FR2888391A1 - Bobine supraconductrice, procede de fabrication de celle-ci et dispositif de soudage - Google Patents

Abstract

Dans le procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice, une ligne supraconductrice (3) revêtue avec un élément isolant (4) est contenue dans une rainure (2) formée sur une surface d'une plaque en acier inoxydable (1), et un couvercle en acier inoxydable (5) est monté dans le côté extérieur de la ligne supraconductrice (3) dans une ouverture dans la rainure (2). La plaque (1) et le couvercle (5) sont soudés afin d'être scellés au niveau de sections de jonction (8). Le soudage est réalisé en utilisant une multiplicité de sources de chaleur comprenant un laser (6) et un arc (10) de telle sorte qu'une profondeur de fusion au niveau de la section de jonction (8) est dans une plage prédéterminée. Le couvercle (5) peut avoir deux sections de jonction (8), et le soudage des sections de jonction (8) peut être réalisé simultanément. La plaque (1) peut avoir une multiplicité de rainures (2), et le soudage des sections de jonction (8) peut être réalisé simultanément.

Description

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L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice destinée à former un aimant supraconducteur refroidi par écoulement forcé qui peut être utilisé dans une installation de fusion nucléaire ou un accélérateur de particules, par exemple. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice qui est perfectionné dans l'étape de soudage/assemblage. Cette invention se rapporte en outre à une bobine supraconductrice et à un dispositif de soudage.

Les bobines supraconductrices ont été et sont en cours de développement ces dernières années. Les bobines supraconductrices refroidies par écoulement forcé sont un type de bobines supraconductrices. Les bobines supraconductrices refroidies par écoulement forcé peuvent être isolées directement, de telle sorte qu'elles procurent des avantages incluant une résistance mécanique particulièrement remarquable en termes de structure et d'excellentes caractéristiques d'isolation électrique en termes de performance. Par conséquent, il est préférable d'utiliser les bobines supraconductrices refroidies par écoulement forcé dans le domaine des bobines supraconductrices de grande taille.

Des applications de bobines supraconductrices de grande taille comprennent des aimants supraconducteurs devant être utilisés dans des installations de fusion nucléaire et des accélérateurs de particules.

Les bobines supraconductrices de grande taille utilisées dans les installations de fusion nucléaire et les accélérateurs de particules sont produites de manière typique en découpant des rainures sur des surfaces opposées de plaques de bande d'acier inoxydable afin de maintenir de manière serrée des lignes supraconductrices, en plaçant des lignes supraconductrices isolées dans les rainures et en 2888391 2 scellant les ouvertures des rainures au moyen de couvercles en acier inoxydable.

Ainsi, une bobine supraconductrice est formée grâce à des plaques de bande d'acier inoxydable, des lignes supraconductrices contenues dans les rainures des plaques de bande et des couvercles qui ferment les ouvertures des rainures.

D'une manière générale, un procédé d'obturation par soudage est utilisé afin de fermer les rainures des plaques de bande en acier inoxydable avec les couvercles de la bobine supraconductrice pour l'obturation. Un soudage à l'arc ou un soudage par laser est utilisé de manière typique pour le procédé d'obturation par soudage.

Des procédés de soudage composite consistant à disposer des moyens de préparation de bord pour les surfaces bout à bout de deux éléments devant être soudés en avant de deux moyens de soudage sont connus (voir par exemple la publication de demande de brevet japonais soumise à l'inspection publique numéro 2004-298896). Les moyens de préparation de bord sont disposés dans le sens de la direction de progression de soudage, et les deux moyens sont déplacés par rapport aux éléments devant être soudés le long des surfaces bout à bout. Les deux moyens de soudage comprennent une tête à laser et une torche de soudage à l'arc. La distance séparant les deux moyens est maintenue de façon à réaliser simultanément l'opération de soudage composite de préparation de bord des surfaces bout à bout grâce aux moyens de préparation de bord et de soudage composite en utilisant un laser et un arc des moyens de soudage.

D'autres procédés de soudage composite consistant à prévoir une buse de soudage à laser, une torche à plasma et une buse de projection de gaz d'assistance sur un trajet de soudage des éléments devant être soudés sont également 2888391 3 connus (voir par exemple la publication de demande de brevet japonais soumise à l'inspection publique numéro 10- 216972). Dans ce procédé, le laser est en premier, et l'arc suit. Une valeur correcte est choisie pour la distance séparant le point d'irradiation de faisceau laser et le point de projection de fil de soudage de l'arc. Dans le même temps, l'espace entre jonctions sur le trajet de soudage des éléments devant être soudés est défini de façon à ne pas être inférieur à 10% de l'épaisseur de plaque de l0 bande et pas supérieur au faisceau laser.

D'autres procédés de soudage composite pour le soudage d'au moins une section de jonction devant être soudée au moyen d'un faisceau laser sont connus (voir par exemple la publication internationale PCT WO 02/16071 Al ou la traduction japonaise publiée de publication internationale PCT pour une demande de brevet numéro 2004-525766). Le faisceau laser est émis de manière typique depuis un équipement à laser à diode de puissance et au moins un arc électrique complète la puissance de sortie de l'équipement de soudage à laser.

Les matières qui sont utilisées pour les isolants des lignes conductrices et des bobines supraconductrices de bobines supraconductrices de grande taille sont généralement délicates à chauffer. Par conséquent, une opération de soudage doit être réalisée, tout en commandant l'entrée de chaleur dans la plaque de bande et dans la ligne supraconductrice au moyen de la plaque de bande. Dans ce cas, le soudage à l'arc est utilisé pour fermer l'ouverture de la rainure contenant la ligne supraconductrice pour l'obturation au moyen du couvercle.

La section du couvercle devant être soudée est accompagnée d'un problème de déformation thermique, du fait que des lignes de soudage avoisinantes sont situées près 2888391 4 l'une de l'autre de telle sorte qu'il est nécessaire de commander précisément l'entrée de chaleur.

De manière additionnelle, la bobine supraconductrice est une structure de grande taille et les espaces des sections de jonction devant être soudées peuvent fluctuer de manière significative de telle sorte qu'il est important de commander l'entrée de chaleur.

D'autre part, une bobine supraconductrice de grande taille exige un degré élevé de précision d'assemblage du fait des performances exigées pour celle-ci. Ainsi, une déformation thermique possible quelconque qui peut apparaître dans l'étape de soudage à l'arc conventionnel peut provoquer des problèmes. Il est par conséquent nécessaire de préparer une bobine supraconductrice selon une séquence de soudage multiple qui est commandée avec précision afin de supprimer les déformations thermiques.

Un procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice de grande taille comprenant une étape de soudage à l'arc implique une séquence de soudage multiple et des déformations thermiques peuvent inévitablement apparaître du fait d'une entrée de chaleur excessive.

De manière additionnelle, de longues heures de travail sont exigées pour fabriquer une bobine supraconductrice de grande taille et des travaux incidents de suppression des déformations sont généralement nécessaires au point de réduire par conséquent la productivité.

D'autre part, un procédé de soudage à laser peut réduire l'entrée de chaleur de soudage et des déformations thermiques possibles de telle sorte qu'une productivité relativement élevée peut être attendue comparé à un soudage à l'arc. Toutefois, le procédé de soudage à laser exige un degré élevé de précision d'assemblage pour les sections de 2888391 5 jonction devant être coudées, de telle sorte qu'il est accompagné par une difficulté de découpe de rainures dans une plaque de bande destinées à contenir des lignes supraconductrices et de réalisation des opérations d'assemblage.

Avec les procédés de soudage composite connus tels que décrits dans les publications de demandes de brevet japonais soumises à l'inspection publique numéro 2004-298896 et 10-216972, alors qu'il est possible d'augmenter la profondeur d'une partie fondue lors du soudage d'une plaque épaisse, il est difficile de commander avec précision l'entrée de chaleur de soudage dans les éléments devant être soudés. Par conséquent, les isolants des lignes supraconductrices et la matière de bobines supraconductrices peuvent être surchauffés et endommagés thermiquement.

De manière additionnelle, lorsque les espaces séparant les sections de jonction devant être coudées d'une structure de grande taille fluctuent, il est difficile de les réguler. Il est ainsi difficile de produire de bonnes sections de jonction soudées.

Par ailleurs, un degré très élevé de précision d'assemblage est exigé pour des bobines supraconductrices de grande taille, du fait que des performances élevées sont exigées. D'autre part, des déformations thermiques des éléments soudés peuvent apparaître du fait de la difficulté de commande d'entrée de chaleur avec les procédés de soudage composite décrits dans les publications de demande de brevet japonais soumises à l'inspection publique numéros 2004-298896 et 10-216972. Par conséquent, il y a comme problème que le degré élevé de précision d'assemblage exigé pour les opérations de soudage/assemblage impliquant une séquence de soudage multiple ne peut être obtenu.

2888391 6 Le procédé de soudage composite connu tel que décrit dans la publication internationale PCT WO 02/16071 Al procure un avantage d'augmentation de la puissance de sortie insuffisante du soudage à laser en utilisant à la fois un soudage à l'arc et un soudage à laser. Toutefois, les isolants des lignes supraconductrices et la matière des bobines supraconductrices peuvent être surchauffés et endommagés thermiquement au point de rendre impossible l'obtention d'un degré élevé de précision d'assemblage.

Ceci est dû au fait qu'une commande précise de l'entrée de chaleur est difficile comme dans les procédés de soudage composite des publications de demande de brevets japonais soumises à l'inspection publique numéros 2004-298896 et 10- 216972.

Comme cela a été décrit ci-dessus, les procédés conventionnels de fabrication de bobines supraconductrices ont des problèmes de déformation de soudage et de productivité dans le cas du soudage à l'arc, et un problème de limitation de la précision d'assemblage dans le cas d'un soudage à laser, en particulier lorsqu'il y a une étape de soudage/assemblage.

Au vu des problèmes identifiés ci-dessus, c'est par conséquent un but de la présente invention que de procurer un procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice qui peut supprimer des déformations thermiques dues au soudage et obtenir un degré élevé de précision d'assemblage et une productivité élevée sans endommager thermiquement les lignes supraconductrices.

Afin d'atteindre le but, selon un aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice, le procédé comportant le fait de: placer une ligne supraconductrice revêtue avec un élément isolant dans une rainure formée sur une surface d'une plaque en acier inoxydable; monter un couvercle en 2888391 7 acier inoxydable dans le côté extérieur de la ligne supraconductrice dans une ouverture dans la rainure, le couvercle étant formé afin de s'ajuster dans la rainure; et souder la plaque et le couvercle pour l'obturation au niveau des sections de jonction, le soudage étant réalisé en utilisant une multiplicité de sources de chaleur comprenant un laser et un arc de telle sorte qu'une profondeur de fusion au niveau de la section de jonction est dans une plage prédéterminée.

l0 Selon un autre aspect de la présente invention, il est également prévu une bobine supraconductrice comportant: une plaque en acier inoxydable ayant au moins une surface avec au moins une rainure; une ligne supraconductrice revêtue avec un isolant contenu dans la rainure; et un couvercle en acier inoxydable monté dans la rainure au niveau d'un côté extérieur de la ligne supraconductrice; le couvercle ayant deux sections de jonction sur ses côtés où le couvercle est soudé avec la plaque; et les sections de jonction ayant été soudées en utilisant une multiplicité de sources de chaleur comprenant un laser et un arc de telle sorte que la profondeur de fusion au niveau de la section de jonction est dans une plage prédéterminée.

Selon encore un autre aspect de la présente invention, il est également prévu un dispositif de soudage pour la fabrication d'une bobine supraconductrice, le dispositif étant prévu pour être utilisé afin de souder une plaque en acier inoxydable et un couvercle en acier inoxydable afin d'obturer les sections de jonction entre la plaque et le couvercle, la plaque ayant une surface avec au moins une rainure contenant une ligne supraconductrice revêtue d'un isolant, le couvercle étant monté dans la rainure au niveau du côté extérieur de la ligne supraconductrice, le dispositif comportant: un chariot 2888391 8 automoteur prévu pour se déplacer le long des sections de jonction; un mécanisme de soudage à laser destiné à souder des sections de jonction, le mécanisme de soudage à laser étant monté sur le chariot; et un mécanisme de soudage à l'arc destiné à souder les sections de jonction, le mécanisme de soudage à l'arc étant monté sur le chariot.

Les caractéristiques et avantages ci-dessus ainsi que d'autres de la présente invention deviendront évidents grâce à la description qui suit de formes de réalisation d'illustration spécifiques présentées en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels: La figure lA est une vue de face partielle schématique d'une bobine supraconductrice, illustrant la première forme de réalisation d'un procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice selon la présente invention; La figure 1B est une vue en coupe latérale partielle schématique d'une bobine supraconductrice, illustrant également la première forme de réalisation du procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice selon la présente invention; La figure 2 est un graphique illustrant l'effet du rapport de mélange de gaz de protection selon la première forme de réalisation de la présente invention; La figure 3 est un graphique illustrant la relation entre la profondeur de fusion et la température ultime la plus élevée selon la première forme de réalisation de la présente invention; La figure 4 est un graphique illustrant la relation entre l'espace entre jonctions et la température ultime la plus élevée selon la première forme de réalisation de la présente invention; La figure 5 est une vue en coupe latérale schématique d'une bobine supraconductrice, illustrant la 2888391 9 deuxième forme de réalisation du procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice selon la présente invention; La figure 6 est une vue en coupe latérale schématique d'une bobine supraconductrice, illustrant la troisième forme de réalisation du procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice selon la présente invention; La figure 7A est une vue de face partielle schématique d'une bobine supraconductrice, illustrant la quatrième forme de réalisation du procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice selon la présente invention; et La figure 7B est une vue en coupe latérale partielle schématique d'une bobine supraconductrice, illustrant également la quatrième forme de réalisation du procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice selon la présente invention.

La présente invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant aux dessins annexés qui illustrent des formes de réalisation préférées de la présente invention.

Les figures lA et 1B illustrent schématiquement la première forme de réalisation de la présente invention. La figure lA est une vue de face partielle d'une plaque de bande de bobine supraconductrice, illustrant la première forme de réalisation, et la figure 1B est une vue en coupe latérale partielle de la bobine supraconductrice.

Si l'on se réfère aux figures lA et 1B, la référence 1 désigne une plaque de bande d'acier inoxydable austénitique destinée à maintenir de manière serrée des lignes supraconductrices. La plaque de bande 1 a une structure de plaque radiale et est placée horizontalement. La plaque de bande 1 est pourvue de plusieurs rainures 2 formées en découpant les surfaces supérieure et inférieure afin de présenter un fond semi-circulaire et disposées 2888391 10 parallèlement l'une à l'autre (un seul côté de la plaque de bande est représenté dans la figure lA et 1B).

Une ligne supraconductrice 3 est contenue dans chacune des rainures 2 de la plaque de bande 1. La ligne supraconductrice 3 est revêtue avec un élément isolant 4 le long de sa périphérie extérieure.

Les rainures 2 de la plaque de bande 1 sont formées afin de présenter une profondeur plus grande que le diamètre des lignes supraconductrices 3. Ainsi, un espace ouvert est formé au niveau du côté ouvert de chacune des rainures 2 après mise en place d'une ligne supraconductrice 3.

Un couvercle en acier inoxydable couvercle 5 est monté de manière serrée dans l'espace de chacune des rainures 2 afin de fermer la rainure 2. Ensuite, le couvercle 5 est soudé sur la plaque de bande 1 afin d'obturer la ligne supraconductrice 3 contenue dans la rainure 2 au moyen d'un procédé de soudage, qui sera décrit plus en détail ci-après.

Un faisceau laser 6 est émis par un oscillateur laser YAG (non représenté) avec un niveau de puissance de sortie de plusieurs kW. Le faisceau laser 6 est concentré par une lentille de condenseur 7 afin d'irradier une des sections de jonction devant être soudées disposées de manière opposée 8 entre la plaque de bande 1 et les couvercles 5.

Une torche TIG (tungstène-gaz inerte) 9 est reliée à une alimentation de soudage à l'arc (non représentée) qui peut faire circuler un courant électrique approximativement jusqu'à 500 ampères. Un arc TIG 10 est projeté par la torche TIG 9 vers la section de jonction devant être soudée 8 depuis le côté avant dans le sens de la direction de progression du soudage (indiquée par une flèche 20) du faisceau laser 6. L'arc TIG 10 est déplacé en 2888391 11 synchronisme avec l'oscillateur laser YAG afin de souder la section de jonction devant être soudée 8 entre la plaque de bande 1 et le couvercle 5.

Le soudage TIG est un procédé de soudage générant un arc entre une électrode en tungstène et un métal de base afin de fondre le métal de base pour le soudage dans une atmosphère de gaz de protection inerte d'argon (Ar), d'hélium (He) ou de mélange de ceux-ci.

L'épaisseur T de la section de jonction devant être soudée 8 entre la plaque de bande 1 et le couvercle 5 est de manière typique de 5 mm à 10 mm.

D'une manière générale, il n'est pas préférable de chauffer une ligne supraconductrice 3 au-dessus de 200 C dans le processus de fabrication d'une bobine supraconductrice afin de maintenir les caractéristiques fonctionnelles de celle-ci.

Un procédé de soudage d'une bobine supraconductrice ayant une configuration telle que décrite ci-dessus va maintenant être décrit cidessous.

Le faisceau laser 6 émis par l'oscillateur laser (non représenté) est concentré par la lentille de condenseur 7 et est irradié sur la section de jonction devant être soudée 8 entre la plaque de bande 1 et le couvercle 5. Dans le même temps, un arc TIG 10 est délivré par la torche de soudage TIG 9 également à la section de jonction devant être soudée 8 depuis le côté avant dans le sens de la direction de progression de soudage.

Un laser YAG est utilisé de manière typique afin d'émettre un faisceau laser 6. Des conditions de soudage typiques pour un laser YAG sont énumérées ci-dessous en

tant qu'exemple.

Puissance de sortie de laser: 2 à 10 kW Vitesse de soudage: 500 à 2000 mm/minute 2888391 12 Rapport cyclique (temps de durée de crête d'impulsion/période de cycle d'impulsion) : 25 à 100% Fréquence: 10 à 20000 Hz La lentille de condenseur 7 peut être remplacée par un miroir condenseur tel qu'un miroir parabolique. La longueur focale est de manière typique entre 130 mm et 400 mm. De manière additionnelle, le laser YAG peut être remplacé par un laser à fibre qui peut être prévu pour une puissance de sortie importante dans la tendance courante de développement technologique, ou par un laser à CO2 conventionnel.

Un arc TIG est délivré de manière typique dans les conditions suivantes.

Courant électrique de soudage: 180 à 500 A Tension de soudage: 8 à 15 V Débit de gaz central pour l'arc TIG: 3 à 8 litres/minute Débit de gaz de protection pour l'arc TIG: 10 à 30 litres/minute Angle entre l'axe du faisceau laser et l'axe de l'arc TIG: 15 à 90 degrés Avec l'agencement décrit ci-dessus, il est maintenant possible de souder une des sections de jonction devant être soudées 8 entre la plaque de bande 1 et le couvercle 5 au moyen d'un faisceau laser 6 et d'un arc TIG 10.

L'autre section de jonction devant être soudée 8 du même couvercle 5 est soudée au moyen du faisceau laser 6 et de l'arc TIG 10.

L'angle entre la torche de soudage TIG 9 et l'axe optique du faisceau laser 6 est de préférence dans une plage entre 15 degrés et 90 degrés.

Si une quantité prédéterminée de métal en excès est exigée au niveau de la section de jonction devant être 20 2888391 13 soudée 8, un fil de soudage 12 peut être délivré à la section de jonction devant être soudée 8 en tant que métal de charge. Un tel fil de soudage 12 peut être remplacé par une poudre métallique ou bien, en variante, un élément de cale peut être inséré dans l'espace de la section de jonction.

La figure 2 est un graphique illustrant une relation typique entre le gaz de protection et la profondeur de masse fondue produite par le soudage TIG, lorsque la puissance de sortie de laser, le courant de soudage et la vitesse de soudage sont maintenus constants. Comme cela est représenté dans la figure 2, lorsque de l'argon mélangé à 5% d'hydrogène ou 50% d'hélium est utilisé, une fusion en profondeur est réalisée, comparé au cas où 100% d'argon est utilisé. Ceci est dû au fait que la puissance de pincement électromagnétique est intensifiée et l'arc TIG est amené à converger.

La relation entre la profondeur de masse fondue et la température utile la plus élevée au niveau de la surface arrière (interne) du couvercle 5 par soudage va maintenant être décrite en se référant à la figure 3. La figure 3 illustre la température ultime la plus élevée au niveau de la surface arrière du couvercle 5 où l'épaisseur T de la section de jonction devant être soudée 8 est de 8 mm. L'épaisseur T est représentée dans la figure 1B. Lorsque l'entrée de chaleur de soudage augmente, la profondeur de masse fondue augmente et la température ultime la plus élevée au niveau de la surface arrière du couvercle 5 augmente. Par exemple, il est souhaitable de maintenir la profondeur de masse fondue inférieure à 6 mm lorsque la température au niveau de la surface arrière doit être en dessous de 200 C.

La relation entre l'espace entre jonctions et la profondeur de la masse fondue va maintenant être décrite en 2888391 14 se référant à la figure 4. Comme cela est représenté dans la figure 4, l'espace entre jonctions et la puissance de sortie de laser influencent fortement l'augmentation de température. Il est souhaitable d'amener la puissance de sortie de laser en dessous de 2,5 kW et de rendre l'espace entre jonctions plus petit que 0,6 mm, lorsque l'augmentation de température doit être maintenue en dessous de 200 C et l'épaisseur T de la section de jonction devant être soudée 8 est de 8 mm.

Comme cela a été décrit ci-dessus, dans la forme de réalisation de la présente invention, les lignes supraconductrices, chacune revêtue avec un élément isolant, sont contenues dans les rainures respectives découpées sur les surfaces opposées d'une plaque de bande d'acier inoxydable. Ensuite, les ouvertures de rainure sont fermées au moyen de couvercles qui sont usinés afin d'être montés dans les ouvertures de façon à obturer les lignes supraconductrices. L'entrée de chaleur est commandée pour le soudage de façon à confiner la profondeur de masse fondue à une plage prédéterminée en utilisant une multiplicité de sources de chaleur incluant un faisceau laser et un arc de soudage au niveau de la section de jonction devant être soudée. Il est ainsi possible de commander avec précision l'entrée de chaleur de soudage qui est appliquée sur la plaque de bande et le couvercle et également appliquée sur les lignes supraconductrices au moyen de ceux-ci. Ensuite, les lignes supraconductrices qui sont fabriquées dans une matière sensible à la chaleur sont empêchées d'être endommagées thermiquement. Ainsi, une déformation thermique possible quelconque qui peut être produite par le soudage est avantageusement supprimée afin de réaliser un procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice qui procure un degré élevé de précision d'assemblage et de productivité.

2888391 15 De manière additionnelle, il est possible de conduire un soudage à l'arc avant un soudage à laser de façon à augmenter la marge entre le soudage à laser et le soudage à l'arc et pour étaler la zone de soudage à l'arc dans le sens de la profondeur.

Toujours de manière additionnelle, la puissance d'arc peut être augmentée en utilisant une torche à gaz de protection double disposée autour de l'électrode non consommable afin de délivrer deux types de gaz de protection. Un mélange de gaz contenant de l'hydrogène et de l'argon est délivré depuis la buse intérieure et du gaz à 100% d'argon est délivré depuis la buse extérieure par exemple. Ensuite, même si l'opération de soudage est réalisée à grande vitesse, il est possible de fondre la plaque de bande et le couvercle, qui sont fabriqués en acier inoxydable, dans une zone plus profonde. Ainsi, le profil en coupe de la section de jonction soudée est amélioré et l'arc peut être délivré de manière stable.

De préférence, le mélange de gaz provenant de la buse interne contient de l'hydrogène à 2 à 10% et le reste est de l'argon. Au moins 2% d'hydrogène est exigé pour stabiliser l'arc en tant qu'effet de l'hydrogène. L'addition d'hydrogène à plus de 10% n'est pas préférable du fait qu'il peut s'enflammer.

Le mélange de gaz provenant de la buse interne peut en variante contenir de l'hélium à 30 à 70% et le reste peut être de l'argon. L'addition d'hélium peut également stabiliser l'arc.

Le soudage TIG décrit ci-dessus peut en variante être remplacé par un soudage à l'arc à plasma.

La deuxième forme de réalisation de la présente invention va maintenant être décrite en se référant à la figure 5. Dans la deuxième forme de réalisation, les parties qui sont les mêmes ou sont similaires à celles de 2888391 16 la première forme de réalisation sont désignées de manière respective par les mêmes références et ne sont pas décrites en détail.

Avec cette forme de réalisation, la plaque de bande 1 est disposée horizontalement et pourvue d'un nombre de rainures 2 formées afin de contenir des lignes supraconductrices 3 des deux côtés de la plaque de bande 1. Dans la figure 5, un couvercle 5 est monté de manière serrée dans l'ouverture de chacune des rainures 2 afin de fermer la rainure 2.

Les sections de jonction 8 des deux côtés de chacun des couvercles 5 sont soudées sur la surface supérieure de la plaque de bande 1 simultanément. Les rainures 2 sur la surface supérieure de la plaque de bande 1 sont disposées dans des positions opposées à et alignées avec les rainures 2 sur la surface inférieure de la plaque de bande 1. Deux sections de jonction devant être soudées 8 de chaque rainure 2 sont soudées simultanément du fait que des faisceaux lasers 6 et des arcs TIG 10 sont prévus sur les sections de jonction respectives devant être soudées 8. Ainsi, les deux sections de jonction latérale devant être soudée 8

disposées de manière opposée de chaque couvercle 5 et la plaque de bande 1 qui est placée horizontalement sont soudées simultanément. Par conséquent, il est possible d'annuler la contraction latérale du couvercle 5 due à l'entrée de chaleur de soudage, et une déformation thermique est empêchée de se produire du fait du soudage.

Il est également possible d'empêcher une déformation thermique de la plaque de bande 1 complète en soudant simultanément une multiplicité de couvercles de bobines supraconductrices.

2888391 17 La troisième forme de réalisation de la présente invention va maintenant être décrite en se référant à la figure 6.

Avec cette forme de réalisation, la plaque de bande 1 est disposée verticalement. La plaque de bande 1 a plusieurs rainures 2 formées afin de contenir des lignes supraconductrices 3 sur les surfaces opposées de la plaque de bande 1. Dans la figure 6, le couvercle 5 est monté de manière serrée dans l'espace de chacune des rainures 2 afin de fermer la rainure 2 une fois que la ligne supraconductrice 3 est disposée dans la rainure 2.

Un couvercle 5 est soudé dans une rainure 2 sur une des surfaces disposées de manière opposée simultanément avec un autre couvercle 5 dans une autre rainure 2 disposée sur l'autre surface dans une position opposée à et alignée avec la première rainure 2. Les quatre sections de jonction devant être soudées 8 disposées de manière opposée de deux couvercles 5 disposés de manière opposée sont soudées simultanément du fait que des faisceaux lasers 6 et les arcs TIG 10 sont prévus sur les sections de jonction respectives devant être soudées 8.

Ainsi, les deux sections de jonction devant être soudées 8 disposées de manière opposée de chaque couvercle 5 de la plaque de bande 1 qui est placée verticalement sont soudées simultanément. Par conséquent, la contraction verticale et la contraction latérale des couvercles 5 dues à l'entrée de chaleur de soudage peuvent être annulées, et une déformation thermique peut être empêchée de se produire du fait du soudage.

La quatrième forme de réalisation de la présente invention va maintenant être décrite en se référant aux figures 7A et 7B. Comme les figures lA et 1B, la figure 7A est une vue de face et la figure 7B est une vue en coupe latérale.

2888391 18 Dans les figures 7A et 7B, la référence 13 désigne un chariot automoteur qui se déplace de lui-même le long des sections de jonction devant être soudées 8 dans la direction de progression de soudage sur la plaque de bande 1 comme cela est indiqué par une flèche 20. Des roues 21 du chariot automoteur sont maintenues en contact direct avec et roulent sur la plaque de bande 1 dans le cas illustré. En variante, le chariot peut se déplacer sur un rail ou des rails (non représentés).

Le chariot automoteur 13 est monté avec des torches TIG 9, des fils de soudage 12, des têtes de soudage 14, des rouleaux de pression 15 et des buses de refroidissement 16. Le chariot automoteur 13 est également monté avec des alimentations destinées à générer des arcs TIG et des oscillateurs lasers (non représentés) prévus pour faire osciller et émettre des faisceaux laser avec plusieurs kW de puissance.

En variante, les alimentations destinées à générer des arcs TIG et/ou les oscillateurs lasers peuvent être disposés à l'extérieur du chariot automoteur 13. En pareil cas, les faisceaux laser et les signaux peuvent être transmis aux têtes de soudage 14 au moyen de fibres de quartz par exemple.

Du fait que des unités de soudage à laser et des unités de soudage à l'arc sont montées sur un chariot automoteur 13 qui se déplace sur une plaque de bande 1 le long des sections de jonction devant être soudées 8 dans la direction de progression de soudage comme cela a été décrit ci- dessus, l'opération de soudage est automatisée et est améliorée sur le plan de la productivité.

Les rouleaux de pression 15 sont montés sur le chariot automoteur 13 d'une manière telle qu'ils tournent et se déplacent sur un couvercle 5 lorsque le chariot automoteur 13 se déplace le long des sections de jonction 2888391 19 devant être soudées 8. Ces rouleaux de pression 15 appliquent une charge sur le couvercle 5 afin de supprimer une déformation thermique qui peut se produire du fait du soudage du couvercle 5 lorsqu'ils sont chauffés pour le soudage.

Les buses de refroidissement 16 montés sur le chariot automoteur 13 refroidissent les cordons de soudure et leurs périphéries depuis le côté arrière dans le sens de la direction de progression de soudage.

Du gaz de refroidissement tel que du dioxyde de carbone ou de l'azote peut être soufflé depuis les buses de refroidissement 16. En variante, une matière solide telle que de la glace sèche ou du liquide tel qu'un brouillard peuvent être appliqués afin de refroidir les cordons de soudure et leurs périphéries.

Du fait que la caractéristique fonctionnelle de refroidissement d'un cordon de soudure et de sa périphérie lorsque le chariot automoteur 13 se déplace est prévue, une déformation thermique de la plaque de bande 1 et du couvercle 5 du fait du soudage peut être supprimée ou évitée lorsqu'ils sont chauffés pour le soudage.

Les formes de réalisation selon la présente invention expliquées cidessus sont simplement des exemples, et la présente invention n'est pas limitée à cela. Il faut par conséquent comprendre que la présente invention peut être mise en uvre d'une manière autre que celle spécifiquement décrite ici.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une bobine supraconductrice, le procédé étant caractérisé par le fait de.

placer une ligne supraconductrice (3) revêtue avec un élément isolant (4) dans une rainure (2) formée sur une surface d'une plaque en acier inoxydable (1); monter un couvercle en acier inoxydable (5) dans le côté extérieur de la ligne supraconductrice (3) dans une ouverture dans la rainure (2), le couvercle (5) étant formé afin de s'ajuster dans la rainure (2); et souder la plaque (1) et le couvercle (5) pour l'obturation au niveau de sections de jonction (8), le soudage étant réalisé en utilisant une multiplicité de sources de chaleur comprenant un laser (6) et un arc (10) de telle sorte qu'une profondeur de fusion au niveau de la section de jonction (8) est dans une plage prédéterminée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle (5) possède deux sections de jonction (8), et le soudage des sections de jonction (8) du couvercle (5) est réalisé simultanément.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (1) possède une multiplicité de rainures (2), la ligne supraconductrice (8) étant contenue dans une des rainures (2); et 2888391 21 le soudage des sections de jonction (8) de chaque couvercle (5) d'une multiplicité de couvercles (5) est réalisé simultanément.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que.

la plaque (1) présente deux surfaces mutuellement opposées, chacune des surfaces a une multiplicité de rainures (2) dans des positions correspondant aux rainures (2) sur la surface opposée, chaque ligne supraconductrice (3) étant contenue dans une des rainures (2), et le soudage des sections de jonction (8) dans des positions correspondant aux positions sur la surface opposée est réalisé simultanément.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque (1) est disposée verticalement alors que le soudage est réalisé.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soudage utilisant un arc comprend un soudage TIG ou un soudage à plasma.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soudage est réalisé en utilisant un mélange d'hydrogène et d'argon en tant que gaz de protection d'arc.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le mélange de gaz contient de 2 à 10% d'hydrogène et 30 le reste en argon.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soudage est réalisé en utilisant un mélange d'hélium et d'argon en tant que gaz de protection d'arc.

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10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le fait de monter un mécanisme de soudage à laser et un mécanisme de soudage à l'arc sur un chariot automoteur (13), l'étape de soudage comprend le fait de déplacer le chariot (13) le long de la section de soudage.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le fait de monter un rouleau de pression (15) sur le chariot automoteur (13), le couvercle (5) étant poussé avec le rouleau de pression (15) alors que le chariot (13) est déplacé.

12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le fait de monter un mécanisme de refroidissement (16) sur le chariot automoteur (13), le cordon de soudure et son voisinage étant refroidis dans une zone arrière de la section de jonction (8) une fois que le soudage est réalisé.

13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (1) est une plaque de bande.

14. Bobine supraconductrice, caractérisée en ce qu'elle comprend une plaque en acier inoxydable (1) ayant au moins une surface avec au moins une rainure (2); une ligne supraconductrice (3) revêtue avec un isolant (4) contenue dans la rainure (2); et 2888391 23 un couvercle en acier inoxydable (5) monté dans la rainure (2) au niveau d'un côté extérieur de la ligne supraconductrice (3); le couvercle (5) ayant deux sections de jonction (8) sur ses côtés où le couvercle (5) est soudé avec la plaque (1); et les sections de jonction (8) ayant été soudées en utilisant une multiplicité de sources de chaleur comprenant un laser (6) et un arc (10) de telle sorte que la profondeur de fusion au niveau de la section de jonction (8) est dans une plage prédéterminée.

15. Dispositif de soudage pour la fabrication d'une bobine supraconductrice, le dispositif étant prévu pour être utilisé afin de souder une plaque en acier inoxydable (1) et un couvercle en acier inoxydable (5) afin d'obturer les sections de jonction (8) entre la plaque (1) et le couvercle (5), la plaque (1) ayant au moins une surface avec au moins une rainure (2) contenant une ligne supraconductrice (3) revêtue d'un isolant (4), le couvercle (5) étant monté dans la rainure (2) au niveau du côté extérieur de la ligne supraconductrice (3), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte: un chariot automoteur (13) prévu pour se déplacer le long des sections de jonction (8); un mécanisme de soudage à laser destiné à souder les sections de jonction (8) , le mécanisme de soudage à laser étant monté sur le chariot (13); et un mécanisme de soudage à l'arc destiné à souder les sections de jonction (8) , le mécanisme de soudage à l'arc étant monté sur le chariot {13).

16. Dispositif de soudage selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un mécanisme de pression (15) destiné à mettre en pression le couvercle (5), le mécanisme de pression (15) étant monté sur le chariot (13).

17. Dispositif de soudage selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un mécanisme de refroidissement (16) destiné à refroidir les sections de jonction (8), le mécanisme de refroidissement (16) étant monté sur le chariot (13).