CA3087845C - Electrode de soudage pour toles en aluminium ou acier et procede d'obtention de l'electrode - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une électrode pour souder des tôles acier ou aluminium, de conductibilité supérieure ou égale à 90% IACS et fabriquée en un alliage constitué, en masse par rapport à la masse totale de l'alliage, de chrome dans une proportion supérieure ou égale à 0,1% et inférieure à 0,4%, entre 0,02 et 0,04% de zirconium, de moins de 0,015% de phosphore, le reste étant du cuivre et moins de 0,1% d'impuretés inévitables, la structure de 1 ' électrode comportant avantageusement des précipités de chrome incohérents dont plus de 90% ont une surface projetée inférieure à lum2, lesdits précipités présentant des dimensions entre 10 et 50 nm, ladite électrode présentant une structure fibrée constituée de fibres radiales présentant une épaisseur inférieure à 1 mm et une zone sensiblement centrale sans fibrage de diamètre inférieur à 5 mm. L'invention est également relative à un procédé d'obtention de ladite électrode.

Description

DESCRIPTION
Titre : ELECTRODE DE SOUDAGE POUR TOLES EN ALUMINIUM OU ACIER
ET PROCEDE D'OBTENTION DE L'ELECTRODE
La présente invention concerne le domaine des électrodes de soudage.
L'invention est plus particulièrement relative à des électrodes de soudage par résistance en cuivre.
Les électrodes selon l'invention seront particulièrement intéressantes notamment pour le soudage de tôles en aluminium entre elles.
Les électrodes selon l'invention peuvent également être mises en uvre pour le soudage de tôles en acier.
A titre de remarque préliminaire, on entend, dans la suite de la description, par tôles aluminium des tôles fabriquées à
partir d'alliages comportant de l'aluminium, notamment des tôles en alliage AlMgSi (aluminium-magnésium-silicium) ou en alliage AlMgMn (aluminium-magnésium-manganèse) .
Ces tôles en aluminium, une fois soudées et assemblées, présentent une application notamment dans le domaine de l'industrie automobile.
Traditionnellement, le soudage de deux tôles est réalisé par la combinaison d'une forte intensité électrique et d'une pression ponctuelle, également appelée effort de serrage .
Plus particulièrement, dans un premier temps, on augmente l'effort de serrage entre lesdites deux tôles à assembler.
Ensuite, au cours d'une deuxième phase, et une fois les deux tôles serrées, on fait passer du courant entre deux électrodes qui sont disposées de part et d'autre desdites tôles.
Le passage du courant entre les deux électrodes entraine une augmentation de la température au niveau de la zone concernée des tôles, jusqu'au point de fusion entre les deux tôles, ce qui crée, après solidification, un point de soudage à l'interface tôle-tôle.
Dans le cas du soudage de l'aluminium, l'effort de serrage réduit la résistance de contact entre la tôle et l'électrode.

- 2 - PCT/FR2019/000007 La pression maintient le contact entre l'électrode et l'assemblage de tôles. Pour souder, une pince plaque l'assemblage avec des électrodes en cuivre, matière à la fois excellente conductrice de l'électricité et de la chaleur. Ce choix permet de réduire la zone chauffée, qui se trouve limitée à la zone de contact entre les deux tôles à souder.
Une fois le point de fusion atteint, la pression est maintenue, et l'intensité électrique est arrêtée pour refroidir le point de soudage avant de séparer les électrodes des tôles assemblées puis de procéder au point de soudage suivant.
Les paramètres de soudage sont donc dépendants, notamment, de la résistance électrique des tôles, de la résistance d'interface entre les tôles et l'électrode, de l'épaisseur totale de l'assemblage et du diamètre des électrodes.
Un tel procédé est par exemple couramment utilisé dans l'assemblage de tôles acier présentant une faible épaisseur.
Ce procédé peut également être mis en uvre, de manière moins courante cependant, pour les tôles aluminium.
En ce qui concerne l'électrode en elle-même, on connaît, par le document WO 2016/203122 de l'état de la technique, une électrode de soudage pour tôles en acier, notamment les tôles présentant un revêtement anticorrosion, et dont la composition de base consiste en un alliage de cuivre, de chrome et de zirconium, et comportant en outre du phosphore et/ou du magnésium.
La proportion de chrome dans l'alliage est comprise entre 0,4 et 0,8% en masse, celle de zirconium est comprise entre 0,02 et 0,09% et la proportion totale en phosphore et en magnésium est supérieure à 0,005% en masse, avec une teneur en magnésium inférieure à 0,1% en masse et une proportion en phosphore inférieure à 0,03% en masse. Le restant de la composition consiste en du cuivre.
La structure métallurgique de cette électrode est particulière et comporte des précipités de chrome incohérents dont plus de 90% ont une surface projetée inférieure à lpm2, lesdits précipités de chrome incohérents ayant des dimensions comprises

- 3 - PCT/FR2019/000007 entre 10 et 50 nm. En outre, ladite électrode présente une structure fibrée.
La conductibilité électrique d'une telle électrode pour le soudage de tôles en acier est supérieure à 85% IACS.
De telles électrodes sont particulièrement intéressantes pour le soudage des tôles acier, notamment car elles résistent mieux au phénomène de corrosion que les électrodes habituelles.
Ce phénomène de corrosion résulte de la réaction chimique du cuivre de l'électrode et du zinc du revêtement avec le fer de la tôle en acier, et conduit à une dégradation de la couche de surface de l'électrode, nécessitant un retrait régulier de la couche de corrosion, voire même de changer d'électrode.
Quoiqu'il en soit, dans le cas du soudage de tôles en acier, la température au point de soudage atteint une valeur de 1560 C
et, lors du contact avec la surface de la tôle en acier, la surface de l'électrode va atteindre une température supérieure à 700 C.
Or, à de tels niveaux de température, d'une part, la réaction chimique qui conduit à la corrosion de la surface de l'électrode est accélérée mais, en plus, la matière même de l'électrode va se déformer par un phénomène d'usure dénommé fluage à chaud aboutissant à un détachement latéral de la couche de surface de l'électrode et donc à un élargissement de ses extrémités.
En conséquence, la surface de contact entre l'électrode et la tôle est agrandie, et il est alors nécessaire d'augmenter la densité de courant pour maintenir une qualité du point de soudage des tôles. Toutefois, une augmentation de surface et une augmentation de courant signifient une corrosion encore plus étendue.
L'électrode telle que décrite dans la demande internationale WO 2016/203122 permet ainsi une amélioration dans la résistance au fluage à des températures supérieures à 700 C, et pouvant atteindre dans certains cas 800 C, lors du soudage de tôles acier entre elles.
Cependant, la conductibilité de telles électrodes peut encore être améliorée.

- 4 - PCT/FR2019/000007 En outre, il est également à noter que, pour diminuer le poids des carrosseries automobiles, dans le but de limiter la consommation d'essence, de plus en plus de constructeurs automobiles remplacent aujourd'hui les tôles en acier par des tôles en aluminium, notamment en alliage d'aluminium de type alliage AlMgSi (aluminium-magnésium-silicium) ou alliage AlMgMn (aluminium-magnésium-manganèse).
En effet, l'aluminium présente une densité à 35% de la densité des tôles acier utilisées jusqu'alors.
Il est à noter également que la tendance de remplacer les tôles en acier par celles en alliage d'aluminium est encore amplifiée par le développement des voitures électriques et la nécessité d'améliorer l'autonomie des batteries de ces dernières.
Un autre avantage dans l'utilisation de tôles aluminium est une résistance améliorée à la corrosion, rendant inutile la présence de revêtement anticorrosion à base de zinc, nécessaire aux tôles acier.
En outre, il s'est avéré qu'il est tout à fait possible, pour les constructeurs automobiles, d'utiliser des lignes d'assemblage de carrosseries tôle acier avec des robots de soudage par résistance pour assembler des carrosseries tôle aluminium. Il s'agit là d'un réel avantage pour les entreprises, étant donné
qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer des investissements dans une technique d'assemblage dédiée (collage, clinchage, rivetage, laser, etc.).
A l'heure actuelle, les constructeurs d'automobiles utilisent, par exemple, des électrodes en alliage de Cuivre-Zirconium (0,15%) pour le soudage résistif de tôles en aluminium pour les carrosseries automobiles, ces électrodes étant également mises en uvre de manière courante dans le soudage de tôles acier.
Dans le cas de tôles aluminium, le point de soudage nécessite d'atteindre une température de contact entre les deux tôles de 660 C, substantiellement inférieure à la température de 1560 C
qui est atteinte au point de soudage de deux tôles acier. La température de surface de la tôle en contact avec l'électrode sera

- 5 - PCT/FR2019/000007 donc également inférieure à celle observée lors du soudage de l'acier.
En effet, la bien meilleure conductivité électrique de l'aluminium en comparaison avec celle de l'acier (4 à 5 fois plus élevée), réduit considérablement l'échauffement résistif qui permet d'atteindre la fusion au point de soudage.
Par conséquent, dans des conditions similaires de soudage, il est nécessaire, pour souder deux tôles aluminium, d'augmenter sensiblement l'intensité appliquée, typiquement de 120% en comparaison avec l'intensité mise en uvre pour le soudage de tôles acier, en réduisant simultanément le temps de soudage, ce dernier devant typiquement être divisé par deux par rapport à
celui de l'acier.
L'énergie dissipée dans l'électrode est proportionnelle au carré de l'intensité, à la résistance électrique de l'électrode, et au temps de soudage. Concrètement, cette énergie dissipée est 2,4 fois plus élevée dans une électrode utilisée pour le soudage de tôles aluminium par rapport à une électrode pour l'acier.
La résistance électrique étant inversement proportionnelle à la conductivité électrique, il est nécessaire, pour souder de l'aluminium, d'avoir une électrode présentant une conductivité
électrique supérieure à 90% IACS (pour International Annealed Copper Standard), alors qu'une conductivité supérieure à 75% IACS
est requise pour le soudage de l'acier.
En outre, afin d'avoir une durée de vie acceptable des électrodes de soudage des tôles aluminium, il faut également tenir compte des réactions, chimique et thermomécanique, qui se déroulent pendant ce soudage, lors du contact de la surface de l'électrode avec la tôle aluminium.
La réaction chimique est le résultat du contact à chaud entre l'aluminium de la tôle et le cuivre de l'électrode, qui forme une couche d'alliage oxygène, aluminium et cuivre. Cette couche est substantiellement plus résistive que la couche d'alliage de cuivre et zinc qui se forme à la surface de l'électrode lors du soudage de deux tôles d'acier revêtues d'une protection anticorrosion de zinc.

- 6 - PCT/FR2019/000007 La couche de surface de l'électrode, lors du soudage de tôles aluminium, est donc beaucoup plus susceptible de s'échauffer, sous l'effet de la résistance et de l'intensité appliquée, que la matrice de cette même électrode, et ce jusqu'à favoriser le collage, par fusion, d'aluminium oxydé à la surface de l'électrode, ce qu'il convient d'éviter.
Typiquement, la température de surface d'une électrode lors du soudage de l'aluminium est située entre 500 et 550 C, alors que cette même température est supérieure à 700 C lors du soudage acier.
Ainsi, l'écart de température entre la surface de l'électrode et la température du métal à souder est très supérieur dans le cas du soudage de l'acier, par rapport au soudage de tôles aluminium.
En effet, comme déjà mentionné plus haut dans la description, la température de contact entre les deux tôles lorsque celles-ci sont en acier doit atteindre 1550 - 1560 C pour qu'il y ait fusion, tandis que la température de surface de l'électrode est supérieure à 700 C, ce qui aboutit à un écart de température de l'ordre de 750-850 C.
Dans le cas du soudage de l'aluminium, la température de contact entre les deux tôles doit atteindre 660 C tandis que la surface de l'électrode présente une température de l'ordre de 500 à 550 C, ce qui aboutit à un écart de température maximal de l'ordre de 160 C.
D'autant que, dans le cas du soudage de tôles en acier, la couche de surface en zinc protège l'acier de la tôle, pendant le soudage à chaud, contre la corrosion. La couche de zinc bloque l'échauffement de la tôle par l'effet de la chaleur latente de fusion du zinc et empêche un contact direct du fer de l'acier avec l'air.
Une telle couche de surface en zinc n'existe pas sur les tôles en aluminium. Par conséquent, aucune protection n'est apportée dans le cas du soudage de tôles aluminium. Ainsi, la couche d'alliage comportant de l'oxygène, de l'aluminium et du cuivre très résistive, et qui s'accumule à la surface de

- 7 - PCT/FR2019/000007 l'électrode à chaque soudage de deux tôles aluminium entre elles, va augmenter cet effet résistif et augmenter la température de contact entre l'électrode et la tôle d'aluminium, jusqu'à
atteindre la température de fusion de l'aluminium.
A ce moment-là, il y a expulsion du point soudé, autrement dit éjection de métal fondu au niveau de la face extérieure des tôles, et la qualité du point soudé s'en trouve dégradée.
En ce qui concerne la réaction thermodynamique lors du contact de la surface de l'électrode avec une tôle aluminium ou acier, celle-ci résulte, d'une part, du fluage à chaud de la surface de l'électrode pendant le soudage, sous l'effet de l'effort de serrage exercé par la pince de soudage, et, d'autre part, de l'arrachement de surface de l'électrode sous l'effet de l'effort d'ouverture de la pince à la fin du soudage.
Sous l'effort de serrage, la surface de contact de l'électrode va s'élargir, entrainant, à intensité de soudage égale une diminution de la densité de courant et un échauffement de moins en moins localisé. Le diamètre du point soudé s'en trouve réduit, et devient insuffisant pour garantir l'assemblage des deux tôles.
Dans le cas du soudage de l'acier, sous l'effort d'ouverture, plus l'électrode est collée à la tôle, plus de micro-arrachements se produisent et dégradent la surface de contact de l'électrode.
Pour en revenir au soudage de l'aluminium, il est impératif d'éviter l'expulsion du point soudé lorsqu'est atteinte une température de surface de l'électrode proche de la température de fusion de l'aluminium.
Dans ce but, il peut s'avérer intéressant d'augmenter l'effort de serrage. En effet, plus l'effort de serrage est élevé, meilleur est le contact entre la tôle et l'électrode, plus la résistance de contact est faible et moins il y a d'échauffement à
la surface de contact de l'électrode, et, plus la température est basse, moins il y a oxydation de l'aluminium et de transfert d'oxyde d'aluminium à la surface de l'électrode.
Toutefois, avec l'élargissement de la surface de contact, résultant de l'effort de serrage notamment, il est nécessaire

- 8 - PCT/FR2019/000007 d'augmenter le courant de soudage afin de maintenir une qualité
de point soudé satisfaisante, ce qui a pour conséquence une dégradation encore plus importante de l'électrode.
Lorsque la dégradation de la surface de l'électrode est trop importante, un décapage mécanique de cette surface est alors indispensable, et ce afin de garantir la qualité du point soudé.
Une telle opération de décapage présente toutefois l'inconvénient de nécessiter un arrêt du robot de soudage par résistance sur la ligne d'assemblage des tôles, entrainant inévitablement une diminution de la productivité, en particulier si la fréquence de décapage est importante.
Il apparait donc nécessaire de proposer une électrode répondant notamment aux besoins du procédé de soudage par résistance de tôles en aluminium, présentant une conductibilité
électrique optimale et une performance au soudage améliorée en comparaison avec les électrodes CuZr à 0,15% de zirconium habituellement utilisées pour ce procédé.
De manière plus générale, il convient de proposer une électrode présentant dans tous les cas une conductibilité
électrique améliorée, en particulier pour le soudage de tôles à
base d'aluminium, mais également pour le soudage de tôles acier, et qui permette de réduire la résistance de contact entre la tôle et l'électrode évitant ainsi l'échauffement à la surface de contact de l'électrode et les inconvénients qui en découlent.
A cet effet, la présente invention concerne une électrode en alliage de cuivre, de chrome, de zirconium et de phosphore pour le soudage de tôles métalliques en acier et en aluminium ou en alliages d'aluminium, caractérisée en ce que l'alliage est constitué de chrome dans une proportion supérieure ou égale à 0,1%
et inférieure à 0,4% en masse, de zirconium dans une proportion comprise entre 0,02 et 0,04% en masse, de phosphore dans une proportion inférieure à 0,015% en masse, le reste de la composition étant du cuivre et des impuretés inévitables dans une proportion inférieure à 0,1% en masse, et la conductibilité
électrique de ladite électrode étant supérieure ou égale à 90%
IACS (International Annealed Copper Standard).

- 9 - PCT/FR2019/000007 De manière avantageuse, la structure de l'électrode comporte des précipités de chrome incohérents dont plus de 90% ont une surface projetée inférieure à lime, lesdits précipités de chrome incohérents présentant des dimensions comprises au moins entre 10 et 50 nm, ladite électrode présentant en outre une structure fibrée, visible suivant une coupe transversale de la face active de ladite électrode après surfaçage et attaque chimique, ladite structure étant constituée, d'une part, d'une pluralité de fibres radiales, lesdites fibres présentant une épaisseur inférieure à 1 mm et, d'autre part d'une zone sensiblement centrale sans fibrage ayant un diamètre inférieur à 5 mm.
Tout préférentiellement, ladite électrode, lorsqu'elle est mise en uvre dans le cas de soudage de tôles en aluminium ou en alliage d'aluminium, est apte à permettre le maintien d'une pression spécifique supérieure ou égale à 120 MPa lors du soudage entre elles de deux tôles en aluminium, pour limiter la résistance de contact entre ladite électrode et la surface extérieure de l'une des deux tôles en aluminium.
La diminution de la teneur en chrome dans l'alliage de départ, en comparaison avec l'alliage CuCrZr comportant en outre du phosphore et/ou du magnésium utilisé pour la fabrication d'électrodes de soudage pour tôles acier dans la demande WO 2016/203122, permet une amélioration substantielle de la conductivité, celle-ci étant alors systématiquement supérieure ou égale à 90% TACS, comme cela sera démontré dans les exemples donnés ci-dessous.
En outre, une telle teneur réduite en chrome permet, contre toute attente, de conserver les précipités incohérents de chrome qui étaient déjà à l'origine de l'amélioration des performances de soudage de l'électrode pour tôles en acier décrite dans la demande internationale WO 2016/203122, en augmentant notamment la résistance de cette électrode au fluage à chaud.
Ainsi, l'électrode selon la présente invention est particulièrement intéressante et adaptée notamment pour une utilisation dans le soudage de tôles en aluminium ou en alliage d'aluminium, mais également pour le soudage de tôles acier, en =

- 10 - PCT/FR2019/000007 particulier du fait de la conductibilité électrique particulièrement élevée qu'elle présente.
De manière avantageuse, la proportion de chrome est comprise entre 0,2 et 0,3% en masse.
Selon une autre particularité de l'invention, la proportion de zirconium est comprise entre 0,03 et 0,04% en masse.
De manière intéressante, la proportion de phosphore est inférieure à 0,01% en masse.
Préférentiellement, la proportion des impuretés inévitables est inférieure à 0,05% en masse.
De manière toute particulière, un coefficient de pondération est affecté à chaque élément chimique susceptible d'être présent en tant qu'impureté dans l'alliage, en fonction de l'effet dudit élément chimique sur la conductibilité électrique ; la somme des proportions pondérées de chacun desdits éléments chimiques, en partie par million, étant inférieure à 5000.
Encore plus préférentiellement, la somme des proportions pondérées de chacun desdits éléments chimiques, en parties par million, est inférieure à 2000.
La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon l'invention, par coulée continue, à partir d'un alliage constitué de chrome dans une proportion supérieure ou égale à 0,1% et inférieure à 0,4% en masse, de zirconium dans une proportion comprise entre 0,02 et 0,04% en masse, de phosphore dans une proportion inférieure à
0,015 % en masse, le reste de la composition étant du cuivre et des impuretés inévitables dans une proportion inférieure à 0,1%
en masse, ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes :
a) fusion des différents composants de l'alliage, à savoir le cuivre, le chrome, le zirconium et du phosphore et/ou du magnésium à une température supérieure ou égale à 1200 C ;
b) coulée continue à travers une filière cylindrique présentant un diamètre d permettant d'obtenir une barre d'un diamètre proche du diamètre d de la filière avec le maintien du métal liquide dans le four de coulée à une température comprise entre 1100 et 1300 C ;

- 11 - PCT/FR2019/000007 c) solidification de ladite barre et refroidissement jusqu'à une température inférieure à 100 C, la vitesse de refroidissement étant au moins égale à 100C/s jusqu'à atteindre une température de la barre de 10600C, puis au moins égale à
150C/s entre 1060 et 1040 C, puis au moins égale à 20 C/s entre 1040 et 1030 C, puis au moins égale à 250C/s entre 1030 et 1000 C, puis au moins égale à 30 C entre 1000 et 900 C, puis au moins égale à 20 C/s pour des températures inférieures à 900 C, jusqu'à
ce que la barre soit refroidie à une température au plus de 100 C ;
d) déformation à froid pour obtenir un barreau d'un diamètre inférieur à 20 mm ;
e) cisaillage dudit barreau afin d'obtenir des lopins puis poinçonnage ou usinage par enlèvement de matière afin de conférer à ladite électrode sa forme définitive, ledit procédé comprenant au moins une étape de traitement de vieillissement ou de revenu avant et/ou après l'étape e) de mise en forme de l'électrode, et dans lequel procédé la structure métallurgique de la face active de ladite électrode comporte des précipités de chrome incohérents dont plus de 90% ont une surface projetée inférieure à 11=2, lesdits précipités de chrome incohérents présentant des dimensions comprises au moins entre 10 et 50 nm, ladite électrode présentant en outre une structure fibrée, visible suivant une coupe transversale de la face active de ladite électrode après surfaçage et attaque chimique, ladite structure étant constituée, d'une part, d'une pluralité de fibres radiales, lesdites fibres présentant une épaisseur inférieure à 1 mm, et, d'autre part, d'une zone sensiblement centrale sans fibrage ayant un diamètre inférieur à 3 mm, et la conductibilité
électrique de ladite électrode étant supérieure ou égale à 90%
IACS (pour International Annealed Copper Standard).
Préférentiellement, la fusion des différents composants de l'alliage de l'étape a) est effectuée à une température comprise entre 1200 C et 1300 C.
En ce qui concerne la coulée continue de l'étape b), celle-ci est, de manière avantageuse, réalisée avec le maintien d'une

- 12 - PCT/FR2019/000007 température du métal liquide dans le four de coulée comprise entre 1150 et 1250 C.
Le refroidissement de ladite barre de l'étape c) peut être effectué à une vitesse de refroidissement au moins égale à 30 C/s pour des températures inférieures à 900 C, jusqu'à ce que la barre soit refroidie à une température au plus de 100 C.
Pour ce qui est du traitement de vieillissement, celui-ci peut, dans un premier mode de réalisation du procédé, être effectué avant l'étape e) de mise en forme de l'électrode et consister en un traitement de précipitation réalisé à une température comprise entre 450 et 480 C pendant une période de 1 à 2 h.
Dans un deuxième mode de réalisation, on procède au traitement de précipitation, réalisé à une température comprise entre 450 et 480 C pendant une période de 1 à 2 h, suivant l'étape e) de mise en forme de l'électrode.
Le diamètre d de la filière est de préférence compris entre et 70 mm, de préférence entre 20 et 40 mm.
Au cours de l'étape d) de déformation à froid, une opération 20 d'usinage extérieur, inférieure à 0,5 mm d'épaisseur est, de manière avantageuse, effectuée pour éliminer les défauts de surface générés lors de l'étape c) de solidification.
La présente invention comporte de nombreux avantages.
Premièrement, de par la composition de l'alliage de base utilisé pour la fabrication de l'électrode selon l'invention, la conductibilité électrique de cette dernière est particulièrement élevée, typiquement supérieure ou égale à 90% IACS. Cette conductibilité améliorée permet de pallier la diminution de résistance électrique de l'aluminium, par rapport à celle de l'acier.
En second lieu, l'électrode de l'invention présente une résistance substantiellement améliorée au phénomène de fluage, et ce comparativement aux électrodes CuZr utilisées actuellement pour le soudage de tôles aluminium en industrie automobile. Cette résistance améliorée au fluage résulte d'une dureté élevée

- 13 - PCT/FR2019/000007 conservée malgré l'échauffement généré dans l'électrode et à sa surface pendant le soudage.
Il en résulte que la surface de contact de l'électrode avec la tôle sera moins soumise à un élargissement sous l'effet de l'effort de serrage exercé par la pince de soudage et donc le collage de l'électrode sur la tôle sera limité. Par conséquent, lors de l'ouverture de la pince, moins de micro-arrachements de surface se produiront au niveau de l'électrode.
Cette résistance au fluage permet de réduire l'effet d'élargissement de la surface de contact qui est susceptible habituellement d'entrainer une diminution de la densité de courant et une réduction du diamètre du point soudé, qui deviendrait insuffisant pour garantir l'assemblage des deux tôles.
Troisièmement cette résistance au fluage permet de maintenir une pression spécifique élevée et de réduire la résistance de contact. Dans le cas du soudage de tôles en aluminium ou en alliage d'aluminium, une mauvaise résistance de contact favorise la diffusion d'aluminium dans le cuivre à la surface de l'électrode et le transfert d'oxyde d'aluminium sur la surface de l'électrode.
La résistance de contact résulte de la formation d'une couche d'alliage oxygène, aluminium et cuivre très résistive qui s'accumule à la surface de l'électrode à chaque soudage.
Dans le cas du soudage de l'acier la pression spécifique est de l'ordre de 80 MPa, dans le cas de l'aluminium cette pression doit rester supérieure à 120 MPa pour éviter une résistance de contact trop élevée.
L'électrode de l'invention permet de maintenir une pression spécifique supérieure à 120 MPa lors du soudage de tôles en aluminium sans générer un élargissement rapide de la surface de l'électrode par un fluage à chaud important.
Finalement, il résulte, de ce qui précède que, par rapport aux électrodes CuZr actuelles, l'électrode de l'invention pourra être utilisée pendant un nombre de cycles plus élevé avant que l'opération de décapage mécanique ne soit nécessaire pour restaurer la qualité de la surface de ladite électrode, aboutissant à un gain non négligeable en termes de productivité.

- 14 - PCT/FR2019/000007 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence à
l'unique figure annexée illustrant, à gauche, une électrode selon l'invention et, à droite, une électrode en alliage de cuivre et zirconium, contenant 0,15% en masse de zirconium, et utilisée actuellement par les constructeurs automobiles pour le soudage de tôles aluminium.
La partie grisée visible au niveau de l'extrémité arrondie de chacune des deux électrodes représente la quantité de matière à éliminer, par décapage mécanique, pour maintenir une qualité
optimale du point soudé, après avoir effectué un soudage en appliquant des paramètres identiques aux deux électrodes, en termes notamment de nombre de points soudés, d'intensité
électrique appliquée, de temps de soudage, etc.
La présente invention a pour objet notamment une électrode fabriquée en un alliage constitué de :
- chrome dans une proportion supérieure ou égale à 0,1% et inférieure à 0,4% en masse, avantageusement entre 0,2 et 0,3% en masse, - zirconium dans une proportion comprise entre 0,02 et 0,04%
en masse, plus préférentiellement entre 0,03 et 0,04% (soit entre 300 et 400 ppm, 1 ppm correspondant à 1 mg/kg), - phosphore dans une proportion inférieure à 0,015 % en masse, de manière avantageuse inférieure à 0,01 % (inférieure à
100 ppm), - le reste de la composition étant du cuivre et des impuretés inévitables dans une proportion inférieure à 0,1% en masse, sachant que, plus préférentiellement encore, la proportion en impuretés est inférieure à 0,05%, soit inférieure à 500 ppm.
La présence d'impuretés dans un alliage est inhérente au procédé d'élaboration de cet alliage. La proportion totale de toutes les impuretés dans l'alliage utilisé pour la fabrication de l'électrode de l'invention ne doit cependant pas excéder 0,1%
en masse pour ne pas influer de manière négative sur les caractéristiques de ladite électrode, notamment sur sa

- 15 - PCT/FR2019/000007 conductibilité électrique particulièrement élevée, supérieure ou égale à 90% IACS (International Annealed Copper Standard).
Les impuretés inévitables résultent de l'élaboration de l'alliage et regroupent tous les éléments, autres que ceux entrant dans la composition de l'alliage, qui sont susceptible de nuire à
la conductibilité, à l'exception toutefois de l'argent.
En effet, une addition jusqu'à 0,05 % en masse (500 ppm) d'argent est envisageable sans nuire à la performance de l'électrode.
L'argent ne sera, par conséquent, pas compté dans les impuretés et pourra être ajouté jusqu'à une proportion de 500 ppm sans que cela nuise aux caractéristiques de l'électrode selon l'invention.
Comme mentionné ci-dessus, il est important que les impuretés présentes ne réduisent la conductibilité électrique. Or, certains éléments considérés ici comme des impuretés agissent plus sur la réduction de la conductibilité électrique que d'autres.
Il convient donc de tenir compte de ce fait en affectant à
chaque impureté un coefficient de pondération, comme indiqué dans le tableau 1 ci-dessous :
Valeur du coefficient de pondération suivant l'élément chimique Ni Al As Pb Ge Be Fe Ti Zn Sn Co Se Mg Si Mn Sb Tableau 1 : Valeur du coefficient de pondération suivant l'élément chimique La somme de la proportion de chaque impureté en ppm pondérée du coefficient ne doit pas dépasser la valeur de 5000.
De manière avantageuse, la somme pondérée des impuretés ne dépasse pas 2000.
Ainsi, par exemple, si dans l'alliage sont retrouvées, en tant qu'impuretés, dans les proportions indiquées, 100 ppm de =

- 16 - PCT/FR2019/000007 silicium (Si), 100 ppm de fer (Fe), 50 ppm d'étain (Sn), 50 ppm d'aluminium (Al), 50 ppm de zinc (Zn), 20 ppm de soufre (S) et 100 ppm d'autres impuretés, la proportion totale des impuretés est de 470 ppm.
En ce qui concerne la somme pondérée des impuretés, elle est calculée comme suit, en multipliant les proportions, en ppm, de chaque impureté présente par leur coefficient de pondération respectif, et en additionnant les proportions pondérées.
En reprenant les impuretés données dans l'exemple ci-dessus, leur somme pondérée est donc calculée comme suit :
100 x 10 + 50 x 2 + 50 x 2 + 50 x 1 + 20 x 20 = 2650.
La présente invention a également pour objet un procédé pour la fabrication d'une électrode de soudage par résistance à partir d'un alliage dont la composition consiste en du cuivre, du chrome, du zirconium et du phosphore, dans les proportions indiquées notamment ci-dessus.
Le procédé de fabrication de l'électrode est un procédé de coulée continue et il comprend au moins les étapes suivantes :
a) on fusionne les différents composants de l'alliage à
une température supérieure à 1200 C, de préférence entre 1200 C
et 1300 C ;
b) on effectue une coulée continue à travers une filière cylindrique, ou un moule cylindrique, présentant un diamètre d permettant d'obtenir une barre ;
Cette coulée peut être réalisée à une température de maintien du métal liquide dans le four de coulée comprise entre 1100 et 1300 C, de préférence entre 1150 et 1250 C.
c) on solidifie ladite barre et on la refroidit, de préférence à une vitesse de refroidissement définie jusqu'à une température inférieure à 100 C, la vitesse de refroidissement étant au moins égale à 10 C/s jusqu'à atteindre une température de la barre de 1060 C, puis au moins égale à 150C/s entre 1060 et 1040 C, puis au moins égale à 200C/s entre 1040 et 1030 C, puis au moins égale à 25 C/s entre 1030 et 1000 C, puis au moins égale à 30 C entre 1000 et 900 C, puis au moins égale à 20 C/s pour des

- 17 - PCT/FR2019/000007 températures inférieures à 900 C, jusqu'à ce que la barre soit refroidie à une température au plus de 100 C.
La vitesse de refroidissement est donc d'au moins 200C/s et ce jusqu'à atteindre au moins une température de barre de 100 C.
Préférentiellement, la vitesse de refroidissement est au moins égale à 300C/s pour des températures inférieures à 900 C, jusqu'à ce que la barre soit refroidie à une température au plus de 100 C.
Avantageusement, le refroidissement de ladite barre de l'étape c) est effectué à une vitesse de refroidissement toujours au moins égale à 300C/s pour des températures inférieures à 700 C.
Cette étape de solidification et refroidissement n'inclut pas de traitement thermique spécifique, la mise en solution pouvant se faire dès la fin de la solidification à 1060 C.
d) on procède à une déformation à froid de ladite barre pour obtenir un barreau d'un diamètre inférieur à 20 mm, de préférence compris entre 12 et 19 mm ; de manière optionnelle, une opération d'usinage extérieure, avantageusement inférieure à
0,5 mm d'épaisseur, peut être effectuée de sorte à éliminer des défauts de surface éventuellement générés par l'étape précédente ;
e) on effectue une mise en forme de l'électrode par cisaillage dudit barreau afin d'obtenir des lopins puis un poinçonnage ou un usinage par enlèvement de matière afin de conférer à ladite électrode sa forme définitive.
Au cours du procédé, on effectue au moins un traitement de vieillissement, ou traitement de revenu. Cette étape a lieu avant et/ou après l'étape e) de mise en forme de l'électrode.
Ce traitement de vieillissement consiste en un traitement thermique pouvant être réalisé de différentes manières.
De préférence, il s'agit d'un traitement de précipitation réalisé à une température comprise entre 450 et 480 C, pendant une durée comprise entre lh et 2h.
Il est par conséquent possible d'effectuer ce traitement de précipitation à une température comprise entre 450 et 480 C, pendant une durée comprise entre lh et 2h entre l'étape d) de déformation à froid et l'étape e) de mise en forme de l'électrode.

- 18 - PCT/FR2019/000007 Selon un autre mode de réalisation, le traitement de précipitation est réalisé suivant l'étape e) de mise en forme de l'électrode, en tant que seul traitement de vieillissement du procédé.
La mise en uvre d'un traitement par précipitation en toute fin de procédé, après l'étape e), présente l'avantage d'apporter une plus grande stabilité des caractéristiques mécaniques de l'électrode.
Deux traitements par précipitation dans les conditions susmentionnées de durée et de température peuvent également être conduits, l'un avant l'étape e), et le second suivant cette étape e) de mise en forme de l'électrode.
De manière particulièrement avantageuse, dans l'étape b) du procédé de l'invention, le diamètre d de la filière cylindrique de coulée continue est inférieur à 70 mm.
De préférence, ledit diamètre d est compris entre 20 et 70 mm et, plus préférentiellement encore, ce diamètre est compris entre 20 et 40 mm.
En outre, la vitesse de refroidissement appliquée lors de l'étape c) du procédé et permettant la solidification de la barre puis le refroidissement solide, est particulièrement importante, entrainant une solidification rapide et un refroidissement périphérique extrêmement puissant.
Préférentiellement, la vitesse de refroidissement est également variable en fonction de la température de ladite barre.
Plus précisément, ladite vitesse de refroidissement est, avantageusement, au moins égale à 100C/s lorsque la barre a une température supérieure à 1060 C, =puis au moins égale à 150C/s lorsque la température est comprise entre 1060 et 10400C, puis au moins égale à 20 C/s lorsque la température est comprise entre 1040 et 1030 C, puis au moins égale à 250C/s lorsque la température est comprise entre 1030 et 1000 C, puis au moins égale à 30 C/s entre 900 et 1000 C. Pour des températures de barre inférieures à
900 C, le refroidissement est préférentiellement effectué à une vitesse au moins égale à 200C/s.

- 19 - PCT/FR2019/000007 La vitesse de refroidissement peut encore être au moins égale à 300C/s pour des températures inférieures à 900 C.
De préférence, dans le procédé selon l'invention, le refroidissement n'est pas appliqué sur un solide mais sur un liquide et commence dès le solidus, c'est-à-dire à une température de l'ordre de 1070 C. En particulier, il a été mis en évidence un intervalle de température, entre 1060 et 900 C, pour une amélioration de la mise en solution avec une vitesse de refroidissement minimum qui a été reprise ci-dessus lors de la définition du procédé.
En dessous de 900 C la mise en solution est impossible, on s'assurera pour les températures inférieures à 900 C de poursuivre le refroidissement avec un minimum de 200C/s pour ne pas générer un vieillissement non maitrisé.
Plus précisément, la solidification et le refroidissement très rapides, jusqu'à une température où la diffusion des atomes de chrome est limitée, permet une répartition homogène des précipités cohérents et incohérents de chrome.
Ces conditions de refroidissement, qui sont en outre appliquées sur un moule cylindrique ayant un diamètre réduit entre

20 et 70 mm, de préférence entre 20 et 40 mm, participent à
l'obtention d'une barre avec une texture de solidification colonnaire orientée de manière radiale. Cette texture est visible par réalisation d'une coupe transversale de ladite barre, et sur l'ensemble du volume de cette dernière.
La filière ou le moule, présentant une forme cylindrique, est préférentiellement entourée d'une enveloppe au sein de laquelle circule soit une huile, soit un gaz réfrigérant, ou encore de l'eau, de sorte à permettre la solidification et le refroidissement.
Un autre avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait qu'il permet d'éviter une recristallisation dynamique à
chaud, due à un réchauffage et une déformation simultanée. De ce fait, les précipités et textures intéressants issus de la mise en uvre du procédé de l'invention sont conservés.

Au sein de l'alliage de base utilisé pour la fabrication des électrodes de soudage innovantes, on retrouve, de préférence, une teneur en chrome dans une proportion supérieure ou égale à 0,1%
et inférieure à 0,4% en masse, cette proportion étant préférentiellement comprise entre 0,2 et 0,3%.
Par le biais du procédé selon l'invention, des précipités incohérents de chrome, c'est-à-dire des particules sans relation cristallographique avec la matrice, sont en excès de limite de solubilité.
En effet, dans le procédé de l'invention, l'application du traitement de trempe dès la solidification de l'alliage, qui est complète à une température de l'ordre de 1070 C, permet de maximiser la solubilité du chrome dans le cuivre et de maintenir l'eutectique cuivre chrome aux joints de grain.
Il a pu être déterminé que, de manière particulièrement surprenante, une proportion de chrome supérieure ou égale à 0,1%
et inférieure à 0,4% permet de produire la précipitation de chrome recherchée.
Ainsi, contrairement à l'idée communément établie dans l'état de la technique, malgré une diminution de la proportion de chrome au sein de l'alliage, la combinaison des étapes du procédé
mises en uvre sur la composition de l'alliage décrite ici permet de conserver les précipités de chrome incohérents, et cela sans engendrer des précipités de chrome de taille trop importante, qui seraient susceptibles d'entrainer l'apparition de décohésions lors de l'étape d) de transformation à froid.
La texture de solidification colonnaire très fine, obtenue par la mise en uvre du procédé de l'invention, permet de manière particulièrement avantageuse de répartir l'hétérogénéité de composition de chrome (chrome en solution solide, chrome eutectique et chrome métal) de manière homogène, et ce dans l'ensemble du volume de l'électrode de soudage obtenue par ledit procédé.
Ces précipités de chrome sont à l'origine de l'amélioration des performances de soudage de l'électrode, en augmentant la résistance de cette dernière au fluage à chaud. A titre de

- 21 - PCT/FR2019/000007 remarque, pour ce qui est du soudage de tôles acier avec un revêtement zinc, ces précipités ont pour fonction de retarder ou bloquer la diffusion du fer et du zinc qui sont à l'origine de la corrosion chimique de la face active de ladite électrode.
Le procédé de l'invention, et notamment l'application préférentielle du refroidissement dès le solidus, favorise également une répartition homogène des précipités cohérents de chrome, c'est-à-dire les précipités présentant une continuité avec la structure cristallographique de la matrice.
Par la mise en uvre du procédé de l'invention, l'électrode obtenue présente également une structure fibrée, due à la présence de précipités de cuivre, ou grains, qui présentent eux-mêmes une forme très fibrée.
Suivant une coupe longitudinale d'une électrode de l'invention après poinçonnage (résultats non montrés), il apparait que le fibrage est symétrique droite gauche, les fibres partant de la face active, et à proximité de la face interne de refroidissement de l'électrode et se dirigeant en se resserrant vers la jupe de l'électrode.
Suivant une coupe transversale de cette même électrode, les fibres sont assimilables aux rayons d'une roue dont le moyeu, correspondant à la zone centrale de l'électrode sans fibrage distinctif présente un diamètre inférieur à 5 mm, de préférence inférieur à 3 mm. Les fibres radiales fines présentent quant à
elles une épaisseur avantageusement inférieure à 1 mm, et, plus avantageusement encore, inférieure à 0,5 mm.
Cette texture fibrée, très caractéristique de l'électrode obtenue par mise en uvre du procédé de l'invention, est la conséquence directe de la structure métallurgique obtenue après l'étape c) dudit procédé, et est très différente de la structure fine et homogène de certaines électrodes traditionnelles.
Le fibrage de l'électrode obtenue par le présent procédé, notamment dû à la présence de grains de cuivre en aiguille ayant une longueur importante, permet une amélioration de la résistance aux champs de sollicitations thermomécaniques, comprenant le champ

- 22 - PCT/FR2019/000007 de déformation et le champ de température, de la face active de ladite électrode lors du soudage.
Plus particulièrement, le fibrage de l'électrode de l'invention favorise, pendant le soudage des tôles acier ou aluminium, une évacuation des calories de manière radiale et longitudinale, depuis la zone centrale de l'électrode, où la température est maximale, vers les zones froides, c'est-à-dire la face interne et la périphérie de l'électrode. Par conséquent, l'électrode de l'invention est plus résistante notamment au phénomène de fluage.
Il a déjà été évoqué, précédemment, la composition de l'alliage de base pour obtenir ladite électrode de l'invention.
Cet alliage comporte du cuivre et du chrome, ce dernier composant étant présent dans l'alliage dans une proportion supérieure ou égale à 0,1% et inférieure à 0,4%.
Outre ces deux constituants, l'alliage selon l'invention comprend également du zirconium dans une proportion comprise de préférence entre 0,02 et 0,04% en masse. Une telle proportion permet avantageusement d'éviter de générer des précipités qui seraient susceptibles de favoriser une fissuration à froid du matériau.
La proportion de zirconium est, encore plus avantageusement, comprise entre 300 et 400 ppm, soit entre 0,03 et 0,04%.
Il est également avantageux que l'alliage de base comporte du phosphore dans une proportion inférieure à 0,015% en masse, cette proportion étant préférentiellement inférieure à 100 ppm.
Cet élément, qui est à la fois plus désoxydant que le chrome et moins que le zirconium, facilite une bonne maîtrise de la teneur en zirconium résiduel lorsque des grandes quantités de production sont envisagées.
La présente invention est également relative à une électrode susceptible d'être obtenue par le procédé décrit précédemment.
Comme déjà mentionné précédemment, lesdites électrodes de l'invention présentent des propriétés microscopiques originales par rapport aux électrodes traditionnelles.

- 23 - PCT/FR2019/000007 Des analyses par microscopie à transmission de la structure du matériau des électrodes de l'invention, avant et après soudage, ont permis de mettre en évidence des différences par rapport à la structure microscopique des électrodes CuZr traditionnelles, et notamment sur la morphologie des grains cristallins ainsi que sur les dimensions et la répartition des précipités de chrome.
En particulier, on observe à l'échelle microscopique que le matériau de l'électrode selon l'invention comporte plus de 90%
des précipités incohérents de chrome qui présentent une surface projetée inférieure à 11=2.
En outre, à l'échelle nanométrique, on observe, en plus des précipités de chrome cohérents ayant des dimensions de l'ordre de 2 à 5 nm, une population de précipités de chrome incohérents avec des dimensions comprises entre 10 et 50 nm, et plus précisément entre 10 et 20 mn.
Ces précipités de chrome incohérents sont caractéristiques des électrodes de l'invention et ne sont pas visibles au niveau du matériau des électrodes CuZr traditionnelles.
En outre, il est à noter que les analyses effectuées ont également démontré une évolution dimensionnelle de ces précipités incohérents de chrome, pendant l'étape de soudage de tôles, en l'occurrence de tôles acier avec revêtement de zinc, au moyen de l'électrode de l'invention.
En effet, au cours du soudage de tôles acier revêtues de zinc, on observe une coalescence des précipités à l'approche de la face active de l'électrode et, plus précisément, des précipités nanométriques incohérents de 30 à 50 nm dans la couche et de 100 à 150 nm dans la couche y.
Typiquement, la couche 3 de la couche de réaction chimique est la plus éloignée de la surface de l'électrode. C'est une couche jaune de diffusion du zinc dans le cuivre, à 40% de zinc.
En surface, la couche de réaction chimique comporte une couche riche en fer, typiquement 25%, qui se forme lors du collage de la tôle acier sur la surface de l'électrode à une température supérieure à 850 C. Enfin, entre la couche et la couche riche en fer se trouve la couche y à 55% de zinc.

- 24 - PCT/FR2019/000007 D'autres analyses menées sur les électrodes de l'invention ont montré que les précipités incohérents de chrome présents dans la couche y s'enrichissent en fer et, de ce fait, permettent de bloquer la diffusion du fer.
Enfin, des essais de caractérisation mécanique à chaud ont également été conduits sur des électrodes obtenues par le procédé
de l'invention. Les résultats de ces essais ont montré que la température de fluage est augmentée de 100 C avec les présentes électrodes, par rapport à la température de fluage de certaines électrodes traditionnelles.
Plus précisément dans le cas de soudage de tôles en acier, généralement, le fluage de la face active d'une électrode traditionnelle devient sensible, pendant l'opération de soudage, à une température de l'ordre de 700 C. En effet, avec l'adoucissement de surface de l'électrode, il y a fluage de la surface et fissuration de la couche y, ce qui favorise une diffusion du fer dans la couche y puis dans la couche sous forme de précipités FeZn. La couche devient résistive, et s'échauffe au-delà de 850 C, entrainant la disparition de la couche y. Par conséquent, la matière de ladite électrode traditionnelle va commencer à s'arracher au fur et à mesure des points de soudage, entrainant une dégradation rapide du point de soudure.
Au contraire, pour une électrode selon l'invention, dans le cas de soudage de tôles en acier, cette température de fluage est de l'ordre de 800 C, ce qui permet de retarder la sollicitation mécanique de la couche y, favorisant ainsi le maintien protecteur de ladite couche y au niveau de la face active de ladite électrode.
De de ce fait, les électrodes obtenues par la mise en uvre du présent procédé présentent notamment une durée de vie augmentée et des performances au soudage améliorées.
Afin d'illustrer l'intérêt et les caractéristiques techniques de l'électrode selon l'invention pour le soudage résistif de tôles en aluminium, trois exemples comparant la performance de ladite électrode aux électrodes cuivre-zirconium (0,15%), utilisées actuellement par les constructeurs automobiles avec carrosserie aluminium, sont donnés ci-dessous.

=

- 25 - PCT/FR2019/000007 Exemple 1 : Essais comparatifs de caractérisation de la couche de 3 mm à la surface de l'électrode avant et après traitement thermique La dureté Brinell (dureté HB) a été mesurée à la surface et à moins 3 mm de la surface d'une électrode CuZr utilisée actuellement par les constructeurs automobiles et d'une électrode selon l'invention, avant et après un traitement thermique de 500 C
appliqué pendant une durée de 8h.
En outre, la conductivité %IACS a également été mesurée pour ces deux électrodes, avant et après traitement thermique.
La composition de l'alliage qui a été utilisé pour fabriquer l'électrode qui a été testée est la suivante :
- Cr : 0.2 à 0.3% ;
- Zr : 300 à 400 ppm ;
- P : 80 à 120 ppm ;
- Restant : cuivre et impuretés inévitables dans une proportion inférieure à 300 ppm avec une somme pondérée <
2000.
Les résultats obtenus lors de ces essais comparatifs sont récapitulés dans le tableau 2 ci-après.
CuZr Invention avant TTh après TTh avant TTh après TTh dureté HB surface 170 100 155 140 dureté HB surface - 3mm 140 120 150 140 conductivité %IACS - 3mm 86 94 91 93 Tableau 2 :
Comparaison des caractéristiques dureté et conductivité entre une électrode usuelle CuZr et une électrode de l'invention avant et après traitement thermique Les résultats présentés dans le tableau 2 montrent que, en comparaison avec l'électrode CuZr traditionnelle, les caractéristiques dureté HB et conductivité %IACS de l'électrode selon l'invention sont plus constantes entre avant et après le traitement thermique qui a été appliqué.

- 26 - PCT/FR2019/000007 En effet, la surface d'une électrode CuZr neuve, avant traitement thermique, est moins conductrice que la surface d'une électrode neuve selon l'invention, avec une conductivité %IACS de 86 contre 91.
Par conséquent, l'électrode traditionnelle CuZr va s'échauffer de manière plus importante et résister moins bien à
l'adoucissement thermique, ce qui se traduit par une baisse de dureté après traitement thermique à 100 HB contre 140 HB pour l'électrode de l'invention.
Une telle différence dans la conductivité conduit finalement à un fluage de surface plus important pour l'électrode CuZr que pour l'électrode selon la présente invention.
Exemple 2 : Essais comparatifs de caractérisation de la couche de surface après soudage La dureté Brinell (dureté HB) a été mesurée à la surface et à moins 3 mm de la surface d'une électrode CuZr utilisée actuellement par les constructeurs automobiles et d'une électrode selon l'invention, avant le soudage (électrode neuve ) et après soudage ( fin de soudage ). Pour l'électrode selon l'invention uniquement, la dureté HB a également été mesurée après 30 points de soudage.
En outre, la conductivité %IACS a également été mesurée pour ces deux électrodes, avant et après soudage, et après 30 points de soudage pour l'électrode de l'invention.
Les résultats obtenus lors de ces essais comparatifs sont récapitulés dans le tableau 3 ci-après.
CuZr Invention fin de soudage fin de neuve soudage neuve 30 pts soudage dureté HB surface 170 125 155 155 150 dureté HB surface - 3mm 140 150 150 150 150 Conductivité %IACS - 3mm 88 86 90 90 92 Tableau 3 : Comparaison des caractéristiques dureté et conductivité entre une électrode usuelle CuZr et une électrode de l'invention avant et après soudage

- 27 - PCT/FR2019/000007 Les résultats récapitulés dans ce tableau démontrent également que l'électrode selon l'invention est beaucoup plus constante entre avant et après soudage.
L'électrode de l'invention travaille, dans tout son cycle de fonctionnement, d'une part avec une conductivité plus élevée (entre 90 et 92 contre 86-88) et d'autre part avec une meilleure résistance à l'adoucissement. En effet, l'électrode selon l'invention présente encore une dureté HB de surface de 150 en fin de soudage alors que l'électrode usuelle a, en fin de soudage, une dureté de 125 HB.
Les résultats obtenus montrent également que la perte d'adoucissement sur les électrodes CuZr est localisée en surface.
En effet, la dureté à moins 3 mm de la surface reste sensiblement constante, de l'ordre de 140-150HB, et la conductivité n'est pas remontée à 94. Malgré cela, le fluage de surface de l'électrode CuZr conduit à l'élargissement de la face de contact et à un diamètre de point soudé insuffisant.
L'électrode de l'invention fonctionne dans un domaine où
elle conserve ses caractéristiques mécaniques.
En particulier, l'électrode de l'invention conserve une dureté à un niveau élevé, malgré l'échauffement généré dans l'électrode pendant le soudage, et la résistance au fluage est ainsi accrue.
Par conséquent, ladite électrode se déforme moins lors du soudage, permettant à l'utilisateur de gagner en productivité car la fréquence des décapages mécaniques diminue.
Exemple 3 : Essais comparatifs de performances au soudage Le troisième essai, en référence à la figure unique annexée, consiste à comparer la performance au soudage entre une électrode CuZr usuellement mise en uvre par les constructeurs et une électrode de l'invention.
Du fait de la meilleure résistance au fluage lors du soudage, et tous paramètres égaux par ailleurs (en termes de paramètres de soudage : intensité, temps de serrage, refroidissement

- 28 - PCT/FR2019/000007 notamment), lors du décapage mécanique pour remettre la surface de l'électrode à l'état initial, on retire 15% de matière en moins avec l'électrode de l'invention.
La quantité de matière qui est retirée, lors de l'opération de décapage mécanique, de l'électrode de l'invention 1 correspond à la partie grisée de la figure 1 ci-jointe. Cette quantité de matière qu'il convient de retirer est inférieure pour l'électrode de l'invention 1, en comparaison avec l'électrode classique CuZr 2, cette dernière subissant un fluage important aboutissant à un élargissement de son extrémité, comme illustré sur la figure 1.
Un cycle correspond au nombre de points soudés avant de réaliser l'opération de décapage mécanique.
Il est possible, avec l'électrode de l'invention, et sans changement des paramètres de soudage, d'une part d'augmenter le nombre de cycles de 15% et, d'autre part, d'augmenter le nombre de points par cycle de 10%, par rapport au nombre de cycles et au nombre de points par cycle moyens pouvant être effectués avec une électrode CuZr utilisée actuellement, avant qu'il soit nécessaire de procéder au décapage mécanique de ladite électrode de l'invention pour conserver une qualité optimale du point soudé.
L'électrode de l'invention permet, par conséquent, d'améliorer la productivité de l'ordre de 27%, sans changer les paramètres de soudage.
L'électrode de l'invention présente une très grande stabilité lors des cycles de soudage sur tôle en aluminium, en mettant en uvre les paramètres de soudage définis spécifiquement pour une utilisation optimale des électrodes CuZr.
Cela implique que les paramètres de soudage, définis pour ces électrodes en CuZr, ne dégradent pas la surface de l'électrode de l'invention, malgré un nombre de points soudés accrus de 27%
avec cette dernière.
Il semble par conséquent évident pour l'homme de l'art qu'une définition des paramètres de soudage propres à l'électrode de l'invention permettra une amélioration supplémentaire en termes de nombre de points soudés.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Electrode en alliage de cuivre, de chrome, de zirconium et de phosphore pour le soudage de tôles métalliques en acier et en aluminium ou en alliages d'aluminium, caractérisée en ce que l'alliage est constitué de chrome dans une proportion supérieure ou égale à 0,1% et inférieure à 0,4% en masse, de zirconium dans une proportion comprise entre 0,02 et 0,04% enmasse, de phosphore dans une proportion inférieure à 0,015 % en masse, le reste de la composition étant du cuivre et des impuretés inévitables dans une proportion inférieure à 0,1% en masse, et la conductibilité
électrique de ladite électrode étant supérieure ou égale à 90%
IACS (International Annealed Copper Standard) et en ce que la structure de ladite électrode comporte des précipités de chrome incohérents dont plus de 90% ont une surface projetée inférieure à 1pm2, lesdits précipités de chrome incohérents présentant des dimensions comprises au moins entre 10 et 50 nm, ladite électrode présentant en outre une structure fibrée, visible suivant une coupe transversale de la face active de ladite électrode après surfaçage et attaque chimique, ladite structure étant constituée, d'une part, d'une pluralité de fibres radiales, lesdites fibres présentant une épaisseur inférieure à 1 mm et, d'autre part une zone sensiblement centrale sans fibrage ayant un diamètre inférieur à 5 mm.

2. Electrode en alliage de cuivre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la proportion de chrome est comprise entre 0,2 et 0,3% en masse.

3. Electrode en alliage de cuivre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la proportion de zirconium est comprise entre 0,03 et 0,04% en masse.

4. Electrode en alliage de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la proportion de phosphore est inférieure à 0,01% en masse.

Date Reçue/Date Received 2022-02-01

5. Electrode en alliage de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la proportion des impuretés inévitables est inférieure à 0,05% en masse.

6. Electrode en alliage de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un coefficient de pondération est affecté à chaque élément chimique susceptible d'être présent en tant qu'impureté dans l'alliage, en fonction de l'effet dudit élément chimique sur la conductibilité électrique ;
la somme des proportions pondérées de chacun desdits éléments chimiques, en partie par million, étant inférieure à 5000.

7. Electrode en alliage de cuivre selon la revendication 6 caractérisée en ce la somme des proportions pondérées de chacun desdits éléments chimiques, en partie par million, est inférieure à 2000.

8. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 par coulée continue à partir d'un alliage constitué de chrome dans une proportion supérieure ou égale à 0,1% et inférieure à 0,4% en masse, de zirconium dans une proportion comprise entre 0,02 et 0,04% en masse, de phosphore dans une proportion inférieure à 0,015 % en masse, le reste de la composition étant du cuivre et des impuretés inévitables dans une proportion inférieure à 0,1% en masse, ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes :
a) fusion des différents composants de l'alliage, à savoir le cuivre, le chrome, le zirconium et du phosphore à une température supérieure ou égale à 1200 C ;
b) coulée continue à travers une filière cylindrique présentant un diamètre d permettant d'obtenir une barre d'un diamètre proche du diamètre d de la filière avec le maintien du métal liquide dans le four de coulée à une température comprise entre 1100 et 1300 C ;

Date Reçue/Date Received 2022-02-01 c) solidification de ladite barre et refroidissement jusqu'à
une température inférieure à 100 C, la vitesse de refroidissement étant au moins égale à 10 C/s jusqu'à
atteindre une température de la barre de 1060 C, puis au moins égale à 15 C/s entre 1060 et 1040 C, puis au moins égale à 20 C/s entre 1040 et 1030 C, puis au moins égale à 25 C/s entre 1030 et 1000 C, puis au moins égale à 30 C
entre 1000 et 900 C, puis au moins égale à 20 C/s pour des températures inférieures à 900 C, jusqu'à ce que la barre soit refroidie à une température au plus de 100 C ;
d) déformation à froid pour obtenir un barreau d'un diamètre inférieur à 20 mm ;
e) cisaillage dudit barreau afin d'obtenir des lopins puis poinçonnage ou usinage par enlèvement de matière afin de conférer à ladite électrode sa forme définitive, ledit procédé comprenant au moins une étape de traitement de vieillissement ou de revenu avant et/ou après l'étape e) de mise en forme de l'électrode, et dans lequel procédé la structure métallurgique de la face active de ladite électrode comporte des précipités de chrome incohérents dont plus de 90%
ont une surface projetée inférieure à lpm2, lesdits précipités de chrome incohérents présentant des dimensions comprises au moins entre 10 et 50 nm, ladite électrode présentant en outre une structure fibrée, visible suivant une coupe transversale de la face active de ladite électrode après surfaçage et attaque chimique, ladite structure étant constituée, d'une part, d'une pluralité de fibres radiales, lesdites fibres présentant une épaisseur inférieure à 1 mm, et, d'autre part, d'une zone sensiblement centrale sans fibrage ayant un diamètre inférieur à 3 mm, et la conductibilité électrique de ladite électrode étant supérieure ou égale à 90% IACS (pour International Annealed Copper Standard).

9.
Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon la revendication 8 dans lequel la fusion des différents composants Date Reçue/Date Received 2022-02-01 de l'alliage de l'étape a) est effectuée à une température comprise entre 1200 C et 1300 C.

10. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon la revendication 8 ou 9 dans lequel la coulée continue de l'étape b) est réalisée avec le maintien d'une température du métal liquide dans le four de coulée comprise entre 1150 et 1250 C.

11. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 dans lequel le refroidissement de ladite barre de l'étape c) est effectué à une vitesse de refroidissement au moins égale à 30 C/s pour des températures inférieures à 900 C, jusqu'à ce que la barre soit refroidie à une température au plus de 100 C.

12. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon l'une quelconque des revendications 8 à 11 dans lequel le traitement de vieillissement est effectué avant l'étape e) de mise en forme de l'électrode et consiste en un traitement de précipitation réalisé
à une température comprise entre 450 et 480 C pendant une période de 1 à 2 h.

13. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon l'une quelconque des revendications 8 à 12 dans lequel, suivant l'étape e) de mise en forme de l'électrode, on procède à un traitement de précipitation réalisé à une température comprise entre 450 et 480 C pendant une période de 1 à 2 h.

14. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon l'une quelconque des revendications 8 à 13 dans lequel ledit diamètre d de la filière est compris entre 20 et 70 mm.

15. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon la revendication 14 dans lequel ledit diamètre d de la filière est compris entre 20 et 40 mm.

Date Reçue/Date Received 2022-02-01

16. Procédé de fabrication d'une électrode de soudage selon l'une quelconque des revendications 8 à 15 dans lequel, au cours de l'étape d) de déformation à froid, une opération d'usinage extérieur, inférieure à 0,5 mm d'épaisseur, est effectuée pour éliminer les défauts de surface générés lors de l'étape c) de solidification.

17. Procédé de soudage de tôles aluminium mettant en uvre une électrode en alliage de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel on maintient, au moyen de ladite électrode, lors du soudage entre elles de deux tôles en aluminium, une pression spécifique supérieure ou égale à 120 Mpa, pour limiter la résistance de contact entre ladite électrode et la surface extérieure de l'une des deux tôles, sans générer un élargissement rapide de la surface de l'électrode par un fluage à
chaud important.

Date Reçue/Date Received 2022-02-01