Comprendre le soudage par points et par couture : techniques, applications et équipement

Soudage par points par résistance (RSW) : aperçu du procédé

Le soudage par points par résistance est un procédé qui consiste à assembler les surfaces de contact d'un joint à recouvrement par pression et chaleur générées par résistance électrique. La chaleur générée est concentrée au point de soudure par les électrodes opposées, fabriquées en alliage à base de cuivre ou en alliage cuivre-tungstène. Les alliages à base de cuivre sont largement utilisés en raison de leur conductivité élevée, tandis que les alliages cuivre-tungstène offrent une meilleure résistance à l'abrasion et à l'usure dans les applications considérées comme exigeantes.

Les électrodes contrôlent essentiellement la qualité et la taille de la soudure. Bien que la forme la plus courante soit une pointe ronde, d'autres formes, telles que des pointes hexagonales et carrées, ont été développées pour des applications spécifiques. D'autres électrodes sont dotées de conduits de refroidissement interne qui réduisent leur échauffement pendant le soudage, augmentant ainsi leur durée de vie.

Le soudage par points par résistance est largement utilisé dans des secteurs tels que l'automobile, où une carrosserie nécessite environ 10,000 XNUMX points de soudure. Il est également utilisé dans les appareils électroménagers, les meubles métalliques et autres produits en tôle similaires. Sa prévalence dans la production de masse souligne son importance économique et industrielle, la production automobile mondiale atteignant à elle seule des dizaines de millions de pièces chaque année.

Équipement de soudage par points

Il existe trois principaux types d'équipements de soudage par points : les soudeuses à bras oscillant, les soudeuses à presse et les pinces de soudage par points portables. Chacun est adapté à une application spécifique.

Les soudeuses par points à bras oscillant (comme celle illustrée ci-dessous) sont largement utilisées pour la manutention de pièces relativement petites. Leur configuration comprend une électrode inférieure fixe et une électrode supérieure flottante portée par un bras oscillant. Le mouvement de l'électrode supérieure est commandé par une pédale, permettant à l'opérateur de la lever ou de l'abaisser pour effectuer le chargement et le déchargement. Ces machines sont par exemple adaptées aux travaux légers, et les modèles modernes sont souvent équipés de commandes programmables pour gérer la force et le courant pendant le cycle de soudage.

                   Machine à culbuteur

Pour les pièces plus volumineuses et plus lourdes, les soudeuses par points à presse constituent le meilleur choix. Il s'agit de machines fixes où une presse verticale, entraînée pneumatiquement ou hydrauliquement, déplace l'électrode supérieure en ligne droite. Cette conception permet l'application de forces plus importantes et s'adapte à des cycles de soudage plus complexes, ce qui les rend indispensables pour les applications industrielles à grande échelle.

Lorsqu'il est impossible d'utiliser des soudeuses par points fixes pour manipuler des pièces volumineuses et lourdes, les soudeuses portatives manuelles constituent une solution efficace. Ces outils légers sont dotés d'électrodes opposées logées dans un mécanisme de pince, permettant à un opérateur humain ou à un robot industriel de les manœuvrer facilement. Les soudeuses portatives sont reliées aux systèmes d'alimentation et de contrôle par des câbles et tuyaux flexibles, avec possibilité de refroidissement par eau des électrodes. Leur adaptabilité en fait également des outils incontournables dans les usines d'assemblage automobile, où elles sont largement utilisées pour souder les carrosseries, souvent sous le contrôle d'un robot.

Processus de soudage par points

Le procédé de soudage par points se compose d'une série d'étapes, appelée cycle de soudage, qui comprend l'insertion de la pièce, l'application de la force, le contrôle du temps de soudage et le refroidissement. Chaque étape du cycle est importante pour obtenir une soudure solide et fiable. Les étapes d'un cycle de soudage par points sont illustrées dans la figure ci-dessous.

Le cycle de soudage 
1. Immersion des pièces et contact primaire
Les pièces métalliques sont placées entre deux électrodes en cuivre. Ces électrodes sont ensuite amenées en léger contact avec la surface des métaux, après avoir appliqué une certaine pression. À l'échelle microscopique, la surface des métaux n'est jamais lisse ; seuls quelques pics peuvent donc se toucher initialement. À ces endroits, lorsqu'une pression de contact adéquate est appliquée, la couche d'oxyde se rompt et quelques ponts métal-métal se forment. Le programme de soudage prévoit suffisamment de temps pour que la force de l'électrode atteigne 95 % de la force de soudage prévue avant le début du flux de courant, garantissant ainsi constance et précision.

2. Application du courant de soudage
Une fois la pression requise atteinte, un courant électrique élevé traverse les électrodes pendant une très courte durée. Tandis que le courant traverse le métal massif, il se propage sur une large zone, à l'interface où les métaux se touchent, le courant traverse les ponts métalliques et la densité de courant à cet endroit devient très élevée. La densité de courant à cet endroit développe suffisamment de chaleur pour faire fondre les ponts métalliques.

Lorsque ces ponts initiaux fondent et s'effondrent, d'autres pics à la surface du métal entrent en contact les uns avec les autres pour former de nouveaux ponts. La résistance du métal en fusion est supérieure à celle des ponts nouvellement formés, et le courant se déplace vers ces nouveaux chemins. Le processus de transition d'un pont à l'autre se répète jusqu'à ce que l'interface soit entièrement fondue et qu'une pépite se forme.

L'apport d'énergie au point de soudure dépend de la résistance du matériau, de l'intensité du courant et du temps de soudage. Un équilibre est nécessaire : un apport d'énergie insuffisant entraîne une fusion incomplète et donc une soudure fragile ; un excès d'énergie provoque une surfusion, allant jusqu'à l'éjection du matériau en fusion, perçant parfois le joint.

3. Refroidissement et solidification

Une fois le courant coupé, la force exercée sur l'électrode est maintenue pendant un court instant afin que le métal en fusion refroidisse et se solidifie sous pression. Dans la plupart des systèmes de soudage, les électrodes sont munies d'orifices de refroidissement qui accélèrent ce refroidissement en refroidissant localement la pièce.

À la fin de cette étape, une pépite ronde d'un diamètre de 4 à 7 millimètres est formée. Cette pépite assure un assemblage solide, sans cordon de soudure de part et d'autre de la tôle, préservant ainsi l'intégrité structurelle et l'aspect de surface de la pièce.

Soudage par résistance (RSEW)

Le soudage par résistance à la molette (RSEW) est une variante perfectionnée du soudage par points par résistance. Dans ce procédé, les électrodes en forme de bâtonnet sont remplacées par des roues rotatives, comme illustré dans la figure ci-dessous. Ce dispositif permet de réaliser plusieurs soudures superposées dans un joint à recouvrement et garantit des joints solides et étanches. Le soudage par résistance à la molette est largement utilisé dans la fabrication de réservoirs, de silencieux automobiles et d'autres conteneurs en tôle. Il demeure un procédé d'assemblage essentiel pour la fabrication de composants durables et étanches dans de nombreuses industries.

Détails clés du processus

Le soudage à la molette est généralement réalisé en continu. Les joints doivent être droits ou de courbure uniforme en raison des problèmes d'angles vifs et de discontinuités. Des dispositifs de fixation sont nécessaires pour positionner les pièces et éviter le gauchissement, principal problème du soudage à la molette.
Les trois variantes de RSEW (soudage en mouvement continu, soudage par points et soudage continu par molette) sont représentées graphiquement dans la figure ci-dessous.

Ces techniques révèlent la flexibilité du processus :

Soudage en mouvement continuIl s'agit du procédé principal dans lequel les roues d'électrodes tournent en continu à vitesse constante et le courant de soudage pulse à intervalles réguliers. Des noyaux de soudure se chevauchent ainsi, ce qui assure un joint uniforme et résistant.
Soudage par points à résistance au roulement: Cela consiste à introduire des espaces entre les points de soudure en réduisant la fréquence d'impulsion du courant de soudage. Ainsi, des points de soudure intermittents sont créés le long du joint et sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant une faible continuité de soudure.
Soudage continu:Dans cette variante, le courant de soudage est continu ; il produit donc une soudure totalement ininterrompue et continue le long du joint.
Une autre méthode, le soudage par mouvements intermittents, consiste à arrêter la roue d'électrode de manière cyclique pour réaliser les soudures. La roue tourne entre les arrêts, ce qui permet de créer des motifs similaires à ceux illustrés aux figures a) et b) ci-dessus grâce à l'espacement des points de soudure.

Équipement et refroidissement

Les soudeuses à la molette ressemblent aux soudeuses par points à presse, à la différence que leurs électrodes sont en forme de roue et non de bâton. Un refroidissement est également nécessaire en soudage par résistance pour éviter un échauffement excessif de la pièce et des roues d'électrodes. Pour ce faire, il suffit de diriger de l'eau sur les surfaces supérieures et inférieures de la pièce, adjacentes aux roues d'électrodes.

Comparaison sommaire du soudage par points et du soudage par couture