FR3139742A1 - Procédé de soudage par point - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé de soudage par point, comprenant des étapes consistant à : disposer deux pièces (P1, P2) à assembler, électriquement conductrices entre deux électrodes (E123, E22), chacune des deux pièces présentant une zone d’interface (S3) entre les deux pièces et une zone de contact (S1, S2) avec l’une des deux électrodes, établir un premier courant électrique entre les deux électrodes au travers des deux pièces, le premier courant électrique produisant une énergie thermique apte à former un noyau de soudage (WN1-WN8) au sein des deux pièces, et ajuster une répartition de densité d’énergie thermique produite par le premier courant électrique en fonction de caractéristiques intrinsèques de chacune des deux pièces, pour générer une zone d’amorçage du noyau de soudage, à une profondeur choisie dans les pièces à assembler. Figure 3

Description

Procédé de soudage par point

La présente invention concerne l’assemblage de pièces métalliques, et notamment l’assemblage de tôles par la technique de soudage par points. Le soudage par point est utilisé dans de nombreux secteurs, principalement dans le secteur automobile, et notamment dans les secteurs aéronautique et ferroviaire, pour assembler des pièces en acier, et de plus en plus, en aluminium.

Etat de la technique

Le soudage par point consiste généralement à disposer les pièces à souder entre deux électrodes à faibles résistances thermique et électrique, qui les maintiennent sous une forte pression, de l’ordre de quelques kN. En établissant un fort courant électrique, de l’ordre d’une dizaine de kA, entre les deux électrodes, de l’énergie électrique est fournie aux pièces à souder qui s’échauffent localement par effet Joule. Si le courant électrique est suffisant, cet apport d’énergie thermique porte localement les pièces à souder en fusion au voisinage de l’interface entre ces dernières, pour former un noyau de soudage. Le soudage par point présente donc l’avantage de ne nécessiter ni gaz de protection, ni matériau d’apport.

Or la répartition de l’énergie thermique dans les pièces à souder, entre les électrodes dépend de nombreux facteurs, comme l’épaisseur et la résistivité intrinsèque de chacune des pièces à souder, ainsi que les états de surface (résistivité de contact) des zones de contact des deux pièces à souder avec les électrodes et à l’interface entre les deux pièces à souder. En outre, les deux pièces à souder peuvent présenter des températures de fusion différentes, si bien que l’apport d’énergie thermique devrait être plus important dans la pièce à souder ayant la température de fusion la plus élevée. La répartition d’énergie thermique favorable à la formation d’un noyau de soudage centré sur l’interface entre les deux pièces à souder, peut donc varier d’une manière importante en fonction des caractéristiques intrinsèques des pièces à souder.

Dans ces conditions, le noyau de soudage est amorcé dans une zone non choisie, et la durée de l’apport d’énergie électrique est augmentée de manière à ce que le noyau de soudage s’étende au travers de l’interface entre les deux pièces à souder. Il peut donc en résulter une consommation électrique excessive. En outre, le noyau de soudage peut être juste tangent à l’interface entre les deux pièces en raison d’une durée d’apport d’énergie électrique insuffisante. Les pièces à assembler peuvent en apparence être fixées l’une à l’autre par un phénomène de collage, sans que les pièces soient soudées l’une à l’autre. Par ailleurs, un apport d’énergie électrique excessif peut entrainer la formation de cavités dans les pièces à assembler et une dégradation de la tenue mécanique de ces dernières. Ces inconvénients peuvent réduire l’étendue des applications possibles de la technique de soudage par point.

Dans certaines applications, on utilise un insert pour assembler une pièce, par exemple non métallique, avec une pièce métallique. L’insert est engagé dans un orifice formé dans la pièce non métallique, puis est soudé à la pièce métallique de manière à maintenir la pièce non métallique contre la pièce métallique. Si l’énergie thermique n’est pas correctement répartie, l’extrémité de l’insert peut s’effondrer sous l’effet de cette énergie thermique sans que la pièce métallique entre en fusion.

Il peut donc être souhaitable de pouvoir adapter la répartition d’énergie thermique apportée par les électrodes en fonction des caractéristiques intrinsèques des pièces à souder, notamment afin d’obtenir une soudure par point ayant la qualité requise tout en réduisant l’énergie électrique requise. Il peut également être souhaitable d’étendre les usages possibles de la technique de soudage par point à d’autres matériaux que l’acier et l’aluminium et d’autres formes de pièces que des tôles de faible épaisseur.

Des modes de réalisation concernent un procédé de soudage par point, comprenant des étapes consistant à : disposer deux pièces à assembler, électriquement conductrices entre deux électrodes, chacune des deux pièces présentant une zone d’interface entre les deux pièces et une zone de contact avec l’une des deux électrodes, et établir un premier courant électrique entre les deux électrodes au travers des deux pièces, le premier courant électrique produisant une énergie thermique apte à former un noyau de soudage au sein des deux pièces, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’ajustement d’une répartition de densité d’énergie thermique produite par le premier courant électrique en fonction de caractéristiques intrinsèques de chacune des deux pièces, pour générer une zone d’amorçage du noyau de soudage, à une profondeur choisie dans les pièces à assembler.

En adaptant la répartition d’énergie thermique apportée par le courant électrique circulant entre les électrodes, en fonction des caractéristiques intrinsèques des pièces à souder, il est possible de générer une zone d’amorçage du noyau de soudage à une profondeur correspondant à la surface de contact entre les pièces à assembler et donc réaliser une soudure par point robuste, sans endommager les pièces, tout en réduisant l’énergie électrique requise. Dans ce qui suit, le terme "profondeur" est employé pour désigner la distance entre un point dans les pièces à assembler sur l’axe longitudinal commun des électrodes et la surface de contact de l’une des électrodes,

Selon un mode de réalisation, l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend une étape de sélection d’électrodes présentant différentes surfaces de contact, pour ajuster un différentiel de surfaces de contact des électrodes avec les deux pièces.

Ainsi, la répartition de l’énergie thermique peut être facilement ajustée dans les pièces à assembler pour former la soudure par point.

Selon un mode de réalisation, l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend une étape de sélection d’électrodes présentant différentes résistivités de surface de contact pour ajuster un différentiel de résistivités de surfaces de contact entre les électrodes.

Selon un mode de réalisation, l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend une étape de sélection d’électrodes présentant différentes résistivités pour ajuster un différentiel de résistivité entre les électrodes.

L’ajustement du différentiel de résistivité des électrodes permet d’obtenir une soudure par point de qualité avec une large gamme de pièces présentant des caractéristiques intrinsèques qui peuvent être très différentes.

Selon un mode de réalisation, l’ajustement du différentiel de résistivité des électrodes est réalisé, par au moins l’une des méthodes suivantes : en utilisant des électrodes réalisées dans des matériaux présentant le différentiel de résistivité ajusté, en recouvrant la surface de contact de l’une des électrodes E21, E23-E25) d’une couche fixe ou amovible, en un matériau présentant une résistivité permettant d’obtenir le différentiel de résistivité ajusté, et en insérant dans l’une des électrodes une couche un matériau présentant une résistivité permettant d’obtenir le différentiel de résistivité ajusté.

La diversité des méthodes d’ajustement du différentiel de résistivité entre les électrodes permet d’adapter le système de soudure par point à de nombreuses applications, tout en réduisant les coûts de cette adaptation.

Selon un mode de réalisation, les caractéristiques intrinsèques de chacune des deux pièces comprennent au moins l’une des caractéristiques suivantes : l'épaisseur, la résistivité, et la température de fusion.

Selon un mode de réalisation, l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend des étapes consistant à : utiliser pour l’une des deux électrodes une électrode multiple formée d’au moins deux parties d’électrodes isolées électriquement l’une de l’autre, le premier courant électrique étant établi entre l’une des parties d’électrodes et l’autre des deux électrodes, et établir un second courant électrique entre les deux parties d’électrode via les pièces à assembler pour former un premier noyau de soudage en regard de l’une des deux parties d’électrode.

L’usage d’une telle électrode à deux parties d’électrodes isolées présente l’avantage de permettre d’ajuster dynamiquement la répartition de la densité d’énergie thermique, sans avoir à changer une électrode ou à lui associer une couche en matériau plus résistif.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape d’inversion du second courant entre les deux parties d’électrode pour étendre le noyau de soudage vers une zone en regard de l’autre des deux parties d’électrode.

La combinaison des étapes d’application du second courant et d’inversion de ce courant permet d’obtenir un noyau de soudage s’étendant sur une surface correspondant à la surface de contact des électrodes, sans augmenter le temps de soudage.

Selon un mode de réalisation, l’étape d’inversion du second courant entre les deux parties d’électrode est effectuée plusieurs fois.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape d’ajustement de l’énergie électrique fournie par chacun des premier et second courants électriques pour former la zone d’amorçage du noyau de soudage à une profondeur dans les pièces dépendant d’un différentiel d’énergies électriques fournies par les premier et second courants électriques.

Grâce à cette disposition, il est possible d’adapter dynamiquement la profondeur du noyau de soudage dans l’empilement des pièces à assembler.

Selon un mode de réalisation, l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend des étapes consistant à : utiliser pour l’autre des deux électrodes une électrode multiple formée d’au moins deux parties d’électrodes isolées électriquement l’une de l’autre, sélectionner une partie d’électrode parmi les deux électrodes, et appliquer une polarité de tension à la partie d’électrode sélectionnée et appliquer une polarité de tension inverse aux parties d’électrodes non sélectionnées.

L’utilisation d’une seconde électrode double permet d’atteindre n’importe quelle profondeur dans l’empilement des pièces à assembler pour former le noyau de soudage.

Selon un mode de réalisation, les deux pièces à assembler appartiennent à un empilement de plus de deux pièces, le procédé comprenant plusieurs étapes successives d’ajustement de l’énergie électrique fournie par chacun des premier et second courants électriques pour ajuster la profondeur de la zone d’amorçage du noyau de soudage dans l’empilement, afin d’étendre le noyau de soudage aux interfaces entre les pièces de l’empilement.

L’utilisation d’une seconde électrode double et la mise en œuvre de plusieurs étapes de soudage par point en réajustant à chaque étape la profondeur de formation du noyau de soudage permet de réaliser rapidement une soudure par point au travers d’un empilement de plus de deux pièces à assembler.

Selon un mode de réalisation, l’une des deux pièces à assembler est un insert disposé dans un orifice d’une troisième pièce à assembler pour assembler la troisième pièce à l’autre des deux pièces à assembler.

Ainsi, il est possible d’assembler une pièce non électriquement conductrice avec une pièce conductrice, par la technique de soudure par point, tout en assurant une bonne qualité de la soudure, et sans risque d’endommager la pièce non conductrice en raison d’un excès de chaleur ou de pression.

Des modes de réalisation peuvent également concerner un système de soudage par point comprenant deux électrodes, à appliquer contre deux faces opposées d’un empilement de pièces à assembler, le système étant configuré pour mettre en œuvre le procédé tel que précédemment défini.

Selon un mode de réalisation, les électrodes présentent un différentiel de surface de contact, et/ou les électrodes présentent un différentiel de résistivités de surfaces de contact avec les pièces à assembler, et/ou les électrodes présentent un différentiel de résistivité, et/ou au moins l’une des électrodes comprend deux parties d’électrodes isolées électriquement l’une de l’autre et connectées de manière à pouvoir recevoir chacune une tension respective.

Selon un mode de réalisation, l’une des deux électrodes présente l’une des caractéristiques suivantes : est réalisée dans un matériau présentant une résistivité supérieure à la résistivité de l’autre électrode, présente une surface de contact recouverte d’une couche fixe ou amovible, en un matériau présentant une résistivité supérieure à la résistivité de l’électrode, et comprend un logement dans lequel est inséré un matériau présentant une résistivité supérieure à la résistivité de l’électrode.

Brève description des figures

La présente invention sera bien comprise à l’aide de la description qui suit d’exemples de réalisation en référence aux figures annexées, dans lesquelles des signes de références identiques correspondent à des éléments structurellement et/ou fonctionnellement identiques ou similaires.

Lagure 1 représente schématiquement en coupe deux pièces à assembler disposées l’une contre l’autre entre deux électrodes de soudage par point, selon l’art antérieur,

Lesgures 2 à 8 représentent schématiquement en coupe deux pièces à assembler disposées l’une contre l’autre entre deux électrodes de soudage par point, selon divers modes de réalisation,

Lesgures 9A, 9B, 9C représentent schématiquement en coupe deux pièces à assembler disposées l’une contre l’autre entre deux électrodes de soudage par point, selon un autre mode de réalisation,

Lagure 10 représente schématiquement en coupe deux pièces à assembler disposées l’une contre l’autre entre deux électrodes de soudage par point, selon un autre mode de réalisation,

Lesgures 11A, 11B, 11C, représentent schématiquement en coupe deux pièces à assembler l’une contre l’autre à différentes étapes d’un procédé d’assemblage, selon un autre mode de réalisation,

Lesgures 12A, 12B représentent schématiquement en coupe deux pièces à assembler l’une contre l’autre à différentes étapes d’un procédé d’assemblage, selon un autre mode de réalisation.

Description détaillée

Lesgures 1 à 8 représentent deux pièces à assembler P1, P2 disposées l’une contre l’autre entre deux électrodes E1, E2, E11, E12, E21-E26 de soudage par point alignées suivant un axe Z. Lagure 1 illustre un mode de soudage par point selon l’art antérieur. Dans les exemples desgures 1 à 8, les pièces P1, P2 présentent la forme de plaques représentées horizontalement, avec une surface de contact S3 à l’interface entre les deux pièces. La pièce P1 montrée sur lesgures en position supérieure, présente une épaisseur inférieure à la pièce P2 montrée en position inférieure. L’électrode supérieure E1, E11, E21-E26 est donc placée contre la pièce supérieure P1 et présente une surface de contact S1 avec la pièce P1. L’électrode inférieure E2, E12 est placée contre la pièce inférieure P2 et présente une surface de contact S2 avec la pièce P2.

Pour assembler les deux pièces P1, P2 l’une à l’autre par la technique de soudage par point, les pièces sont électriquement conductrices, et les électrodes E1, E2, E11, E12, E21-E26 sont soumises à une tension, de manière à faire circuler un courant électrique de l’une vers l’autre des électrodes. Le passage du courant au travers les pièces P1, P2 produit un échauffement plus ou moins élevé localement, en fonction de la résistivité des régions traversées par le courant. Ces régions résistives comprennent :

• les électrodes E1, E2, E11, E12, E21-E26 qui sont réalisées dans des matériaux de faible résistivités R1, R7, par exemple en cuivre,
• les surfaces de contact S1, S2 entre les électrodes et les pièces P1, P2 à assembler, dont les résistivités respectives R2, R6 dépendent de la pression exercée par les électrodes et de l’état des surfaces en contact,
• les pièces P1, P2 à assembler présentant respectivement des résistivités R3, R5, et
• la surface de contact à l’interface S3 entre les pièces à assembler, dont la résistivité R4 dépend de la pression exercée par les électrodes et de l’état des surfaces en contact.

Les résistivités R2, R4, R6 respectives des surfaces de contact S1, S2, S3 sont en partie liées à la pression exercée par les électrodes E1, E2, qui peut atteindre plusieurs kN.

L’échauffement produit par effet Joule par le passage du courant entre les électrodes E1, E2 E11, E12, E21-E26 et dans les pièces P1, P2, forme une distribution de densité d’énergie thermique dans les pièces P1, P2, favorisant la formation d’une zone d’amorçage de noyau de soudage dans les pièces à assembler. Lorsque la température de cette zone d’amorçage atteint la température de fusion de la pièce dans laquelle elle est située, un noyau de soudage WN se développe dans et autour de cette zone, dans lequel les matériaux constituant les pièces entrent en fusion. L’assemblage des deux pièces P1, P2 est réalisé lorsque le noyau de soudage WN s’étend aux deux pièces au travers de la surface de contact S3, ce qui implique que la zone d’amorçage ait atteint ou dépassé les températures de fusion des deux pièces.

Lesgures 1 à 8 représentent les valeurs relatives des résistivités R1-R7, et les valeurs des densités de courant I1, I2, I3 au travers des surfaces de contact S1, S2 et de l’interface S3.

Sur lagure 1, les surfaces de contact des électrodes E1, E2 sont identiques. Il en résulte que la densité de l’énergie thermique générée par effet Joule peut être distribuée de manière à former une zone d’amorçage du noyau de soudage située sur le plan médian PM à égales distances des surfaces de contact S1, S2 entre les pièces P1, P2 et les électrodes E1, E2. Si les pièces P1, P2 présentent des épaisseurs différentes, des résistivités identiques et des températures de fusion identiques, la répartition de l’énergie thermique peut générer un noyau de soudage WN en une zone éloignée de la zone d’interface S3 entre les deux pièces P1, P2, où il est souhaitable de former le noyau de soudage pour assurer la fixation des pièces P1, P2 l’une à l’autre. Il en résulte que le courant entre les électrodes devra être fourni pendant plus longtemps pour permettre au noyau de soudage de s’étendre et d’atteindre l’autre pièce P1 au travers de la zone d’interface S3.

Dans l’exemple de lagure 1, les résistivités R1, R7 des électrodes E1, E2 sont faibles, les résistivités R2, R6 des surfaces de contact S1, S2 sont un peu plus élevées, la résistivité R3 de la pièce P1 est sensiblement identique à la résistivité R2 de la surface de contact S1, la résistivité R5 de la pièce P2 est plus grande que celle de la pièce P1, et la résistivité de l’interface S3 est sensiblement identique à celle de la pièce P2. Les densités de courant I1, I2, I3 sont sensiblement identiques aux interfaces S1, S2, S3.

Selon un mode de réalisation illustré par lagure 2, les électrodes E11, E12 diffèrent des électrodes E1, E2 en ce qu’elles présentent des surfaces de contact S11, S12 respectives différentes avec les pièces P1, P2. Dans l’exemple de lagure 2, l’électrode E11 présente la surface de contact S11 la plus petite et se trouve en contact avec la pièce P1 ayant l’épaisseur la plus faible. Il en résulte que la densité de courant I1, et donc la densité d’énergie thermique, est plus élevée au voisinage de l’électrode E11 présentant la surface de contact S11 la plus petite. La densité de courant I3 est plus faible au voisinage de l’électrode E12 présentant la surface de contact S12 la plus grande. En revanche, les résistivités R1-R7 ne sont pas modifiées par rapport au mode de réalisation de lagure 1. La zone d’amorçage où l’énergie thermique se trouve la plus concentrée est donc déplacée vers l’électrode E11, ce qui permet de former un noyau de soudage WN1 à une profondeur plus proche de l’interface S3 entre les deux pièces P1, P2.

En ajustant les surfaces de contact respectives des électrodes E11, E12, il est donc possible d’ajuster la profondeur de la zone d’amorçage dans les pièces P1, P2, sur l’axe longitudinal Z commun des électrodes, et donc la position du noyau de soudage WN1 au sein des pièces P1, P2 à assembler.

Cependant, il s’avère que le déplacement possible de la zone recevant le plus d’énergie thermique est limité et peut ne pas être suffisant pour placer correctement le point d’amorçage du noyau de soudage, compte tenu des épaisseurs et températures de fusion des pièces P1, P2, et des résistivités R2-R6. En outre, en raison de la pression de contact des deux électrodes, nécessaire pour réaliser une soudure par point, une électrode ayant une surface de contact trop petite peut déformer la pièce à assembler avec laquelle elle est mise en contact, et donc l’endommager.

Lagure 3 représente les deux pièces à assembler P1, P2 disposées l’une contre l’autre entre deux électrodes E21, E2 de soudage par point. Selon un mode de réalisation, l’électrode E21 diffère de l’électrode E1 en ce que sa résistivité R1 est plus grande que celle (R7) de l’électrode E2. Les densités de courant I1, I2, I3 ne sont pas modifiées. De cette manière, l’électrode E21 la plus résistive s’échauffe davantage par effet Joule que l’électrode E2 la moins résistive. Il en résulte que la distribution de l’énergie thermique présente une zone recevant le plus d’énergie thermique à une profondeur encore plus proche de l’électrode E21 que de l’électrode E2. En ajustant les résistivités respectives des électrodes, il est donc possible d’ajuster la zone d’amorçage du noyau de soudage WN2 au sein des pièces P1, P2 à assembler de manière à ce qu’elle soit générée sur ou au voisinage de l’interface S3 entre les pièces P1, P2.

Un tel résultat peut également être obtenu dans les modes de réalisation illustrés par lesgures 4 à 8.

Sur lagure 4, la résistivité R2 de la surface de contact S1 de l’électrode supérieure E22 est augmentée par exemple en augmentant la rugosité de la surface de l’électrode de manière à ce qu’une partie seulement de la surface de l’électrode E22 soit en contact avec la pièce P1.

Sur lagure 5, la résistivité R1 de l’électrode supérieure E23 est augmentée en plaçant une couche résistive RL sur la surface de contact S1 de l’électrode E23. La couche résistive RL est formée d’un matériau plus résistif que le matériau constituant les électrodes E23, E2. La résistivité de la couche résistive RL peut être ajustée par le choix du matériau qui la constitue et de ses dimensions, pour que la zone d’amorçage du noyau de soudage WN2 au sein des pièces P1, P2 à assembler soit située sur ou au voisinage de l’interface S3 entre les pièces P1, P2. La présence de la couche résistive à l’interface entre l’électrode E23 et la pièce P1 peut avoir pour effet d’augmenter la résistivité R2 de la surface de contact S1.

L’électrode supérieure E24 de lagure 6 diffère de celle (E23) de lagure 5 en ce que sa surface de contact S21 est plus grande que la surface de contact S2 de l’électrode inférieure E2. La couche résistive RL3 peut être également élargie pour couvrir toute la surface de contact S1 de l’électrode E24. Cette disposition permet d’obtenir un noyau de soudage WN3 élargi. Il convient ici d’observer que l’augmentation de la résistivité R1 obtenue par la couche résistive RL3 compense largement l’augmentation de la surface de contact S21 et permet de former le noyau de soudage WN3 au voisinage de l’interface entre les deux pièces P1, P2, même si la pièce inférieure P2 présente une plus grande épaisseur que la pièce supérieure P1.

Sur lagure 7, la résistivité R1 de l’électrode supérieure E25 est augmentée en insérant un matériau résistif RL1 dans un logement situé au voisinage de la surface de contact S1 de l’électrode E25. De cette manière, l’état de surface de l’électrode E25 peut être identique à celui de l’électrode E2. La résistivité de l’insert résistif RL1 peut également être ajustée dans le même but que dans le mode de réalisation de lagure 5.

L’électrode supérieure E25 de lagure 8 diffère de celle (E23) de lagure 5 en ce que la couche résistive RL de l’électrode supérieure est remplacée par une pièce amovible RL2 susceptible d’être fixée de manière à couvrir la surface de contact S1 de l’électrode E25. La pièce RL2 est formée d’un matériau plus résistif que le matériau constituant les électrodes E25, E22. La pièce RL2 est par exemple fixée par des clips sur l’électrode E25.

La couche résistive RL, RL1, RL2 peut être réalisée par exemple en acier, aluminium, bronze ou nickel.

Lesgures 9A, 9B, 9C illustrent un procédé d’assemblage des pièces P1, P2 par soudage par point, selon un autre mode de réalisation. Lesgures 9A, 9B, 9C représentent les deux pièces P1, P2 disposées l’une contre l’autre et entre deux électrodes E31/E32 et E2. En particulier, cesgures représentent les pièces P1, P2 à assembler sous la forme de plaques horizontales, la pièce supérieure P1 présentant une épaisseur inférieure à la pièce inférieure P2. Les électrodes comprennent donc une électrode supérieure E31/E32 disposée au-dessus des pièces à assembler et une électrode inférieure E2 disposée en dessous des pièces à assembler. Selon un mode de réalisation, l’électrode E31/E32 est une électrode double comportant deux électrodes (ou deux parties d’électrode) E31 et E32 séparées par une couche électriquement isolante DL. De cette manière, les électrodes E31 et E32 peuvent être soumises à des tensions différentes.

Lagure 9A illustre une étape du procédé d’assemblage, dans laquelle l’électrode E31 est soumise à une tension positive et les électrodes E32 et E2 sont soumises à une tension négative. De cette manière, un premier courant I11 est établi entre les électrodes E2 et E31 au travers des pièces P1, P2, et un second courant I12 est établi entre les électrodes E32 et E31 principalement au travers de la pièce P1 en contact avec l’électrode double E31/E32. Les deux courants I11, I12 forment une zone de densité de courant plus élevée au voisinage de la surface de contact entre la pièce P1 et la seule électrode (E31) soumise à une tension positive, cette zone de densité de courant plus élevé étant propice à la formation d’une zone d’amorçage SZ d’un noyau de soudage WN4.

Lagure 9B illustre une étape du procédé d’assemblage, dans laquelle l’électrode E32 est soumise à une tension positive et les électrodes E31 et E2 sont soumises à une tension négative. De cette manière, le premier courant I11 est établi entre les électrodes E2 et E32 au travers des pièces P1, P2, et le second courant I12 est établi entre les électrodes E31 et E32 principalement au travers de la pièce P1 en contact avec l’électrode double E31/E32. La combinaison des deux courants I11, I12 favorise donc la formation d’une zone d’amorçage SZ d’un noyau de soudage à proximité de l’électrode E32.

Lagure 9C illustre un état final d’un procédé d’assemblage enchainant les étapes illustrées par lesgures 9A et 9B, en exploitant l’inertie thermique. Durant l’enchainement de ces étapes, la zone d’amorçage SZ est déplacée latéralement de l’électrode E31 vers l’électrode E32. Il en résulte que le noyau de soudage WN4 est étendu dans la direction de l’électrode E32 pour former un noyau de soudage WN5 s’étendant à l’interface S3 et ayant la largeur de l’électrode double E31, E32 ou de l’électrode E2. Comme la densité de courant obtenue à chacune de ces étapes est plus élevée qu’avec une électrode simple, la durée de l’opération de soudage en deux étapes (gures 9A, 9B) peut être plus courte à tensions égales qu’en une seule étape avec deux électrodes simples de mêmes surfaces de contact. Ainsi, le procédé illustré par lesgures 9A, 9B permet de piloter la direction d’extension du noyau de soudage. Au contraire, dans la technique de soudage par point selon l’art antérieur, on prolonge la durée de l’opération de soudure pour laisser le noyau de soudage s’étendre suffisamment dans toutes les directions, sans être certain que le noyau de soudage s’étend suffisamment au travers de l’interface entre les pièces à assembler. Une telle prolongation du temps de soudage entraine une dépense d’énergie non efficace et un risque d’endommager les pièces à assembler, sans garantie de la solidité de l’assemblage.

Il peut être observé que l’électrode double E31/E32 peut être utilisée comme une électrode simple en soumettant les électrodes E31 et E32 à une même tension positive, tandis que l’électrode E2 est soumise à une tension négative. De cette manière, un courant est établi entre les électrodes E2 et E31/E32 au travers des pièces P1, P2.

Selon un mode de réalisation, les étapes illustrées par lesgures 9A, 9B sont enchainées plusieurs fois en inversant plusieurs fois les polarités des tensions appliquées aux électrodes E31 et E32. Selon un exemple de réalisation, les polarités des tensions appliquées aux électrodes E31 et E32 sont inversées à une fréquence de plusieurs centaines de Hertz (par exemple 1 kHz) pendant une durée de quelques centaines de millisecondes (par exemple 1 s).

Selon un mode de réalisation, dans les cas illustrés par lesgures 9A, 9B où les tensions fournies aux électrodes E31 et E32 ont des polarités inverses, la tension fournie aux électrodes E2, E31, E32 est modulée de manière à ajuster l’énergie électrique fournie par le premier courant I11 entre les électrodes de polarités inverses E2 et E31 (cas de lagure 9A) ou E2 et E32 (cas de lagure 9B) d’une part, et d’autre part l’énergie électrique fournie par le second courant I12 entre les électrodes E32 et E31. Cet ajustement permet d’ajuster la position de la zone de densité d’énergie plus élevée et donc la zone d’amorçage, entre l’électrode E2 et l’électrode double E31/E32. En effet, si le premier courant I11 est nul, la zone d’amorçage SZ du noyau de soudage est générée par le second courant I12 et se trouve donc au plus proche de l’électrode double E31/E32. Si le second courant I12 est nul, la zone d’amorçage du noyau de soudage est formée par le premier courant I11 et se trouve donc sensiblement à égales distances des surfaces de contact S1, S2 des électrodes E31/E32 et E2, sur le plan médian PM à égales distances des surfaces de contact S1, S2. Par conséquent, en présence des deux courants I11, I12, la zone d’amorçage SZ du noyau de soudage est formée entre ces deux extrêmes dans les pièces P1, P2, à une distance de l’électrode double E31/E32 dépendant du ratio entre les intensités de ces deux courants.

L’ajustement de l’énergie électrique fournie par les courants I11, I12 entre chaque paire d’électrodes (E31, E2) et (E31, E32) ou (E32, E2) et (E32, E31), de polarités opposées peut être effectuée en appliquant des modulations différentes à ces paires d’électrodes. Selon un exemple de réalisation, la modulation utilisée peut être de type PWM ("Pulse Width Modulation"), l’énergie électrique fournie étant ajustée en ajustant le rapport cyclique de la modulation.

Lagure 10 représente schématiquement en coupe les deux pièces P1, P2 à assembler disposées l’une contre l’autre entre deux électrodes E31/E32 et E41/E42 de soudage par point, selon un autre mode de réalisation. Le mode de réalisation de lagure 10 diffère de celui de lagure 9A en ce que les deux électrodes de part et d’autre des pièces P1, P2 à assembler sont des électrodes doubles. Ainsi, l’électrode inférieure (sur lagure 10) est formée de deux électrodes E41 et E42 séparées l’une de l’autre par une couche DL1 en un matériau électriquement isolant. La prévision de deux électrodes doubles permet de générer la zone d’amorçage du noyau de soudage au voisinage de n’importe laquelle des électrodes E31, E32, E41, E42, et donc d’ajuster la position du noyau de soudage WN7 à n’importe quelle profondeur dans les des pièces P1, P2 entre les électrodes doubles E31/E32 et E41/E42. En effet, la zone d’amorçage du noyau de soudage peut être localisée comme précédemment décrit entre le plan médian PM situé à égales distances des surfaces de contact S1, S2 et l’électrode double E31/E32 en établissant le premier courant entre l’électrode double E41/E42 et l’électrode E31 ou E32, et le second courant entre les électrodes E31 et E32. La prévision de l’électrode double E41/E42 permet d’établir le premier courant entre l’électrode double E31/E32 et l’électrode E41 ou E42, et le second courant entre les électrodes E41 et E42. Ainsi, la zone d’amorçage du noyau de soudage peut être localisée dans l’épaisseur des pièces P1, P2, entre le plan médian PM de l’épaisseur cumulée des pièces P1, P2 et la surface de contact de l’électrode double E41/E42.

Selon un mode de réalisation, l’électrode double E31, E32 peut être remplacée par une électrode multiple, divisée en plus de deux électrodes séparées par des couches électriquement isolantes, l’une des électrodes de l’électrode multiple étant soumise à une première tension et les autres électrodes de l’électrode multiple étant soumises à une seconde tension de polarité opposée, lors d’une étape du procédé de soudage. Le procédé de soudage peut alors comporter autant d’étapes comme celles illustrées par lesgures 9A, 9B que d’électrodes dans l’électrode multiple, l’électrode soumise à la première tension étant modifiée à chaque étape. Cette disposition permet d’augmenter davantage la densité de courant au voisinage de l’électrode soumise à la première tension.

Dans les modes de réalisation illustrés par lesgures 2 à 11, le procédé de soudage par point permet d’obtenir une soudure ayant la qualité requise tout en réduisant l’énergie électrique requise, avec des pièces à assembler qui peuvent présenter des épaisseurs très différentes, des résistivités différentes et des températures de fusion différentes. Ainsi, le procédé de soudage peut être appliqué à l’assemblage de deux pièces électriquement conductrices, de même composition ou de compositions différentes, par exemple en acier, aluminium, cuivre, titane, en alliage de nickel par exemple du type Inconel ^® .

En outre, le nombre de pièces à assembler peut être supérieur à deux, les pièces à assembler formant un empilement de pièces. L’assemblage d’un tel empilement peut par exemple être réalisé en utilisant des électrodes multiples comme illustré par lagure 10, et en faisant varier la profondeur de formation de la zone d’amorçage du point de soudage pour atteindre toutes les interfaces entre deux pièces de l’empilement.

Lesgures 11A, 11B, 11C, représentent deux pièces P3, P4 à assembler l’une contre l’autre à différentes étapes d’un procédé d’assemblage, selon un mode de réalisation. La pièce P3 peut être réalisée dans un matériau non compatible avec la technique de soudage par point, comme par exemple un matériau non électriquement conducteur, ou un matériau risquant d’être endommagé en raison des températures et pressions élevées auxquelles sont soumises les pièces. Un insert INS est utilisé pour assembler les pièces P3, P4. A cet effet, l’insert INS est engagé dans un orifice H traversant formé dans la pièce P3. L’insert INS comprend un plot CP central prévu pour être soudé sur la pièce P4 et un rebord périphérique PE prévu pour former une butée lors de son insertion dans la pièce P3 et retenir la pièce P3 après soudage de l’insert à la pièce P4. L’insert INS peut également comporter une collerette périphérique AC prévue notamment pour protéger la pièce P3 des températures élevées lors du soudage du plot CP sur la pièce P4. La collerette AC peut également être conformée pour réaliser l’orifice H lors de l’engagement de l’insert dans la pièce P3.

Sur lagure 11A, l’insert INS est engagé dans l’orifice H formé dans la pièce P3. Sur lagure 11B, l’ensemble formé des pièces P3, P4 et de l’insert INS est placé entre des électrodes de soudage par point, par exemple les électrodes E21, E2, le différentiel de résistivité entre l’électrode E21 placée en contact avec la pièce P4 et l’électrode E2 placée en contact de l’insert INS, étant ajusté pour que la zone d’amorçage du noyau de soudage soit formée à une profondeur correspondant à celle de l’extrémité libre du plot CP. Sur lagure 11C, un courant est fourni entre les électrodes E21, E2, ce qui permet de former un noyau de soudage WN8 incluant l’extrémité libre du plot CP qui s’est déformée, et une partie de la pièce P4 en contact avec le plot. L’insert INS permet alors de maintenir les pièces P3, P4 plaquées l’une contre l’autre.

Bien entendu, la profondeur de la zone d’amorçage du noyau de soudage peut également être ajustée en utilisant des électrodes multiples comme illustré par les
gures 9 et 10.

Grâce à l’utilisation d’un tel insert soudé, le procédé peut être appliqué à l’assemblage d’une pièce électriquement conductrice, par exemple en acier, aluminium, cuivre, etc. avec une pièce en un matériau non électriquement conducteur, comme par exemple un matériau de type résine, polymère, céramique ou composite. L’insert INS peut être formé dans un matériau tel que l’acier ou l’aluminium.

Lesgures 12A, 12B représentent les deux pièces P3, P4 à assembler l’une contre l’autre à différentes étapes d’un procédé d’assemblage, selon un autre mode de réalisation. Le mode de réalisation illustré par lesgures 12A, 12B diffère de celui desgures 11A-11C en ce que l’insert INS1 utilisé pour assembler les pièces P3, P4 présente une forme simplifiée sans collerette périphérique AC. Sur lagure 12B, un courant est fourni entre les électrodes E21, E2, ce qui permet de former un noyau de soudage WN9 incluant l’extrémité libre du plot CP qui s’est déformée, et une partie de la pièce P4 en contact avec le plot. L’insert INS1 permet alors de maintenir les pièces P3, P4 plaquées l’une contre l’autre.

Il apparaîtra clairement à l’homme de l’art que la présente invention est susceptible de diverses variantes de réalisation et diverses applications. En particulier, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation présentés, mais couvre également toutes les combinaisons techniquement possibles de ces modes de réalisation. Ainsi, un ajustement de la surface de contact d’une des électrodes peut être combiné à un ajustement des résistivités respectives des électrodes (ou du différentiel de ces résistivités) comme illustré par lesgures 3 à 8. De même, dans l’usage d’électrodes doubles illustré par lesgures 9A-9C et 10, l’une des électrodes formée d’au moins une électrode double, peut avoir une résistivité de surface de contact différente ou une résistivité différente de celle de l’autre des électrodes.

Claims (15)

1. Procédé de soudage par point, comprenant des étapes consistant à :
disposer deux pièces (P1, P2, P4, INS, INS1) à assembler, électriquement conductrices entre deux électrodes (E11-E26, E31/E32, E12-E22, E41/E42), chacune des deux pièces présentant une zone d’interface (S3) entre les deux pièces et une zone de contact (S1, S2) avec l’une des deux électrodes, et
établir un premier courant électrique entre les deux électrodes au travers des deux pièces, le premier courant électrique produisant une énergie thermique apte à former un noyau de soudage (WN1-WN8) au sein des deux pièces,
caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’ajustement d’une répartition de densité d’énergie thermique produite par le premier courant électrique en fonction de caractéristiques intrinsèques de chacune des deux pièces, pour générer une zone d’amorçage du noyau de soudage, à une profondeur choisie dans les pièces à assembler (P1, P2, P4, INS, INS1).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend une étape de sélection d’électrodes (E11, E12, E24, E22) présentant différentes surfaces de contact (S1, S2, S11, S12), pour ajuster un différentiel de surfaces de contact des électrodes avec les deux pièces (P1, P2, P4, INS).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend une étape de sélection d’électrodes (E22, E2) présentant différentes résistivités de surface de contact (S1, S2) pour ajuster un différentiel de résistivités de surfaces de contact entre les électrodes.

4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend une étape de sélection d’électrodes (E21-E26, E2) présentant différentes résistivités pour ajuster un différentiel de résistivité entre les électrodes.

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’ajustement du différentiel de résistivité des électrodes est réalisé, par au moins l’une des méthodes suivantes :
en utilisant des électrodes (E21, E22) réalisées dans des matériaux présentant le différentiel de résistivité ajusté,
en recouvrant la surface de contact (S1) de l’une des électrodes E21, E23-E25) d’une couche fixe (RL) ou amovible (RL2), en un matériau présentant une résistivité permettant d’obtenir le différentiel de résistivité ajusté, et
en insérant dans l’une des électrodes une couche (RL1) un matériau présentant une résistivité permettant d’obtenir le différentiel de résistivité ajusté.

6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend des étapes consistant à :
utiliser pour l’une des deux électrodes une électrode multiple formée d’au moins deux parties d’électrodes (E31, E32) isolées électriquement l’une de l’autre, le premier courant électrique (I11) étant établi entre l’une des parties d’électrodes et l’autre (E2) des deux électrodes, et
établir un second courant électrique (I12) entre les deux parties d’électrode via les pièces à assembler (P1, P2) pour former un premier noyau de soudage (WN4) en regard de l’une des deux parties d’électrode.

Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre une étape d’inversion du second courant (I12) entre les deux parties d’électrode (E31, E32) pour étendre le noyau de soudage (WN5) vers une zone en regard de l’autre (E32) des deux parties d’électrode.

Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape d’inversion du second courant (I12) entre les deux parties d’électrode (E31, E32) est effectuée plusieurs fois.

Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, comprenant en outre une étape d’ajustement de l’énergie électrique fournie par chacun des premier et second courants électriques (I11, I12) pour former la zone d’amorçage du noyau de soudage à une profondeur dans les pièces (P1, P2) dépendant d’un différentiel d’énergies électriques fournies par les premier et second courants électriques.

Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’ajustement de la répartition de densité d’énergie thermique comprend des étapes consistant à :
utiliser pour l’autre des deux électrodes une électrode multiple (E41/E42) formée d’au moins deux parties d’électrodes (E41, E42) isolées électriquement l’une de l’autre,
sélectionner une partie d’électrode (E31) parmi les deux électrodes (E31/E32, E41/E42), et
appliquer une polarité de tension à la partie d’électrode sélectionnée et appliquer une polarité de tension inverse aux parties d’électrodes (E32, E41, E42) non sélectionnées.

Procédé selon la revendication 10, dans lequel les deux pièces à assembler appartiennent à un empilement de plus de deux pièces, le procédé comprenant plusieurs étapes successives d’ajustement de l’énergie électrique fournie par chacun des premier et second courants électriques pour ajuster la profondeur de la zone d’amorçage du noyau de soudage dans l’empilement, afin d’étendre le noyau de soudage aux interfaces entre les pièces de l’empilement.

12. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel l’une des deux pièces à assembler (P4, INS) est un insert (INS) disposé dans un orifice (H) d’une troisième pièce (P3) à assembler pour assembler la troisième pièce à l’autre (P4) des deux pièces à assembler.

13. Système de soudage par point comprenant deux électrodes (E11-E26, E31/E32, EE12-E22, E41/E42), à appliquer contre deux faces opposées d’un empilement de pièces (P1, P2, P4, INS) à assembler, le système étant configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 12.

14. Système selon la revendication 13, dans lequel :
les électrodes (E11, E12, E24, E2) présentent un différentiel de surface de contact (S11, S12, S21, S2), et/ou
les électrodes (E22, E2) présentent un différentiel de résistivités de surfaces de contact avec les pièces (P1, P2) à assembler, et/ou
les électrodes (E21, E23-E25, E2) présentent un différentiel de résistivité, et/ou
au moins l’une des électrodes comprend deux parties d’électrodes (E31, E32, E41, E41) isolées électriquement l’une de l’autre et connectées de manière à pouvoir recevoir chacune une tension respective.

15. Système selon la revendication 13 ou 14, dans lequel l’une des deux électrodes présente l’une des caractéristiques suivantes :
est réalisée dans un matériau présentant une résistivité supérieure à la résistivité de l’autre électrode (E22),
présente une surface de contact recouverte d’une couche (RL, RL2) fixe ou amovible, en un matériau présentant une résistivité supérieure à la résistivité de l’électrode, et
comprend un logement dans lequel est inséré un matériau (RL1) présentant une résistivité supérieure à la résistivité de l’électrode.