitudinal des lames intérieures 20 de grille parallèlement les uns aux autres Une paire de doigts d'espacement 46 sont disposés de part et d'autre

d'un doigt élastique correspondant 44 et servent, conjoin-

tement avec ce doigt élastique 44, à assurer un agrippement ou prise élastique des barres 18 de combustible nucléaire qui sont disposées dans la cellule formée par les lames intérieures de la grille qui s'intersectent Un doigt élastique 44 a est disposé à droite, comme on peut le voir sur la figure 2 C, dans une position opposée par rapport au: doigt, d'espacement 46 a, ce qui fait qu'une barre 18 de combustible nucléaire se trouve maintenue élastiquement

entre les doigts.

La grille 16 de barres de combustible est usinée

et, en particulier, soudée Pour effectuer les soudures-

d'intersection 32, on déplaee par incrémentsla grille 16 de barres de combustible le long de chacun de ses axes X et Y-, en l'arrêtant à chaque position d'une pluralité de positions dans lesquelles le faisceau laser est aligné avec chacune des intersections-des lames intérieures 20 de grille Lorsque la grille a été positionnée, on met sous tension une source laser de manière que celle-ci émette un faisceau laser sur le point d'intersection aligné

pour effectuer de cette façon une soudure d'intersection 32.

Ensuite, on déplace là grille 16 de barres de combustible jusqu'à la position suivante et on effectue une autre soudure d'intersection 32 On effectue les soudures 34 de fentes et de pattes ainsi que les soudures linéaires 30

d'angle en faisant tourner la grille 16 dé barres de combus-

tible autour de son axe Y de manière que chacune de ses lames extérieures 22 de grille soit présentée au faisceau laser en vue d'un soudage De plus, on effectue les soudures linéaires 40 d'encoche fixant les manchons de guidage 36 dans les encoches 38 de lames intérieures 20 de grille en faisant tourner la grille 16 de barres de combustible jusqu'à une position disposée suivant un angle de 450 par rapport au faisceau laser de manière à exposer ainsi au faisceau laser l'interface entre les manchons de guidage 36 et les fentes 38 On envisage dans la présente invention de focaliser initialement le faisceau laser pour effectuer les soudures d'intersection 32 réalisées dans un seul plan dans lequel se trouvent les soudures d'intersection Afin d'effectuer les soudures linéaires 30 d'angle et les soudures 34 de fentes et de pattes, il est nécessaire de faire tourner la grille 16 de barres de combustible hors du plan des soudures d'intersection 32, ce qui exige une nouvelle focalisation du faisceau laser D'une façon

similaire, on fait tourner la grille 16 de barres de combus-

tible à partir du plan des soudures d'intersection jusqu'à sa position angulaire de 450 par rapport au faisceau laser, ce qui exige également une nouvelle focalisation du faisceau

laser avant que le soudage de précision puisse être exécuté.

Comme décrit dans la demande de brevet français déposé ce même jour sous le titre de " UNE CHAMBRE

D'USINAGE MOBILE AVEC MONTURE TOURNANTE POUR LA PIECE",

la grille 16 de barres de combustible est formée d'une matière volatile sous la forme de l'alliage de zirconium connu sous la dénomination de Zircaloy La grille 16 de barres de combustible est usinée et en particulier soudée

dans un environnement de gaz inerte pour éviter la contami-

nation des soudures qui se produirait si le soudage avait lieu en présence d'unmilieu réactif tel que l'oxygène ou l'eau Le danger de soudures contaminées est bien connu dans la technique, spécialement lorsque la structure soudée, telle que la grille 16 de barres de combustible, doit être dans un environnement hostile comme celui que l'on trouve à l'intérieur d'un réacteur à combustibl S nucléaire Un tel environnement soumet les soudures à des températures relativement élevées en présence d'un réfrigérant, tel que de l'eau qui s'écoule, d'o il résulte une aggravation

de toute contamination des soudures, ce qui entraîne fina-

lement la rupture de ces soudures Dans cet exemple parti-

-culier, la rupture d'une soudure supprime le support

structural maintenant l'espacement des barres 18 de combus-

tible, ce qui fait que ces barres sont sujettes à des

vibrations intenses par suite du débit élevé du réfrigérant.

Il en résulte que les barres 18 de combustible se rompent avec pour conséquence une libération de leur oxyde d'uranium dans le réfrigérant Il est donc important d'effectuer

l'usinage, et en particulier le soudage, dans un environ-

nement inerte tout en permettant en même temps le déplacement

de la grille 16 de barres de combustible dans trois dimen-

sions et une nouvelle focalisation du faisceau laser sur

la grille 16 de barres de combustible pour effectuer dif-

férents types de soudure comme expliqué ci-dessus.

Les brevets US 3 422 246 et 4 190 759 décrivent un appareil d'usinage à laser dans lequel on effectue un mouvement relatif entre la source laser, dans au moins les dimensions X et Y, par rapport au faisceau laser Le brevet US précité 4 190 759 décrit particulièrement l'uti- lisation de tables X et Y destinées à recevoir la pièce d'usinage, c'est-à-dire un substrat semi-conducteur, et d'un dispositif d'exploration destiné à faire tourner le faisceau laser dirigé sur la pièce d'usinage -Toutefois, dans ce brevet, il n'est fait mention nulle part d'un

usinage dans un environnement non réactif ou d'une nouvel-

le focalisation du faisceau laser par suite du déplacement de la pièce d'usinage à partir des axes X et Y le long desquels elle est déplacée Le brevet US précité 3 422 246 décrit une plateforme destinée à recevoir la pièce d'usinage à usiner, c'est-à-dire à découper, penedantque la source laser est déplacée le long d'un axe Y transversal à l'axe X Il est suggéré un mécanisme compliqué de manipulation de faisceau au moyen duquel le faisceau est profilé de façon rectangulaire et entraîné en rotation de manière à maintenir un bord de la configuration rectangulaire du faisceau

aligné par rapport au déplacement de la pièce d'usinage.

Les brevets US 4 027 137 et 4 162 390 concernent

l'usinage au laser d'une pièce d'usinage dans un environ-

nement contrôlé Le brevet US précité 4 027 137 suggère un agencement destiné à supporter une buse métallique qui est actionnée par un ressort et qui porte contre la pièce d'usinage à souder et un moyen pour diriger un jet d'air comprimé sur la buse, grâce à quoi les débris provenant du perçage au laser sont évacués à partir de la buse A cette fin, la zone entourant immédiatement la buse est mise sous vide par une pompe à vide afin d'évacuer encore mieux les débris de perçage Le brevet US précité 4 162 390 décrit une chambre similaire grace à laquelle un courant de gaz est dirigé dans une chambre dont l'environnement est contrôlé et est mis sous vide par une pompe à vide La chambre

comprend un miroir de transmission de lumière par l'inter-

médiaire duquel un faisceau laser est dirigé sur la pièce d'usinage -En particulier, le courant d'un gaz, tel que l'argon, est dirigé sur le miroir de transmission de

lumière pour évacuer de ce dernier les débris de soudage.

Un problème particulier concernant la présente invention a trait à l'atténuation du faisceau laser par les débris projetés au cours du soudage laser de la grille 16 de barres de combustible Comme on va le décrire ci-après, le faisceau laser estfocalisé à l'aide d'une lentille qui

est disposée très près de la grille 16 de barres de combus-

tible à souder et sur laquelle se dépose, pendant le soudage, les débris projetés à partir de la grille 16 de

barres de combustible Les débris se déposant sur la lentil-

le ont donc tendance à atténuer l'intensité du faisceau

laser et, de ce-fait, l'énergie appliquée à une soudure.

Il est nécessaire de nettoyer périodiquement la lentille du laser rapidement tout en permettant à cette lentille d'être réintroduite dans le trajet du faisceau laser en un point précis pour assurer une focalisation de précision

du faisceau laser.

L'objet principal de la présente invention

concerne une réduction de l'atténuation du faisceau laser.

L'invention réside d'une façon générale dans un appareil pour un usinage au laser comprenant: a) une lentille de laser pour focaliser le faisceau laser sur une pièce d'usinage; b) une base ou support pour définir un trajet le long duquel le faisceau laser atteint la pièce

d'usinage; c) un élément de montage destiné à recevoir la-

dite lentille laser et adapté pour être séparé de ladite

base de manière à permettre le nettoyage des débris pro-

jetés à partir de la pièce d'usinage pendant l'usinage; et d) un élément de blocage libérable pouvant venir en prise avec ladite base pour fixer de façon libérable ledit élément

de montage à ladite base et pour solliciter de façon élas-

tique ledit élément de montage et ladite lentille de laser.

C'est pourquoi, un objet de la présente invention est de réaliser un appareil d'usinage à laser nouveau et perfectionné dans lequel la lentille servant à focaliser et à diriger le faisceau laser peut être enlevée facilement

pour être nettoyée de tous-débris d'usinage qu'elle recueil-

le pendant l'opération d'usinage.

Un objet plus particulier de la présente invention est de réaliser un appareil d'usinage à laser nouveau et perfectionné comprenant une lentille de laser qui est montée de façon libérable par rapport à la pièce d'usinage d'une manière qui assure sa remise en place d'une façon

précise par rapport à la pièce d'usinage.

Un autre objet encore de la présente invention est de=réaliser un appareil d'usinage à laser nouveau et perfectionné qui facilite le montage d'une source de lumière visible pour permettre l'éclairement de la pièce d'usinage. En conformité avec ces objets ainsi qu'avec d'autres objets de la présente invention, on réalise un appareil pour usiner au laser une pièce d'usinage, cet appareil comprenant une lentille de laser adaptée pour être montée de façon libérable de manière que l'on puisse la nettoyer pour enlever tous débris qui s'y déposent pendant l'usinage au laser Le montage comprend une base cylindrique pour délimiter un trajet le longduquel le faisceau laser émis par la source laser est dirigé sur la pièce d'usinage, et un élément de montage destiné au montage de la lentille de laser par rapport à la base cylindrique et adapté pour être monté de façon libérable sur la base cylindrique d'une manière grâce à laquelle la lentille se trouve à une certaine position par rapport à la base cylindrique A cette fin, on a inclus un élément de

blocage venant en prise avec la base cylindrique et solli-

citant l'élément de montage et sa lentille de laser vers

ladite certaine position par rapport à la base cylindrique.

Dans un exemple de mode de réalisation ç 1 ela présente invention, l'élément de blocage comprend au moins une rainure pouvant coopérer avec un doigt ou axe corres- pondant fixé à la base cylindrique et pouvant être placé dans ladite rainure Lors du déplacement et en particulier de la rotation de l'élément de blocage dans une première direction, le doigt pénètre dans la rainure de l'élément de blocage de manière à accoupler l'élément de blocage avec la base cylindrique et à solliciter la lentille de laser

vers ladite certaine position.

Suivant un autre aspect de la présente invention, l'élément de montage comprend au moins un passage qui y est formé à travers lequel-un gaz est pompé pour former un jet gazeux dirigé sur la lentille du laser et tendant à évacuer tous débris qui s'y déposent pendant l'usinage A titre illustratif, l'élément de montage peut comprendre un espace annulaire en communication avec chaque passage d'une pluralité de passages, grâce à quoi l'écoulement gazeux dirigé sur l'espace annulaire traverse chaque passage de ladite pluralité de passages de manière à former une pluralité analogue de jets gazeux dirigés sur la

la lentille de laser.

Suivant une autre caractéristique de la présente invention, une lampe est montée sur l'élément de montage pour diriger sur la pièce d'usinage une radiation visible grâce à laquelle on peut aligner la pièce d'usinage par rapport au faisceau laser, un connecteur électrique étant inclus qui comprend des parties mâle et femelle montées sur les parties opposées de l'élément de blocage et de la base cylindrimue pour fournir l'alimentation-électrique à la lampe Suivant un autre aspect de la présente invention, un mécanisme de retenue se présentant sous la forme d'une cheville et d'une ouverture correspondante est disposé sur des parties correspondantes de l'élément de blocage de la base cylindrique pour empêcher la rotation de l'élément de montage une fois que les parties male et femelle du connecteur électrique ont été accouplées tout en permettant la rotation de l'élément de blocage pour amener la lentille

de laser jusqu'à ladite certaine position.

On va maintenant décrire de façon détaillée ci-

après un mode de réalisation préféré de la présente inven-

tion en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:

la figure 1 est une vue en perspective d'un assem-

blage combustible nucléaire comprenant une pluralité de grilles réalisées selon les enseignements de la présente invention; les figures 2 A-2 C sont, respectivement, une vue en perspective, une vue en plan et une vue latérale en coupe d'une grille de barres de combustible réalisée selon les enseignements de la présente invention et incorporée à l'assemblage de la figure 1; la figure 3 est une représentation schématique en perspective du système laser pour engendrer et pour diriger, en se basant sur une utilisation en temps partagé, un faisceau laser émis par une source laser unique sur chacune de deux pièces d'usinage, par exemple des grilles de barres de combustible nucléaire; la figure 4 est une vue en élévation frontale partielle du système de soudage à laser représenté sur la figure 3; la figure 5 gst une vue en coupe du dispositif optique de focalisation de laser représenté d'une façon générale sur la figure 3; les figures 6 A et 6 B sont respectivement une vue

en plan de l'élément de montage et une vue latérale partiel-

lement arrachée de la bague de blocage représentée sur la figure 5; et la figure 7 est une représentation schématique d'un système d'alimentation d'argon grâce auquel un gaz inerte approprié, par exemple de l'argon, est envoyé partir d'un réservoir de ce système à chacune des chambres de soudage et des dispositifs optiques de focalisation de laser. Les grilles 16 de barres de combustible sont constituées comme décrit ci-dessus des lames intérieure et extérieure 20 et 22 de grilles qui sont assemblées et soudées les unes aux autres comme représenté sur les figures 2 A à 2 C. Chacune des lames 20 et 22 de grille est découpée à la presse dans un rouleau continu Ld'un matériau fendu et une certaine quantité d'huile s'accumule sur sa surface lors de l'opération de découpage à la presse On nettoie la pellicule d'huile et, ensuite, la lame estsoumise à un traitement thermique puis assemblée dans un dispositif d'assemblage'comme décrit dans la demande de brevet français déposéece même jour au nom de la demanderesse sous le titre de "Dispositif, bande de retenue et procédé pour l'assemblage de grilles de support de barres de combustible nucléaire" (demande de brevet américain N O 49 722) Ensuite, la grille 16 est soudée par le système de soudage 102 à laser de la

présente invention qui effectue chacune des soudures d'in-

tersection 32, des soudures linéaires 30 d'angle, et des soudures 34 de fentes de pattes, et des soudures linéaires

40 d'encoche dans une atm osphère pure d'un gaz inerte.

La grille 16 de barres de combustible est déplacée le long de ses axes X et Y, qui définissent un plan, en une séquence de mouvements par incrémentsde manière à positionner chaque intersection des lames intérieures 22 de grille en-dessous

d'un faisceau laser 178, comme représenté sur la figure 3.

Lorsque chacune des soudures d'intersection a été terminée,.

la grille 16 de barres de combustible est entraînée en rotation autour de son axe Y pour présenter la surface de

chaque lame extérieure 22 de grille au faisceau laser 178.

Bien que le faisceau laser pulsé 178 soit dirigé sur la lame extérieure 22 de grille, un système 288 de positionnement X-Y représenté sur la figure 4 déplace la grille 16 de barres de combustible le long de son axe X pour permettre au faisceau laser 178 d'effectuer chacune des soudures linéaires 30 d'angle et des soudures 34 de fenteset de pattes.

Un dispositif 238 d'entraînement autour d'un axe B, repré-

senté sur la figure 4, peut venir en prise avec un dispositif de support rotatif 242 destiné à recevoir la grille 16 de barres de combustible, comme représenté sur la figure 3, et peut être actionné de manière à faire tourner la grille 16 de barres de combustible depuis une première position dans laquelle la surface supérieure de la grille 16 est disposée de façon sensiblement perpendiculaire au faisceau laser 178, jusqu'à une seconde position, dans laquelle la surface supérieure de la grille 16 est disposée sensiblement à 90 par rapport à sa première position, et la surface de la lame extérieure 22 est disposée de façon sensiblement perpendiculaire au faisceau laser 178 Le dispositif 238

d'entraînement autour de l'axe B peut également être action-

né de manière à déplacer le dispositif de support rotatif 242 et la grille 16 de barres de combustible montée sur ce dernier jusqu'à une troisième position, dans laquelle la surface supérieure de la grille 16 est disposée suivant un angle de 450 par rapport à sa position initiale, grâce à quoi le faisceau laser 178 peut être dirigé sur l'interface entre chacune des encoches 38 (voir figures 2 A et 2 C), formées dansles lames intérieures 20 de la grille, et le manchon de guidage 36 qui y est disposé, de manière à effectuer les soudures linéaires 40 d'encoche En particulier, le système 288 de positionnement X-Y déplace la grille 16 de barres de combustible le long de son axe Y pour effectuer la soudure linéaire 40 d'encoche Le procédé pas à pas utilisé pour réaliser chacune des soudures d'intersection 32, des soudures linéaires 30 d'angle, des soudures 34 de fentes et de pattes et des soudures linéaires 40 d'encoche est décrit de façon plus spécifique dans les demandes de brevetsfrançais déposées ce même jour au nom de la demanderesse sous les titres respectifs -" GRILLE A BARREAUX COMBUSTIBLES AVEC DES MANCHONS SOUDES DANS DES BANDES ENCOCHEES" et

"DISPOSITIF, BANDE DE RETENUE ET PROCEDE POUR L'ASSEMBLAGE

DE GRILLES DE SUPPORT DE BARRES DE COMBUSTIBLE

NUCLEAIRE".

Comme représenté sur la figure 3, le système laser 102 peut, dans un exemple de mode de réalisation de la présente invention, se présenter sous la forme du système laser fabriqué par Raytheon sous le numéro de désignation modèle S 5500 Le système laser 102 comprend un barreau 170 de laser se présentant sous la forme par exemple d'un laser à cristal YAG dopé au Nd et une paire de lampes linéaires à éclaiizau crypton placées dans une tête de laser à haut rendement La tête de laser comprend un miroir 182 à réflexion totale et un miroir 184 à réflexion partielle disposés respectivement sur l'une et l'autre des extrémités

du barreau 170 de laser Un obturateur 188 de cavité inté-

rieure est disposé entre le barreau 170 de laser et le miroir 182 à réflexion totale et est commandé sélectivement de manière à libérer un nombre choisi d'impulsions laser, grâce à quoi l'énergie communiquée pour effectuer la soudure au laser peut être réglée avec précisiond'ure manière que l'on va expliquer ci-après La tête de laser a une structure

modulaire pour que l'on puisse remplacer facilement et in-

dépendamment tous ses éléments optiques comprenant le barreau de laser, les lampes d'excitation 186 et les miroirs 182 et 184 Les lampes d'excitation 186 doivent être remplacées rapidement sans perturber l'alignement optique En outre,

les lampes d'excitation ou lampes à éclairs 186 sont refroi-

dies par eau sur la totalité de leur longueur, y compris leursconnecteursd'extrémité Un déclenchement des lampes assure une pulsation parallèle des lampes d'excitation 186 par excitation de la cavité Le barreau 170 de laser doit être choisi, par exemple, de manière qu'une puissance moyenne de 400 watts soit obtenue à l'endroit de la pièce d'usinage avec une puissance dtentrée appliquée au circuit de formation d'impulsion ne dépassant pas 18 KW lors d'un fonctionnement à des largeurs d'impulsion de 6 ms et 2 ms

et des fréquences d'impulsion de 20 Hz et 50 Hz respecti-

vement Un obturateur 190 de décharge peut être amené dans une première position pour diriger le faisceau laser 177 le long d'un trajet détourné 196 jusqu'à un dispositif 194 d'absorption de faisceau pendant les périodes durant lesquelles les pièces d'usinage, se présentant sous la forme de grilles 16 de barres de combustible, sont changées à l'intérieur des chambres 108 Un mécanisme d'actionnement 192 sert à faire passer l'obturateur 190 de sa première position d'intersection de faisceau jusqu'à une seconde position dans laquelle le faisceau 177 est focalisé par un

dispositif optique 198 de dilatation de faisceau sur un-

mécanisme d'orientation de faisceau constitué par le miroir

mobile 172 de commutation de faisceau et le miroir fixe 174.

Lorsque le miroir de commutation 172 est disposé de manière à intercepter le faisceau laser 177, celui-ci est dévié le long du trajet 178 a vers le miroir 176 a d'orientation verticale pour être dirigé verticalement Le dispositif optique 204 a de focalisation de laser intercepte et focalise le faisceau laser 178 a sur la grille 16 de barres de combustible à

l'intérieur de la chambre 108 a Comme représenté, le dis-

positif optique 204 de focalisation de laser, ainsi qu'on le décrira de façon détaillée par la suite, comprend une

lentille 202 et un tube 200 de support de lentille position-

né de façon rectiligne dans le dispositif 222 de position-

nement de laser suivant l'axe Z, comme représenté sur la

figure 4 Lorsque le miroir réflecteur 172 est entraîné en.

rotation par le moteur 175 à partir d'une position o il intercepte le faisceau laser 177, ce faisceau est dévié par le miroir réflecteur fixe174 de manière à former le faisceau laser 178 b dirigé par le miroir d'orientation verti cale

176 b vers la chambre de soudage-108 b.

Les lampes d'excitation 186 sont alimentées par une source d'énergie Cette source d'énergie 120 comprend, à titre illustratif, une source de courant continu régulée en tension qui charge un circuit de formation d'impulsions (PFN) à travers une bobine d'induction de charge Le CNC

associé 126 ferme alternativement les interrupteurs (re-

dresseurs au silicium commandés) qui chargent le PFN à partir de la batterie de condensateur d'emmagasinage de décharge de la source de courant continu et déchargent le PFN dans les lampes d'excitation 186 de manière à exciter ainsi le barreau 170 de laser pour émettre une série d'impulsions laser Les lampes d'excitation 186 doivent fonctionner en mode "modéré" dans lequel les lampes 186

fonctionnent avec un niveau faible de courant continu en-

dessous du seuil d'émission laser et des impulsions de courant de forte intensité sont superposées au courant "modéré" pour engendrer les impulsions laser Le PFN doit

fournir des impulsions d'une largeur de 2 ms et 6 ms.

Pour favoriser l'alignement initial de la chambre de soudage 108 et, en particulier, de la grille 16 de barres de combustible par rapport au faisceau laser 178, on a prévu un moyen pour observer ou viser-la grille 16 et, en particulier, pour déterminer sa position exacte par rapport au faisceau laser 178, ce moyen se présentant sous la forme

d'une caméra TV 206 d'alignement qui est alignée de manière.

à établir un trajet 214;'d'image qui coïncide avec le trajet du faisceau laser 178 a Comme on peut le voir sur la-figure 3, le trajet 214 d'image est focalisé par une lentille 210, transmis sélectivement par un obturateur agréé par le Bureau de la Santé Radiologique *(BRH) ou obturateur de sécurité 212 et dirigé à travers le miroir 176 à transmission partielle vers la caméra TV 206 La lentille 202, en plus de focaliser

le faisceau laser 178 sur la grille 16 de barres de combus-

tible, focalise également, à l'aide de la lentille 210, l'image de la grille 16 sur la caméra TV 206 Comme on va

l'expliquer ci-dessous, le dispositif optique 204 de foca-

lisation de faisceau laser comprend également une lampe d'éclairage qui est alimentée sélectivement pour éclairer la grille 16 à des fins d'alignement -L'obturateur BRH 212

est ouvert et fermé sélectivement pour permettre l'aligne-

ment de la grille 16 par rapport aufaisceau laser 178 et il demeure fermé pendant toutes les autres périodes à

titre de mesure de sécurité.

Comme illustré sur la figure 3, chacune des chambres de soudage 108 peut être déplacée d'une première position ou position de soudage représentée en traitrmixtes jusqu'à une seconde position ou position sortie Lorsque la chambre de soudage 108 se trouve dans sa seconde position,

le faisceau laser 178 est dirigé par son miroir 176 d'orien-

tation verticale sur un dispositif de mesure de puissance

ou thermopile 218, supporté dans un tube de protection 216.

Comme on le verra par la suite, le tube de protection 216 est monté sur une partie arrière de la chambre de soudage 108 et comprend une ouverture réduite 220 au moyen de laquelle le faisceau laser 178 peut être confiné de façon

efficace à l'intérieur dutube de protection 216 Périodi-

quement, la chambre de soudage 108 est amenée dans sa seconde position ou position sortie et le faisceau laser 178 est dirigé sur la thermopile 218 pour fournir une indication de la puissance de sortie du barreau 170 de laser qui est communiquéeen réalité à la grille 16 de barres de combustible Dans le cas ou une charge intensive est imposée au système laser 102, il faut envisager une atténuation du rendement du laser par suite de l'épuisement du barreau 170 de laser et/ou de ses lampes d'excitation 186 et en raison également de la présence de la fumée et des débris engendrés pendant le soudage au laser De ce fait, pour obtenir des soudures précises et reproductibles, on augmente la tension appliquée aux lampes d'excitation 186 au-delà de la durée de vie utile du système laser 102 selon

les indications de la thermopile.

En se référant maintenant à la figure 4, on voit que l'on y a représenté une table coulissante 262 qui permet à la chambre de soudage 108 d'être évacuée de sa première position ou position de soudage, dans laquelle le faisceau laser 178 est dirigé dans la chambre de soudage 108, jusqu'à sa seconde position ou position de sortie dans laquelle l'opérateur de la machine peut retirer la grille 16 de barres de combustible de la chambre de soudage 108 A cette fin, une table coulissante 262 est montée sur une plateforme X-Y 244 positionnée avec précision, cela de manière à être entraînée positivement par un moteur 266 d'entrainement coulissant d'une façon rectiligne entre sa première position ou position de soudage et sa seconde

position ou position sortie par rapport à l'armoire 104.

La table coulissante 262 comprend un rail de sécurité 264

qui fait saillie en avant du bord avant de la table coulis-

sante 262 pour ei pcher que l'opérateur puisse être blessé.

Le moteur 266 d'entraînement coulissant est couplé, par une chaîne d'entraînement 272, à un dispositif d'entraînement 268 à vis destiné à entraîner de façon rectiligne la table

coulissante 262.

En se référant à la figure 4, on voit que l'on y a représenté des moyens pour positionner avec précision la plateforme X-Y 244 et, par conséquent, la chambre de soudage 108 a dans sa première position ou position de soudage à l'intérieur de son module de positionnement 106 a et dans sa seconde position ou position sortie Il est capital que la chambre de soudage 108 et, en particulier, sa grille 16 de barres de combustible soient disposées de façon précise par rapport au faisceau laser 178 A cette fin, un dispositif avant de repérage 284 dirige sélectivement son axe ou doigt de repérage 316 depuis une première position ou position rappelée jusqu'à une seconde position ou

position de blocage dans laquelle il est disposé à l'inté-

rieur d'une ouverture 318 d'un élément de positionnement 317 fixé àdemeure à la table coulissante 262 de manière à positionner ainsi avec précision la table coulissante 262

par rapport au faisceau laser 178 Un élément de position-

nement similaire (non représenté) est disposé à la partie arrière de la table coulissante 262 et est fixé à demeure à cette table de manière à coopérer avec le doigt ou axe de repérage 316 du dispositif de repérage avant 284 pour

positionner et maintenir de cette façon la table coulis-

sante 262 et, par conséquent, la chambre de soudage 108 dans sa seconde position ou position sortie Bien que cela

n'ait pas été représenté, on a également inclus un disposi-

tif de repérage arrière qui est assujetti de façon fixe par rapport au module de positionnement 106 en vue d'actionner un doigt ou axe de repérage similaire de manière qu'il vienne

en prise avec la table coulissante 262 dans sa première posi-

tion ou position de soudage et la maintienne dans cette position On comprendra que le dispositif de repérage avant 284 et le dispositif de repérage arrière viennent en prise avec la table coulissante 262 de manière à placer la table coulissante 262 et sa chambre de soudage 108 avec la grille 16 de barres de combustible qui s'y trouve dans une position fixe par rapport au faisceau laser 178, grâce à quoi un usinage de précision peut être effectué sur la grille 16 de barres de combustible Les dispositifs de repérage avant et arrière peuvent, par exemple, se présenter sous la forme

des mécanismes à plongeur fabriqués par De Staco.

Comme représenté sur la figure 4, chacun des modules de positionnement 106 comprend des moyens pour positionner avec précision la chambre de soudage 108 et, en particulier, la grille 16 de barres de combustible qui y est contenue, dans une pluralité de positions réglées avec précision le long des axes X et Y d'un plan, et à faire tourner ce plan suivant un anale réglé avec précision autour de l'axe Y, grâce à quoi une grande diversité de

soudures peut être effectuée par le faisceau laser 175.

Le système 288 de positionnement X-Y est monté sur la table coulissante 262 pour supporter et positionner la chambre de soudage 108 Le système 288 de positionnement X-Y comprend une table 290 de positionnement X et une table 292 de positionnement Y montée sur cette dernière Les tables 290 et 292 de ndsitionnement X et Y peuvent se présenter

sous la forme du mécanisme fabriqué par la Shaum Manufac-

turing Company sous le numéro de désignation de produit DC 1212 La table 290 de positionnement X sert à déplacer la chambre 108 dans une direction sensiblement perpendiculaire

au plan de la figure 4, tandis que la table 292 de position-

nement Y' déplace la chambre 108 le long d'une direction perpendiculaire à la surface d'un côté 152 du module de positionnement 106 La table 292 de positionnement Y est associée à un moteur 296 d'entraînement Y qui comprend un résolveur (ou dispositif d'asservissement de position) et un tachymètre, grâce à quoi des distances précises par incrém ents peuvent être communiquées à la chambre de soudage 108 De façon similaire, la table 290 de positionnement X est associée à un moteur d'entraînement X,à un résolveur et

à un tachymètre (non représenté).

Le dispositif 238 d'entraînement en rotation autour de l'axe B représenté d'une façon générale sur la figure 4 peut venir en prise avec là chambre de soudage 108 et, en particulier, avec un dispositif de support 242 monté de façon tournante à l'intérieur de la chambre de soudage 108 de manière à positionner par rotation la grille 16 de barres de combustible par rapport au faisceau laser 178, comme représenté sur la figure 3 On comprendra que la grille 16 de barres de combustible peut être fixée au dispositif de support rotatif 242, grâce à quoi elle peut être disposée* de façon tournante autour de l'axe Y Le fonctionnement et la structure du système de positionnement X-Y comprenant

la table 290 de positionnement X et la table 282 de posi-

tionnement Y avec les moteurs d'entraînement associés, la table coulissante 262 avec son moteur 266 d'entraînement coulissant, et le dis"ositif 238 d'entraînement en rotation autour de l'axe B et le dispositif de support rotatif 242 sont décrits de façon complète dans la demande de brevet français déposéece même jour au nom de la demanderesse sous le titre de "UNE CHAMBRE D'USINAGE MOBILE

AVEC MONTURE TOURNANTE POUR LA PIECE".

-En se référant maintenant à la figure 5, on voit que l'on y a représenté en détail le dispositif optique 204 de focalisation de laser monté sur le dispositif 222 de positionnement de laser suivant l'axe Z en vue d'un déplacement rectiligne le long de l'axe Z jusqu'à la chambre de soudage 108,et depuis cette chambre et, en particulier, son chapeau de protection 422, pour permettre de refocaliser le faisceau-laser 178 sur la grille de barres de combustible Le dispositif 204 comprend le tube 200 de support de lentille disposé verticalement et aligné concentriquement au faisceau laser 178 Une base 430 de tube est disposée au fond du tube 200 de support de lentille et est raccordée à ce dernier pour loger de façon amovible un élément 440 de montage de lentille Comme

représenté dans le croquis détaillé de la figure 5, l'élé-

ment de montage 440 est configuré de manière à recevoir une bague de blocage 436 comportant une pluralité de rainures hélicoïdales 434, par exemple trois rainures, disposées de manière à recevoir une pluralité correspondante de doigts ou axes de blocage * 432 Lors de sa rotation,la bague de

blocage 436 et son élément de montage 440 peuvent être -

bloqués sur la base 430 de tube Un capot 438 de sécurité est réalisé suivant une configuration-conique pour diriger le faisceau laser focalisé 178 sur la pièce d'usinage et comporte une partie périphérique filetée destinée à se visser surun filetage se trouvant sur la partie périphérique

intérieure de l'élément de montage 440 D'une façon simi-

laire, la lentille 202 est supportée à l'intérieur d'une ouverture centrale d'un élément de montage 440 et est retenue dans ce dernier par une bague de retenue 442 filetée périphériquement pour se visser dans un filetage se trouvant sur l'élément de montage 440, grâce à quoi la bague de retenue peut être vissée-sur l'élément de montage 440 pour

retenir en position de façon libérable la lentille de foca-

lisation 202.

Le capot de sécurité 438 est disposé dans une ouverture d'un capot 446 de lampe pour fixer ce capot 446 à l'élément de montage 440 Une paire de lampes 428 à halogène et à quartz est disposée à l'intérieur du capot 446 de lampe pour éclairer la pièce d'usinage de manière à permettre l'alignement de cette pièce par rapport à l'axe Z, c'est-à-dire au faisceau laser 178 La température de fonctionnement des lampes 428 empoche les débris de soudage de se déposer sur ces dernières Comme on va le décrire en détail ci-après, l'opérateur aligne la pièce d'usinage par rapport au faisceau laser 178 en observant un CRT affichant l'image prise par la caméra TV 206, grâce à quoi l'opérateur peut placer son réticule électronique associé à la caméra TV 206 sur un emplacement initial de soudure pour déterminer un décal,age ou écart entre une position de référence et le premier emplacement de soudure visé; ce décalage est ensuite incorporé automatiquement aux signaux de commande appliqués au système 288 de positionnement X-Y, grâce à quoi chacune des soudures se trouve positionnée avec précision par rapport au faisceau laser 178 Les lampes 428 sont alimentées par des conducteurs s'étendant jusqu'au capot 446 de lentille via un orifice 449 d'entrée électrique et insérés dans une partie 201 de montage de tube et un conduit 451 s'étendant depuis la partie 201 jusqu'à la base 430 de tube De façon similaire, un écoulement de gaz inerte, par exemple de l'argon, e t introduit dans l'espace formé par le capot de sécurité 438 et la lentille 202 par un orifice 438 d'admission d'argon vissé dans une ouverture de la partie 201 de montage de tube et depuis cette dernière via un conduit 450 aboutissant à l'élément de montage 440. L'élément de montage 440 comporte un injecteur d'argon formé en alignement avec le conduit 450, grâce à quoi l'écoulement d'argon forme un jet pénétrant dans le capot 438, ce qui

fait que les débris ou contaminants engendrés pendant l'opé-

ration de soudage sont évacués efficacement de manière à ne pas atténuer le faisceau laser 178 focalisé sur la pièce d'usinage Comme représenté sur la figure 5, l'écoulement d'argon s'échappe du capot de sécurité 438 et pénètre dans l'espace confiné par la bague de protection 420 et le chapeau

422 pour s'échapper par l'orifice de sortie 454.

En se référant maintenant à la figure 6 A, on voit que l'on y a montré une vue en plan détaillée de l'élément de montage 440 représenté d'une façon générale sur la figure 5 En particulier, on voit que l'on y a représenté un espace annulaire 453 formé dans une surface supérieure de l'élément de montage 440 et s'étendant sur plus de 2700 de la circonférence de l'élément de montage 440, de manière à recevoir le gaz argon à partir du conduit 450 et &

distribuer ce gaz à chaque passage d'une pluralité de pas-

sages 452 a-k qui communiquent avec l'espace annulaire 453.

Le gaz argon est acheminé à travers le conduit 450 et l'espace annulaire 453 jusqu'à chacun des passages 452 pour être dirigé sur la lentille 202 de manière àl empêcher

le dépôt des débris de soudage sur la lentille 202 de laser.

En outre, une ouverture 457 reçoit une partie m Rle 455 b d'un connecteur électrique 455 pour permettre l'accouplement de cette partie avec une partie femelle 455 a montée sur la base 430 de tube, comme représenté sur la figure 5 L'élément de montage 440 peut être séparé facilement de la base 430 de tube pour que l'on puisse nettoyer de la lentille 202 de laser les débris de sondage Lors du remontage, on aligne l'élément de montage 440 avec la base 430 de tube de telle sorte que les parties male et femelle des connecteurs électriques 455 soient alignées l'une avec l'autre pour permettre l'application de l'énergie électrique aux lampes 428 à quartz Pour favoriser l'alignement du connecteur, un axe ou cheville 447 est fixé à la surface supérieure de l'élément de montage 440 de telle sorte que lorsque l'on presse l'élément de montage 440 contre la base 430 de tube,

l'axe ou cheville 447 pénètre dans une ouverture (non re-

présentée) d'ajustement sans jeu que comporte la base 430 de tube, grâce à quoi les forces de rotation appliquées à la baguede blocage 436,ne sont pas transmises au connecteur

électrique 455.

Sur la figure 6 B, on a représenté une vue latérale

de la bague de blocage 436, cette vue illustrant plus clai-

rement la rainure hélicoïdale 434 usinée dans un bord de cette bague Comme on le voit sur laftgure 5, la bague de blocage 436 assujettit l'élément de montage 440 à la base 430 de tube et est fixée de façon libérable à cette dernière pour permettre l'enlèvement de l'élément de montage 440 et le nettoyage de la lentille 202 de laser On fait tourner la bague de blocage 436 dans une première direction de manière que ces trois rainures 434 viennent en prise avec

une pluralité analogue d'axes ou doigts de blocage équi-

distants 432 Au fur et à mesure que l'on fait tourner la

bague 436 dans la première direction, elle est tirée axia-

lement vers le haut par rapport à la figure 5, ce qui fait

venir-la lentille 202 de laser dans sa position correcte.

On comprendra que le positionnement précis de la lentille 202 de laser est nécessaire pour effectu E le soudage de précision de la grille 16 de barres de combustible Au fur et à mesure que l'on fait tourner la bague de blocage 436 dans la première direction, l'axe ou doigt de blocage 432 se déplace vers le bas dans la rainure 434 et parvient à l'extrémité de la rainure 434 qui a été légèrement agrandie pour former une ouverture d'encliquetage 435 de dimension critique Une pluralité de joint toriques 445 sont disposés entre un rebord 443 de la bague de blocage 436 et une partie extrudée de l'élément de montage 440 pour constituer un moyen sollicitant de façon élastique les axes ou doigts

de blocage 432 dans leurs ouvertures d'encliquetage respec-

tives 435 Les ouvertures d'encliquetage 435 ont été usinées avec soin de manière que lorsque l'on fait tourner la bague de blocage 436 jusqu'à sa position extrême dans la première direction, chaque axe ou doigt de blocage 432 vienne dans son ouverture d'encliquetage 435 et soit poussé par les joints toriques 445 vers le bas de manière que l'axe ou doigt de blocage 432 porte contre la surface la plus haute de l'ouverture d'encliquetage 435, grâce à quoi on peut positionner de façon répétée et précise la lentille 202 par rapport à la base 430 de tube De cette manière, on peut démonter de façon répétée l'élément de montage 440 pour pouvoir nettoyer périodiquement la lentille 202 de laser,puis remonter l'élément de montage sur la base 430 de tube de manière à positionner de nouveau avec précision la lentille

202 de laser à l'aide de cet élément.

Le tube 200 de support de lentille et, en parti-

culier, la partie 201 de montage du tube, est monteeà l'aide d'un dispositif de montage 460 sur le dispositif 222 de positionnement de laser suivant l'axe Z, comme représenté de façon plus complète sur la figure 4 Un soufflet 456 est fixé à la partie la plus haute du tube 200 de support de lentille pour assurer une protection du faisceau laser dirigé à travers ce tube tout en permettant au dispositif 222 de positionnement de laser suivant l'axe Z de déplacer le dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser d'une façon rectiligne le long du trajet du faisceau laser 178, comme représenté en traitsmixt E sur la figure 5 De cette façon, la lentille 202 peut être disposée demanière

variable le long de l'axe Z afin de permettre une focali-

sation précise du faisceau laser 178 sur la pièce d'usinage dont on peut modifier la position par rapport au faisceau laser 178, par exemple en faisant tourner le dispositif de support rotatif 242 pour effectuer une soudure linéaire

d'encoche.

* Comme représenté sur la figure 4, le soufflet extensible 456 est fixé à la partie supérieure extrême du tube 200 de support de lentille et à l'enceinte protectrice 461 à l'aide d'une pièce 464 de fixation de soufflet Le dispositif 222 de positionnement de-laser suivant l'axe Z comprend une table 458 d'axe Z sur laquelle le dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser est monté à l'aide du dispositif 460 de montage de lentille et est entraîné par incrémentsde façon sélective par un moteur (non représenté) d'entraînement suivant l'axe Z D'une manière similaire au moteur d'entraînement suivant les axes X et Y, le moteur d'entraînement suivant l'axe Z comprend également un résolveur et un tachymètre pour fournir des signaux de sortie indiquant la position précise de la table 458 de déplacement suivant l'axe Z De cette manière, le dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser représenté en détail sur la figure 5 peut être positionné de nouveau de manière à focaliser avec précision le faisceau laser 178 sur la grille 16 de barres de combustible La table 458 de déplacement suivant l'axe Z est montée dans une position verticale en imposant ainsi au moteur 470 d'entraînement suivant l'axe Z une force qui est compensée par une paire de poulies 466 qui sont

actionnées par des ressorts et qui sont accouplées respec-

tivement à la table 458 de déplacement suivant l'axe Z par des câbles 472 passant autour des poulies 466 et fixées à cette table par un moyen de fixation appropriée La table 458 de-déplacement suivant l'axe Z peut, dans un exemple de mode de réalisation de la présente, invention, se présenter sous la forme d'une table fabriquée par

Design Components, Inc, sous la désignation SA 100 L'ac-

couplement entre le moteur d'entralnement suivant l'axe Z et la table 458 de déplacement suivant l'axe Z peut, à titre d'exemple, se présenter sous la forme des composants fabriqués par Shaum Manufacturing, Inc sous les désignations

"Heli-Cal" nos 3477-16-8 et 5085-8-8 Le moteur d'entraî-

nement suivant l'axe Z peut, à titre d'exemple, se présenter sous la forme du dispositif de servocommande à courant continu fabriqué par Control Systems Research, Inc, sous

la désignation SM 706 RH.

Un système 473 d'alimentation d'argon est repré-

senté sur la figure 7 et sert à fournir un écoulement d'un gaz inerte approprié, par exemple de l'argon, à la chambre de soudage 108 et au dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser à des débits choisis variables Le soudage au laser de matériaux volatils, tel que le Zircaloy, dont sont constituées les lames intérieureset extérieures 20 et 22 de grille doit être effectué dans une

atmosphère inerte en raison de la nature extrêmement réac-

tive du Zircaloy vis-à-vis de l'oxygène, de l'azote et de l'eau Des essais de soudure ont démontré qu'un écoulement de gaz inerte autour de la zone de soudure immédiate d'une pièce d'usinage n'assure pas vis-à-vis de l'oxygène et de l'eau ure protection adéquate pour l'obtention de la qualité élevée recherchée des soudures qui auront à supporter l'environnement hostile d'un réacteur nucléaire sans rupture Le système 473 d'alimentation d'argon représenté sur la figure 6 comprend la chambre de soudage 108 ainsi que le dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser représenté particulièrement sur la figure 5 Le système 473 d'alimentation d'argon comprend un réservoir 474 d'alimentation d'argon qui est couplé à une valve d'écoulement 476 qui sépare le réservoir 474 d'alimentation d'argon du restant du système 473 Cette valve 476 est maintenue entièrement ouverte sauf lorsqu'il est nécessaire de mettre hors fonction le système complet L'argon s'écoule

du réservoir 474 à travers la valve 476 jusqu'à un régu-

lateur 478 qui établit la pression du système de manière qu'elle ne dépasse pas le niveau maximal, par exemple 3,6 kg/cm ( 50 psi) Il est envisagé de régler l'écoulement d'argon jusqu'à chacune des chambres de soudage 108 a et 108 b jusqu'au dispositif optique 204 de focalisation de laser à une pluralité de débits différents selon que la grille 16 est ou n'est pas en cours de mise en place dans la chambre 16, selon que la chambre 108 est en cours de purge ou selon qu'une opération de soudage est en cours Par exemple, la purge de la chambre de soudage 108 exige un débit relativement élevé de gaz inerte, la pression ne devant pas dépasser à ce moment le niveau maximal A cette fin, une valve de décharge 482 est couplée à un manifold

480 destiné à recevoir l'écoulement de gaz et à le distri-

buer à chaque dispositif de commande d'écoulement massique d'une pluralité de dispositifs 484,486 et 488 de commande d'écoulement massique Les dispositifs 484,486 et 488

de commande d'écoulement massique sont raccordés respec-

tivement à la chambre de soudage 108, au dispositif de support rotatif 242 et au dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser En particulier, un débit réglé d'écoulement de gaz est fourni par le dispositif 484 d'écoulement massique par l'intermédiaire d'un tuyau souple 490 et à travers une plaque de diffusion 330 disposée dansla partie inférieure de la chambre de sondage 108 pour établir un écoulement laminaire du gaz inerte à l'intérieur de cette chambre de soudage 108 D'une façon similaire, l'écoulement de gaz provenant du dispositif 486 de commande d'écoulement massique est dirigé par l'intermédiaire du tuyau souple 490 sur l'orifice 500 d'admission d'argon, grâce à quoi l'argon est déchargé à travers les orifices de sortie 506 du dispositif de support rotatif 242 On comprendra que les tuyaux souples 490 sont utilisés pour permettre le déplacement de la chambre de soudage 108

pendant qu'elle est introduite dans son module de position-

nement 106 et extraite de ce module par la table coulissante 262 L'écoulement de gaz est envoyé à partir du dispositif 488 de commande d'écoulement massique par l'intermédiaire

d'un tuyau souple 490 au dispositif optique 204 de focali-

sation de faisceau laser et, en particulier, à l'orifice 448 d'admission d'argon, grâce à quoi l'argon peut être introduit par l'intermédiaire du conduit 450 et d'une pluralité d'injecteurs 452 dans l'espace qui est situé

immédiatement en-dessous de la lentille de focalisation 202.

Cet écoulement d'argon empêche les oxydes submicromiques engendrés par le soudage laser à l'intérieur de la chambre

de soudage 108 de contaminer la lentille 202.

Le détecteur 410 d'humidité (H 20) est disposé à l'intérieur de la chambre de soudage 108 et est couplé à un dispositif 492 de contrôle d'humidité L'opérateur et le CNC 126 vérifient le niveau d'humidité à l'intérieur de la chambre de soudage 108 pendant les opérations de purge et de soudage,grâce à quoi le soudage au laser peut être empêché si la teneur en humidité est supérieure à un niveau spécifié, par exemple 10 ppm De plus, une sonde 496 de détaction d'oxygène est disposée dans la plaque 156 de fermeture étanche pour échantillonner l'argon aspiré à travers l'ouverture périphérique entre le rebord supérieur 331 (voir figure 4) de la chambre de soudage 108 et la plaque 156 de fermeture étanche On comprendra que la sortie de la sonde 496 de détection d'oxygène sert également à fournir une indication de la teneur en azote dans la chambre 108 Le contrôle de l'atmosphère présent dans la chambre de soudage 108 commence lorsque la chambre de soudage 108

se trouve dans sa première position ou position de soudage.

Chaque sonde de détection d'oxygène ou dispositif de contrôle 496 comprend une admission de gaz d'étalonnage de sorte qu'il se produit un écoulement direct du gaz jusqu'à la sonde 496 La sortie de la sonde 496 est couplée à un analyseur 494 d'oxygène dont la sortie en parties par millions (ppm) peut être affichée sur l'instrument de mesure 498 du dispositif de contrôle Le système d'ordi- nateur peut être programmé de manière que la séquence de soudage ne soit pas déclenchée tant que le niveau d'oxygène ne se trouve pas en-dessous d'une valeur programmée, par exemple 7 ppm Pendant le soudage, l'échantillonnage de l'oxygène est interrompu automatiquement pour éviter une

contamination de la sonde 496 par les débris de soudage -

Le système 473 d'alimentation d'argon fournit à la chambre de soudage 108 un écoulement de gaz inerte, par exemple d'argon, à un débit sensiblement constant pour

maintenir l'atmosphère à l'intérieur de cette chambre sensi-

blement pure, c'est-à-dire en-dessous des limites de contamination par l'oxygène et par l'eau telles qu'on les a définies ci-dessus Ce débit est fixé selon que le système de soudage 102 à laser et, en particulier, sa chambre de soudage 108 se trouve dans son cycle de chargement et de déchargement, dans son cycle de purge, ou dans son cycle de soudage Conime on va l'expliquer, le système d'ordinateur associé à la chambre de soudage 108 règle directement l'écoulement massique du dispositif de commande 484, 486 et 488 sur l'un de plusieurs débits En particulier, on prévoit quatre potentiomètres pour chaque dispositif de commande d'écoulement massique Le système d'ordinateur actionne un potentiomètre choisi pour obtenir le débit de gaz nécessaire pour chacun des cycles de chargement et de déchargement, de purge et de soudage Pour changer le débit du programme, le CNC 126 adresse le potentiomètre, grâce à quoi l'opérateur peut alors régler le potentiomètre pour obtenir le débit voulu Le débit apparalt sur un affichage

numérique approprié du dispositif de commande Les dispo-

sitifs de commande d'écoulement massique sont étalonnés en

litres normaux par minute (SLPM).

Lorsque l'on ouvre la chambre de soudage 108 pour mettre en place et retirer une grille 16, il faut faire glisser la chambre de soudage 108 sur la table coulissante 262 par rapport à la plaque de fermeture étanche 156 et non pas ouvrir la plaque 156 de fermeture

étanche en la faisant pivoter comme une porte Cette tech-

nique faisant appel à un glissement réduit la turbulence air/argon et réduit à un minimum les courants d'air qui, sans cela, auraient tendance à mélanger l'air avec l'argon se trouvant dans la chambre de soudage 108 Pendant le cycle chargement/déchargement, l'écoulement d'argon est

réglé sur un faible débit pour maintenir l'atmosphère -

d'argon aussi pure que possible, de façon typique, un débit de l'ordre de 61 dm 3/h ( 30 CFH) Un débit élevé pendant le cycle de chargement/déchargement entraînerait une turbulence

qui aspirerait de l'air dans la chambre de soudage 108.

Le chargement/déchargement de la grille 16 devrait être effectué à l'aide d'un disposifif de préhension mécanique tel que celui décrit dans la demande de brevet français déposéece même jour au nom de la demanderesse sous le titre de " APPAREIL DE SAISIE ET DE MANIPULATION DE PIECES

D'USINAGE POUR SYSTEMES DE SOUDAGE AU LASER

ET AUTRES SYSTEMES ANALOGUES " Si un tel dispo-

sitif de préhension ou de saisie n'était pas utilisé,

l'opérateur placerait ses mains sur la chambre 108 en aug-

mentant ainsi le mélange de l'air et de l'argon et en introduisant une humidité supplémentaire indésirable dans

l'atmosphère d'argon.

Immédiatement avant le cycle de soudage et après que la chambre de soudage 108 a été ramenée dans sa première, position ou position de soudage, c'est-à-dire en-dessous de la plaque 156 de fermeture étanche, les dispositifs 484 et 486 de commande d'écoulement massique sont commandés par leur CNC 126 de manière à communiquer au gaz inerte un débit relativement élevé de l'ordre de 1080 dm 3/h ( 400 CFH), grâce à quoi une chambre de soudage 108 telle que celle représentée sur la figure 16 et mesurant approximativement 3,6 dm x 4 dm x 4 dm ( 14 x 16 x 16 pouces) peut être purgée, c'est-à-dire vidangée, de manière à abaisser le niveau d'oxygène à une valeur inférieure à 6 ppm environ en

une ninute.

Quand le cycle de purge est terminé, le système de

soudage 100 à laser et en particulier son système d'ordina-

teur, sont préparés en vue du déclenchement du cycle de soudage au laser durant lequel un débit de gaz sensiblement plus faible réglé par les dispositifs 484 et 486 de commande d'écoulement massique peut être introduit dans la chambre de soudage 108 De plus, les pompes d'échantillonnage et de gaz de soudure pour la sonde 496 de détection d'oxygène

sont arrêtées automatiquement pour empêcher une contamina-

tion par les débris de soudage Un débit relativement faible de l'ordre de 80 dmn 3/h( 30 CFH) s'est révélé suffisant pour maintenir l'atmosphère de la chambre de soudage en-dessous des niveaux de la pureté définis cidessus Comme représenté sur la figure 7, le gaz argon est introduit dans la base de la chambre de soudage 108 et s'écoule à travers la plaque de diffusion 330 de manière à créer un écoulement de gaz

laminaire qui "chasse" l'air de la chambre de soudage 108.

La densité plus élevée de l'argon et le débit sensiblement constant de ce dernier excluet l'air de la chambre de soudage

108 La plaque de diffusion 330 est en fibre d'acier ino-

xydable frittée et a une densité d'environ 60 % et une épais-

seur de 3,2 mm ( 0,125 pouce) En outre, la plaque de dif-

fusion 330 recouvre sensiblement la totalité de la section droite inférieure de la chambre de soudage 108 avec une structure de support non diffusante aussi petite que possible Plus la superficie de la plaque de diffusion diminue par rapport à la superficie de section droite de la chambre 108, plus il faut de temps et plus la quantité d'argon est grande pour purger d'air la chambre de soudage 108; ceci est un point important à prendre en considération lorsqu'il faut réaliser des grilles 16 à des ca_ dences de production rapides En outre, i 11 faut que la plaque de diffusion 330 soit rendue étanche de façon adéquate vis-à-vis des côtés de la chambre de soudage 108 pour que le gaz entrant soit obligé de diffuser à travers la plaque 330 et qu'il ne contourne pas simplement la plaque de diffusion

330 et remonte vers le haut le long des parois de la chambre.

De la même façon, il n'est pas nécessaire que le dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser représenté sur la figure 5 soit parfaitement étanche par rapport au chapeau 422 L'intervalle entre ce dispositif et ce chapeau constitue une ouverture permettant à l'argon de s'échapper de la chambre de soudage 108 lorsque l'on utilise un débit élevé d'argon pour purger d'air la chambre de soudage 108 Du fait que tous les gaz diffusent les uns

vers les autres, un écoulement constant de gaz est particu-

lièrement nécessaire pendant les cycles de soudure et de purge pour maintenir une atmosphère pure Bien qu'un petit intervalle soit de préférence nécessaire entre la chambre 108 et la plaque 156 de fermeture étanche ainsi qu'entre le chapeau 422 et le dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser, le reste de la chambre de soudage 108 doit être exempt de toute fuite Bien que l'argon soit plus lourd que l'air et aurait tendance a s'écouler vers l'extérieur à travers ces "fuites" de la chambre 108, l'air peut être également aspiré dans la chambre 108 par ce même trou en

contaminant ainsi l'atmosphère de la chambre de soudage 108.

Il est entendu que le système de soudage 102 à laser décrit ci-dessus est sous la commande d'un ordinateur numérique programmé Bien que cela n'entre pas dans le cadre de la présente invention, le système d'ordinateur commande le déplacement par incrêmentscommuniqué par le système 288 de positionnement X-Y à la chambre de soudage 108 et à la grille 16 de barres de combustible qui y est disposée et, en particulier, applique des signaux de commande discrets à chacun des moteurs d'entraînement X et Y couplés aux tables X et Y du système 288 D'une façon similaire, les signaux de commande sont fournis par le système d'ordina- teur au moteur d'entraînement couplé niécaniquemènt à la table coulissante 262 pour entraîner celle-ci entre sa première position ou position de soudage et sa seconde

position ou position de sortie De façon similaire, le dis-

positif 238 d'entraînement en rotation autour de l'axe B est sous la commande du système d'ordinateur au moyen duquel il peut être mis en prise avec le dispositif de support rotatif 242 non seulement pour détecter la position de ce dispositif rotatif 242, mais pour le déplacer en même temps que la grille 16 de barres de combustible qu'il supporte jusqu'à la position correcte en vue de la prochaine phase de soudage Le barreau 170 de laser et, plus particulièrement, une source d'énergie et un circuit de formation d'impulsionsassocié aux lampes d'excitation

186 de ce barreau soht sous la commande du système d'ordi-

nateur de manière que soit réglé le niveau de puissance la largeur et la fréquence d'impulsion de la tension fournie

aux lampes d'excitation 178 de telle sorte que des impul-

sions laser correspondantes soient dirigées sur la grille 16 de barres decombustible Le système 473 d'alimentation d'argon représenté sur la figure-7 et, en particulier, ses dispositifs 584,586 et 588 de commande d'écoulement massique sont couplés au système d'ordinateur et sont sous la commande de ce système pour effectuer un débit voulu d'introduction de l'argon dans chacune des chambres de soudage 108, dans le dispositif de support rotatif 242 et dans le dispositif optique 204 de focalisation de faisceau laser Le système de calculateur est décrit de façon plus complète dans la demande de brevet français déposéace même jour au nom de la demanderesse sous le titre de "

(demande de brevet américain N O 49 723).

On a donc décrit un dispositif optique pour un appareil d'usinage au laser gui permet d'enlever rapidement la lentille du laser en vue de son nettoyage et de son remontage dans les positions précises par rapport à la source laser et à la pièce à usiner De cette manière, l'usinage et, en particulier, les débris de soudage projetés pendant le déroulement du soudage de la pièce d'usinage peuvent être enlevés facilement afin d'empêcher de cette façon une atténuation importante du niveau de puissance du faisceau laser dirigé sur la pièce d'usinage Le dispositif optique de focalisation de faisceau laser est monté sur une table en vue de son déplacement le long du trajet-du faisceau laser pour permettre de cette façon au faisceau laser d'être focalisé de nouveau lorsque la pièce d'usinage est déplacée

dans une dimension s'étendant le long du trajet du laser.

Selon un autre aspect de la présente invention, le dispositif optique de focalisation de faisceau laser est associé à

une chambre de soudage destinée à recevoir la pièce d'usi-

nage et à maintenir cette pièce d'usinage dans un environ-

nement non réactif A titre d'exemple, on établit l'environ-

nement non réactif en envoyant, à des débits spécifiés, un gaz inerte tel que l'argon dans la chambre d'usinage et en permettant à ce gaz de s'échapper de la chambre par une ouverture formée entre la chambre et le dispositif optique de focalisation de faisceau laser à un débit qui empêche

l'introduction de gaz réactif dans la chambre.

Il est bien entendu que la description qui précède

n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent

y être apportées dans le cadre de la présente invention.

Re VúNDICA Tl IONS 1 Appareil pour effectuer un usinage au laser, caractérisé par le fait qu'il comprend a) une lentille ( 210) de laser pour focaliser le faisceau laser sur une pièce à usiner ( 16); b) une base ( 430) pour définir un trajet le long duquel le faisceau laser parvient à la pièce à usiner;

c) un élément de montage ( 440) pour recevoir la-

dite lentille de laser et adapté pour être fixé de façon amovible à ladite base de manière à permettre le-nettoyage des débris projetés à partir de la pièce à usiner pendant l'usinage; et d) un élément de blocage libérable ( 436) pouvant venir en prise avec ladite base pour fixer de façon libérable ledit élément de montage à ladite base et pour solliciter de façon élastique ledit élément de montage et ladite lentille

( 202) de laser.

2 Appareil suivant la revendication 1, carac-

térisé par le fait que ledit élément de blocage libérable comprend un élément élastique ( 445) disposé entre ladite base et ledit élément de montage pour solliciter de façon élastique ladite lentille de laser vers ladite certaine position. 3 Appareil suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit élément de blocage comprend un élément

de retenue ( 435) destiné à venir en prise avec ladite base.

4 Appareil suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite base comprend au moins un axe ou doigt de blocage ( 432) pouvant venir en prise avec ledit

moyen de retenue dudit élément de blocage.

Appareil suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que-ledit élément de blocage comprend une rainure ( 434) configurée et disposée de manière à recevoir

ledit doigt de blocage et à, coopérer avec ce doigt.

6. Appareil suivant l'une quelconque des revendi -

cations précédentes, caractérisé par le fait que ledit élément de montage comporte un passage ( 450) qui y est formé pour diriger un écoulement gazeux sur ladite lentille de laser de manière que cet écoulement tende à empêcher l'accumulation de débris projetés pendaftt l'usinage de la

pièce à usiner.

7 Appareil suivant la revendication 6, carac-

térisé par le fait que ledit élément de montage comprend un espace annulaire( 453)foriré dans cet élément et disposé de manière à communiquer avec ledit conduit et qu'une pluralité de massages ( 452) communiquent avec ledit espace annulaire, grâce à quoi l'écoulement gazeux reçu par ledit espace annulaire est dirigé dans-chacun des passages de ladite pluralité de passages pour former des jets correspondants

devant être dirigés sur ladite lentille de laser.

8 Appareil suivant l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre d'usinage ( 108) destinée à recevoir la pièce à usiner, un moyen de pompage pour envoyer dans ladite chambre un écoulement d'un gaz non réactif vis-à-vis de la

matière dont la pièce à usiner est constituée.