FR2622490A1 - Method and device for welding two workpieces using an electron beam - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE SOUDAGE DE DEUX PIECES A L'AIDE
D'UN FAISCEAU D'ELECTRONS
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant La soudure de deux pièces par faisceau d'électrons qui éLiminent les inconvénients dus au champ magnetq rémanent dans les pièces à souder, ce champ magnétique pouvant etre d'origine ferromagnétique ou thermo-electrique. METHOD AND DEVICE FOR WELDING TWO WORKPIECES USING
OF AN ELECTRON BEAM
DESCRIPTION
The present invention relates to a method and a device allowing the welding of two parts by electron beam which eliminate the drawbacks due to the residual magnetic field in the parts to be welded, this magnetic field can be of ferromagnetic or thermoelectric origin. .
Le soudage par faisceau d'électrons est Largement utiLisé à L'heure actuelle et en particulier dans te domaine nucléaire ou des éléments tels que Les cuves nécessitent de souder bord à bord des toles épaisses, c' est-à-dire ayant une épaisseur de L'ordre de 100 mm ou même davantage. L'opération est effectuée de manière connue dans une chambre étanche dans laquelle on crée une dépression par rapport à la pression atmosphérique. Le soudage de deux éléments métalliques est réalisé par la fusion du métal de part et d'autre de La zone de contact entre Les deux pièces, cette zone de contact étant appelée "ligne de joint" ou "joint de soudure". L'opération est effectuée généralement sans métal d'apport, La chaleur de fusion étant fournie par Le faisceau d'électrons produit par un canon à électrons. Electron beam welding is widely used at the present time and in particular in the nuclear field or in elements such as tanks require edge-to-edge welding of thick sheets, that is to say having a thickness of The order of 100 mm or even more. The operation is carried out in a known manner in a sealed chamber in which a vacuum is created relative to atmospheric pressure. The welding of two metallic elements is carried out by the fusion of the metal on either side of the contact zone between the two parts, this contact zone being called "joint line" or "weld joint". The operation is generally carried out without filler metal, the heat of fusion being supplied by the electron beam produced by an electron gun.
Le document FR-A-1 141 535 décrit un-procédé de ce type. Document FR-A-1 141 535 describes a process of this type.
Cependant, la chambre de soudage étant étanche et mise sous vide, il n'est pas facile de suivre de près Les opérations de soudure. Dans La pLupart des cas, Le déplacement relatif entre
Le faisceau et Les pièces à souder est automatisé et peut être piloté # n microprocesseur. Pour la soudure entre deux métaux ferreux o# même nature, appelée "soudure homogène", il subsiste un problème de champ magnétique rémanent. En effet, les pièces en matériau magnétique, tel que les métaux ferreux, sont Le siège d'un champ magnétique résiduel appelé "champ magnétique rémanent et ce dernier a une influence sur la trajectoire du faisceau d'électrons, ce qui ne permet pas d'obtenir un joint de soudure parfait.However, the welding chamber being sealed and placed under vacuum, it is not easy to closely monitor the welding operations. In most cases, the relative displacement between
The harness and the parts to be welded is automated and can be controlled # n microprocessor. For the welding between two ferrous metals o # same nature, called "homogeneous welding", there remains a problem of residual magnetic field. Indeed, parts made of magnetic material, such as ferrous metals, are the seat of a residual magnetic field called "residual magnetic field and the latter has an influence on the trajectory of the electron beam, which does not allow d '' get a perfect solder joint.
La figure 1 ci-jointe illustre ce défaut. On voit que les deux pièces à souder 10 et 12, ayant une épaisseur e de l'ordre de 100 mm ou davantage, sont mises en contact L'une avec
L'autre le long d'un bord, ce qui définit la ligne de joint 14.Figure 1 attached illustrates this defect. It can be seen that the two parts to be welded 10 and 12, having a thickness e of the order of 100 mm or more, are brought into contact with one
The other along an edge, which defines the joint line 14.
La soudure est effectuée à l'aide d'un faisceau d'électrons 16 produit par un canon à électrons, lequel n'est pas représenté sur la figure 1. Le faisceau 16 tombe verticalement sur la face supérieure des pièces 10 et 12 exactement au niveau de la ligne de joint 14. Des dispositifs connus permettent de bien naftriser la trajectoire du faisceau 16, par exemple l'utiLisation d'un blindage entourant le faisceau entre la sortie du canon à électrons et la face supérieure des pièces 10 et 12.The welding is carried out using an electron beam 16 produced by an electron gun, which is not shown in FIG. 1. The beam 16 falls vertically on the upper face of the parts 10 and 12 exactly at level of the joint line 14. Known devices make it possible to naftriser the path of the beam 16, for example the use of a shield surrounding the beam between the exit of the electron gun and the upper face of the parts 10 and 12.
S'il n'y avait pas de champ magnétique rémanent à l'interieur de ces dernières, le faisceau resterait vertical (c'est-à-dire suivrait la trajectoire 16a) et la soudure serait effectuée exactement suivant la ligne de joint 14. Cependant, dans le cas des métaux ferreux, il reste-toujours un champ magnétique rémanent représenté symboliquement sur la figure 1 par les lignes en traits interrompus 18. Ce champ magnétique a pour effet de dévier le faisceau 16 à l'intérieur de la masse des pièces 10 et 12 et le faisceau prend la trajectoire représentée par la courbe 16b. On voit donc que, sur la face inférieure des pièces 10 et 12, le faisceau 16 est dévié d'une distance d par rapport à la trajectoire idéale 16a correspondant à ta Ligne de joint 14.Cette valeur b dépend d'une part de la valeur du champ rémanent et, d'autre part, de l'épaisseur e des pièces à souder. If there was no remanent magnetic field inside the latter, the beam would remain vertical (that is to say follow the path 16a) and the welding would be carried out exactly along the joint line 14. However, in the case of ferrous metals, there always remains a remanent magnetic field symbolically represented in FIG. 1 by the lines in dashed lines 18. This magnetic field has the effect of deflecting the beam 16 inside the mass of the parts 10 and 12 and the beam takes the path represented by the curve 16b. We therefore see that, on the underside of parts 10 and 12, the beam 16 is deflected by a distance d relative to the ideal path 16a corresponding to your joint line 14. This value b depends on the one hand on the value of the residual field and, on the other hand, the thickness e of the parts to be welded.
Si cette épaisseur n'est que de quelques millimètres, le faisceau n'est pratiquement pas dévié et sa trajectoire est pratiquement confondue avec la ligne de joint 14. La fusion du métal sera donc parfaitement répartie sur toute l'épaisseur des pièces.If this thickness is only a few millimeters, the beam is practically not deflected and its trajectory is practically coincident with the joint line 14. The melting of the metal will therefore be perfectly distributed over the entire thickness of the parts.
Cependant, si L'épaisseur e est importante, (de L'ordre de 100 ou 200 mm ou même davantage), la trajectoire peut être fortement déviée. Dans les cas les plus défavorables, la fusion du métal peut se produire en dehors du joint sur une certaine portion de celui-ci (surtout au voisinage de la face inférieure des pièces 10 et 12) et peut etre inégalement répartie sur une autre portion correspondant à l'endroit où Le faisceau commence à s'écarter de la ligne de joint 14. Ainsi, la fusion du métal est bien réalisée sur le joint au niveau du bord d'attaque (face supérieure des pièces à souder) mais, comme elle suit la trajectoire du faisceau, pour un joint de forte épaisseur, elle peut, sur la face opposée des pièces à souder, se faire à une certaine distance de La ligne de joint. Par conséquent, la soudure sera inégalement répartie dans le plan de joint.However, if the thickness e is large, (of the order of 100 or 200 mm or even more), the trajectory can be strongly deviated. In the most unfavorable cases, the metal can melt outside the joint on a certain portion of it (especially near the underside of parts 10 and 12) and can be unevenly distributed on another corresponding portion where the beam begins to move away from the joint line 14. Thus, the metal is well fused on the joint at the leading edge (upper face of the parts to be welded) but, as it follows the path of the beam, for a very thick joint, it can, on the opposite face of the parts to be welded, be made at a certain distance from the joint line. Consequently, the weld will be unevenly distributed in the joint plane.
Diverses méthodes ont été proposées pour éliminer cet inconvénient. Various methods have been proposed to eliminate this drawback.
L'article pubLié par L'INTERNATIONAL INSTITUTE OF
WELDING, référence 11W Doc. IV -324-82, Study on High Power
Electron Beam Welding (Report 3) Development of the method for eliminating beam deflection caused by the residual magnetism of heavy thick plates (Hiroshi KIHARA, Setuji MINEHISA, Nobuharu
SAKABATA, Yoshiaki SHIBUYA, 1982, Hitachi Zosen Corporation,
Technical Research Institute) décrit trois solutions pour annuler
Les effets du magnétisme rémanent sur La trajectoire du faisceau d'électrons. Ces trois solutions sont les suivantes : - Démagnétisation préalable des pièces avant d'effectuer la
soudure ; - Correction de la trajectoire du faisceau ou du champ magnétique
pendant la soudure ; et - Blindage total du faisceau depuis le canon à électrons
jusqu'aux pièces à souder.THE ARTICLE PUBLISHED BY THE INTERNATIONAL INSTITUTE OF
WELDING, reference 11W Doc. IV -324-82, Study on High Power
Electron Beam Welding (Report 3) Development of the method for eliminating beam deflection caused by the residual magnetism of heavy thick plates (Hiroshi KIHARA, Setuji MINEHISA, Nobuharu
SAKABATA, Yoshiaki SHIBUYA, 1982, Hitachi Zosen Corporation,
Technical Research Institute) describes three solutions to cancel
The effects of magnetism remain on the path of the electron beam. These three solutions are as follows: - Demagnetization of the parts before carrying out the
welding; - Correction of beam path or magnetic field
during welding; and - Total shielding of the beam from the electron gun
to the parts to be welded.
Toutefois, ces solutions ne sont pas entièrement satisfaisantes. Tout d'abord, La démagnétisation des pièces est une opération difficile, notamment pour les pièces de grandes dimensions et de forte épaisseur. Les auteurs de l'article précisent même que, pour Les épaisseurs supérieures à 100 mm, on est à La limite des possibilités des techniques de démagnétisation. En effet, Si les pièces sont de grandes dimensions, il faut des moyens de manutention importants et des installations de démagnétisation en rapport avec les dimensions des pièces. De plus, les temps consacrés à la démagnétisation et aux manipulations rendues ainsi nécessaires sont relativement importants, ce qui augmente la durée totale des opérations de soudure. However, these solutions are not entirely satisfactory. First of all, demagnetization of parts is a difficult operation, especially for large and thick parts. The authors of the article even specify that, for thicknesses greater than 100 mm, we are at the limit of the possibilities of demagnetization techniques. Indeed, If the parts are large, it requires significant handling means and demagnetization facilities in relation to the dimensions of the parts. In addition, the time devoted to demagnetization and to the manipulations thus rendered necessary is relatively long, which increases the total duration of the welding operations.
Quant à la correction de la trajectoire du faisceau ou de la distribution du magnétisme autour de celui-ci, Les auteurs précisent que cette méthode est difficile à appliquer en raison notamment de la méconnaissance de la déflexion du faisceau et de la distribution des champs magnétiques rémanents. De plus, il ne donne aucune indication sur le procédé de mise en oeuvre de cette méthode. Finalement, bien que ne connaissant pas la trajectoire du faisceau, les auteurs précisent encore que la troisième méthode est pratiquement celle qui est utilisée avec la démagnétisation. As for the correction of the beam trajectory or of the distribution of magnetism around it, The authors point out that this method is difficult to apply due in particular to the ignorance of the deflection of the beam and the distribution of the remanent magnetic fields . In addition, it gives no indication of the process for implementing this method. Finally, although not knowing the path of the beam, the authors also specify that the third method is practically the one used with demagnetization.
L'article publié dans la Revue Soviétique "Automatic
Welding" en juillet 1985 "Narrow-gap Welding magnetised products without demagnetising them" décrit un dispositif utilisé pour maintenir stable un arc électrique dans un procédé de soudure à arc utilisable notamment en joint étroit. Les auteurs décrivent un dispositif comportant deux bobines de façon à créer un champ magnétique qui annule le magnétisme rémanent. Dans te cas d'une installation de soudage à l'arc, il est parfaitement possible à l'opérateur de surveiller l'arc et d'agir sur l'intensité du courant continu d'alimentation des bobines ainsi que sur la polarité de celui-ci aux bornes des bobines. Cependant, dans le cas d'une soudure en joint étroit, on est en présence de pièces minces et de forme simple. Dans Le cas d'une soudure par faisceau d'électrons, le manque de place autour des pièces à souder, et surtout le manque de visibilité du joint de soudure, font qu'iL est pratiquement impossible de modifier en cours d'opération le champ antagoniste (c'est-à-dire Le champ appliqué pour s'opposer au champ rémanent).The article published in the Soviet Journal "Automatic
Welding "in July 1985" Narrow-gap Welding magnetized products without demagnetising them "describes a device used to keep an electric arc stable in an arc welding process which can be used in particular in a narrow joint. The authors describe a device comprising two coils so as to create a magnetic field which cancels the residual magnetism. In the case of an arc welding installation, it is perfectly possible for the operator to monitor the arc and act on the intensity of the direct current of supply of the coils as well as the polarity of the latter across the coils. However, in the case of a narrow joint weld, there are thin and simple-shaped parts. electron beam, the lack of space around the parts to be welded, and above all the lack of visibility of the weld joint, make it practically impossible to modify the opposing field during operation (i.e. say The field applies to oppose the residual field).
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et un dispositif pour le soudage de deux pièces par faisceau d'électrons qui permet de réduire considérablement les effets dus au champ magnétique rémanent, même s'il s'agit de pièces d'épaisseur importante. The object of the present invention is to remedy the above drawbacks by proposing a method and a device for welding two parts by electron beam which makes it possible to considerably reduce the effects due to the remanent magnetic field, even if it acts of pieces of significant thickness.
Le procédé objet de l'invention s'appLique à la soudure de deux pièces L'une à L'autre à l'aide d'un faisceau d'électrons produit par un canon à électrons, les deux pièces étant en contact l'une avec l'autre suivant une Ligne de joint Le long de laquelle doit etre effectuée la soudure, un champ magnétique rémanent subsistant dans les pièces au niveau de la ligne de joint. The process which is the subject of the invention is applied to the welding of two parts, one to the other using an electron beam produced by an electron gun, the two parts being in contact with one another. with the other along a Joint line Along which the welding must be carried out, a residual magnetic field remaining in the parts at the joint line.
Selon L'invention, ce procédé comprend Les étapes suivantes consistant à (a) - déterminer la valeur du champ magnétique rémanent ; et (b) - appliquer, à l'endroit où doit être effectuée la soudure,
un champ magnétique de valeur sensiblement égale à celle du
champ rémanent, mais de sens opposé, afin que te champ
magnétique résultant ait une valeur inférieure à 2 gauss,
de préférence inférieuîe å 1 gauss.According to the invention, this method comprises the following steps consisting in (a) - determining the value of the remanent magnetic field; and (b) - apply, where the welding is to be carried out,
a magnetic field of value substantially equal to that of
residual field, but in the opposite direction, so that you field
magnetic result has a value less than 2 gauss,
preferably less than 1 gauss.
Dans La présente invention, il ne s'agit pas de produire un champ antagoniste qui soit, à L'endroit de la soudure, rigoureusement égal et opposé au champ rémanent afin d'obtenir un champ résultant nul. Au contraire, on mesure préalablement La valeur du champ rémanent en divers endroits Le long de La ligne de joint et on détermine une valeur fixe du champ antagoniste afin que Le champ résultant soit, sinon nul, du moins ait une valeur suffisamment faible pour que La déviation du faisceau d'électrons soit minime. In the present invention, it is not a question of producing an antagonistic field which is, at the place of the weld, strictly equal and opposite to the residual field in order to obtain a zero resulting field. On the contrary, we measure beforehand the value of the remanent field in various places along the joint line and we determine a fixed value of the opposing field so that the resulting field is, if not zero, at least has a value low enough for La deflection of the electron beam is minimal.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon la principale caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend
- une première bobine électromagnétique ayant une première extrémité et une deuxième extrémité
- une deuxième bobine électromagnétique ayant une première extrémité et une deuxième extrémité ; et
- une barre de liaison en matériau magnétique ayant deux extrémités pouvant être fixées auxdites deuxièmes extrémités des bobines électromagnétiques, l'alimentation électrique des bobines étant telle, que lorsque leurs premier extrémités se trouvent au voisinage immédiat de L'une des pièces à souder, le champ magnétique créé aille de la première bobine à la deuxième à travers ladite pièce, et de la deuxième bobine à la première à travers la barre de liaison.The invention also relates to a device for implementing this method. According to the main characteristic of this device, it comprises
- a first electromagnetic coil having a first end and a second end
- a second electromagnetic coil having a first end and a second end; and
- A connecting bar of magnetic material having two ends which can be fixed to said second ends of the electromagnetic coils, the electrical supply of the coils being such that when their first ends are in the immediate vicinity of one of the parts to be welded, the magnetic field created goes from the first coil to the second through said part, and from the second coil to the first through the connecting bar.
De préférence, L'une au moins des bobines comporte un noyau en matériau magnétique disposé sensiblement suivant son axe, ce noyau ayant une première extrémité pouvant être mise au voisinage immédiat de l'une des pièces à souder et une deuxième extrémité à laquelle peut être fixée L'une des extrémités de la barre de liaison. Preferably, at least one of the coils comprises a core of magnetic material disposed substantially along its axis, this core having a first end which can be placed in the immediate vicinity of one of the parts to be welded and a second end to which can be fixed One end of the link bar.
L'expression "au voisinage immédiat de L'une des pièces à souder" signifie que la première extrémité de la bobine ou de son noyau se trouve soit en contact avec cette pièce, soit à une distance extrêmement faible de celle-ci, de sorte que le champ magnétique créé pénètre dans cette pièce. Dans le cas général, la longueur du noyau est légèrement supérieure à celle de la bobine et celui-ci a sa première extrémité en contact avec la pièce. De toute façon, même dans ce cas, on peut considérer que la première extrémité de la bobine est au voisinage immédiat de la pièce. The expression "in the immediate vicinity of one of the parts to be welded" means that the first end of the coil or of its core is either in contact with this part, or at an extremely short distance from it, so that the magnetic field created enters this room. In the general case, the length of the core is slightly greater than that of the coil and the latter has its first end in contact with the part. Anyway, even in this case, it can be considered that the first end of the coil is in the immediate vicinity of the part.
Toujours dans le cas où l'on utilise un noyau magnétique, la deuxième extrémité de celui-ci dépasse Légèrement la deuxième extrémité de la bobine et est fixée à la barre de liaison.Still in the case where a magnetic core is used, the second end of it slightly protrudes from the second end of the coil and is fixed to the connecting bar.
Cependant, on peut encore considérer que la barre de liaison est fixée à la deuxième extrémité de la bobine par l'intermédiaire du noyau.However, it can still be considered that the connecting bar is fixed to the second end of the coil via the core.
Dans un premier mode de réalisation, ta barre de liaison présente, entre ses deux extrémités, une rainure permettant le passage du faisceau d'électrons. In a first embodiment, your connecting bar has, between its two ends, a groove allowing the passage of the electron beam.
Cette disposition est utilisée de préférence Lorsque la ligne de joint est une ligne droite. Dans ce cas, le dispositif constitue par Les deux bobines et La barre de liaison est fixe et le faisceau#d'éLectrons se déplace le long de la rainure. This arrangement is preferably used when the joint line is a straight line. In this case, the device consists of the two coils and the connecting bar is fixed and the beam # of electrons moves along the groove.
Dans ce cas, le dispositif comporte en outre des moyens de fixation de l'ensemble constitué par les deux bobines et La barre de liaison sur L'une au moins des pièces à souder. In this case, the device further comprises means for fixing the assembly constituted by the two coils and the connecting bar on at least one of the parts to be welded.
Dans un autre mode de réaLisation, Le dispositif comporte en outre des moyens de fixation de l'ensemble constitué par ir deux bobines et La barre de liaison sur Le canon à électr#--#
Cette disposition est surtout utilisée dans Le cas où la ligne de joint n'est pas rectiligne mais a par exemple une forme circulaire ou une forme quelconque. Dans ce cas, c'est
L'ensemble constitué par le canon à électrons et le dispositif objet de l'invention qui se déplace en suivant la ligne de joint.In another embodiment, the device further comprises means for fixing the assembly consisting of two coils and the connecting bar on the gun with electr # - #
This arrangement is especially used in the case where the joint line is not straight but has for example a circular shape or any shape. In this case, it is
The assembly constituted by the electron gun and the device object of the invention which moves by following the joint line.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de La description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure t est une vue schématique en coupe verticale de deux pièces à souder montrant la déviation du faisceau dtélectrons sous L'effet du champ magnétique rémanent,
- La figure 2 est une vue de dessus d'un électro-aimant placé sur un support et utilisé pour créer un champ magnétique,
- ta figure 3 est un ensemble de courbes donnant la valeur du champ magnétique mesurée sur La ligne polaire de l'electro-aimant de la figure 2 pour différentes intensités du courant,
- La figure 4 est une vue semblable à La figure 3, mais donnant le champ magnetique mesuré sur un cercle de plus grand rayon que la Ligne polaire,
- la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation du dispositif objet de l';nvenx"n, les pièces à souder étant représentées partiellement coupée s, et
- La figure 6 est une vue schématique de profil d'un autre mode de réalisation de ce dispositif.The invention will be better understood on reading the description which follows, given by way of purely illustrative and in no way limitative example, with reference to the appended drawings, in which:
FIG. t is a schematic view in vertical section of two parts to be welded showing the deflection of the electron beam under the effect of the remanent magnetic field,
FIG. 2 is a top view of an electromagnet placed on a support and used to create a magnetic field,
FIG. 3 is a set of curves giving the value of the magnetic field measured on the pole line of the electromagnet of FIG. 2 for different intensities of the current,
- Figure 4 is a view similar to Figure 3, but giving the magnetic field measured on a circle of larger radius than the Polar Line,
FIG. 5 is a schematic perspective view of a first embodiment of the device object of the; nvenx "n, the parts to be welded being shown partially cut, and
- Figure 6 is a schematic profile view of another embodiment of this device.
Comme indiqué plus haut, L'invention consiste à mesurer le champ magnétique rémanent en différents endroits le long de la ligne de joint et à créer un champ antagoniste de valeur constante, mais opposé au champ rémanent, de sorte que le champ résultant ait une valeur nulle ou suffisamment faible pour ne pas être genant. As indicated above, the invention consists in measuring the remanent magnetic field at different places along the joint line and in creating an antagonistic field of constant value, but opposite to the remanent field, so that the resulting field has a value null or weak enough not to be annoying.
La figure 2 montre, vu de dessus, un dispositif expérimental utilisé pour créer un champ magnétique antagoniste lorsque la ligne de joint est de forme circulaire. Figure 2 shows, seen from above, an experimental device used to create an opposing magnetic field when the joint line is circular.
Ce dispositif se compose d'un électro-aimant 20 placé sur un support horizontal 22. L'électro-aimant 20 se compose d'une bobine 21 entourant un noyau 23 qui peut être par exemple en fer doux. La ligne polaire de l'électro-aimant 20 est le cercle Cl représenté schématiquement en traits mixtes sur le dessin. On a également représenté sur celui-ci un système d'axes Ox, Oy dans le plan du support 22, dont le centre est confondu avec le centre du cercle Cl. Les deux axes sont perpendiculaires et l'axe Oy est confondu avec celui de la bobine 21. This device consists of an electromagnet 20 placed on a horizontal support 22. The electromagnet 20 consists of a coil 21 surrounding a core 23 which may for example be made of soft iron. The pole line of the electromagnet 20 is the circle C1 shown schematically in phantom in the drawing. There is also shown on this a system of axes Ox, Oy in the plane of the support 22, the center of which is coincident with the center of the circle Cl. The two axes are perpendicular and the axis Oy is coincident with that of coil 21.
Les courbes de la figure 3 correspondent à des mesures effectuées sur le cercle C1 et celles de la figure 4 à des mesures effectuées sur un cercle C2 dont le diamètre est supérieur à celui du cercle C1, la différence entre les deux diamètres étant par exemple de 40 mm. Les courbes des figures 3 et 4 sont obtenues de la manière suivante
Pour une valeur donnée de L'intensité du courant dans la bobine 21, on mesure le champ magnétique en différents points de la ligne polaire Ci. Sur la figure 3, on trace une ligne OAI dont L'angle avec l'axe Ox est identique à celui de la ligne OA de la figure 2 et dont La longueur est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique mesuré (pour la clarté du dessin, le point O n'a pas été indiqué sur la figure 2). On obtient ainsi un polygone, tel que le polygone P1 sur la figure 3. Sur celleci, les polygones P1, P2, P3 et P4 correspondent respectivement à des valeurs d'intensité de courant dans la bobine 21 de O ; 1,5 ; 3 et 5 ampères.The curves in FIG. 3 correspond to measurements carried out on the circle C1 and those in FIG. 4 to measurements carried out on a circle C2 whose diameter is greater than that of the circle C1, the difference between the two diameters being for example of 40 mm. The curves of Figures 3 and 4 are obtained as follows
For a given value of the intensity of the current in the coil 21, the magnetic field is measured at different points on the polar line Ci. In FIG. 3, a line OAI is drawn whose angle with the axis Ox is identical to that of line OA in FIG. 2, the length of which is proportional to the intensity of the magnetic field measured (for the clarity of the drawing, the point O has not been indicated in FIG. 2). A polygon is thus obtained, such as the polygon P1 in FIG. 3. On this, the polygons P1, P2, P3 and P4 correspond respectively to values of current intensity in the coil 21 of O; 1.5; 3 and 5 amps.
Les courbes de la figure 4 sont obtenues de la même manière mais les mesures sont effectuées sur le cercle C2. - Les polygones P51 P6, P7 et P8 correspondent à des intensités de courant dans la bobine 21 de O ; 1,5 ; 3 et 5 ampères respectivement. Les courbes P1 et P5 sont obtenues pour une intensité nulle dans la bobine 21 et représentent donc le champ magnétique rémanent. On voit que la valeur du champ magnétique sur la ligne polaire (cercle C1) est, au moins suivant l'axe des x, supérieure à la valeur du champ magnétique rémanent. The curves of FIG. 4 are obtained in the same way but the measurements are carried out on the circle C2. - The polygons P51 P6, P7 and P8 correspond to current intensities in the coil 21 of O; 1.5; 3 and 5 amps respectively. The curves P1 and P5 are obtained for a zero intensity in the coil 21 and therefore represent the residual magnetic field. We see that the value of the magnetic field on the polar line (circle C1) is, at least along the x-axis, greater than the value of the remanent magnetic field.
Cependant, à une distance légèrement plus grande, de L'ordre de 20 mm (correspondant à la différence des rayons des cercles C1 et
C2), la valeur du champ magnétique mesurée est pratiquement égale à celle du champ rémanent. On voit donc que, dans le cas d'un joint circulaire, on peut utiliser un dispositif du type de celui qui est illustré à La figure 2 agencé de sorte qu'il ait une ligne polaire correspondant approximativement à ia ligne de joint et faire passer dans la bobine 21 un courant constant dont la valeur et Le sens sont déterminés pour que le champ résultant soit le plus faible possible.However, at a slightly greater distance, of the order of 20 mm (corresponding to the difference of the radii of the circles C1 and
C2), the value of the magnetic field measured is practically equal to that of the remanent field. It can therefore be seen that, in the case of a circular joint, it is possible to use a device of the type of that illustrated in FIG. 2 arranged so that it has a pole line corresponding approximately to the joint line and passing through in the coil 21 a constant current whose value and direction are determined so that the resulting field is as small as possible.
La vue en perspective de la figure 5 illustre un dispositif permettant d'effectuer la soudure suivant une ligne de joint rectiligne. The perspective view of FIG. 5 illustrates a device making it possible to weld along a straight joint line.
On retrouve sur cette figure les pièces à souder 10 et 12 en contact l'une avec l'autre suivant La ligne de joint 14. Le dispositif objet de L'invention, portant la référence générale 36, comprend une première bobine 24 équipée d'un noyau 26 et une deuxième bobine 28 équipée d'un noyau 30. Les deux bobines sont placées à une certaine distance L'une de L'autre et leurs noyaux sont perpendiculaires à la surface supérieure des pièces 10 et 12.Les noyaux 26 et 30 ont une Longueur supérieure à celle des bobines 24 et 28 et ont une de Leurs extrémités en contact avec les pièces 10 et 12 au niveau de ta Ligne de joint 14. Les autres extrémités des noyaux 26 et 30 sont fixées aux extrémités d'une barre de liaison 32, Laquelle est réalisée en un matériau â haute perméabilité magnétique ainsi que les noyaux 26 et 30. La barre 32 présente une rainure longitudinale 34 dont la longueur est pratiquement égale à la distance entre les bobines-24 et 28 et dont la largeur est suffisante pour permettre le passage du faisceau d'électrons 16. L'ensemble est placé de sorte que la rainure 34 soit pratiquement parallèle à la ligne de joint 14. This figure shows the parts to be welded 10 and 12 in contact with each other along the joint line 14. The device object of the invention, bearing the general reference 36, comprises a first coil 24 equipped with a core 26 and a second coil 28 equipped with a core 30. The two coils are placed at a certain distance from each other and their cores are perpendicular to the upper surface of the parts 10 and 12. The cores 26 and 30 have a length greater than that of the coils 24 and 28 and have one of their ends in contact with the parts 10 and 12 at the joint line 14. The other ends of the cores 26 and 30 are fixed to the ends of a connecting bar 32, Which is made of a material with high magnetic permeability as well as the cores 26 and 30. The bar 32 has a longitudinal groove 34 whose length is practically equal to the distance between the coils-24 and 28 and whose width is sufficient to allow the passage of the electron beam 16. The assembly is placed so that the groove 34 is practically parallel to the joint line 14.
Dans le cas particulier décrit ici, Le dispositif 36 constitué par la barre 32 et les deux bobines 24 et 28 est fixe par rapport aux pieces à souder et c'est le faisceau 16 qui se déplace à l'intérieur de la rainure 34.In the particular case described here, the device 36 constituted by the bar 32 and the two coils 24 and 28 is fixed relative to the parts to be welded and it is the beam 16 which moves inside the groove 34.
L'alimentation électrique des bobines est telle que le champ magnétique créé se referme sur lui-même à travers les pièces 10 et 12 et la barre 32. C'est ainsi que, dans l'exemple particulier illustré à la figure 5, le champ magnétique va de la bobine 24 à la bobine 28 en passant à L'intérieur des pièces 10 et 12, comme cela est symbolisé par la flèche F1, représentée en traits interrompus, et qu'ensuite le champ magnétique va de la bobine 28 à la bobine 24 en passant le long de la barre 32, comme cela est symbolisé par les flèches F2 également en traits interrompus. De toute façon, les bobines sont posées et appliquées sur Les pièces à souder de manière à maintenir une bonne liai son magnétique des lignes de flux. The electrical supply of the coils is such that the magnetic field created closes on itself through the parts 10 and 12 and the bar 32. This is how, in the particular example illustrated in FIG. 5, the field magnetic goes from the coil 24 to the coil 28 passing inside the parts 10 and 12, as symbolized by the arrow F1, represented in dashed lines, and then the magnetic field goes from the coil 28 to the coil 24 passing along the bar 32, as is symbolized by the arrows F2 also in broken lines. In any case, the coils are placed and applied to the parts to be welded so as to maintain a good magnetic link with the flux lines.
Pour effectuer la soudure au voisinage des bords des pièces 10 et 12, on place en contact avec ces dernières une pièce métallique qui assure un pontage des Lignes de flux. To carry out the welding in the vicinity of the edges of the parts 10 and 12, a metal part is placed in contact with the latter, which bridges the flux lines.
Comme indiqué ci-dessus, L'opération se déroule à l'intérieur d'une enceinte étanche et il n'est pas possible d'intervenir en cours d'opération pour modifier le courant circulant dans les bobines. Cependant, celui-ci est choisi une fois pour toutes avant de commencer L'opération de soudure, en fonction des valeurs mesurées du champ rémanent. Cette valeur est telle que le champ magnétique résultant ait une valeur qui peut éventuellement être nulle à certains endroits, mais qui, ailleurs, a une valeur variant entre certaines limites suffisamment faibles pour que le faisceau ne soit pratiquement pas dévié à L'intérieur du plan de joint. As indicated above, The operation takes place inside a sealed enclosure and it is not possible to intervene during the operation to modify the current flowing in the coils. However, this is chosen once and for all before starting the welding operation, according to the measured values of the residual field. This value is such that the resulting magnetic field has a value which can possibly be zero in certain places, but which, elsewhere, has a value varying between certain limits sufficiently low so that the beam is practically not deflected inside the plane. seal.
La vue de profil de la figure 6 ilLutre un autre dispositif utilisable dans Le cas ou la ligne de joint n'est plus rectiligne. Sur la figure 6, on ne voit que la pièce 12 car le plan de joint est confondu avec celui de La figure, au moins à l'endroit où est effectuée La soudure. The profile view of FIG. 6 ilLutre another device which can be used in the case where the joint line is no longer straight. In Figure 6, we see only the part 12 because the joint plane is coincident with that of The figure, at least at the place where the welding is carried out.
Comme précédemment, on retrouve les bobines 24 et 28 avec Les noyaux 26 et 30 reliés par la barre de liaison 32. Comme ci-dessus, le champ magnétique se ferme à l'intérieur du circuit constitué par les bobines, les pièces 10 et 12 et la barre de liaison 32 comme cela est indiqué symboLiquement par les flèches F1 et F2 sur La figure 6. As before, we find the coils 24 and 28 with the cores 26 and 30 connected by the connecting bar 32. As above, the magnetic field closes inside the circuit formed by the coils, parts 10 and 12 and the link bar 32 as indicated symbolically by the arrows F1 and F2 in FIG. 6.
Cependant, dans cette variante, la barre 32 n'a pas besoin de comporter une rainure 34 car elle est fixée directement au canon à électrons 38. En fait, elle peut être fixée soit directement à ce dernier, soit au tube de blindage 40 qui entoure le faisceau 16. Dans cette variante, c'est tout l'ensemble constitué par le canon à électrons 38, le tube de blindage 40 et
Le dispositif 36 qui se déplace Le Long de la ligne de joint 14.However, in this variant, the bar 32 does not need to have a groove 34 because it is fixed directly to the electron gun 38. In fact, it can be fixed either directly to the latter, or to the armor tube 40 which surrounds the beam 16. In this variant, it is the whole assembly formed by the electron gun 38, the shielding tube 40 and
The device 36 which moves along the joint line 14.
Dans ce cas, les premières extrémités des noyaux 26 et 30 ne sont pas en contact étroit avec La face supérieure des pièces 10 et 12, mais à une distance très faible de celLe-ci, de L'ordre du millimètre. Le fonctionnement est le même que précédemment, l'intensité du courant dans Les bobines étant déterminée de manière à avoir un champ antagoniste d'une valeur telle que le champ résultant soit te plus faible possible.In this case, the first ends of the cores 26 and 30 are not in close contact with the upper face of the parts 10 and 12, but at a very small distance therefrom, of the order of a millimeter. The operation is the same as previously, the intensity of the current in the coils being determined so as to have an antagonistic field of a value such that the resulting field is as small as possible.
Ainsi, le procédé et le dispositif objets de l'invention présentent des avantages particulièrement intéressants puisqu'ils permettent de souder des pièces de grandes dimensions et de forte épaisseur sans que Le faisceau d'électrons ne soit dévié de manière trop importante sous L'effet du champ magnétique résultant. Ceci est dû au fait qu'on applique un champ antagoniste destiné non pas à annuler Le champ rémanent, mais à obtenir un champ résultant de va Leur suffisamment faible pour que La déviation du faisceau soit minime. De plus, les dispositifs illustrés aux figures 5 et 6 sont simples et peuvent être réalisés facilement à partir d'éléments disponibles dans le commerce. Thus, the method and the device which are the subject of the invention have particularly advantageous advantages since they allow parts of large dimensions and very thick to be welded without the electron beam being deflected excessively under the effect. of the resulting magnetic field. This is due to the fact that an antagonistic field is applied which is intended not to cancel the remanent field, but to obtain a field resulting from their value sufficiently low so that the deflection of the beam is minimal. In addition, the devices illustrated in Figures 5 and 6 are simple and can be made easily from commercially available elements.
Enfin, il est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais qu'on peut envisager de nombreuses variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'homme du métier pourra, suivant chaque application particulière envisagée, utiliser n'importe quel type de dispositif magnétique ou électromagnétique apte à créer un champ antagoniste de valeur telle que la valeur du champ résultant reste dans des limites données. Dans le cas des dispositifs illustres aux figures 5 et 6, il pourra faire varier la forme, la construction et le matériau constitutif des bobines et de la barre 32 ainsi que, dans le cas de la figure 6, les moyens de fixation de cette dernière sur le canon à électrons. Enfin, si, dans la description qui précède, les tôles sont placées horizontalement, le faisceau d'électrons frappant leur face supérieure, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en les plaçant d'une manière différente, par exemple verticalement. Finally, it is understood that the invention is not limited to the single embodiments which have just been described, but that many variants can be envisaged without departing from the scope of the invention. Thus the person skilled in the art can, according to each particular application envisaged, use any type of magnetic or electromagnetic device capable of creating an antagonistic field of value such that the value of the resulting field remains within given limits. In the case of the devices illustrated in FIGS. 5 and 6, it may vary the shape, the construction and the material of the coils and of the bar 32 as well as, in the case of FIG. 6, the means of fixing the latter. on the electron gun. Finally, if, in the above description, the sheets are placed horizontally, the electron beam striking their upper face, it would not go beyond the scope of the invention to place them in a different way, for example vertically.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8714919A FR2622490A1 (en) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | Method and device for welding two workpieces using an electron beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8714919A FR2622490A1 (en) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | Method and device for welding two workpieces using an electron beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2622490A1 true FR2622490A1 (en) | 1989-05-05 |
Family
ID=9356255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8714919A Withdrawn FR2622490A1 (en) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | Method and device for welding two workpieces using an electron beam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2622490A1 (en) |
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- 1987-10-28 FR FR8714919A patent/FR2622490A1/en not_active Withdrawn
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