FR2630949A1 - Procede de formation de bandes chaudes a l'aide d'un laser pour l'assemblage d'un tube a ondes progressives - Google Patents
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Abstract
Selon ce procédé d'assemblage d'un tube à ondes progressives comprenant un cylindre 12 contenant une hélice et une pluralité de tiges longitudinales et disposées entre l'hélice et le cylindre, on insère l'hélice et les tiges dans le cylindre 12, on installe à proximité un laser 32 délivrant un faisceau 34, dont l'énergie frappe la surface extérieure du cylindre, et on répartit l'énergie du faisceau laser de manière à former une ou plusieurs bandes chaudes 38 sur la surface extérieure du cylindre, ce qui provoque une réduction du diamètre du cylindre et établit un ajustement serré entre l'hélice, les tiges et le cylindre. Application notamment à la fabrication et à la réparation de tubes à ondes progressives.
Description
La présente invention concerne d'une manière générale des procédés
d'assemblage et plus particulièrement un procédé pour assembler un tube à ondes progressives à
haute fréquence (TWT).
La figure lA, annexée à la présente demande, montre une vue explosée d'un tube à ondes progressives, partiellement démonté, et la figure lB, annexée à la présente demande, représente une vue arrachée d'un tube à ondes progressives TWT assemblé. Ces figures représentent le montage d'un circuit constituant seulement une partie d'un tube à ondes progressives 10. En se référant à la figure lA, le tube TWT 10 comporte un cylindre 12, dans lequel sont insérées une hélice 14 et des tiges 16. Les dimensions du cylindre 12, de l'hélice 14 et des tiges 16 sont choisies de manière que, lors de l'assemblage du tube TWT, le cylindre exerce une pression directement sur les tiges 16 et indirectement sur l'hélice 14 par l'intermédiaire des tiges 16, de manière à conserver les différents éléments dans leur position, comme représenté sur la figure lB. La pression est appliquée par le fait que le diamètre combiné de l'ensemble
hélice/tiges 17 (Fig. 1A) est supérieur au diamètre intérieur du cylin-
dre 12. Cette'relation entre le diamètre de la pièce devant être insérée et le diamètre intérieur est connue sous
l'expression d'ajustement serré.
La figure 2, annexée à la présente 'demande, illustre un exemple d'un procédé de l'art antérieur pour réaliser l'assemblage d'un tube TWT 10. Comme cela ressort
de la description qui précède, il faut prévoir des
dispositions particulières pour obtenir l'ajustement serré étant donné que le diamètre de la pièce devant être insérée est sup4rieur au diamètre intérieur du cylindre 12. Sur la figure 2, on utilise un ensemble de lames 20 pour déformer le cylindre 12 afin de permettre l'insertion de
l'ensemble hélice/tiges 17, non référencé sur la figure 2.
Comme cela est représenté, le diamètre du cylindre augmente entre les lames et les tiges 16 sont orientées de manière à être insérées dans ces régions de diamètre accru. Une fois que l'ensemble hélice/tiges a été inséré dans le cylindre 12, on supprime la pression appliquée par les lames 20, auquel cas le cylindre 12 reprend approximativement sa forme initiale. Par conséquent, une pression est appliquée aux
tiges 16 et on obtient un ajustement serré.
Il se pose plusieurs problèmes liés à ce procédé de l'art antérieur d'assemblage d'un tube à ondes progressives TWT. Tout d'abord, un outillage complexe est nécessaire pour mettre en oeuvre ce procédé. L'ensemble à lames servant à déformer le cylindre 12 est un outil de précision spécialisé, et un support spécial est nécessaire pour réaliser le montage préalable de l'hélice et des tiges et insérer l'ensemble 17 dans le cylindre 12. En second lieu, le degré d'ajustement serré, c'est-àdire la différence entre le double du rayon de la pièce à insérer et le diamètre intérieur du cylindre, est limité. Il en résulte que la pression, qui peut être appliquée à l'ensemble hélice/tiges 17 par le cylindre 12, est limitée. Etant donné que les tiges 16 sont appliquées contre le cylindre 12 afin d'obtenir un ajustement serré maximum sans produire une déformation excessive du cylindre, ce procédé d'insertion
peut provoquer une fissuration ou une rupture des tiges 16.
En outre, des variations des dimensions des éléments dans des limites serrées spécifiées, entraînent des variations relativement importantes de dépression d'ajustement serré, ce qui affecte de façon nuisible l'uniformité de l'assemblage. La performance du dispositif est affectée de façon nuisible par ces variations de la pression, notamment pour des pressions inférieures à un niveau de seuil. La technique antérieure ne garantit pas une pression supérieure
à la pression de seuil pour chaque assemblage.
On estimé qu'un mauvais contact entre les tiges 16 et l'intérieur du cylindre 12 réduit la transmission de chaleur de l'hélice en direction du cylindre 12 par l'intermédiaire des tiges 16. De même, on estime que la fissuration des tiges 16 peut entraîner une suppression d'impulsions et d'autres problèmes pendant le fonctionnement du tube TWT 10. En outre, dans certains cas, l'outil utilisé pour insérer l'ensemble hélice/tiges requiert un collage des tiges 16 et de l'hélice 14 sur un mandrin. La colle est éliminée ensuite moyennant l'utilisation d'alcool, qui tend à absorber de l'eau. Pendant le fonctionnement du tube TWT 10, cette eau peut provoquer une pollution de la cathode du tube TWT. C'est pourquoi, un procédé d'assemblage d'un tube TWT, qui nécessite un outillage moins conséquent, accroît le degré de l'ajustement serré, permet de régler et de produire une pression supérieure plus uniforme et réduit la fissuration ou la rupture des tiges pendant l'insertion,
présenterait un grand avantage dans cette technique.
La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'un tube TWT et l'établissement d'un ajustement serré entre le cylindre du tube TWT et l'ensemble hélice/tiges, qui n'impose aucune déformation mécanique du cylindre pendant l'insertion de l'ensemble hélice/tiges dans
le cylindre.
Selon une forme de réalisation préférée, le diamè-
tre de l'ensemble hélice/tiges est inférieur au diamètre intérieur du cylindre. On insère l'ensemble hélice/tiges dans le cylindre de manière à établir un ajustement glissant. On utilise un faisceau laser pour former une bande chaude orientée axialement, de préférence trois bandes chaudes, le long de la surface du cylindre. Le long de la bande chaude, le matériau du cylindre se dilate, se déforme, puis se contracte lors du refroidissement et entraîne une diminution du diamètre hors-tout du cylindre, ce qui permet d'établir un ajustement serré entre ce dernier et l'ensemble hélice/tiges. La variation du diamètre, produite par chaque bande chaude, est cumulative. En outre, la longueur du
cylindre est légèrement réduite.
Conformément à un aspect de l'invention, l'énergie envoyée au cylindre est commandée de manière que le matériau du cylindre soit chauffé, fonde ou se déforme plastiquement d'une autre manière, localement, de manière à former une bande chauffée par le laser, le long de la surface du cylindre. Lors du refroidissement, le diamètre du cylindre est réduit et son épaisseur est accrue aux emplacements des
bandes, ce qui réduit le matériau disponible ailleurs.
On peut soit faire fondre le cylindre, soit le chauffer au-dessous de la limite d'élasticité. Dans les deux cas, une partie du matériau chauffé se dilate par effet thermique et se déforme, ce qui conduit à la formation d'une région plus épaisse provoquant une réduction du diamètre
hors tout du cylindre.
Selon un mode d'exécution, on oriente les tiges autour de l'hélice de manière que les déplacements angulaires entre les tiges soient identiques. On forme les bandes entre des couples de tiges et on les positionne de manière qu'elles soient équidistantes des tiges de chaque
couple de tiges.
Selon un autre mode d'exécution, on peut provoquer une contraction additionnelle ou incrémentale du cylindre en réalisant un chauffage répété du cylindre selon des bandes, aux mêmes emplacements, ou bien en formant des bandes symétriques parallèles entre les tiges. En outre, on peut appliquer une contrainte externe au cylindre tout en formant
les bandes de manière à intensifier l'action de contraction.
Dans une forme de réalisation préférée, les bandes sont symétriques étant donné qu'on désire obtenir une pression symétrique. Ce procédé peut être également adapté pour
produire des contraintes dissymétriques.
Conformément à un autre aspect de l'invention, on peut utiliser d'autres sources d'énergie qui sont à même de produire une petite zone chauffée, comme par exemple un faisceau d'électrons, pour former des bandes chaudes le long de la surface du cylindre. Etant donné que la formation de bandes chaudes par laser peut provoquer une contraction nettement plus importante du cylindre que cela n'est utile pour l'ajustement serré, une partie des tolérances peut être
plus lâche et fournir encore une pression adéquate.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré-
sente invention ressortiront de la description donnée ci-
après, fait en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, dont il a déjà été fait mention et qui se compose des figures lA et lB, représente une vue explosée d'un tube à ondes progressives TWT; - la figure 2 représente une vue en coupe d'un
tube TWT de l'art antérieur -
- la figure 3 représente un diagramme schématique
d'un dispositif utilisé pour la mise en oeuvre de l'inven-
tion; et - la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un tube TWT assemblé conformément à une forme
de mise en oeuvre de l'invention.
La figure 3 représente un diagramme schématique montrant un dispositif utilisé pour la mise en oeuvre d'un mode d'exécution préféré de l'invention. En se référant à la figure 3, on voit qu'on utilise un support 30 pour conserver les positions relatives des tiges et de l'hélice, non représentées sur la figure 3, lorsqu'on les insère selon un ajustement glissant dans le cylindre 12. Selon ce mode d'exécution, le diamètre de l'ensemble tiges/hélice est inférieur au diamètre intérieur du cylindre 12. Par conséquent l'ensemble tiges/hélice peut être aisément inséré par ajustement glissant dans le cylindre 12 et aucune colle n'est nécessaire étant donné qu'il n'existe sensiblement
aucune force de glissement entre les tiges et le cylindre.
Par conséquent, ceci supprime le problème de pollution de la
cathode, mentionné précédemment.
Un laser 32 produit un faisceau 34, qui est dirigé sur la surface du cylindre 12 par un système de lentilles 36. La puissance du faisceau laser 34 est répartie sur la surface extérieure du cylindre 12. Un premier système de positionnement (non représenté) déplace le laser 32 dans la direction longitudinale de manière à former une bande chaude 38 le long du cylindre 12. Le faisceau laser ou une autre source de chaleur peut fonctionner soit de façon pulsée, soit de façon continue. En outre, un second système de positionnement (non représenté) fait tourner le cylindre selon un déplacement angulaire sélectionné. Dans la pratique, la position de la bande chaude 38 sur le cylindre par rapport aux positions des tiges, est commandée au moyen des premier et second systèmes de positionnement. Les bandes 38 peuvent être formées une par une, comme cela est décrit ici
ou, sinon, on peut former simultanément les bandes 38.
La figure 4 représente une vue en coupe transver-
sale d'un tube TWT 10 assemblé moyennant la mise en oeuvre d'un mode d'exécution préféré de l'invention. Sur la figure 4, les trois tiges 16 en forme de T sont orientées de' manière que les déplacements angulaires entre les tiges 16 soient identiques. Trois bandes chaudes 38 sont formées soit successivement, soit simultanément, chaque bande 38 étant positionnée entre les tiges de chaque couple de tiges 16 et
sont équidistantes des tiges de ce couple.
En se référant maintenant à une bande chaude particulière, par exemple la bande A à la partie supérieure de la figure 4, l'énergie et la vitesse de balayage du faisceau laser 34, tel que représenté sur la figure 3, sont commandées de manière à régler l'énergie tombant sur la
bande chaude 38 formée le long de la surface du cylindre 12.
L'amplitude de cette énergie est choisie de manière que le cylindre 12 fonde et/ou se déforme plastiquement sur une épaisseur choisie, lorsque le faisceau 34 se déplace le long du cylindre 12. Une fois que le faisceau laser 34 est retiré de cette zone locale, une trace du matériau' déformé plastiquement est solidifiée, c'est-à-dire une bande formée par le laser, est obtenue le long de la surface du cylindre 12. Le chauffage et le refroidissement localisés, qui permettent d'obtenir la-bande formée par laser le long de la surface du cylindre, provoquent une réduction du diamètre du cylindre 12 et une légère réduction de la longueur de ce cylindre. Le degré de réduction augmente avec le nombre des bandes formées par le laser et avec la profondeur de ces bandes. Par conséquent, le procédé décrit ici permet de régler le degré de l'ajustement serré entre l'ensemble
hélice/tiges 17 et le cylindre 12.
Selon un mode d'exécution, le cylindre est constitué par de l'acier inoxydable 304; La formation d'une bande au moyen du laser affecte la structure granulaire du métal et modifie les propriétés de ce dernier. Un inconvénient éventuel du procédé décrit réside dans le fait qu'il réduit la capacité du cylindre à maintenir le vide nécessaire pour le fonctionnement du tube TWT 10. Cependant, pour ce matériau, on a établi que le tube conserve son
aptitude à maintenir un vide.
Il1 s'avère que le positionnement des bandes, tel que représenté sur la figure 4, fournit un contact amélioré entre les tiges 16 et le cylindre 12, ce qui améliore le
transfert de chaleur.
Un avantage important de l'invention réside dans la possibilité d'établir un ajustement serré ou d'accroître le degré de l'ajustement serré à un moment choisi de l'opération d'assemblage. Par exemple, on pourrait assembler le tube TWT 10 comme cela a été décrit précédemment, en référence à la figure 2. On utilise alors la procédure de formation de bandes à l'aide d'un laser pour accroître le degré de l'ajustement serré. On a également découvert que le procédé de formation de bandes au moyen du laser peut être également' utilisé pour réparer des tubes TWT dans lesquels il se pose certains problèmes de fonctionnement. En utilisant le procédé de formation de bandes à l'aide du faisceau laser pour réduire le diamètre du cylindre 12, on peut réparer un tube TWT défectueux, de manière qu'il fonctionne à nouveau. En réglant la longueur et la position des bandes, on peut obtenir une contraction préférentielle de certaines sections du cylindre. Par exemple, on peut former des bandes sur l'extrémité de la section de sortie à ondes lentes afin d'améliorer le transfert thermique dans cette zone critique du point de vue thermique. Outre le fait d'améliorer le transfert thermique, la pression supérieure, que l'on peut obtenir de façon sûre sous l'effet de la formation de bandes à l'aide du laser, élimine certains
problèmes de performance de fonctionnement.
Bien que l'on ait utilisé un faisceau laser pour former les bandes chaudes dans les modes d'exécution préférés décrits précédemment, il existe d'autres procédés pour former des bandés, qui tombent dans le cadre de l'invention. Par exemple, on pourrait utiliser un faisceau d'électrons. En outre, on peut modifier, comme cela s'avère nécessaire, le nombre et les positions des bandes. Une bande circonférentielle permet d'obtenir un diamètre plus faible
du cylindre en un emplacement axial particulier.
Naturellement d'autres modifications et substitutions apparaîtront à l'évidence aux spécialistes ordinaires de la technique. En outre, il n'est pas nécessaire de faire fondre le matériau du cylindre le long de la bande chaude pour réduire le diamètre du cylindre. Cependant, afin que le matériau, comme par exemple le matériau du cylindre, soit déformé dans le but recherché, il faut le chauffer. De façon spécifique, pour une source de chaleur -et un puits de chaleur donnés, il faut que la diffusivité thermique du matériau devant être déformé soit suffisamment faible pour produire un fort gradient thermique. Le laser utilisé avec un cylindre en acier inoxydable mince convient de façon
satisfaisante dans ce but.
Claims (10)
1. Procédé pour réduire le diamètre intérieur d'un cylindre métallique, caractérisé en ce qu'il inclut les étapes consistant à: fournir une source (32) d'énergie thermique, et diriger ladite énergie de manière à former une
bande chaude (38) sur la surface extérieure du cylindre mé-
tallique,et ce en envoyant une énergie suffisante pour défor-
mer le cylindre métallique et réduire son diamètre inté-
rieur.
2. Procédé d'assemblage d'un tube à ondes progres-
sives (TWT 10) du type contenant un cylindre (12), une héli-
ce (14) disposée à l'intérieur du cylindre et plusieurs tiges longitudinales (16) disposées le long du cylindre entre ce dernier et l'hélice, les tiges (16) étant destinées à positionner l'hélice (14) à l'intérieur du cylindre (12) et à transmettre la chaleur de l'hélice au cylindre pendant
le fonctionnement du tube à ondes progressives (10), carac-
térisé en ce qu'il inclut les étapes consistant à: insérer l'hélice (14) et les tiges (16) dans le cylindre (12), les tiges étant disposées entre l'hélice et
le cylindre et orientées s e 1 o n 1 a longueur du cy-
lindre, fournir un faisceau 1 a s e r (34) alimenté en énergie variable,
diriger l'énergie dudit faisceau laser sur la sur-
face extérieure du cylindre (12), et distribuer l'énergie du faisceau laser le long de la surface extérieure du cylindre de manière à former une bande chaude (38), qui réduit le diamètre du cylindre et
permet d'établir un ajustement serré entre l'hélice, les ti-
ges et le cylindre.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape d'insertion inclut en outre l'étape consistant à: positionner. les tiges (16) autour de l'hélice (14) de manière que les déplacements angulaires entre les tiges soient sensiblement identiques, et que ledit procédé d'assemblage comprend en outre les étapes consistant à: choisir un couple de tiges voisines (16) faisant partie des p 1 u s i e u r s tiges, et positionner ladite bande chaude (38) entre les tiges dudit couple sélectionné de tiges voisines et ce de manière qu'elle soit sensiblement équidistante de chacune
des tiges du couple sélectionné de tiges.
4. Procédé d'assemblage d'un tube à ondes progres-
sives (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'insertion de l'hélice (14) et des tiges (16) dans le cylindre (12) inclut l'étape d'insertion, par ajustement
glissant, de l'hélice et des tiges dans le cylindre.
5. Procédé d'assemblage d'un tube à ondes progres-
sives (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de déplacement du faisceau laser focalisé (34) le long de la 2b surface extérieure du cylindre (12) inclut le déplacement du
laser (32) dans une direction axiale le long du cylindre (12).
6. Procédé d'assemblage d'un tube à ondes progres-
sives (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de distribution de l'énergie du faisceau laser (34) inclut le déplacement de ce faisceau le long du cylindre (12).
7. Procédé d'assemblage d'un tube à ondes progres-
sives (10) du type comprenant un cylindre (12), une hélice (14) disposée à l'intérieur du cylindre et p 1 u s i e u r s tiges longitudinales (16) disposées le long du cylindre entre ce dernier et l'hélice, les tiges (16) étant destinées à positionner l'hélice (14) à l'intérieur du cylindre (12) et à transmettre la chaleur de l'hélice au cylindre pendant le fonctionnement du tube à ondes progressives (10), caractérisé en ce qu'il inclut les étapes consistant à: insérer l'hélice (14) et les tiges (16) dans le cylindre (12), les tiges étant disposées entre l'hélice et le cylindre et orientées s u i v a n t 1 a longueur du cylindre, et chauffer une bande (38) le long de la face extérieure du cylindre (12) à une température suffisante pour provoquer une déformation du cylindre le long de cette bande chaude, afin de réduire le diamètre du cylindre et d'établir un ajustement serré entre l'hélice, les tiges et
le cylindre.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape d'insertion inclut en outre l'étape consistant à positionner les tiges (16) autour de l'hélice (14) de manière que les déplacements angulaires entre les tiges soient sensiblement identiques, et que ledit procédé d'assemblage comprend en outre les étapes consistant à: choisir un couple de tiges voisines (16) faisant partie des p 1 u s i e u r s tiges, et positionner ladite bande chaude (38) entre les tiges dudit couple sélectionné de tiges voisines et ce de manière qu'elle soit sensiblement équidistante de chacune
des tiges du couple sélectionné de tiges.
9. Procédé d'assemblage d'un tube à ondes progres-
sives (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de chauffage d'une bande (38) le long de la surface extérieure du cylindre (12) inclut un chauffage successif de bandes le long de la surface extérieure du cylindre de
manière à former p 1 u s i e u r s bandes chaudes.
- 10. Procédé pour réduire le diamètre intérieur d'un cylindre métallique (12), caractérisé en ce qu'il consiste à: positionner le cylindre (12) de manière que sa surface extérieure ne soit pas contrainte par des forces externes, et déformer le cylindre, en rétrécissant son diamètre intérieur.
Applications Claiming Priority (1)
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| US19192888A | 1988-05-09 | 1988-05-09 |
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