CA1032788A - Procede de fixation de couches minces de cuivre sur des barres omnibus en aluminium - Google Patents

Procede de fixation de couches minces de cuivre sur des barres omnibus en aluminium

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CA1032788A
CA1032788A CA222,134A CA222134A CA1032788A CA 1032788 A CA1032788 A CA 1032788A CA 222134 A CA222134 A CA 222134A CA 1032788 A CA1032788 A CA 1032788A
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Lucien Coureau
Jean Joly
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Telemecanique SA
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Telemecanique Electrique SA
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Abstract

BREVET D'INVENTION
PROCEDE DE FIXATION DE COUCHES MINCES DE CUIVRE SUR DES BARRES
OMNIBUS EN ALUMINIUM
Invention : Jean JOLY et Lucien COUREAU
Société dite : LA TELEMECANIQUE ELECTRIQUE
ABREGE DESCRIPTIF
Procédé de fixation de faibles couches de cuivre sur des barres en aluminium.
On soude par point une lame cuivre-aluminium de façon que le point de soudure soit réalisé entre les surfaces en aluminium.
Procédé applicable aux barres omnibus de canalisa-tions électriques destinées à recevoir des organes de raccorde-ment éventuellement amovibles.
Fig. 2

Description

103'Z78~
L'invention se rapporte à un procede de fixation de couches minces de cuivre et/ou d'etain sur des barres omnibus en aluminium en vue de permettre la mise en place de prises de courant amovibles dont la resistance de contact soit faible.
Un tel procedé est particulièrement adapte à la reali-sation de canalisation de transport d'énergie ou les barres omni-bus sont rassemblées dans des gaines de protection.
On connait déja des procedes visant a rapporter une mince couche de cuivre sur une barre omnibus en aluminium par 10 utilisation d'une lame d'aluminium portant une couche de cuivre sur l'une de ses faces, ladite lame etant ensuite fixee, par son autre face, sur la barre omnibus.
Dans ce procédé connu, le$ moyens de fi~ation sont re-présentés par des boulons ou des rivets destinés a assurer un serrage efficace de la lame contre la barre, une couche de grais-seconductrice étant disposée au préalable entre les surfaces en contact.
Les inconvénients de ce procédé sont nombreux. Tout d'abord, il faut percer au préalable la lame et la barre a 20 un entraxe identique, ce qui constitue une opération coûteuse~
ensuite, il faut choisir des boulons ou des rivets dont la forme et la matiere soient compatibles avec les organes voisins de la prise de courant ; enfin, la qualité de la résistance de contact entre la lame et la barre est largement tributaire de la regularité du serrage, de l'épaisseur de la couche de grais-se, de son vieillissement et surtout de son comportement en presence de hautes températures pouvant résulter de court~ircuits répétés sur la ligne.
Ce procédé garde toutefois une partie de son intérêt 30 dans la mesure ou les techniques actuelles de dépôt direct de cuivre sur de l'aluminium présentent par ailleurs d'autres - 1 - ~
~ , :
103'Z788 inconvénients qui résultent soit de la complexité du cuivrage électrolytique, soit de la quasi-impossibilité de souder du cuivre sur de l'al umi ni um .
L'invention se propose par suite de fournir un procédé
de fixation d'une mince couche de cuivre sur des barres omnibus en aluminium, de section importante, en faisant usage d'une bande d'aluminium dejà cuivrée sur l'une de ses faces, mais.en utilisant un système de fixation moins onéreux et plus efficace que ceux qui sont utilisés à ce jour.
Il faut remarquer à ce sujet que lorsque l'on soumet localement une bande d'aluminium cuivrée a un choc thermique susceptible de produire la fusion de l'aluminium sans pour au-tant provoquer celle du cuivre, on constate une réduction de l'adhérence de la couche de cuivre sur l'aluminium. Cette constatation est importante dans la mesure ou elle peut laisser craindre que l'altération de l'adhérence se traduise par une moins bonne résistance de contact entre la couche de cuivre et l'aluminium de la lame. C'est grâce a la reconnaissance du fait que ce phenomène reste localisé que la Demanderesse a été amenée à proposer d'autres moyens de fixation de la lame sur la barre.
Un résultat annexe que se propose d'atteindre l'inven-tion est de faire que les proportions de cuivre et d'aluminium constjtuant l,a bande, ainsi que l'épaisseur de cette dernière, soient établies pour assurer une bonne tenue thermique, mécani-que et électrique de ladite bande lorsqu'elle est reliée à une barre.
Dans une réalisation améliorée de l'invention, on pro-fitera du fait que les propriétés de friction et de résistance de contact de l'étain sont excellentes et que le cuivre se prê-te parfaitement à l'étamage pour faire que la zone de raccorde-ment soit étamée au moins localement.
.
103Z7~1~
Enfin, l'invent;on se donne également pour but de réa-liser la fixation d'une bande composite cuivre-aluminium, meme lorsque la sur~ace de cuivre est totalement étamée.
Selon l'invention, le résultat recherché est obtenu grace au fait que la lame est fixée sur la barre a l'aide d'un soudage électrique par point, dans lequel les points de soudure sont pratiqués dans une région de la surface du cuivre qui ne sera pas placée en contact avec un organe électrique de raccor-dement, mais dans son voisinage.
D'autres caractéristiques intéressantes du procédé
selon l'invention apparaîtront mieux dans la description ci-dessous qui est accompagnée des figures suivantes :
Les figures 1 et 2 qui représentent, vu en coupe, 1' assemblage d'une lame et d'une barre omnibus ;
la figure 3 qui représente comment s'effectue la cir-culation des courants au voisinage d'un point de soudure ;
la figure 4 qui illustre le procédé de soudage d'une bande cuivrée et étamée ;
et les figures 5 et 6 qui illustrent le procédé d'éta-mage sélectif d'une bande cuivre-aluminium à l'aide d'un masque vue en coupe.
La barre omnibus en aluminium massif est représentée par 1 à la figure 1, tandis que la bande 2 est constituée par une couche de cuivre 3 déposée sur un support 4 en aluminium.
L'épaisseur h + e de cette bande est faible devant l'épais-seur 1 de la barre 1. Généralement, la couche de cuivre aura été rapportée par électrolyse ou par laminage sur le support.
Les électrodes de soudure par point set 6 sont représentées avant la période d'accostage et de soudage. La figure 2 illustre en coupe par un point de soudure l'état dans lequel se trouve l'assemblage après soudage. La région A de la couche de cuivre -- ., . ~,.,. ,~
. .
~ 03Z7~38 dans laquelle a ete effectuee l'opération de soudage presente par rapport aux regions voisines B et C des deformations et des modifications de structure qui rendent son utilisation alea-toire en tant que surface de contact destinee à recevoir un or-gane de branchement tel que 17, voir figure 3. Seules les re-gions B et C voisines de A seront par suite utilisees pour accueillir de tels organes de branchement.
Les possibilites qui se présentent au constructeur pour la mise en oeuvre du procedé de fixation qui vient d'être décrit sont, en pratique, dictées par les deux preoccupations suivantes. D'une part, il ne faut pas que l'epaisseur e de la couche de cuivre soit trop faible si l'on veut que les proprie-tés mécaniques de la bande 2 soient suffisantes pour amener une bonne résistance mécanique lorsque l'organe de raccordement est mis en place, ou lors de court-circuits. En effet, lorsque la bande bi-métallique est obtenue par voie de laminage, il n'est pas possible de choisir une proportion de cuivre par rapport à
l'aluminium qui soit quelconque, de sorte que souhaiter la presence d'une certaine épaisseur de couche de cuivre revient à s'imposer une epaisseur déterminée d'aluminium ; les propor-tions varient en pratique entre 10 et 15 %.
D'autre part, choisir une épaisseur h du support 4 trop faible ou trop elevée revient à provoquer au voisinage du point de soudure une densite de courant trop forte ou insuffi-sante.
Cet aspect du phenomène est rendu plus clair à l'examen de la figure 3 qui represente la coupe d'une barre 1 reliee par soudage à une bande bi-metallique 2 au niveau d'un point de soudure 7. L'opération de soudage qui s'est effectuée dans la ione 7. L'opération de soudage qui s'est effectuée dans la zone représentée par des pointillés presente par exempb un cer-tain diamètre d puisque les électrodes sont généralement cylin-, 103'~788driques. Dans la région 8 du point de soudure représenté par des x les contraintes thermiques font apparaître une modifica-tion de l'adherence de sorte que les lignes de courant telles que l seront considérées comme représentant la plus grande frac-tion du courant circulant entre l'organe de connexion (17) et la barre (1), les lignes de courant en trait tireté n'étant pratiquement pas prises en compte pour le calcul de la section de passage. Si l'on appelle h l'épaisseur du support en alumi-nium 4, le procédé de fixation sera plus avantageux si cette hauteur est comprise entre ~n tiers et un sixième du diamètre d du point et de préférence entre le quart et le cinquième.
Si l'on veut enfin que le procédé de fixation soit compatible avec la rigidité propre des barres omnibus, eu égard aux courants susceptibles d' être véhiculés par la couche de cuivre lorsque de nombreux organes de branchement sont raccordés sur la ligne, on trouve un résultat expérimental qui donne un bon rendement thermique et mécanique lorsque l'épais~
seur h du support en aluminium est inférieure ou égale à envi-ron un sixième de l'épaisseur l de la barre omnibus 1.
-La répartition des points de soudure le long de la barre sera choisie en fonction de la distribution possible des organes de raccordement et de façon ~ assurer que la bande bi-metallique n'ait pas tendance à se séparer de la barre entre deux points de soudure.
On constatera que la circulation du courant entre la couche de cuivre et la barre omnibus n'est considérée s'effec-tuer que par l'intermédiaire des points de soudure. Il est par suite inutile soit d'opérer un traitement superficiel onéreux entre les surfaces d'aluminium en contact, soit encore de dis-poser entre elles un fluide bon conducteur.
Dans le raisonnement tenu ci-dessus, on a supposé que ~03zq88 la section du point de soudure etait circulaire. Il est clair que le procede et les proportions qui en permettent la mise en oeuvre sont seulement dépendants de la surface du point de soudure, de sorte que si celui-ci etait par exemple de section carree, il faudrait tenir compte du diamètre qui donnerait une section equivalente. L'appl;cation du procedé décrit ci-dessus et les mesures qui en permettent la bonne mise en oeuvre sont intéressantes a examiner dans le cas où un depôt d'etain a ete effectue sur la couche de cuivre avant soudage. Un tel depôt presente un grand intérêt en raison des bonnes proprietes de conduction et de frottement de l'étain, qu'il est impossible d'appliquer directement sur l'aluminium, sans avoir recours à
des procédés très onéreux pour eliminer la porosite du dépôt.
Il est entendu que dans le cas où la couche de cuivre a déja été étamée, le procédé de base et les mesures qui l'ac-compagnent restent les mêmes.
Si l'on soumet une bande composite comprenant donc un support en aluminium 4, une couche de cuivre 3 et un dépôt d'étain 9 à un procedé de fixation par soudure par point, on constate une faible diffusion de l'étain dans la matiere des électrodes. Comme les opérations sont répetees un grand nombre de fois avec les mêmes électrodes, on assiste à une transforma-tion progressive de la matière de celles-ci en bronze, qui dé-teriore les bonnes propriétés de contact, de sorte que l'on voit apparaitre des phénomenes de soudure et d'arc entre l'électrode et la bande etamée.
Afin d'éliminer cet effet nefaste le procédé decrit ci-dessus a ete completé par l'interposition d'une bande de cuivre 10 de faible épaisseur, par exemple d'un dixieme de mil-limètre, entre l'électrode et le depôt d'etain, ainsi que celaest visible à la figure 4.

Cette bande de cuivre est animée d'un mouvement pas-à-pas F qui lui permet de présenter à chaque point de soudure une nouvelle portion metallique exempte de tout contact anterieur.
Comme le depôt d'etain n'est souhaite que dans les zones ou s'effectue le raccordement, on peut aussi prévoir un etamage selectif dans une region determinee de la couche de cuivre.
Dans la figure 5, on a protegé par un masque 11 en ma-tière plastique une bande cuivre-aluminium 3,4, qui circule dans son couloir 12 lorsque celle-ci est soumise à un depôt d'etain 9, par exemple par voie électrolytique. Les régions protegees du dépôt, telles que 13, pourront éventuellement être utilisees pour l'application des electrodes de soudure. Par ailleurs, le masque previent tout dépôt inutile sur les autres portions de la bande.
~ Le mode d'étamage illustré à la figure 6 ne diffère du précedent que par la forme du masque 14 qui presente une por-tion 15 empêchant tout dépôt d'étain dans une région médiane 16 de la bande cuivrée.

Claims (5)

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé de fixation d'une couche mince de cuivre sur une barre omnibus en aluminium en vue de permettre la mise en place sur ladite couche d'un organe de connexion amovible dont la résistance de contact soit réduite, comprenant la for-mation d'une lame ayant un support en aluminium recouvert d'une couche de cuivre, la couche de cuivre présentant une surface éloignée dudit support ; la détermination d'une première et d'une seconde régions contiguës sur cette surface éloignée, la seconde région recevant l'oragane de connexion ; la mise en contact de la surface d'aluminium de la barre omnibus et de la surface d'aluminium de la lame éloignée de la couche de cuivre;
la mise en contact d'une électrode de soudage avec la première région , et le passage de courant électrique dans la lame et la barre omnibus jusqu'à obtention d'un point de soudure entre lesdites surfaces d'aluminium.
2. Procédé de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur du support est comprise entre le tiers et le sixième du diamètre du point de soudure.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du support est comprise entre le quart et le cinquème du diamètre du point de soudure.
4. Procédé selon la revendication 1,2 ou 3, caracté-risé en ce que l'épaisseur du support est sensiblement égale à un sixième de l'épaisseur de la barre omnibus.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche de cuivre a subi préalablement un dépôt d'étain sur ladite surface éloignée, caractérisé en ce que ledit dépôt est limite à certaines portions de la couche de cuivre par mise en oeuvre d'un procédé faisant appel à un masque intervenant au cours d'un processus de dépôt d'étain par voie électrolytique.
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