FR2777810A1 - Procede et dispositif de traitement de la surface interne d'une bouteille de gaz - Google Patents

Abstract

Le procédé de traitement de la surface interne d'une bouteille de gaz comporte les étapes suivantes : a) on introduit un faisceau laser de traitement incident à l'intérieur d'une bouteille au travers de son goulot, sensiblement suivant l'axe de la bouteille; b) on dévie le faisceau laser dans la bouteille vers la surface interne de la bouteille ; c) on provoque une rotation relative entre la bouteille et le faisceau laser dévié sensiblement autour de l'axe de la bouteille; et d) on provoque un déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau laser dévié afin de balayer l'essentiel de la surface interne de la bouteille avec le faisceau laser dévié. Le dispositif de traitement d'une bouteille est adapté pour mettre en oeuvre les étapes du procédé.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traite-

ment de la surface interne d'une bouteille de gaz. Elle concerne en outre

une bouteille de gaz dont la surface interne a été traitée par le procédé.

Les bouteilles destinées au stockage de gaz sont constituées d'un matériau, généralement métallique, compatible avec les caractéristiques du

gaz stocké.

Les spécifications actuelles concernant le stockage en bouteille de

gaz de haute pureté requièrent des niveaux d'impuretés gazeuses ou métal-

liques très faibles dans les bouteilles. Ces niveaux peuvent atteindre quel-

ques parties par billions, voire quelques parties par trillions, selon la nature

du gaz.

Afin d'assurer des niveaux d'impuretés aussi bas que possible, il est

connu de réaliser un traitement de la surface interne de la bouteille, notam-

ment en vue de réduire les interactions entre le gaz et la surface. Ces inter-

actions sont en effet sources de pollution du gaz et de dégradation de la bouteille.

Plusieurs techniques de préparation des bouteilles ont jusqu'à main-

tenant été exploitées. On connaît par exemple: - le nettoyage chimique ou électroneutralisation supprimant les sites actifs de la surface interne, ce nettoyage pouvant être effectué dans un bain à ultrasons;

- le polissage mécanique (microbillage, rodage, sablage,...) et le po-

lissage électrochimique éliminant les stries et défauts d'arrachement; le dépôt chimique ou dépôt en phase vapeur, recouvrant la surface interne de la bouteille d'une couche protectrice chimiquement plus adaptée au gaz; et

- la passivation permettant de rendre la paroi chimiquement inerte.

Ces techniques de préparation sont efficaces à différents niveaux,

notamment en ce qui concerne l'amélioration de la rugosité ou de la propre-

té, I'élimination des impuretés, la réduction du taux de dégazage.

Il est possible d'atteindre des états de surface de bonne qualité avec des méthodes classiques de traitement. Il est toutefois nécessaire pour cela de multiplier les opérations de traitement et de combiner plusieurs méthodes pour compenser les inconvénients résultant de chacune d'elles. Cela induit

un coût de revient par bouteille élevé et des temps de traitement longs.

Une technique de polissage mécanique consiste par exemple à ef-

fectuer un microbillage de la surface interne de la bouteille.

A cet effet, la bouteille est disposée verticalement avec le goulot dirigé vers le bas. Une canne d'amenée des billes de verre et de projection de celles-ci est introduite dans la bouteille suivant son axe. La bouteille étant entraînée en rotation autour de son axe, les billes de verre sont projetées contre la surface interne de la bouteille depuis l'extrémité de la canne. La canne est déplacée axialement suivant la longueur de la bouteille afin

d'assurer un traitement de la bouteille sur toute sa longueur.

Cette technique de polissage, de même que les autres techniques de polissage, présentent l'inconvénient de créer des microcavités à la surface du métal écrasé, susceptibles de piéger des impuretés pouvant contaminer

le gaz contenu dans la bouteille.

Les traitements de bouteille par nettoyage chimique mettent en oeu-

vre successivement des lavages en bains acides, puis basiques, suivis, à chaque étape, de rinçages à l'eau désionisée et enfin, un séchage des bouteilles. Les durées de traitement peuvent ainsi atteindre plusieurs heures par bouteille, et engendrer des consommations de produits importantes. Ces

traitements nécessitent des installations lourdes notamment pour le recy-

clage des eaux de rinçage.

Le nettoyage chimique à ultrasons consiste en une succession

d'immersions des bouteilles dans des bains de natures différentes en pré-

sence d'ultrasons.

La première phase comprend l'immersion des bouteilles dans un bain de lessive à base d'acide phosphorique à une température de 50 C à 70 C

en présence d'ultrasons.

Dans une seconde phase, les bouteilles sont rincées avant d'être sé-

chées dans un flux d'azote filtré maintenu à environ 60 C.

La phase de rinçage comporte une première étape de deux immer-

sions successives dans deux cuves emplies d'eau.

Les bouteilles sont ensuite mises en présence de trichlorotrifluo-

roéthane. Le document EP-A-0.753.380 décrit un procédé de traitement d'un récipient pour gaz sous pression mettant en oeuvre une succession d'étapes du type de celles évoquées plus haut.

De même, le document FR-A-1.603.506 décrit un procédé de façon-

nage mécanique de la surface interne de pièces creuses.

Enfin, EP-B-0.380.387 décrit un dispositif de nettoyage d'une surface mettant en oeuvre un faisceau laser. Toutefois, ce dispositif n'est mis en oeuvre que pour des surfaces facilement accessibles, du fait de l'utilisation d'une pièce à main pour l'orientation du faisceau laser. Ainsi, le dispositif ne

peut pas être utilisé pour traiter l'intérieur d'une bouteille.

Les méthodes décrites ci-dessus ont toutes pour inconvénient d'apporter des éléments nouveaux sur la surface interne de la bouteille (par

exemple: dépôt de silice lors de microbillage, des traces d'acides et de ba-

ses) qui constituent autant d'impuretés supplémentaires. Les traitements couramment employés par les centres de conditionnement associent une

phase de microbillage à une phase ultérieure de traitement au perchlo-

roéthylène afin de supprimer les graisses (hydrocarbures) et les dépôts lais-

ses par le microbillage. En raison des nouvelles réglementations sur les sol-

vants, ce produit ne pourra bientôt plus être utilise.

L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de trai-

tement de la surface interne d'une bouteille de gaz, qui soit facile et rapide à

mettre en oeuvre, tout en garantissant un traitement satisfaisant de la sur-

face interne de la bouteille.

A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de traitement de la surface interne d'une bouteille de gaz caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on introduit un faisceau laser de traitement incident à l'intérieur d'une bouteille au travers de son goulot, sensiblement suivant l'axe de la bouteille; b) on dévie le faisceau laser dans la bouteille vers la surface interne de la bouteille; c) on provoque une rotation relative entre la bouteille et le faisceau laser dévié sensiblement autour de l'axe de la bouteille; et d) on provoque un déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau laser dévié afin de balayer l'essentiel de la surface interne de la bouteille avec le faisceau laser dévié.

Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé com-

porte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - à l'étape d) de déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau

laser, on effectue deux balayages successifs de l'essentiel de la surface in-

terne de la bouteille, le premier balayage par le faisceau laser produisant

une pulvérisation de la couche superficielle de la surface interne de la bou-

teille sous l'action d'une onde de choc non thermique, suivi d'un second ba-

layage par le faisceau laser produisant un effet thermique à la surface de la bouteille, conduisant à une refusion superficielle de celle-ci; - le déplacement relatif comporte un déplacement relatif en translation du faisceau laser dévié par rapport à la bouteille sensiblement suivant l'axe de la bouteille;

- le déplacement relatif comporte une modification de l'angle de dé-

viation du faisceau laser dévié par rapport à l'axe de la bouteille; I'on procède à l'injection d'un gaz de nettoyage à l'intérieur de la bouteille lors du balayage de sa surface interne par le faisceau laser dévié; - I'on aspire en continu le gaz de nettoyage injecté à l'intérieur de la bouteille; et - I'on projette au point d'impact du faisceau laser dévié sur la bouteille

un amalgame de métaux de protection.

L'invention a en outre pour objet une bouteille de gaz, caractérisée en

ce qu'elle comporte une surface interne traitée par le procédé décrit ci-

dessus. L'invention a également pour objet un dispositif de traitement de la surface interne d'une bouteille de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte: a) des moyens d'introduction d'un faisceau laser incident à l'intérieur d'une bouteille au travers de son goulot, sensiblement suivant l'axe de la bouteille; b) des moyens de déviation du faisceau laser dans la bouteille vers la surface interne de la bouteille;

c) des moyens d'établissement d'une rotation relative entre la bou-

teille et le faisceau laser dévié sensiblement autour de l'axe de la bouteille et d) des moyens de déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau laser dévié afin de balayer l'essentiel de la surface interne de la bouteille

avec le faisceau laser dévié.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif comporte I'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - il comporte des moyens pour effectuer, lors du déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau laser, deux balayages successifs de l'essentiel de la surface interne de la bouteille, un premier balayage par le faisceau laser produisant une pulvérisation de la couche superficielle de la

surface interne de la bouteille sous l'action d'une onde de choc non thermi-

que, suivi d'un second balayage par le faisceau laser produisant un effet thermique à la surface de la bouteille, conduisant à une refusion superficielle de celle-ci; - lesdits moyens de déplacement relatif comportent des moyens de déplacement relatif en translation du faisceau laser dévié par rapport à la bouteille sensiblement suivant l'axe de la bouteille; - lesdits moyens de déplacement relatif comportent des moyens de modification de l'angle de déviation du faisceau laser dévié par rapport à l'axe de la bouteille; - les moyens de modification de l'angle de déviation du faisceau laser comporte un prisme articulé autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à

l'axe de la bouteille, lequel prisme est disposé pour recevoir le faisceau in-

cident par une face d'entrée et renvoyer le faisceau dévié par une face de sortie;

- le prisme est à base triangulaire, et sa troisième face, complémen-

taire aux faces d'entrée et de sortie du faisceau laser, comporte un revête-

ment à fort coefficient de réflexion;

- le prisme est à base triangulaire, et sa troisième face, complémen-

taire aux faces d'entrée et de sortie du faisceau laser, est accouplée à un miroir, dont la face réfléchissante est dirigée vers l'intérieur du prisme;

- le prisme est à base triangulaire, et sa troisième face, complémen-

taire aux faces d'entrée et de sortie du faisceau laser, est accouplée à un miroir, dont la face réfléchissante est dirigée vers l'extérieur du prisme; - il comporte des moyens d'injection d'un gaz de nettoyage à

l'intérieur de la bouteille lors du balayage de sa surface interne par le fais-

ceau laser dévié; - il comporte des moyens d'aspiration en continu du gaz de nettoyage injecté à l'intérieur de la bouteille; et - il comporte des moyens de projection d'un amalgame de métaux de

protection au point d'impact du faisceau laser dévié sur la bouteille.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va

suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux des-

sins sur lesquels: - La figure 1 est une vue schématique en élévation du dispositif de traitement selon l'invention; - La figure 2 est une vue en élévation à plus grande échelle de la tête de traitement du dispositif de la figure 1; - La figure 3 est une vue schématique à plus grande échelle du prisme de la tête de traitement de la figure 2; - Les figures 4A à 4C sont des vues schématiques montrant le trajet d'un faisceau laser pour différentes positions d'un prisme de déviation, dont une des faces est recouverte d'un revêtement à fort coefficient de réflexion;

- La figure 5 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une bou-

teille en cours de traitement, dans laquelle la tête de traitement est repré-

sentée dans trois positions distinctes - Les figures 6A à 6C sont des vues schématiques montrant le trajet d'un faisceau laser pour différentes positions d'un prisme de déviation, dont une des faces est accolée à la face réfléchissante d'un miroir; - Les figures 7A à 7D sont des vues schématiques montrant le trajet d'un faisceau laser pour différentes positions d'un prisme de déviation, dont

une des faces est occultée par un miroir dont la face réfléchissante est op-

posée au prisme; - Les figures 8A à 8D sont des vues schématiques montrant le trajet

d'un faisceau laser pour différentes positions d'un prisme de déviation asso-

cié à un miroir analogue à celui des figures 7A à 7C et comportant en outre une lame mince de protection de la face réfléchissante du miroir; et - Les figures 9A et 9B sont des images réalisées par un microscope

électronique à balayage de la surface interne d'une bouteille, respective-

ment non traitée et traitée par le procédé selon l'invention.

Le dispositif de traitement de bouteilles de gaz, représenté sur la fi-

gure 1, comporte essentiellement, sur une embase 10, des moyens 12 de

déplacement en translation d'une bouteille B suivant son axe longitudinal X-

X, des moyens 14 de mise en rotation de la bouteille autour de son axe, et des moyens 16 de balayage de la surface interne de la bouteille avec un

faisceau laser de traitement 17.

L'embase 10 constitue un socle horizontal et comporte deux rails pa-

rallèles 18. Ces rails sont destinés au guidage d'un chariot 20 de support

horizontal de la bouteille B et de transport de celle-ci.

Les moyens 12 de déplacement en translation comportent un groupe motoréducteur 22 associé à des moyens d'entraînement non représentés adaptés pour assurer un déplacement en translation du chariot 20 suivant

les rails parallèles 18.

Les moyens 14 de mise en rotation de la bouteille B autour de son

axe X-X sont portés par le chariot 20. Il comporte un tambour 24 à axe hori-

zontal à l'intérieur duquel la bouteille B est montée rotative. Le tambour 24 comporte, à chaque extrémité, une bride 26 de serrage de la bouteille afin

d'assurer son entraînement en rotation.

La partie toumrnante du tambour 24 est reliée, par des moyens d'engrènement non représentés, à un bloc motoréducteur d'entraînement

28.

Les moyens 16 de balayage à l'aide du faisceau laser comportent un laser de puissance 30, par exemple un laser solide YAG Nd émettant dans

le proche infrarouge. Sa longueur d'onde d'émission est de 1,064 microns.

Ce laser fonctionne en régime continu ou impulsionnel et est adapté pour produire des impulsions de 500 mJ à 30 Hz, voire 100 Hz. Le diamètre du

faisceau laser est de 6 mm.

Les lasers à gaz CO2 et les lasers à excimères peuvent également être utilisés pour ce type de traitement.

La durée d'une impulsion est ajustable entre 10 et 30 nanosecondes.

Les moyens 16 comportent en outre un ensemble optique 32 de gui-

dage et de déviation du faisceau laser 17 émis par le laser 30.

Cet ensemble optique 32 comporte une canne optique 34 supportée horizontalement suivant l'axe X-X de la bouteille par une console 36 fixée à l'extrémité du rail de guidage entre le laser 30 et la bouteille B.

La canne optique 34 comporte une enveloppe cylindrique 37, définis-

sant un passage axial pour le faisceau laser 17. L'enveloppe cylindrique 37 a un diamètre externe de 21 mm pour permettre son introduction dans le

goulot de la bouteille B dont le diamètre est de 22 mm.

Les moyens 16 comportent à l'extrémité de sortie du faisceau laser une tête de traitement 38, appelée tête de canne, portée par une extrémité

de la canne 34. La tête 38 est représentée à plus grande échelle sur les fi-

gures 2 et 5.

La canne optique 34 comporte à son autre extrémité par laquelle en-

tre le faisceau laser, un bloc de connexion 40 pour des conduites d'acheminement et d'évacuation d'un gaz de nettoyage servant également à l'inertage et à l'évacuation des poussières. Celui-ci circule au travers de la canne 34 jusqu'à la tête de traitement 38 et depuis celle-ci, par I'intermédiaire d'un ensemble de conduites qui seront décrites en regard de

la figure 2.

La tête de traitement 38 comporte, comme représenté sur la figure 2, un organe de déviation optique 42 articulé à l'extrémité de sortie de la canne 34. Différents modes de réalisation de l'organe 42 seront décrits en regard

des figures suivantes.

Cet organe optique 42 comporte essentiellement un prisme 43 de dé-

viation du faisceau laser. Le prisme est articulé autour d'un axe horizontal 44 disposé transversalement à l'axe de la canne 34. L'axe 44 est supporté par

deux bras parallèles 46 de l'extrémité de l'enveloppe cylindrique 37 présen-

tant une forme de fourche 48. Ainsi, I'organe optique 42 est reçu dans

l'espace délimité par la fourche 48.

De plus, I'enveloppe cylindrique 37 est traversée par une tige d'ac-

tionnement non représentée dont une extrémité est reliée à l'organe de dé-

viation optique 42 et dont l'autre extrémité est reliée à un moyen de com-

mande, par exemple un vérin.

L'ensemble des conduites d'acheminement et d'évacuation du gaz de nettoyage est reçu à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique 37 de la canne

optique.

Cet ensemble de conduites comporte une conduite d'évacuation 50 dont le diamètre intérieur est très légèrement inférieur au diamètre de l'enveloppe cylindrique 37. Cette conduite d'évacuation 50 s'achève dans la tête de traitement à quelques centimètres en arrière de l'organe de déviation

optique 42. Entre l'extrémité de la conduite 50 et l'organe de déviation opti-

que 42 est prévue une échancrure inférieure 52. Cette dernière est destinée

à la collecte des impuretés transportées par le gaz de nettoyage.

Une première conduite 54 d'acheminement du gaz de nettoyage vers l'organe optique 42 s'étend à l'intérieur de la conduite d'évacuation 50. La conduite 54 se prolonge au-delà de l'extrémité de la conduite 50 et s'achève

immédiatement en arrière de l'organe de déviation optique 42.

La conduite 54 est en outre destinée à conduire le faisceau laser 17

jusqu'à l'organe de déviation optique 42. Elle a, à cet effet, un diamètre suf-

fisant pour le passage du faisceau laser 17.

Une seconde conduite d'alimentation 56 s'étend à l'intérieur de la

conduite 50 parallèlement à la première conduite 54. La conduite 56 se pro-

longe jusqu'au niveau de l'organe optique 42. Elle aboutit suivant une buse de projection 58 dans une chambre o le gaz se répartit parallèlement à

chaque face latérale de l'organe optique 42.

Avantageusement, la section libre de la conduite d'évacuation 50 est supérieure au total des sections des conduites d'alimentation 54 et 56. Plus,

précisément, la section offerte au passage du gaz dans la conduite d'éva-

cuation 50 est supérieure à la section offerte au passage du gaz lors de son

acheminement jusqu'à l'organe de déviation optique 42.

Les extrémités arrières des conduites 50, 54 et 56 sont reliées au bloc d'alimentation 40. Ce dernier comporte des moyens de connexion des conduites 54 et 56 sur une source filtrée d'alimentation en gaz de nettoyage, avantageusement un gaz inerte et par exemple de l'azote. L'extrémité de la conduite d'évacuation 50 est reliée à une pompe à vide créant par aspiration une dépression de 100 mbars dans la bouteille B. Dans l'exemple de la figure 2, I'organe de déviation optique 42 est

constitué par un prisme droit dont la base est constituée par un triangle rec-

tangle isocèle. Le prisme est représenté à plus grande échelle sur la figure 3. Il est réalisé dans un matériau d'indice élevé, par exemple du LaSF9, dont

l'indice n est égal à 1,82 pour une longueur d'onde de 1064 mm.

Dans le mode de réalisation décrit, I'axe d'articulation 44 passe par le

prisme au voisinage de l'hypoténuse à proximité de l'un des sommets.

En variante, et comme représenté sur la figure 3, I'axe d'articulation, noté 44', est prévu au voisinage de l'angle droit et passe à l'extérieur du prisme. Dans le mode de réalisation décrit aux figures 1 à 3, I'hypoténuse du prisme est recouverte d'un revêtement à fort coefficient de réflexion (Rmax),

par exemple un diélectrique disponible commercialement auprès de fournis-

seurs d'optiques pour application laser.

Les deux autres faces du prisme sont recouvertes d'un revêtement

anti-réfléchissant afin d'améliorer le rendement de la transmission.

Ainsi, comme représenté sur la figure 3, le faisceau incident pénètre dans le prisme par une face d'entrée notée 60 et ressort du prisme par une

face de sortie 62 après une réflexion sur l'hypoténuse du prisme, notée 64.

Sur cette figure, le prisme a l'hypoténuse disposée parallèlement au faisceau laser incident, noté 1, de sorte que le faisceau laser ne subit aucune

déviation lors du passage dans le prisme et ressort parallèlement au fais-

ceau incident.

Les figures 4A à 4C illustrent la déviation du faisceau laser dans di-

verses directions du plan lors du basculement du prisme autour de l'axe

d'articulation 44.

En effet, comme représenté sur les figures 3 et 4A, le faisceau inci-

dent, noté 1, ressort sous forme d'un faisceau parallèle noté S, lorsque l'hypoténuse du prisme est parallèle au faisceau incident I. Sur la figure 4B, le prisme est incliné de 45 , dans le sens de la flèche F4, par rapport à sa position de la figure 4A, de sorte que le faisceau laser

est dévié après réflexion sur l'hypoténuse d'un angle de 90 .

Lorsque le prisme est basculé d'un angle dépassant 45 , comme re-

présenté sur la figure 4C, le faisceau laser est dévié d'un angle supérieur à

. Les faisceaux I et S définissent alors un angle aigu inférieur à 90 .

On comprend ainsi que le décalage angulaire continu du prisme per-

met d'assurer une déviation continue du faisceau laser sortant et ainsi un balayage du plan perpendiculaire à la face de sortie du prisme à l'aide du

faisceau laser dévié.

Le fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit en regard de

la figure 5.

Afin d'assurer le traitement complet de la surface interne d'une bou-

teille, on introduit à l'intérieur de celle-ci la tête de traitement 38. A cet effet, la canne 34 est partiellement introduite par le goulot de la bouteille suivant

l'axe X-X de celle-ci.

Lors du traitement, le goulot de la bouteille est muni d'un organe

d'étanchéité 70 percé d'une ouverture 72 pour le passage de la canne opti-

que 34.

Comme représenté sur la figure 5, la bouteille de gaz comporte es-

sentiellement trois parties successives constituées d'un fond F, d'une paroi latérale cylindrique L et un col C prolongé par le goulot extérieurement fileté

de la bouteille.

Afin d'assurer un balayage complet de la surface interne de la bou-

teille, celle-ci est mise en rotation suivant son axe de rotation X-X sous l'action du tambour 24 entraîné par le bloc motoréducteur 28. Ainsi, s'établit un déplacement relatif en rotation entre la bouteille B et le faisceau laser deviée. Pour le traitement du fond F de la bouteille, le prisme est initialement

disposé dans sa position de la figure 4A, c'est-à-dire avec l'hypoténuse pa-

rallèle au faisceau laser incident. Le prisme est alors dans la position notée P1 de la figure 5. Dans cette position initiale, le faisceau laser assure le traitement du centre du fond F.

La bouteille étant toujours entraînée en rotation, le prisme est pro-

gressivement déplacé angulairement, de sorte que l'extrémité du faisceau dévié décrit une spirale sur le fond F. Le basculement du prisme est effectué suffisamment lentement afin de garantir un balayage complet du fond F. Pour le traitement de la paroi latérale L de la bouteille, le prisme est

disposé, basculé de 45 , dans sa position de la figure 4B. De ce fait, le fais-

ceau dévié définit un angle de 90 avec le faisceau incident. La bouteille étant entraînée en rotation, et la tête de traitement étant dans sa position intermédiaire P2, la bouteille est déplacée en translation à vitesse constante suivant son axe X-X. Le faisceau laser dévié effectue ainsi un balayage de

la paroi latérale L suivant une hélice à pas constant.

La vitesse de déplacement en translation de la bouteille est choisie de

sorte que le pas de l'hélice est inférieur à la largeur du faisceau laser dévié.

Pour le traitement du col C, la tête de traitement est placée dans la

position P3 dans la zone de liaison du col C à la paroi latérale L. Le dépla-

cement en translation de la bouteille est stoppé et seule la rotation de la

bouteille est maintenue.

Afin d'assurer le balayage du col par le faisceau dévié, le prisme est

progressivement basculé d'un angle supérieur à 45 , jusqu'à ce que le fais-

ceau dévié atteigne le goulot de la bouteille. Le faisceau laser décrit alors

sur le col C une hélice de diamètre variable.

Le traitement est effectué de façon à obtenir un taux de recouvrement

des impacts laser pouvant aller jusqu'à 10.

Le traitement effectué sur toute la surface interne consiste à pulvéri-

ser la couche de matériau indésirable par un premier passage du faisceau

laser. Le laser de puissance, délivrant des impulsions laser courtes (quel-

ques nanosecondes à quelques dizaines de nanosecondes), avec une puis-

sance de crête élevée (quelques mégawatts à quelques dizaines de méga-

watts) favorise l'efficacité du traitement. En effet, la couche d'oxyde subit un choc énergétique et est pulvérisée sans avoir à échauffer inconsidérément la surface puisque la puissance moyenne n'excède pas quelques watts. Un

effet mécanique se substitue dans ce cas à un effet thermique de vaporisa-

tion. Un lissage de la surface est obtenu par un second passage, dans les mêmes conditions du faisceau laser ayant les mêmes caractéristiques. Les impuretés présentes sur la surface ayant été évacuées, ce second balayage par le faisceau laser produit un effet thermique conduisant à une refusion de la surface et donc à un lissage de celle-ci. Ce lissage est conduit jusqu'à

diminution de la rugosité jusqu'à une échelle submicrométrique.

Pendant tout le traitement de la surface intérieure de la bouteille, du gaz inerte est continuement acheminé par les conduites 54 et 56 jusqu'à l'organe de déviation optique 42. Le gaz inerte émanant des conduites 54 et

56 assure un refroidissement et une protection des faces du prisme.

Le gaz inerte insufflé dans la bouteille est recueilli par la conduite d'évacuation 50. Le gaz inerte ainsi aspiré achemine avec lui les résidusmétalliques et les impuretés décrochées de la paroi lors du traitement par le faisceau laser. Ces résidus et impuretés sont des poussières générées par la pulvérisation de la couche d'oxyde et des contaminants de la surface par exemple issus des lubrifiants provenant de la fabrication de la bouteille. Leur évacuation évite la destruction des surfaces optiques par claquage des poussières en présence de la forte densité de champ électrique du faisceau laser. La dépression de - 100 mb provoquée par la pompe à vide assure une

évacuation fiable des déchets. De plus, la grande section relative de la con-

duite 50 garantit une évacuation satisfaisante.

Sur les figures 6A à 6C, est représentée une variante de réalisation de l'organe de déviation optique 42. Il comporte un prisme 80 dont chacune des faces est recouverte d'un revêtement anti-réfléchissant. Un miroir 82 est disposé suivant l'hypoténuse du prisme. La face réfléchissante unique 84 du miroir est appliquée suivant l'hypoténuse vers l'intérieur du prisme. Le miroir est réalisé dans un verre de type BK7 et le revêtement réfléchissant est un

diélectrique résistant au flux utilisé.

Ainsi, comme représenté sur les figures 6A et 6B, pour un angle de basculement inférieur à 45 , le faisceau laser subit, au travers du prisme, une déviation suivant un chemin optique analogue à celui des figures 4A et 4B. Lorsque l'angle de basculement du prisme est supérieur à l'angle limite représenté sur la figure 6C, le faisceau laser pénétrant par la face d'entrée du prisme sort du prisme par l'hypoténuse, se réfléchit sur le miroir et entre à nouveau dans le prisme par l'hypoténuse, avant de ressortir par la face de

sortie. Pour de tels angles, le faisceau subit une déviation d'un angle supé-

* rieur à 90 permettant le traitement du col de la bouteille.

Sur les figures 7A à 7D, est représentée encore une variante de l'organe de réflexion 42. Celui-ci comporte un prisme 90 sur l'hypoténuse duquel est disposé un miroir 92. Contrairement au mode de réalisation des figures 6A à 6C, la face réfléchissante 94 du miroir est opposée au prisme 90.

Comme représenté sur les figures 7A à 7B, pour un angle de bascu-

lement inférieur à 45 , le trajet optique du faisceau laser est analogue à celui

des figures 4A et 4B.

Au contraire, afin d'assurer un angle de déviation du faisceau laser supérieur à 90 , le prisme est basculé en sens inverse, c'est-à-dire suivant le sens de la flèche F7 des figures 7C et 7D d'un angle supérieur à 45 , de sorte que le faisceau laser est dévié non pas par le prisme mais par la face

réfléchissante 94 du miroir sur laquelle vient se réfléchir le rayon incident.

La variante de réalisation de l'organe de déviation optique représen-

tée sur les figures 8A à 8D reprend les mêmes constituants que l'organe de

déviation optique des figures 7A à 7D. Toutefois, une lame mince par exem-

ple en silice fondue (BK7) est appliquée sur la face réfléchissante 94 du mi-

roir afin d'assurer une protection de celui-ci. Une telle protection peut être

étendue à toutes les faces de l'organe optique.

Suivant encore une autre variante non représentée, I'organe de dé-

viation optique comporte un simple miroir articulé autour l'axe 44.

Avantageusement, afin d'améliorer le recouvrement des surfaces successivement traitées suivant un parcours généralement en hélice, un

diaphragme de section carrée est disposé entre le laser et l'organe de dé-

viation optique 42. On conçoit que la section carrée du faisceau laser facilite le recollement entre les spires successives de l'hélice. A titre d'exemple, les paramètres suivants sont satisfaisants afin

d'assurer le traitement de la surface interne de bouteilles en acier et en al-

liage léger.

- Pour une bouteille en acier: 10. fluence: 2 J/cm2 durée d'impulsion: 15 ns fréquence: 30 Hz taux de recouvrement: 10 pression: - 100 mb 15. débits azote: 0,4 m3/h (par la buse latérale 58) et 1,2 m3/h (par la conduite 54) - Pour une bouteille en alliage léger: fluence: 1,3 J/cm2 durée d'impulsion: 15 ns 20. fréquence: 30 Hz taux de recouvrement: 10 pression: -100 mb débits azote: 0,4 m3/h (par la buse 56) et 1,2 m3/h ( par la conduite 54) Une inspection visuelle des surfaces traitées selon l'invention montre l'efficacité du traitement. Ces surfaces sont en effet exemptes de rouille et

ont un aspect lisse.

Les essais effectués montrent que le traitement selon l'invention sur

des surfaces d'aluminium et d'acier se traduit par une ablation des irrégula-

rites en saillie avec un effet thermique conjoint.

Les figures 9A et 9B montrent les états de surface obtenus pour les surfaces internes de bouteilles dans le cas d'un acier rouillé non traité pour la figure 9A et dans le cas d'un acier nettoyé par un traitement selon

l'invention dans le cas de la figure 9B. La longueur de chaque cliché corres-

pond à 90 microns.

On constate, sur la figure 9A, une surface très irrégulière dont l'aire de la surface développée est très importante. Au contraire, dans le cas de la figure 9B, la surface de l'acier traité est plus régulière. Les conséquences du traitement sont les suivantes

- élimination des impuretés superficielles accumulées lors des utilisa-

tions ou des stockages des gaz notamment C, P, Pb, et N pour l'aluminium ainsi que Ca et à un degré moindre Si pour les aciers;

- élimination des fonctions hydroxydes et hydrocarbures sur les surfa-

ces en acier; et

- réduction de la couche d'oxyde après traitement.

Sur l'échantillon de la figure 9B, la couche d'oxyde a été entièrement pulvérisée et laisse apparaître une surface totalement lissée. Les mesures de rugosité (effectuées avec un appareil Dektak 3030ST) faites sur des

échantillons prélevés sur le corps cylindrique de bouteilles traitées ont mon-

tré une amélioration d'un facteur 2 quel que soit le type de matières utilisées

pour la bouteille (acier ou aluminium).

Le traitement selon l'invention lisse la surface et élimine les défauts de surface à une échelle inférieure au micromètre. Cette amélioration de

l'état de surface a une échelle submicrométrique n'a pu être mise en évi-

dence à cause de la faible résolution des rugosimètres actuellement dispo-

nibles.

De plus, une surface non traitée et une surface ayant subi un traite-

ment selon l'invention ont été soumises à l'attaque de l'acide nitrique. Les échantillons traités sont attaqués sur quelques sites privilégiés alors que dans le cas des échantillons non traités, I'attaque est plus homogène sur l'ensemble de la surface. De plus, la cinétique de corrosion a été nettement

ralentie dans le cas de la surface traitée.

Ainsi, le traitement de surface selon l'invention présente des proprié-

tés de nettoyage, de lissage et de passivation des surfaces. En particulier, le

nombre departicules résiduelles est inférieur à 10 particules de diamètre su-

périeure à 0,2 micron dans un volume de 27 litres.

Un tel traitement est particulièrement adapté pour des bouteilles des-

tinées au transport et au stockage de gaz ultrapurs, de mélanges de calibra-

tion, ou de gaz spéciaux pour l'industrie des semi-conducteurs.

Par ailleurs, en variante, il est prévu, à l'extrémité de la canne péné-

trant dans la bouteille, des moyens de projection d'un amalgame de métaux

nobles au point de focalisation du laser très énergétique. Ainsi, lors du ba-

layage de la surface interne de la bouteille, un alliage de surface est déposé,

procurant à la bouteille de bonnes propriétés de résistance à la corrosion.

Le procédé de traitement décrit ici, mettant en oeuvre deux phases de traitement successives, une première produisant une pulvérisation sous l'action d'un choc non thermique, suivie d'une seconde produisant un effet thermique conduisant la refusion superficielle peut être mis en oeuvre par tous moyens appropriés et notamment pour d'autres moyens qu'un organe

optique de déviation d'un faisceau laser.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de traitement de la surface interne d'une bouteille de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on introduit un faisceau laser de traitement incident à l'intérieur d'une bouteille au travers de son goulot, sensiblement suivant l'axe de la bouteille; b) on dévie le faisceau laser dans la bouteille vers la surface interne de la bouteille; c) on provoque une rotation relative entre la bouteille et le faisceau laser dévié sensiblement autour de l'axe de la bouteille; et d) on provoque un déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau laser dévié afin de balayer l'essentiel de la surface interne de la bouteille

avec le faisceau laser dévié.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape d) de déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau laser, on effectue deux balayages successifs de l'essentiel de la surface interne de la bouteille, le premier balayage par le faisceau laser produisant une pulvérisation de la couche superficielle de la surface interne de la bouteille sous l'action d'une onde de choc non thermique, suivi d'un second balayage par le faisceau laser produisant un effet thermique à la surface de. la bouteille, conduisant à

une refusion superficielle de celle-ci.

3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le

déplacement relatif comporte un déplacement relatif en translation du fais-

ceau laser dévié par rapport à la bouteille sensiblement suivant l'axe de la

bouteille.

4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le déplacement relatif comporte une modification de

l'angle de déviation du faisceau laser dévié par rapport à l'axe de la bou-

teille.

5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que l'on procède à l'injection d'un gaz de nettoyage à

l'intérieur de la bouteille lors du balayage de sa surface interne par le fais-

ceau laser dévié.

6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on aspire

en continu le gaz de nettoyage injecté à l'intérieur de la bouteille.

7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que l'on projette au point d'impact du faisceau laser dévié sur la bouteille un amalgame de métaux de protection. 8.- Bouteille de gaz, caractérisée en ce qu'elle comporte une surface

interne traitée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

7. 9.- Dispositif de traitement de la surface interne d'une bouteille de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte: a) des moyens (32) d'introduction d'un faisceau laser incident à l'intérieur d'une bouteille au travers de son goulot, sensiblement suivant l'axe de la bouteille; b) des moyens (38) de déviation du faisceau laser dans la bouteille vers la surface interne de la bouteille; c) des moyens (14) d'établissement d'une rotation relative entre la

bouteille et le faisceau laser dévié sensiblement autour de l'axe de la bou-

teille; et d) des moyens (22, 38) de déplacement relatif entre la bouteille et le faisceau laser dévié afin de balayer l'essentiel de la surface interne de la

bouteille avec le faisceau laser dévié.

10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il com-

porte des moyens pour effectuer, lors du déplacement relatif entre la bou-

teille et le faisceau laser, deux balayages successifs de l'essentiel de la surface interne de la bouteille, un premier balayage par le faisceau laser produisant une pulvérisation de la couche superficielle de la surface interne de la bouteille sous l'action d'une onde de choc non thermique, suivi d'un second balayage par le faisceau laser produisant un effet thermique à la

surface de la bouteille, conduisant à une refusion superficielle de celle-ci.

11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement relatif comportent des moyens (22) de déplacement

relatif en translation du faisceau laser dévié par rapport à la bouteille sensi-

blement suivant l'axe de la bouteille.

12.- Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que lesdits moyens (22, 38) de déplacement relatif comportent des moyens (42) de modification de l'angle de déviation du faisceau laser dévié par rapport à

l'axe de la bouteille.

13.- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les

moyens (42) de modification de l'angle de déviation du faisceau laser com-

porte un prisme (43, 80, 90) articulé autour d'un axe sensiblement perpendi-

culaire à l'axe de la bouteille, lequel prisme (43, 80, 90) est disposé pour

recevoir le faisceau incident par une face d'entrée (60) et renvoyer le fais-

ceau dévié par une face de sortie (62).

14.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le

prisme (43) est à base triangulaire, et sa troisième face (64), complémen-

taire aux faces d'entrée et de sortie du faisceau laser, comporte un revête-

ment à fort coefficient de réflexion.

15.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le prisme (80) est à base triangulaire, et sa troisième face, complémentaire aux faces d'entrée et de sortie du faisceau laser, est accouplée à un miroir (82),

dont la face réfléchissante (84) est dirigée vers l'intérieur du prisme (80).

16.- Dispositif selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le prisme (90) est à base triangulaire, et sa troisième face, complémentaire aux faces d'entrée et de sortie du faisceau laser, est accouplée à un miroir (92), dont la face réfléchissante (92) est dirigée vers l'extérieur du prisme (90).

17.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, ca-

ractérisé en ce qu'il comporte des moyens (40, 54, 56, 58) d'injection d'un gaz de nettoyage à l'intérieur de la bouteille lors du balayage de sa surface

interne par le faisceau laser dévié.

18.- Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il com-

porte des moyens (40, 50, 52) d'aspiration en continu du gaz de nettoyage

injecté à l'intérieur de la bouteille.

19.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 18, ca-

ractérisé en ce qu'il comporte des moyens de projection d'un amalgame de

métaux de protection au point d'impact du faisceau laser dévié sur la bou-

teille.