CH668930A5

CH668930A5 - Procede de soudage d'un joint par resistance electrique.

Info

Publication number: CH668930A5
Application number: CH3144/86A
Authority: CH
Inventors: Makoto Kabasawa; Moriaki Ono
Original assignee: Nippon Kokan Kk
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1984-12-10
Publication date: 1989-02-15
Also published as: GB2178682B; DE3490793T1; JPS6324795B2; WO1986003442A1; GB2178682A; GB8612297D0; JPS59229290A

Description

668 930

2

REVENDICATION

Procédé de soudure de joint par résistance électrique pour une feuille d'acier difficile à souder d'une épaisseur de 0,5 mm ou moins et ayant comme couches de revêtement un métal plus dur que l'étain et un composé métallique, caractérisé en ce que la soudure se fait avec une largeur de recouvrement des bords de la feuille égale de 2 à 2,4 fois l'épaisseur de la feuille.

DESCRIPTION

Cette invention se rapporte à un procédé de soudage qui élargit le domaine de courants de soudage appropriés dans le soudage de joints par résistance électrique employant des matériaux qui sont difficiles à souder, comme de l'acier sans étain. Le procédé peut être appliqué aux boîtes de conserve.

Grâce à la diversification récente des procédés de fabrication de boîtes comme récipients de nourriture, les procédés de soudage de joints par résistance électrique, comme le procédé de soudage de joints avec résistance à fil de cuivre, etc., se sont considérablement développés en tant que procédés de fabrication de boîtes.

Comme représenté à la figure 1, le procédé de soudage de joints par résistance à fil de cuivre est un procédé dans lequel les parties de bords longitudinaux d'une feuille d'ébauche de boîte (1), qui a d'abord été formée en une forme cylindrique, sont passés, tandis qu'ils sont placés pour présenter un recouvrement de largeur donnée, au travers d'un fil de cuivre (2) enroulé autour d'une paire d'électrodes à rouleau (3), qui sont agencées l'une sur l'autre, et, à ce moment, les électrodes à rouleau du haut et du bas appliquent une pression et font passer le courant par les portions se recouvrant de la feuille de l'ébauche de boîte (1) au travers du fil de cuivre (2), ce qui permet un soudage continu par la chaleur créée par la résistance électrique des parties se recouvrant.

A ce moment, comme représenté à la figure 2, une barre de guidage (4) avec une forme en coupe d'un Z de fixation est employée et les portions de bords longitudinaux de l'ébauche de boîte (1) sont insérés dans les fentes de guidage de la barre de guidage (4) de façon à recouvrir les portions de bords longitudinaux et les rouleaux déterminant l'ouverture de la boîte ébauche disposés autour des électrodes à rouleau supérieure et inférieure (3).

La qualité de la zone de soudage est estimée en caractéristiques de solidité de liaison, propriétés d'étanchéité hermétique et d'apparence extérieure de la zone de soudage de joints. La solidité de liaison et les propriétés d'étanchéité hermétique sont des problèmes qui ont une influence sur la fuite du contenu et, pour satisfaire à ces caractéristiques, il est essentiel que la chaleur créée par la résistance électrique au joint entre les faces soit plus grande qu'une certaine valeur limite. Pour cette raison, une valeur minimum du courant de soudage est fixée. Egalement, concernant les propriétés d'apparence extérieure, il est essentiel qu'il n'y ait pas d'étincelle. Tandis que le soudage du joint est généralement couvert par une couverture protectrice après le soudage, la présence de chaque étincelle empêche l'application du recouvrement ou bien il entraîne une portion exposée, qui n'est pas recouverte par le recouvrement, et de plus l'usage de telles ébauches de boîtes présente le danger de non seulement causer la détérioration du contenu comme résultat de la réaction à l'étincelle, mais aussi que l'étincelle tombe à côté de l'ébauche de boîte et entre dans les contenus, L'étincelle est faite de métal fondu dispersé depuis la soudure du joint et fixé tout alentour. Pour empêcher la présence de toute étincelle, il est essentiel que la chaleur créée par la résistance électrique à l'interface du joint soit inférieure à une certaine valeur limite. Ainsi, une valeur maximum du courant de soudage est déterminée.

Lorsque les valeurs minimum et maximum du courant de soudage, qui sont déterminées en fonction de la solidité de la liaison, des propriétés d'étanchéité hermétique et des propriétés d'apparence extérieure pour évaluer la qualité de la soudure du joint, sont définies respectivement comme valeur de la limite inférieure de courant et comme valeur de la limite supérieure de courant, la valeur obtenue en soustrayant la valeur de la limite inférieure de courant de la valeur de la limite supérieure de courant représente le domaine s des valeurs positives pour des valeurs de courant adéquates pour le soudage, et la facilité de soudage d'un matériau pour récipient est déterminée par la taille de son domaine de valeurs de courant adéquates.

Des matériaux d'acier pour récipients employés avec ce procédé io de soudage, on exige qu'ils ne soient pas seulement excellents dans les performances exigées pour feuilles d'acier pour récipients, telles que la résistance à la corrosion, la facilité de les travailler et les propriétés de revêtement, mais également excellents quant à la faculté à être soudés.

15 Tandis que les matériaux d'acier pour récipients ont consisté jusqu'ici surtout en plaques étamées (avec des poids de revêtement en étain de 2,8 g/m2 ou au-dessus) pour des récipients soudés, de nouveaux matériaux d'acier ont récemment été développés. Lorsque ces matériaux sont employés comme objets du procédé de soudage de 20 joints par résistance électrique, les plaques étamées employées pour les récipients soudés et une partie des plaques étamées légèrement revêtues ou lavées ont des grands domaines de valeurs de courant adéquates et elles sont excellentes quant à leur faculté à être soudées. Pourtant, le reste des plaques étamées légèrement et les aciers sans 25 étain ont des petits domaines de courant adéquat et présentent une faible faculté à être soudées quand on les compare avec les plaques étamées pour récipients soudés.

L'acier sans étain tend à produire des étincelles pendant le i soudage et une diminution de la valeur du courant de soudage pour 30 empêcher la formation d'étincelles tend à rendre la solidité de la liaison et les propriétés adhésives peu satisfaisantes.

C'est pourquoi il était de pratique courante autrefois de réaliser le soudage de joints par résistance électrique après que le revêtement de surface sur les portions de bordure de l'ébauche constituant les 35 portions se recouvrant eut été d'abord enlevé par des moyens mécaniques tels qu'une brosse en fer de façon à présenter pratiquement entièrement libre la surface d'acier. Pourtant, l'emploi de tels moyens mécaniques augmente les phases de fabrication d'une phase et de plus les fines particules grattées ne sont pas enlevées complète-40 ment de la surface de la feuille d'acier et se fixent ainsi à nouveau, ce qui crée différents inconvénients dans les opérations subséquentes. Il y a aussi des désavantages dans le fait que la surface d'acier découverte à la suite de l'enlèvement du revêtement de surface n'a plus de résistance à la corrosion, que son apparence extérieure est détério-45 rée, etc. Il en résulte que l'acier sans étain n'a pas encore été utilisé pour la fabrication de conserves d'aliments jusqu'à maintenant

C'est un but de la présente invention de définir un procédé de soudage de joints par résistance électrique, qui évite les faiblesses précédentes et selon lequel des matériaux pour récipients à nourri-50 ture, auxquels il est difficile d'appliquer le soudage électrique par résistance électrique, comme l'acier et l'étain, peuvent être aisément soudés sans exiger un quelconque traitement préliminaire.

Le procédé de soudage selon l'invention est défini par la revendication.

55 Ainsi, on a pu augmenter le domaine de courants de soudage adéquats pour les feuilles d'acier, domaine dans lequel l'apparition des étincelles est empêchée et la faculté à être soudées améliorée.

La fig. 1 est une présentation schématique pour expliquer le procédé de soudage de joints par résistance avec fil de cuivre, 60 la fig. 2 est un schéma pour expliquer la barre de guidage en forme de Z du procédé de soudage de joints par résistance avec fil de cuivre de la fig. 1,

la fig. 3 représente des schémas pour expliquer les conditions de soudage de la soudure de joints d'un acier sans étain, et 65 les fig. 4 et 5 représentent des schémas caractéristiques, chacun représentant la relation entre le rapport de la largeur de recouvrement à l'épaisseur de la feuille de matériau et le courant de soudage par rapport à l'acier sans étain:

3

668 930

(1) feuille d'ébauche de boîte

(2) fil de cuivre

(3) électrode en rouleau

(4) barre de guidage en forme de Z

(5) métal de base

(6) revêtement de chrome métallique

(7) revêtement d'oxyde de chrome hydraté

(8) parcours du courant de soudage

(9) métal fondu

(10) étincelle

(a) valeur de courant à la limite inférieure

(b) valeur de courant à la limite supérieure

(c) domaine des valeurs de courant adéquates

Ayant en vue de résoudre les problèmes rencontrés dans le soudage de matériaux qui sont difficiles à souder, les inventeurs ont essayé d'élucider la facilité de soudage du point de vue du phénomène de soudage lui-même. Comme résultat, on a tiré au clair ce qui suit.

Dans le cas de la plaque étamée pour boîtes soudées, qui est excellent quant à sa faculté à être soudée, et cela malgré le fait que le revêtement d'oxyde de chrome hydraté formé lors du traitement est un matériau électriquement isolant, l'étain du premier revêtement est si doux que le revêtement formé lors de la transformation est facilement détruit et démoli sous la pression appliquée aux électrodes et une grande surface est obtenue pour le passage du courant. Ainsi, un échauffement uniforme dû à la résistance électrique s'établit à l'interface du joint, de sorte qu'une zone adoucie de haute température est obtenue, d'une taille suffisamment grande, avant la formation de métal fondu, et la soudure à pression est obtenue à l'interface du joint grâce à un grand écoulement pâteux produisant ainsi un joint excellent.

D'autre part, dans le cas d'acier sans étain, comme dans les conditions de formation de joint soudé représentées schématiquement à la fig. 3, du chrome métallique (6) sous un revêtement (7) obtenu par traitement est très dur en comparaison avec l'étain, de sorte que l'écrasement du revêtement formé au traitement par l'application sous pression des électrodes n'est pas suffisant et pendant le soudage le courant passe de façon localisée et non pas uniformément. Il en résulte que du métal fondu (9) est formé à une valeur de courant relativement faible. Pourtant, puisque la zone adoucie par la haute température ne s'est pas suffisamment constituée et que l'effet de soudage grâce au métal fondu dû à l'écoulement pâteux est faible, le métal fondu est facilement dispersé en formant ainsi des étincelles (10). Cependant, on a trouvé que la solidité de l'attachement et les propriétés de scellement étanche peuvent être obtenues avec des joints localisés.

Les mesures prises jusqu'à maintenant pour augmenter la faculté à être soudé de matériaux difficiles à souder ont consisté principalement à réduire le poids du revêtement formé au traitement (la quantité de chrome métallique, la quantité d'oxyde de chrome hydraté) sur la surface des matériaux pour empêcher la formation de métal fondu dû à réchauffement localisé.

Comme résultat de l'élucidation mentionnée ci-dessus du phénomène de soudage, les inventeurs ont considéré que l'augmentation de la force tendant à empêcher la dispersion de métal fondu peut être un moyen efficace pour augmenter la faculté à être soudés des matériaux difficiles à souder et ont étudié la rationalisation de la forme du joint de soudure (la largeur de recouvrement).

Les largeurs de recouvrement utilisées autrefois étaient de 0,4 mm, 0,6 mm et 0,8 mm ou plus et les caractéristiques de soudage résultant de ces largeurs de recouvrement sont indiquées ci-dessous. Par exemple, lorsqu'on emploie de l'acier sans étain avec une épaisseur de feuille de 0,22 mm et lorsque la largeur de recouvrement est de 0,4 mm, le recouvrement résultant du joint soudé est trop faible par rapport à l'épaisseur de la feuille de matière et l'effet d'empêcher la dispersion du métal fondu est plus faible, ce qui gâte les caractéristiques de soudage. Lorsque la largeur de recouvrement est de 0,6 mm, le recouvrement résultant est excessivement grand et la force par unité de surface est plus faible, avec le résultat que la formation de métal fondu à cause de réchauffement localisé s'accroît et que la force pour empêcher le métal fondu de se disperser est diminuée, ce qui rend impossible d'obtenir un excellent joint.

Quoique pour améliorer les caractéristiques de soudage on admette qu'il existe un certain domaine de valeurs convenables pour la largeur du recouvrement, il existe la tendance de travailler avec une largeur de recouvrement inférieure à 0,4 mm dans l'idée qu'il est avantageux de diminuer le recouvrement du joint de soudage. Pourtant, diminuer la largeur de recouvrement n'est pas avantageux, car la force pour empêcher le métal fondu de se disperser est diminuée.

Selon l'invention, on a trouvé que les caractéristiques de soudage sont remarquablement améliorées en choisissant un rapport de recouvrement (défini comme le rapport de la largeur de recouvrement comparée à l'épaisseur de la feuille de matière) entre 2,0 et 2,4.

En d'autres mots, en employant des aciers sans étain (ayant un poids de chrome métallique de 150 mg/m2 et un poids de chrome de 30 mg/m2 pour l'oxyde de chrome hydraté) se présentant en feuilles d'ébauche avec une épaisseur de feuille de 0,22 mm et laminées en surface par une réduction de passe de 4% dit T-4, les caractéristiques de soudage ont été examinées en les soudant par le procédé de soudage de joint avec fil de cuivre, avec une vitesse de soudage de 45 m/min, une pression à l'électrode de soudage de 392 N et des largeurs de recouvrement de 0,4 mm, 0,45 mm, 0,5 mm et 0,6 mm. Comme résultat, on a obtenu les chiffres représentés à la fig. 4.

La fig. 4 représente le courant de soudage en kiloampères en ordonnée en fonction du rapport de recouvrement des bords de la feuille en abscisse. A chaque rapport est attribué un symbole qui se retrouve sur le graphique, le symbole noir représentant la limite inférieure et le symbole en contour la limite supérieure du courant de soudage. La feuille utilisée avait 0,22 mm d'épaisseur. La fig. 4 montre la relation entre le rapport de recouvrement et les limites inférieure a et supérieure b du courant de soudage. Dans la fig. 4, la zone c comprise entre les courants limites inférieurs a et limites supérieurs b représente le domaine des courants appropriés.

Ainsi, on a trouvé que, dans le cas de l'acier sans étain, qui jusqu'à maintenant était considéré comme impossible à souder,

grâce au maintien d'un rapport de recouvrement entre 2,0 et 2,4, il est possible d'obtenir un domaine de courants appropriés suffisamment vaste, c'est-à-dire au moins 300 A et plus selon les facteurs externes.

De même, puisque le soudage se fait dans une partie à haute température où la résistance à la dispersion est plus faible, et puisque la qualité du soudage dépend tant de la forme du joint soudé que de la distribution de température et que la distribution de température dépend de l'épaisseur de la feuille de matière, les caractéristiques des différentes épaisseurs de feuilles de matière par rapport aux largeurs de recouvrement mentionnées ci-dessus ont été étudiées, ce qui a donné les résultats représentés dans le tableau 1 ci-dessous:

Tableau 1

Epaisseur de la feuille

Largeur de recouvrement (mm)

de matière (mm)

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

T F S

2,22

2,50

2,78

3,06

3,33

0,18

A

X

LTS

1,90

2,14

2,38

2,62

2,857

0,21

X

O

X

TFS

1,82

2,05

2,27

2,5

2,73

0,22

X

O

A

X

TFS

1,67

1,88

2,08

2,29

2,50

0,24

X

O

X

LTS

1,48

1,67

1,85

2,03

2,22

0,27

X

A

5

10

15

20

25

30

>35

40

45

50

55

60

65

668930

4

Dans le tableau 1, les matériaux TFS sont des aciers sans étain, du type à chrome et les matériaux LTS sont des plaques étamées ayant un revêtement d'étain de 0,55 g/m2. Dans le tableau, les chiffres représentent les rapports donnés par des largeurs de recouvrement comparées aux épaisseurs des feuilles de matière et les caractéristiques de soudage sont indiquées avec des signes O, A et x. Le signe O indique les cas où le domaine des courants adéquats est de 300 A ou au-dessus, et où la faculté à être soudé est excellente, les signes A les cas où le domaine des courants adéquats est entre 0 et 300 A et la faculté à être soudé passablement bonne et les signes x

Les matériaux employés dans ce soudage comprennent des plaques étamées pour boîtes de conserves soudées avec un revêtement d'étain de 2,8 g/m2 dites E2,8/2,8, des plaques étamées LTS avec un revêtement d'étain de 0,55 g/m2, des feuilles d'acier nickelé et des aciers TFS à chrome et sans étain. Alors, dans tous les cas où le rapport de la largeur de recouvrement comparée à l'épaisseur de la feuille est entre 2,0 et 2,4, chacun des matériaux cités présente un domaine suffisant de courants de soudage adéquats.

Puis on considère que la qualité de la soudure dépend de la forme du joint soudé et de la force des électrodes de soudage. En remarquant qu'une augmentation de la force de l'électrode de soudage contribue beaucoup à augmenter la faculté à être soudé, des essais de soudage ont été exécutés en augmentant la force de l'électrode de soudage de 392 N à 490 N, en employant des aciers sans étain de 0,16 mm et en choisissant des largeurs de recouvrement de indiquent que le domaine de courants adéquats est négatif et la faculté à être soudé mauvaise.

Comme résultat, on a trouvé que le domaine des épaisseurs de feuilles de matière adéquates auquel le procédé de soudage est applicable est situé entre 0,2 mm et 0,22 mm.

Le tableau 2 représente les résultats des essais de soudage de divers matériaux ayant une épaisseur de feuille de 0,22 mm et soudés avec le procédé de soudage de joint avec fil de cuivre avec une force io de l'électrode de soudage de 392 N.

0,3 mm, 0,35 mm, 0,40 mm, 0,45 mm et 0,5 mm; on a obtenu ainsi les résultats représentés à la fig. 5 de la même manière qu'à la fig. 4. La fig. 5 représente en fonction du rapport de recouvrement défini ci-dessus la limite inférieure a du courant de soudage, la limite supérieure b du courant de soudage; la surface c délimitée par les limites 50 inférieures a et les limites supérieures b des courants représente le domaine des courants de soudage adéquats. Egalement dans ce cas, un domaine suffisamment grand de courants adéquats pour le soudage est obtenu lorsque le rapport de recouvrement est entre 2,0 et 2,4.

55

Puis des essais de soudage ont été exécutés en variant beaucoup l'épaisseur de la feuille de matériau et le domaine utilisable des épaisseurs de feuilles de matière a été examiné. Les résultats obtenus sont représentés au tableau 3.

Tableau 3

Epaisseur de la feuille de matériau (mm)

Largeur de recouvrement

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

TFS 0,16

2,19 O

2,50 A

2,81 x

3,13 x

3,44 x

3,75 x

OO

X

5,00 x

5,63 x

6,25 x

Tableau 2

Matériau

Largeur de recouvrement (mm)

Limite supérieure de courant A

Limite inférieure de courant A

Domaine de courants adéquats A

Largeur de recouvrement

Epaisseur de feuille de matière

E2,8/2,8 LTS Nickelé TFS

0,45

4100 3250 3200 2560

3100 2800 2650 2250

1000 450 550 310

2,05

E2,8/2,8 LTS Nickelé TFS

0,50

4250 3400 3300 2700

3200 2850 2750 2260

1050 550 550 440

2,27

E2,8/2,8 LTS Nickelé TFS

0,55

4150 2950 2800 2500

3350 2900 2800 2380

800 50 0 120

2,50

E2,8/2,8 LTS Nickelé TFS

0,40

3500 2700 2550 2060

3050 2750 2600 2250

450 0 0 0

1,82

E2,8/2,8 LTS Nickelé TFS

0,60

3700 2850 2800 2350

3400 2950 2850 2550

300 0 0 0

2,73

5 668 930

Tableau 3 (suite)

Epaisseur de la feuille de matériau (mm)

Largeur de recouvrement

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

TFS 0,18

1,94 A

2,22 O

2,50 A

2,78 x

3,05 x

3,33 x

3,89 x

4,44 x

5,00 x

5,56 x

TFS 0,22

1,59 x

1,82 x

2,05 O

2,27 O

2,50 A

2,73 x

3,18 x

3,64 x

4,09 x

4,55 x

TFS 0,32

1,09 x

1,25 x

1,41 x

1,56 x

1,72 x

1,88 A

2,19 O

2,50 A

2,81 x

3,13 x

TFS 0,40

0,88 x

1,00 x

1,13 x

1,25 x

1,38 x

1,50 x

1,75 x

2,00 A

2,25 O

2,50 A

TFS 0,45

9,78 x

0,89 x

1,00 x

1,11

X

1,22 x

1,33 x

1,56 x

1,78 x

2,00 A

2,22 O

Dans le tableau 3, les matériaux TFS sont des aciers du type à chrome et sans étain. Dans le tableau, les indications montrent les rapports de recouvrement et les résultats concernant la faculté à être soudé sont indiqués avec les signes O, A et x. Le signe O désigne 25 les cas où le domaine des courants adéquats est 300 A ou plus et la faculté à être soudé excellente, le signe A les cas où le domaine des courants adéquats est entre 0 et 300 A et le signe x les cas où le domaine des courants adéquats est négatif et la faculté à être soudé mauvaise. 30

Comme résultat, on a trouvé que la faculté à être mieux soudé est confirmée pour toutes les épaisseurs de feuilles de matériau qui sont habituellement utilisées comme matériau pour boîtes de conserves, c'est-à-dire des épaisseurs de feuille de 0,5 mm ou moins, tant que le rapport de recouvrement reste entre 2,0 et 2,4. En d'autres 35 termes, on a trouvé que l'amélioration de la faculté à être soudé

n'est pas dépendante de l'épaisseur de la feuille de matière lorsque le rapport de recouvrement défini ci-dessus reste dans les limites indiquées.

Lorsque réchauffement par résistance électrique de matériaux pour récipients est localisé et non uniforme en comparaison avec les plaques étamées pour boîtes de conserves soudées, ces matériaux sont considérés comme ayant une faculté à être soudés faible. Par exemple, il est connu que la faculté des matériaux à être soudés diminue lorsque le métal de recouvrement est plus dur que l'étain ou que le revêtement est épais, et la présente invention est efficace pour tous ces matériaux.

Le tableau 4 représente les résultats d'essais de soudage sur différents matériaux ayant des épaisseurs de feuille de 0,16 mm, 0,22 mm et 0,32 mm et soudés avec le procédé de soudage de joint à résistance électrique avec fil de cuivre.

Tableau 4

Matériau

Largeur de recouvre

Epaisseur de la feuille de

Rapport de recouvrement

Limite supérieure de

Limite inférieure de

Domaine de courants

ment (mm)

matériau (mm)

courant A

adéquats A

E2,8/2,8

4050

3100

950

LTS Nickelé

0,35

0,16

2,19

3200 3170

2700. 2650

500 520

TFS

2610

2190

420

E2,8/2,8

4250

3200

1050

LTS Nickelé

0,50

0,22

2,27

3400 3300

2850 2750

550 550

TFS

2750

2280

470

E2,8/2,8

4150

3400

750

LTS Nickelé

0,70

0,32

2,19

3430 3685

3020 2980

410 405

TFS.

2730

2410

320

Les matériaux employés dans ce soudage comprennent des plaques étamées E2,8/2,8 définies ci-dessus pour boîtes de conserves soudées, des plaques étamées avec un revêtement d'étain de 0,55 g/m2, des feuilles d'acier nickelé et des aciers TFS du type à chrome et sans étain. On voit que dans les cas où le rapport de recouvrement est entre 2,0 et 2,4, chacun des matériaux présente un domaine suffisamment grand de courants de soudage adéquats.

Comme décrit ci-dessus, le procédé de soudage de joints à résis-60 tance électrique selon l'invention est utile, car il augmente les domaines de courants adéquats pour les matériaux difficiles à souder et le procédé est employable pour fabriquer des boîtes de conserves soudées avec des matériaux difficiles à souder, comme des aciers sans étain qui, jusqu'à présent, n'étaient pas employés pour les 65 boîtes de conserves destinées aux conserves de produits alimentaires.

R

1 feuille dessins