Le soudage par résistance. Soudure par point, etc…

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La fiche de révisions de notre étudiant à l’institut de soudure, j’ai nommé MichelIWS.

Cet article concerne le soudage par résistance (soudage par points…)

Sommaire:
  • 1) Intro
  • 2) Le procédé de soudage par résistance (présentation)
  • 3) Les avantages
  • 4) Les inconvénients
  • 5) Principaux défauts rencontrés
  • 6) Domaines d’applications
  • 7) Le principe du soudage par point
  • 8) La résistivité
  • 9) Dissipation thermique dans la pièce
  • 10) Matériel et accessoires
  • 11) Les machines de soudage par résistance
  • 12) Paramètres de soudage
  • 13) Relation entre les paramètres de soudage et les caractéristiques du noyau
  • 14) Domaine d’application du procédé et problèmes typiques
  • 15) La soudure par résistance par bossage 23
  • 16) La soudure par résistance en bout 25
  • 17) La soudure par étincelage 24
  • 18) Brasage par résistance
  • 19) Soudage à la molette, soudage au galet 22
  • 20) Contrôles des soudures par résistance
  • 21) Hygiène et sécurité

Enjoy 😉

Une nouvelle fiche de révisions de MichelIWS, qui concerne cette fois ci : Le procédé de soudage par résistance (PROCÉDÉ 21 à 29)
SOUDAGE PAR RÉSISTANCE

Appellation américaine : Resistance Welding

1) Intro

● Selon ISO 4063 (20 procédés):
Les plus usuels : par résistance par point, à la molette, par bossage, en bout par étincelage…

  • 21 Soudage par résistance par point
  • 22 Soudage à la molette, soudage au galet
  • 23 Soudage par bossage
  • 24 Soudage par étincelage
  • 25 Soudage en bout par résistance pure
  • 26 Soudage par résistance des Goujons
  • 27 Soudage par résistance à haute fréquence
  • 29 Autres procédés par résistance

C’est du soudage autogène par pression. Les pièces à soudées sont pressées l’une contre l’autre pendant qu’on leur « injecte » localement un courant entraînant une fusion.


soudage par point
Soudure par point

2) Le procédé de soudage par résistance (présentation)

Le soudage est réalisé par la combinaison d’une forte intensité électrique et d’une pression ponctuelle. Ce procédé ne nécessite pas d’apport extérieur (Soudage autogène). L’intensité électrique chauffe la matière jusqu’à la fusion. La pression maintient le contact entre l’électrode et l’assemblage. Pour souder, une pince plaque l’assemblage avec des embouts, ou des électrodes en cuivre, matière bonne conductrice de l’électricité et de la chaleur, ce qui permet de moins chauffer la zone de contact avec cette pince et d’en éviter la fusion, qui se trouve limitée à la zone de contact entre les deux feuilles à souder.

Cette technique est donc dépendante de la résistivité (résistance électrique) des matières, de l’épaisseur totale de l’assemblage et du diamètre des électrodes. Ce procédé est majoritairement utilisé dans l’assemblage de tôle d’acier de faible épaisseur (< 6 mm). Cette technique bénéficie d’un savoir faire très important et d’une productivité incomparable (dans le domaine d’application). Pour exemple,une caisse automobile est assemblée à plus de 80 % par des points soudés. (environ 5000 points de soudures pour une voiture)

Type de soudureVitesse
d’avance en
cm/min
Épaisseur miniparticularité
POINT0.05Par recouvrement, face d’aspect, pas de
déformation
ETINCELAGE0.2Bout à bout, rapidité, onéreux
MOLETTESupérieur
à 3000
0.05Bout à bout, rapidité, onéreux
BOSSAGE0.2Bout à bout, rapidité, onéreux

 

3) Les avantages

  • Soudure « propre » et de très haute qualité (face d’aspect)
  • Pas de déformations des pièces soudées
  • Assure la continuité métallique et étanchéité
  • Rapide (5ms à 3 secondes), efficace, peu polluant
  • Autogène, ne nécessite pas de produits d’apports

4) Les inconvénients

  • Assemblage par recouvrement
  • Épaisseur limitée aux capacités machines
  • Cher, les applications sont limitées , en principe, un poste à souder ne peut réaliser qu’un seul type de soudage.
  • Difficulté de contrôle de qualité des points soudés

 

5) Principaux défauts rencontrés

  • Soudure « collée »
  • Projection de métal en fusion
  • Usure anormale des électrodes

6) Domaines d’applications

Automobile, Électronique, Industrie (radiateur, armoire, grille, etc.) et micro-soudage.


Soudure par résistance
Soudure par résistance

7) Le principe du soudage par point

C’est du soudage par pression avec une transformation de l’énergie électrique en énergie calorifique (effet Joule). En effet le métal présente une résistance lorsqu’il est parcouru par un courantélectrique. (échauffement du cuivre par exemple lorsque la section du faisceau est trop fine …)
Il utilise comme source de chaleur les effets d’un courant électrique de fortes intensité (entre 1000 et 100 000 Ampères) et d’une tension comprise entre 1 et 30 Volts. L’énergie calorifique produite est proportionnelle à :

  • La somme des résistances traversées par le courant électrique
  • Le carré de l’intensité du courant qui traverse les résistances
  • Le temps de passage du courant électrique

Effet Joules et distribution des températures:
Deux pièces de nuances différentes de même taille en contact parcouru par un même courant électrique s’échaufferont différemment selon leur résistance propre. De plus le contact doit être vraiment intime sans quoi il y aurait apparition d’étincelles. La formule qui explique cette loi de joules est W=ΣR x I2x t

  • W = quantité de chaleur engendrée par l’effet joules en joules
  • R = Résistance en Ohm
  • I = intensité en ampère
  • t = temps de passage en seconde

Résistance totale entre les électrodes = 2r1 + 2r2+ R3
Les paramètres à prendre en compte seront donc :

  • l’intensité
  • le temps de pression
  • le temps de passage du courant
  • l’effort de pression
  • Le séquençage si procédé automatisé (accostage soudage maintien…)

La continuité métallique est assurée par l’application simultanée du passage du courant électrique et par l’effort mécanique qui compresse les deux parties créant ainsi le forgeage. Cet effort est appliqué via les électrodes dont leur autre rôle est de véhiculer le courant électrique et d’évacuer la chaleur. On remarquera alors aussi l’indentation qui en résultera après soudure.

8) La résistivité


Résistivité
Résistivité
r1 & r2 = résistance pure ou intrinsèque des pièces à souder
RC1, RC2, RC3 = résistance de contact
Le courant circulant entre les électrodes est freiné par une résistance R constituée de 5 résistances qui s’additionnent.

Résistance : La résistance d’un conducteur, à température ambiante, est :
● proportionnelle à sa longueur
● inversement proportionnelle à sa section
● fonction du matériau constitutif de l’âme du conducteur
R (Ohm) = p (micro-Ohm/cm/cm2) x (L (cm) / S (mm2))

La résistivité (p) est l’opposition d’un matériau au passage du courant électrique. Les électrodes en cuivre présentent une résistivité faible (1,7 micro-ohm/cm/cm2 contre 10 pour une tôle Acierde 1mm). C’est une constante propre à chaque métal.
L c’est la longueur de la résistance dans ce cas c’est aussi l’épaisseur de la pièce.
S Section de la partie active de l’électrode
Définition de R dans = R I2 t
RC = Résistance de contact
r = Résistance intrinsèque
R = RC1 + RC2 + RC3 + r1 + r2
RC1 + RC2 + RC3 > r1 + r2

La résistance de contact entre les électrodes et la pièce à souder et surtout la résistance de contact entre les pièces à souder sont plus élevées que la résistance du métal au passage du courant. Pendant la création du bain de fusion nous aurons une diminution de la résistance
RC1 + RC2 + RC3 > r1 + r2
En modifiant la force de serrage, on fera varier la résistance de contact et par conséquent l’apport dechaleur.
Mais :

  • Trop de pression entraînera une baisse de la résistance Ω donc un manque de fusion.
  • Pression trop faible entraînera des projections par création d’arc

Aparté et exemples :
W1 = RC1x I2x t
W2 = RC2xI2x t
W3 = RC3xI2x t
W4 = r1xI2x t
W5 = r2xI2x t

9) Dissipation thermique dans la pièce

W=W1+W2+W3+W4+W5


dissipation thermique
Dissipation thermique
Le point de soudure ne se développera que si RC3 est plus grande que toutes les résistances.
Dans le cas ou une résistance serait plus élevée que RC3 la fusion commencerait au niveau de celle-ci et le point de soudure ne serait pas réalisé correctement.
Il faudra aussi prendre en compte que RC3 diminue systématiquement lors de la réalisation du point alors que les autres résistances de contact augmentent lors de leur échauffement et de leur dégradation lorsque les résistances de contact seront toutes égales il faudra remettre en état les électrodes.

Nous savons aussi que les résistances de contact seront plus importantes que les résistances intrinsèques cela dépendra de la nature des matériaux (nuances, dureté, résistivité), état de surface (rugosité (RA), oxydes), de la température et surtout de l’effort appliqué par les électrodes

LA RÉSISTANCE DE CONTACT VARIE AVEC L’EFFORT

Pour que le noyau se crée il faudra donc apporter plus d’énergie que ce que la pièce n’en dissipe,la puissance fournie devra être supérieure à la puissance calorifique qui se dissipe .
RI²
Plus l’effort sera important plus la résistance sera faible il faudra donc augmenter l’ampérage pour avoir la même puissance.
Pour un effort faible et une RC3 élevée l’ampérage pourra être moindre, néanmoins il faudra quel’effort soit suffisamment appliqué pour maintenir les pièces correctement en contact.
Au plus le contact entre électrodes pièces et pièces est intime au plus la résistance sera forte et le bain de fusion se formera d’autant plus rapidement.
La dispersion thermique autour de lingot fondu se fait de manière équiaxe, autour de celui-ci.
Donc, si le point est situé très près du bord des tôles, l’environnement du lingot atteint très rapidement la surchauffe entre celui-ci et le bord des tôles. Il peut alors se produire des ruptures du creuset dans cette zone, entraînant une indentation excessive des électrodes et des projections de métal en fusion àl’interface des deux tôles.

10) Matériel et accessoires

Les électrodes : elles sont soit droites, déportées, à double courbures, à rotule.
3 rôles :

  • Électrique (bonne conductivité)
  • Mécanique (permettre l’accostage, le maintien, le forgeage et supporter mécaniquement la montée en pression pour chaque point de soudure).
  • Thermique (permettre la dissipation thermique et limiter l’expansion du creuset plastique).

Le matériau de fabrication des électrodes doit être dur, avoir une conductivité thermique élevée, et une faible résistance électrique, des propriétés mécaniques afin d’éviter la fissuration sous l’effet du martelage. De plus le refroidissement de celles-ci est très important pour leur assurer une durée de vie optimale.

La composition de celles-ci sera avec une base cuivre plus ou moins alliée au chrome (faible teneur en Zirconium) ou à base cobalt . En effet le cuivre permet une forte dispersion thermique et un bon passage du courant, le chrome lui augmente la tenue mécanique de l’électrode lorsqu’elle chauffe. Pour des applications particulières les producteurs proposent des électrodes en cuivre électrolytique, en cuprotungstène fritté, en molybdène, en tungstène, ou encore, en graphite.

(cycle de soudage court pour éviter aux résistances de contact RC1 et RC2 de fondre)la plupart des électrodes sont à emmanchement conique, et doivent se démonter facilement pour être réagréées. (certaines sont massives d’autres possèdent des embouts démontables)
Leurs diamètres et formes sont diverses et variées, elles jouent un rôle important sur le volume du bain de fusion, il est calculé en fonction de l’épaisseur des pièces à souder ainsi que de la nuance de l’acier.

Il y a 2 calculs empiriques pour calculer le diamètre des faces actives des électrodes tronconique :
Ø = 5 x √ep ou Ø = 2ep +3mm
Le facteur 5 peut passer de 6 ou 8 lorsque l’acier est de haute résistance. On utilise parfois aussi des formats de pointes d’électrode à face active sphérique . Cette pratique est particulièrement préconisée dans le soudage d’alliages légers ou pour le soudage des tôles d’acier de fortes épaisseurs. (les électrodes sont des pièces d’usure dont le coût est une partie importante du prix derevient d’un point de soudure)

Nature du travail à
effectuer
MétauxComposition des
électrodes
SoudageAciers doux
Aciers Austénitiques
Aciers réfractaires
Aciers galvanisés
Des laitons
Bronze
Nickel et alliages
Alliages de cuivre
chrome Zirconium
aluminiumAcier aluminéCuivre électrolytique
Cuivre purCuivre faiblement
allié
Pastille de molybdène
Du cuivreDu laitonPastilles de molybdène
coté cuivre
et grain Cu-Cr-Zr coté
laiton
TantalePastille de tungstène
Des contact électriquesPastilles de
cuprotungstène
Electrobrasage ou
chauffage
De pièces en métaux diversPastilles de graphite

11) Les machines de soudage par résistance

Elles doivent pouvoir effectuer les trois opérations suivantes

  • presser les pièces à souder l’une contre l’autre en appliquant la force voulu et les maintenir en place.
  • faire passer le courant de soudage nécessaire par les pièces à souder
  • contrôler le temps de soudage.

Les machines à souder sont relativement onéreuses et s’amortissent à long terme, elles assurent une productivité élevée, pouvant s’automatiser facilement (robotique, machines spécifiques).
Leurs tailles dépendent de la taille et de la géométrie des pièces à souder.

Le transformateur CA :
C’est la partie centrale de la machine à souder, il détermine la puissance et performances en matière d’épaisseur à souder.
La grande majorité des machines sont en courant alternatif, nécessairement monophasées, il faudra donc veiller à l’équilibrage du réseau qui lui, sera en triphasé (380V).

C’est un transformateur abaisseur de tension, en effet la tension au primaire sera de 380 V pour une tension au secondaire de 10 V.

Le transformateur CC :
Les générateurs de soudage en courant continu, équipés d’un redresseur sur le secondaire du transformateur sont plus onéreux mais insensibles aux chutes de tension, ils conviennent aussi pour une alimentation en 380V, ce qui permet d’équilibrer les charges sur l’alimentation secteur et d’augmenter la puissance utile. Il n’est pas rares de nos jours de fournir une alimentation continue via un onduleur moyenne fréquence (même principe que pour les onduleurs utilisés par le soudage à l’arc).
Le soudage par résistance utilise un onduleur moyenne ou haute fréquence (1 à 4Khz), ceci permet de réduire la taille du transformateur, permet un meilleur contrôle du processus de soudage grâce à un contrôle rapide du courant et réduit aussi l’usure de l’électrode.
Comme il n’y a pas de chute de tension directe avec un poste de soudage alimenté en courant continu , la puissance totale consommée s’en trouve réduite.

Le vérin de soudage :
L’effort de serrage des électrodes est obtenu par l’action d’un appareil qui produit un effort constant ou variable pendant le cycle de soudage. (mesuré par dynamomètre)
Via : – vérin pneumatique, hydraulique, électrique.
Via : – dispositif de serrage actionné par moteur électrique, la variation de l’intensité sur le moteur permet d’avoir une variation de couple, et donc de force de serrage, ainsi on peut varier et contrôler facilement l’effort de serrage et éventuellement piloter la machine à partir d’un ordinateur distant.

Force = Pression / Surface

L’interrupteur électronique :
Il pilote le passage du courant dans le transformateur via un thyristor. Celui-ci est isolant tant qu’on ne lui fournit pas d’impulsion électrique sur la gâchette.
Deux thyristors tête bêche permettent donc de faire une alternance entière, c’est pour cela que l’unité de temps dans la soudage par résistance par point est une période de courant alternatif ( 20 ms ).

Le séquenceur ou coffret de commande :
Il permet la gestion de :

  • l’accostage et son maintien
  • la durée du cycle de soudage, et des pulsations
  • l’intensité de soudage ou le % de puissance de la machine
  • la durée éventuelle de la force de forgeage
  • la durée et la puissance d’un cycle de préchauffe, recuit ou de revenu,
  • l’intervalle temps entre deux points.
  • L’upslope (montée progressive du courant)
  • Le downslope (descente progressive du courant)

Ceux-ci sont plus ou moins compliqués, soit à programme unique via la sélection faite par l’opérateur, soit comportent plusieurs programmes, et ils sont programmables par ordinateur pour un soudage auto-adaptatif. Les commandes sont identifiées par des boutons à pictogrammes normalisés.
Le circuit de refroidissement :
Celui-ci permet de refroidir les électrodes ainsi que la machine (thyristors et transformateur)

12) Paramètres de soudage

Les paramètres à prendre en compte seront donc :

  • l’intensité ou courant de soudage qui traverse la pièce à souder : étant donné que la quantité de chaleur dégagée est proportionnelle au carré de l’intensité, ce paramètre détermine la résistance et la qualité du soudage.
  • si trop élevée alors il y aura usure prématuré des électrodes et une soudure peu solide, une indentation trop importante, des projections, et de la déformation de lasoudure.
  • si trop faible cela donnera aussi une soudure fragile mais parce que le point sera trop petit
  • il se fait par le réglage de l’angle d’ouverture des thyristors plus l’impulsion électrique sera retardée moins les thyristors laisseront passer du courant grâce à cela l’intensité efficace ou l’énergie calorifique sera limité d’autant
  • le temps de pression ou temps de maintien : temps qui s’écoule entre l’interruption du passage du courant et le relâchement de l’effort de serrage, les pièces doivent être maintenues l’une contre l’autre jusqu’à solidification complète du bain de fusion.
  • il permet de contenir l’expansion du point de soudure, favorise son refroidissement et donc limite le soulèvement entre les 2 tôles.
  • le temps de passage du courant ou temps de soudage : temps pendant lequel le courant traverse la pièce à souder, il s’exprime en Cycle (cycle de courant alternatif)(un cycle = 50 Hz soit 0,2 seconde)
  • l’effort de pression : ou effort de serrage en kN ou bar
  • si trop faible La RC3 sera forte, projections, soudure peu solide
  • si trop élevée : usure prématurée des électrodes, indentation importante, et soudure de trop petite dimension.
  • le séquençage si procédé automatisé : (accostage soudage maintien, intervalle…)
  • accostage : temps nécessaire à l’établissement de la force de serrage, est fonction de l’épaisseur de l’acier à souder, qualité de l’ajustement, et de la forme de la mâchoire de l’électrode.
  • détermine les résistances de contact
  • la surface de l’électrode : Ø = 5 x √ep ou Ø = 2ep +3mm
  • l’upslope : c’es t une montée progressive du courant.
  • il évite les projections de soudure et est utilisé pour le soudage par bossages sur fortes épaisseur et le soudage à la molette.
  • downslope : c’est une descente progressive du courant.
  • il évite un refroidissement trop brutal du point, est utilisé pour les alliages légers ou acier C > 0,2 % et peut éviter dans certains cas la trempe et le recuit.
  • les TTH : Trempe, recuit, revenu
  • la trempe est un temps froid (sans intensité) réalisé après la phase de soudage sans relaxation de l’effort. Elle augmente en principe la dureté et par suite la résistancede l’acier, mais diminue sa résilience (capacité à résister à la casse) et son allongement. L’acier devient plus dur mais en même temps plus fragile.
  • le revenu consiste à chauffer l’acier en dessous de la température du début de la transformation à l’échauffement. Le revenu est un état intermédiaire entre l’état trempé et recuit. La température de revenu devra être d’autant plus élevée que l’on voudra garder moins de dureté au profit de la résilience.
  • le recuit est employé à des destinations très différentes du revenu. Détruire la dureté de l’acier trempé, régénérer un métal cristallin, écroui ou surchauffé, homogénéiser des structures hétérogènes et stabiliser des tensions moléculaires. Il nécessite dans chaque cas des applications assez différentes de chauffage et de refroidissement. Le principe consiste à chauffer l’acier au dessus de la température d’austénitisation, opération au cours de laquelle l’acier est porté à une température supérieure à la limite de stabilité de la ferrite.
  • la pulsation : Elle est utilisée pour les fortes épaisseurs et permet d’améliorer la durée de vie des électrodes et d’obtenir une meilleure qualité de point soudé.
  • le forgeage : Le forgeage est utilisé en lieu et place du maintien, le but de son application est :
  • diminuer le volume de retassure
  • affiner le grain du métal
  • augmenter les caractéristiques mécaniques
  • limiter les défauts internes

13) Relation entre les paramètres de soudage et les caractéristiques du noyau

Le soudage est un chauffage obtenu par l’effet Joule d’un courant électrique traversant les pièces à assembler.
L’intensité et le temps de soudage exigent la plus grande précision. Une fluctuation de plus ou moins 5% peut différencier un point bon d’un point mauvais .
Donc si on évalue mal les paramètres de soudage nous créerons des défauts pouvant entraîner la ruine de notre assemblage, ou sa mise au rebut.

ParamètresTrop long / Fort / élevéTrop court / Faible / Insuffisant
Temps de soudagef Cuivrage des Pièces
f Projections de métal en fusion
f Détérioration rapide des
électrodes
f Pas ou peu de fusion
f Soudage réalisé mauvais
L’intensitéf Cuivrage des Pièces
f Projections de métal en fusion
f Détérioration rapide des
électrodes
f Pas ou peu de fusion
f Soudage réalisé mauvais
Maintienf Point cassant
f Production trop lente, perte de
temps
f Oxydation
f Retassure
f Soulèvement des tôles
L’effortf Réduction des résistances
f Des points trop petits ou pas
assez fusionner
f Écrasement ou emboutissage
des bossages
f augmentation des résistances
f Projections de métal en fusion
f usure anormale des électrodes
L’accostagef Ralentissement de la cadence de
production
f Points brûlés
f éclatements aux électrodes
f des soudures sans résistance
mécanique
f Usure anormale des électrodes

En fonction des températures atteintes au chauffage, des vitesses d’échauffement et de refroidissement les structures obtenues dans les métaux à souder seront variables, et entraîneront des propriétés mécaniques en service différentes.

A titre d’exemple si l’on refroidit brutalement un acier dont la teneur en carbone est supérieure à 0,20%, l’austénite n’a pas le temps de se transformer en ferrite + perlite. La diffusion du carbone est minimisée, les structures ne sont plus en équilibre. C’est notamment ce qui se produit en soudage par résistance avec maintien ou forgeage. Il s’agit d’un phénomène de trempe avec apparition de martensite.

14) Domaine d’application du procédé et problèmes typiques

– Effet de shunt : Lorsque l’on réalise l’assemblage de deux pièces par une série de points effectués successivement, dés l’élaboration du deuxième point de série, nous sommes confrontés à des circuits parallèles, le courant de soudage dérive, dans une proportion non négligeable, parle ou les points précédemment réalisés : c’est l’effet de shunt .
Dans les cas où la plage de positionnement des points est restreinte, la perte par dérivation peut atteindre 20% et plus de l’intensité du courant préréglé, il faut alors relever d’autant le réglage du courant de soudage ou se contenter d’un lingot fondu de dimensions plus modestes. D’une manière générale, on évitera systématiquement les assemblages par le point de soudure unique, ce genre d’assemblage présente une résistance médiocre à la torsion et la présence d’un second point, même de section plus faible, constitue un ancrage, qui peut être suffisant pour palier à la faiblesse du point unique en torsion.

Pour le soudage à la molette, dès que l’on aborde le 2 point d’une série en mode molette, l’effet de shunt existe bien et les paramètres de puissance de la machine doivent en tenir compte. Cette fuite de courant est d’autant plus sensible que les points sont plus approchés. Afin de limiter autant que possible, la dispersion calorifique, le processus de soudage est un mode rapide à base de fortesintensités et de temps chauds plus courts. Pour des épaisseurs identiques, les intensités sont presque doublées et les temps, donc en toute logique, divisés par quatre (efforts plus élevés, pour accepter la densité d’ampères au contact). Si l’on réduit peu à peu l’espacement des points, on accroît l’effet de shunt, mais la propagation thermique autour du point effectué contribue à la montée de température du point suivant. Il s’établit ainsi, une balance énergétique et il devient dès lors possible d’obtenir des cordons à points jointifs et même imbriqués de noyaux à noyaux.

La distance entre les points est elle aussi un facteur « aggravant » l’effet de shunt. Un des facteurs principaux affectant la taille de la soudure est l’effet shunt, qui détériore la qualité de la soudure à cause de l’intensité de shunt entre des points soudés voisins. Parmi les études expérimentales, il a été rapporté que l’effet shunt diminue la tenue mécanique entension/cisaillement d’une série des points. Plus la distance entre deux points diminue, plus la tenue mécanique des points diminue également. Pour éviter ce problème il faudra respecter la distance entre chaque point dans le cas de la soudure par résistance par point dans le cas du soudage à la molette les paramètres seront évolutifs

– Effet Seebeck : Il apparaît sous forme de Tension (Volt) lorsque les soudures entre 2 matériaux conducteurs sont portés à des T°C différentes.

-L’effet Peltier :

– Effet Peltier : (aussi appelé effet thermoélectrique) est un phénomène physique de déplacement de chaleur en présence d’un courant électrique. L’effet se produit dans des matériaux conducteurs de natures différentes liés par des jonctions (contacts). L’une des
jonctions se refroidit alors légèrement, pendant que l’autre se réchauffe. Cet effet a été découvert en 1834 par le physicien Jean Charles Peltier.

Ce phénomène thermoélectrique se produit lorsque le courant passe une interface de deux différents métaux. La puissance thermoélectrique produite à cette interface est :
– Q B =π AB.i
où le coefficient de Peltier ‘ π AB ’ est : π AB = T ( S A − S B )

Ce coefficient dépend fortement des caractéristiques physiques de métaux en contact ‘A’ et ‘B’. Pour le soudage par point, l’effet Peltier n’apparaît qu’à l’interface électrode/tôle en cas d’un assemblage homogène, et la puissance thermique se produit à une interface et s’absorbe à une autre. Le coefficient de Peltier à l’interface électrode/tôle peut être exprimé en fonction de la température.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Peltier

-Effet masse ou effet peau:

– Effet masse ou effet de peau : Lorsqu’une pièce est à la masse on en conviendra qu’il nous arrive d’y recevoir si on la touche des décharges, L’effet de peau ou effet pelliculaire (ou plus rarement effet Kelvin) est un phénomène électromagnétique qui fait que, à fréquence élevée, le courant a tendance à ne circuler qu’en surface des conducteurs. Ce phénomène d’origine électromagnétique existe pour tous les conducteurs parcourus par des courants alternatifs. Il provoque la décroissance de la densité de courant à mesure que l’on s’éloigne de la périphérie du conducteur. Il en résulte une augmentation de la résistance du conducteur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_de_peau

– Différences d’épaisseur Forte sur Faible : Dans tous les cas, la soudure se forme plusrapidement lorsque la tôle fine est mise à la cathode. On soude avec une intensité plus forte, et par conséquent le diamètre de noyau est plus grand. Cependant, l’apparition de noyau vers un pôle ou une électrode n’est pas évidente, car il existe aussi une influence de la résistivité sur ledéveloppement du noyau. Pour une étude approfondie de cet effet, il est nécessaire que les tôles,de différentes épaisseur, soient de la même nuance. Celle-ci permet d’éliminer l’influence de la résistivité électrique sur le développement du noyau.
– Il faudra adapter le diamètre de l’électrode par rapport à l’épaisseur de la pièce
– Soudage de matériaux revêtus : Le problème est surtout qu’il y a risque de pollution des électrodes par la fusion du revêtement (tôles : Zinc, Galvanisées, Etamées Etain, ou aluminium , il existe de nombreuses autres formules de revêtement par procédé galvanique, chimique ou thermique : cuivrage, nickelage, chromage, bichromatation, plastification, phosphatation, peinture, etc. ) et donc modification notable des paramètres de résistivités, il faudra souvent réagréer les électrodes, et consulter les abaques constructeurs, fournisseurs pour avoir une durée de vie suffisante des électrodes, et éviter les défauts (point collés)
– Préparation des joints et surfaces : C’est un procédé qui est surtout utilisé sur du « plat », il faudra s’écarter des perçages, s’assurer du dégagement des tôles afin d’éviter tout contact avec les électrodes, éviter de souder sur les extrémités à la limite du « porte à faux » (le diamètre de l’électrode étant généralement la limite), il faudra espacer les points de soudure (2 à 3 cm) pour éviter l’effet de Shunt, éviter poussières, peinture, calamine et rouille.
– On pourra préparer les surfaces via, des dégraissages et des décapages chimiques, thermique et mécaniques.

– La plupart du temps nous seront à Clin, par recouvrement. Celui -ci ne devra pas être trop faible pour éviter les projections il sera de environ 10 % de l’épaisseur mini pour un point de qualité.

Soudage de matériaux bi-métalliques ou dissemblables : il existe des abaques permettant soit de régler les paramètres, soit d’exclure ce type de procédé pour souder les pièces.
– Normalement ce soudage ne pose pas de problème particulier dans la mesure où le point de soudure peut s’établir et se centrer entre les pièces.
Il est donc nécessaire :

  • que la résistance de contact RC3 soit largement supérieure à toutes les autres.
  • que la résistivité des pièces soit proches ou presque équivalente.
  • que la dispersion des calories ne soit pas plus importante dans une pièce que dans l’autre.

Dans tout les cas il faudra se référer aux abaques pour avoir des paramètres corrects

COMPATIBILITE DE SOUDAGE DES METAUX USUELS (d’après W. Stanley)
1 : Excellent – 2 : Bon – 3 : Passable – 4 : Pauvre – 5 : Très pauvre – 6 : Impraticable

Métaux
Alu
Inox
Zinc
Galva
Acier
Laiton
Cuivre
Plomb
Nickel
Fer Bl
Bronze
Phosp
Alu
2
6
3
3
4
4
5
5
4
3
3
Inox
6
1
6
2
1
5
5
6
3
2
4
Zinc
3
6
3
3
6
5
5
3
6
3
4
Galva
3
2
3
2
2
4
5
4
3
2
4
Acier
4
1
6
2
1
4
5
5
3
2
3
Laiton
4
5
5
4
4
3
4
6
3
4
3
Cuivre
5
5
5
5
5
4
6
5
4
5
3
Plomb
5
6
3
4
5
6
5
3
5
6
5
Nickel
4
3
6
3
3
3
4
5
1
3
3
Fer Bl
3
2
3
2
2
4
5
6
3
3
4
Bronze
Phosp
3
4
4
4
3
3
3
5
3
4
2

Soudabilité : En fonction des paramètres on obtiendra 3 situations :

  • Soudage réussi à la bonne dimension
  • Un point mal fusionné qui n’a aucune résistance mécanique
  • des projections excessives

Ces domaines sont généralement établis après examen destructifs des assemblages après des essais de déboutonnage ou pelage

Soudage des aciers non alliés : Il n’y a aucun problème lorsque le taux de carbone est inférieur à 0,18 % au delà nous aurons l’effet de trempe et il faudra employer un cycle de soudage avec post-chauffage, dans le cas de tôles calaminées ou rouillées cela sera soudable mais la durée de vie des électrodes s’en trouvera réduite.
Soudage des aciers à caractéristiques mécaniques élevées : Principalement utilisés en carrosserie ces aciers (HLE, THLE, et UHLE) par rapport à un acier doux à épaisseur équivalente, on devra augmenter l’effort de 30 à 50 %, augmenter le temps de 20 à 30 % et diminuer l’Intensité de 10 à 20 %.
Soudages des aciers inoxydables :

  • Les ferritiques : taux de Cr entre 16 à 17 % augmenter le temps avec cycle Post et préchauffage
  • Les austénitiques : se soude froid avec un temps le plus court possible et un temps de maintien long
  • Les martensitiques : traitement thermique global obligatoire après soudure.

Soudages des aciers Alliés :

  • Fer à béton (acier TOR) : Soudage en croix ou en bout
  • Acier CORTEN : (acier « semi inoxydables »), au cuivre et phosphore, ils se soudent bien malgré l’effet de trempe au refroidissement
  • Acier de décolletage : (acier au souffre et au plomb) Fragilité des soudures et défauts d’étanchéité.
  • Soudage des aciers revêtus :

    Zingués ou Galvanisés : Selon l’épaisseur de Zinc ils se soudent plus ou moins bien
    – De 3 à 7 μm pour les tôles électro-zinguées
    – De 2 à à 30 μm pour les tôles galvanisées

    Dans tous les cas l’électrode s’encrasse rapidement par le Zinc et s’en trouve détérioré avec célérité, il faudra tous les 2000 points environ la nettoyer, la réagréer, ou la remplacer.
    Par rapport à une tôle en acier carbone de même épaisseur il sera nécessaire d’appliquer un effort plus important de 10 %, un temps de passage de courant plus long de 10 %, et une intensité supérieure de 20 à 30 %
    Soudage des aciers plombés :
    Ils se soudent en général à la molette
    Soudage des aciers revêtus de peinture ou plastifiés :
    Se soudent avec des temps de soudage très court, (½ période) pour éviter de détruire le revêtement, on utilisera la plupart du temps dans ce cas-ci des bossages crevés.
    Soudage des aciers étamés :
    Malgré l’encrassement des électrodes par l’étain, ceux-ci se soudent assez bien, lors du soudage à la molette, il sera préférable d’intercaler un feuillard de cuivre entre la pièce et la molette.

    15) La soudure par résistance par bossage 23


    soudage par bossage
    Soudage par bossage

    Les bossages sont de petites proéminences créées sur les pièces à souder. Les points de soudage se forment à partir de ces bossages.

    • Ils peuvent être semi-hémisphériques, oblongs, annulaires.
    • Ils peuvent être naturels c’est la situation où le courant est normalement canalisé par la géométrie des pièces à souder (fils en croix, vis, bouchons sur tubes.)
    • Ils peuvent être artificiels réalisés par emboutissage ou par matrissage, crevés (tôles peintes,plastifiées, …)

    Ce procédé de soudage permet :

    • de souder plusieurs bossages en un cycle
    • de localiser exactement les points soudés
    • de souder sans déformations d’éliminer l’indentation sur une des tôles
    • d’avoir de faibles usures d’électrode pour le soudage d’acier revêtus
    • de pouvoir rapporter des éléments mécanique sur la tôle (vis, écrous…)

    Ce procédé nécessite :

    • des machines de puissance élevée avec des bâtis robuste et rigides
    • des éléments mobiles d’effort, de peu d’inertie pour accompagner le bossage durant sa phase d’effondrement
    • des outillages de positionnement souvent important
    • des électrodes d’usinage précis, massives ou en plusieurs parties.

    16) La soudure par résistance en bout 25

    On utilise une séquence de soudage identique, au soudage par point.

    • Accostage
    • Soudage
    • Maintien
    • Forgeage

    Les pièces à souder sont prises dans les mors de la machine, l’un fixe l’autre mobile monté sur un dispositif qui permet l’opération d’accostage et de forgeage, le déplacement est soit manuel, soit automatique.
    Avant soudage les surfaces sont surfacées et appairées afin d’améliorer le contact au niveau du joint.
    L’accostage, les pièces sont prises dans les mors de la machine et approchées jusqu’à contact. L’échauffement est assuré par le passage du courant électrique qui sera interrompu avant fusion
    de la zone de liaison, lorsque l’acier sera suffisamment mou et pourra être forger. Forgeage, on vient repousser la partie échauffée par un effort puissant via le déplacement des mors de la machine.

    17) La soudure par étincelage 24

    C’est une variante du soudage en bout par résistance, mais ici, c’est un arc électrique qui porte les extrémités à température de fusion. Le soudage par étincelage assure une meilleure homogénéité du joint soudé et permet le soudage de sections beaucoup plus importantes. Cet arc se produit lorsque les aspérités du métal sont en contact. On est dispensé par l’usinage préalable des surfaces à souder.

    18) Brasage par résistance

    Cela nécessite une bonne capillarité de l’alliage il faudra donc respecter les règles suivantes :

    • surfaces propres et mouillables par le liquide
    • utilisation d’un flux décapant qui protège les surfaces et le liquide
    • produit d’apport liquide en volume suffisant
    • jeu suffisant pour assurer la capillarité
    • Température de mouillage du liquide

    Il sera difficile de maîtriser les jeux et il faut utiliser des flux solides par rapport à la force de serrage importante

    19) Soudage à la molette, soudage au galet 22

    Le soudage à la molette diffère du soudage par points en ce que les électrodes classiques sont ici remplacées par des disques en cuivre, ou molettes, qui par rotation permettent de faire des soudures par recouvrement, continues et étanches. La soudure se réalise de façon progressive et continue, associant serrage des tôles et passage du courant, sur toute la longueur du cordon à réaliser.

    20) Contrôles des soudures par résistance


    Les contrôles non destructifs (non – exhaustif) :

    • Les contrôles visuels :
    • État du composant : bourrelet de soudure, zone affectée thermiquement, projections

      Autres contrôles non-destructif :

      • Dimensionnel
      • Contrôles par ressuage PT
      • Contrôle d’étanchéité à l’eau savonneuse (et pression)
      • Contrôle par chute de pression
      • Contrôle d’étanchéité à l’air
      • Diélectrique pour les connecteurs de puissance

      Les contrôles destructifs (non – exhaustif) :

      • Coupe macrographique
      • Test d’arrachement (déboutonnage), ou de cisaillement
      • Test de résistance mécanique par éclatement à l’eau
      • Filiation de dureté

      21) Hygiène et sécurité

      La protection du personnel opérant sur ces machines est certes nécessaire (vêtements, lunettes) mais moins lourdes que dans le cas de l’arc ou de la flamme (pas ou peu de dégagements gazeux nocifs).
      La sécurité électromécanique de ces machines est conforme aux directives du Ministère du Travail et normalisée :

      • Norme AFNOR Série 82000.
      • Décret du Ministère du Travail correspondant à la date de fabrication de la machine.

      ● Liens web qui ont inspiré cette fiche de révision:

      • http://www.neurones.espci.fr/Theses_PS/MONARI_G/chapitre6.pdf
      • http://fr.wikipedia.org/wiki/Soudage#Soudage_.C3.A9lectrique_par_r.C3.A9sistance
      • http://poste-a-souder.comprendrechoisir.com/comprendre/soudure-par-point
      • http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/27/90/69/PDF/THESE_F_Rossillon.pdf
      • http://ep-c.fr/services-industriel/le-soudage/144-module-soudage-par-resistance.html

      Vous pouvez aussi consulter:

      L’ensemble des cours sur le soudage

      Le soudage TIG

      Le soudage MIG MAG

      Le soudage AEE

      Le soudage par résistance par JEAN

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