Brevet FR2234958A1 — publié le 19750124

L'invention est relative à un procédé pour le soudage électrique par résistance et dans lequel, en vue du soudage, des électrodes sont pressées avec une force de pression modifiable contre les pièces à traiter, ou bien les pièces à traiter sont pressées l'une contre l'autre avec une force de pression modifia ble par des mâchoires de serrage, alors que pendant le soudage, un courant de soudage est amené aux pièces à traiter par l'intermé- diaire des électrodes ou des mâchoires de serrage. Dans les différents procédés de soudage électrique par résistance tels que : le soudage par points le soudage par bossage le soudage à rouleaux des convins le soudage bout-à-bout par compression le soudage en bout par etincellage, l'influence combinée de la pression et de la chaleur sert au raccordement intime des matières métalliques. La force de pression exercée par les électrodes ou les mâchoires de serrage amène les parties à relier des pièces en un contact intime et permet, de ce fait, le passage du courant, servant au chauffage par résistance, à travers les parties des pièces à traiter. Lorsque la température de soudure est atteinte, les parties pressées l'une contre l'autre se lient l'une à l'autre.La production de la chaleur au point de soudage est déterminée par la loi de Joule. X = quantité de chaleur engendrée (Joule) ~ i = courant de soudage (valeur effective) (A) r = résistance totale (Xt) t5 = temps de soudage (sec) La résistance totale r, déterminante pour toute la production de la chaleur, se compose, d'une part, par les résistances de contact aux points de transition entre les électrodes, ou les mâchoires de serrage, et les surfaces des pièces, ainsi qu'entre les parties elles-memes des pièces et, d'autre part, par les résistances de la matière des parties des pièces.Les résistances de contact dépendent, en premier lieu, de - la pression des électrodes - la forme et la dimension des faces de oontact des électdes - la dureté de la matière constituant les électrodes et les pièces - 1 'état de la surface de la pièce et des électrodes (rugosité, impuretés) - l'adaptation des parties de la pièce. La résistance de la matière dépend, en premier lieu, de la dimension de. la face de contact des électrodes - l'épaisseur de la pièce - la conductibilité électrique de la matière constituant la pièce. La pression des électrodes influence principalement la résistance de contact. A pression croissante des électrodes, il se produit une déformation accrue des pointes des rugosités et la face de contact, donnant le contact, croit. Toutefois, la pression des électrodes influence également la résistance de la matière, bien que d'une manière moins prononcée que l'influence exercée sur la résistance de contact. Cette influence provient du fait qu'à pression croissante des électrodes, l'électrode pénètre plus profondément dans la surface de la pièce et que, de ce fait, le trajet du courant est réduit, c'est-à-dire que la résistance est réduite. Lorsqu'vil s'agit d'électrodes bombées ou coniques, la face de contact des électrodes. croit, de ce fait, en même temps, ce qui contribue additionnellement à la réduction de la résistance. En outre, la résistance totale dépend de latempêrature et elle se modifie de ce fait lors du déroulement du processus de soudage. Avant le soudage, la résistance de contact dépasse. généralement d'un multiple la résistance de la. matière Cependant, lors du déclenchement du courant, la résistance~de contact tombe endéans de quelques millisecondes à des fractions de sa valeur initiale, de manière qu'après cette phase initiale, la résistance de la matière, croissant à température croissante, détermine l'orientation ultérieure de la résistance totale. En raison de la réduction de la section transversalè et lorsque les pointes des électrodes pénètrent dans les surfaces des pièces, la résistance totale peut se réduire à nouveau faiblement vers la fin du temps de soudage. Afin d'obtenir des résultats de soudure uniformes, les rapports de température doivent être maintenus constants au point de soudage. Cependant, une condition pour la production uniforme de chaleur est que la résistance totale reste inchangée au point de soudage. Toutefois, en pratique, les valeurs de l'influence exercée sur la résistance de-contact et de la matière subissentgéné- ralement des variations plus ou-moins importantes qui peuvent découler des causes suivantes Causes Ecarts de la Réglage non convenable de la pression des électrodes pression des Eeglage non convenable du temps d'arret antérieur et électrodes postérieur. Variations dans l'alimentation en pression Influences du frottement du mouvement des électrodes Retardement de la connexion des soupapes magnétiques Etablissement incomplet de la pression lors du declen chement du courant Application brusque des électrodes Face de contact Mise en oeuvre d'electrodes de formes différentes différente des Elargissement ou aplatissement des électrodes électrodes Forme ou hauteur différente des bosses (soudage par bossage) Désajustage des électrodes Elechiss-ement de la machine sous la pression des electrodes Etat différent des Impuretés ou adhérence d'alliage aux électrodes surfaces des électrodes Impuretés de la surface et de la pièce Degré de rugosité différent Mauvaise application des surfaces des tôles Epaisseur non-uniforme du revêtement Modifications de la Confusion entre les matériaux matière constituant Composition différente des charges la pièce Etat différent de la structure (traitement à chaud) GRnEtrie différente Epaisseurs différentes des tôles (tolerances) des pièces Faibles ecarte'ents entre les bords Faibles largeurs des chevauchements Effets de dérivation Ecartment faible et différent entre les points Contact entre l'électrode et la pièce Shunt entrriné par la forme de la pièce Afin de pouvoir exécuter des soudures par résistance presque les plus avantageuses malgré ces variations qui se produisent, on connaît les réglages les plus divers dans lesquels, par exemple, le courant de soudage, la tension de soudage ou la résistance totale est mesuré et est comparé à une saleur prescrite prédéterminée, alors que les différences de réglage qui apparaissent entraînent une modification du courant de soudage amené (voir entre autres "Schweisstechnik" " 15- (19.65) brochure 9, pages 407 à 410 11Meilleu- re qualité lors du soudage à résistance par points par le réglage des paramètres de soudage" ainsi que Zrs-Mitteilungen brochure 11,. 19.65, pages 1610 à- 16-22 "Procédé pour le réglage automatique des paramètres de soudage lors du soudage à résistance par points"). Dans les réglages connus qui détectent une modification de la résistance totale et accroissent ou réduisent le courant de soudage en correspondance, il existe donc à chaque point de soudage et avant le début du soudage, une autre résistance totale qui s'écarte plus ou moins de la résistance la plus avantageuse (la valeur prescrite), ce qui constitue un désavantage pour le processus de réglage, plus particulièrement lorsqu'il s'agit de courtes durées de soudage. La présente invention vise à procurer un procédé pour le soudage électrique par résistance du type mentionné plus haut et qui permet d'obtenir qu'avant et, éventuellement, également pendant le soudage, la résistance totale corresponde à la valeur (valeur prescrite) pu -orientation la plus avantageuse et prédéterminée.L'invention réside dans le fait qu'avant l'amenée du courant de soudage, l'électrode est pressée contre les pièces. à traiter, ou bien, les puces, serrées dans les mâchoires de serrage, sont pressées l'une contre l'autre avec une force de pression croissante, en outre, en même temps, la résistance totale entre les électrodes et-les pièces est mesurée et est comparée à une valeur prescrite prédéterminée, tandis que lorsque la résistance totale coïncide avec la valeur prescrite, un signal pour l'amenée du courant de soudage est émis et, éventuellement, par le même signal, un accroissement ultérieur de la force de pression est empêche. Avantageusement, l'invention permet que les modifications de la résistance totale et qui se produisent en raison de condi tions-de soudage différentes, peuvent être compensées automatiquement.par une modification correspondante de la force de pres sion des électrodes. De ce fait, avant le soudage, la résistance totale présente, aux différents points de soudage de la même pièce ou de pièces de réalisation identique, toujours la valeur la plus avantageuse (valeur prescrite), déterminée d'une manière empirique par des essais. Ce n'est qu'en présence de la valeur la plus avantageuse de la résistance totale que le courant de soudage est connecté par un signal.Ceci constitue un avantage, plus particulièrement lorsqu'il s'agit de courtes durées de soudage, étant donné que déjà avant le début du soudage, on dispose de la valeur la plus avantageuse de la résistance. Il ne faut donc plus tenir compte de la résistance totale modifiée par un ajustage du courant de soudage. Il est particulièrement avantageux d'utiliser un tel réglage de la résistance en association avec un réglage du courant ou de la capacité par la modification du déphasage, d'autant plus que la troisième valeur active pour la production de la chaleur, à savoir le temps de soudage, peut être respectée avec une précision élevée lorsqu'il s'agit des commandes modernes. Un développement avantageux de lrinvention propose que le signal connecte un programme de courant de soudage prédéterminé Par le programme de courant de soudage on obtient avantageusement que le courant de soudage soit orienté suivant une courbe prédéterminée, fixée d'une manière empirique, permettant le soudage le plus avantageux. En outre, avantageusement, il est possible de connecter par le signal une autre modification de la force de pression, par exemple un accroissement prédéterminé de la force-de pression pendant le soudage (soudage sous accroissement de la presion), ou bien obtenir une réduction prédéterminée de la force de pression afin a eviter des fortes impressions de l'électrode sur les surfaces des pièces. Il est évidemment également possible de déclencher, par le signal, un programme de force de pression, déterminé d'une manière empirique. Suivant une autre proposition de l'invention, la résistance totale est déterminée, de préférence, pendant tout le soudage (par exemple au moyen d'un appareil de mesure suivant la demande de brevet allemande n0 P 22 62 962) et est comparée à une valeur prescrite prédéterminée. La différence de réglage qui apparaît entre la résistance totale et la valeur prescrite entraîne une modification de la force de pression. De ce fait on obtient avantageusement que même pendant le soudage, la résistance totale corresponde toujours à la valeur la plus avantageuse prédéterminée. L'ajustage de la force de pression peut être effectué avantageusement à des moments prédéterminés du processus de soudage ou pendant tout le processus de soudage. Par ailleurs, il est en outre possible que la valeur prescrite (valeur de résistance totale la plus avantageuse voulue) soit modifiée, pendant le processus de soudage, suivant un programme prédéterminé (détermi- né de manière empirique). De ce fait il est possible d'obtenir l'orientation la plus avantageuse prédéterminée de la résistance totale pendant le soudage, de manière que les modifications de la résistance totale, provoquées dans les pièces par la modification de la température, puissent également être respectées. Un exemple d'utilisation typique est le soudage en bout par étincellage. Par l'ajustage continu de la résistance ou de la capacité de soudage, le déroulement dans letemps du Woeessus d' étincellage est prédéterminé et, ensuite, soit en dépendance du temps, soit en dépendance de la résistance totale, l'emboutissage des parties des pièces est déclenché avec une pression accrue. Cet ajustage pendant le processus de soudage peut également être utilisé d'une manière particulièrement avantageuse lors du soudage à rouleaux des cordons. En outre, la résistance totale pendant le soudage peut être déterminée avantageusement à partir du courant de soudage et de la chute de tension, existant entre les électrodes. Les dispositifs de soudage dont l'impédance propre par rapport à la résistance totale est élevée (par exemple lors d'une grande fenêtre secondaire) présentent approximativement une caractéristique de courant constant. Dans ce cas, la tension u = r i est approximativement proportionnelle à la résistance totale, de manière qul la place de la résistance totale, la chute de tenion puisse également servir avantageusement en tant que grandeur de réglage. Une autre grandeur de mesure avantageuse pour les rapports de température au point de soudage est la capacité de soudage p = i2 r, amenée à la pièce et qui peut également etre déterminée et réglée dans des limites déterminées par l'intermédiaire de la pression des électrodes, par exemple, au moyen d'une disposition de mesure correspondant à la demande de brevet allemande P 23 19 229. La comparaison valeur prescrite/valeur réelle de la résistance totale ou de la chute de tension ou de la capacité de soudage et l'ajustage à la valeur prescrite par la pression modifiée de l'électrode s'effectuent à des-moments déterminés et sélectionnés au préalable du processus de soudage. Un dispositif préféré pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention se caractérise par un dispositif de commande de la pression qui est associé à un cylindre de pression pour presser les électrodes l'une contre l'autre dans une machine de soudage électrique par résistance connue en soi, de même que par un appareil de mesure de la résistance totale, relié aux électrodes et comprenant un transmetteur réglable de la valeur prescrite de la résistance, alors que la sortie de l'appareil de mesure est reliée à la commande de la pression et à un dispositif pour connecter le courant de soudage. Un tel dispositif est d'une construction particulièrement simple et, par ailleurs, il peut être réalisé comme appareil auxiliaire des dispositifs de soudage par résistance connus en soi déjà en possession des clients. L'invention sera expliquée ci-après à l'appui du dessin annexé avec référence à d'autres caractéristiques avantageuses. La fig. 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention et comprenant un dispositif de commande de la pression pour la force de pression. La fig. 2 représente une autre forme d'exécution du dispo- sitif de commande de la pression représenté à la fig. 1. Le dispositif 10 suivant la fig. 1 comprend une machine de soudage électrique par résistance 11 connue en soi, à savoir, suivant l'exemple de réalisation représenté, une machine de soudage par points. La machine de soudage par points Il est constituée essentiellement par un montant lia auquel est fixé un bras inférieur 12 muni d'une électrode à point inférieure 13, ainsi gluon bras supérieur 14 qui porte une électrode à point supérieure 15.Le bras supérieur 14 peut être déplacé, au moyen d'un cylindre de pression à simple action 16 représenté schématiquement, contre le bras inférieur stationnaire 12 (sens de la flèche 177. Par 1 intermédiaire du cylindre de pression 16, les pièces 18 et 19 à souder l'une à l'autre et situées. entre les électrodes 13 et 15 peuvent être pressées l'une contre l'autre avec une force de pression prédéterminée. Les électrodes 13 et 15 sont reliées par les conducteurs 20 et 21 à un transformateur de soudage 22 auquel est associée une commande de courant de soudage 23 connue en soi qui sert en même temps pour la connexion du courant de soudage.Par ailleurs, aux électrodes 13 et 15 est nlie un appareil 24 pour mesurer la résstance totale et connu, par exemple, par la demande de brevet allemande P 22 19 284. Les conducteurs 25 servent à l'amenez d1 un courant de mesure constant, alors que les conducteurs de mesure 26 pour la prise de la résistance totale sont connectés entre les deux électrodes 13 et 15 (résistance active entre les points A-et B). L'appareil de mesure 24 comprend en outre un transmetteur 27 de la valeur prescrite de la résistance. Au cylindre de pression 16 est associé un dispositif de commande de pression 2 qui est constitué essentiellement par un réducteur de pression 29, par un étrangleur 30, par une soupape à deux voies 31,- ainsi que par une soupape à trois voies 32. La sortie de l'appareil de mesure 24 est reliée au dispositif de commande de pression 28 (soupape à deux voies 31) ainsi qu'au dispositif de commande 23 pour la connexion du courant de soudage. Le dispositifreprésenté à la fig. 1 fonctionne de la manière suivante Avant le début d'un soudage au cours duquel, par exemple, un nombre élevé de soudages par points doit être exécuté sur une pièce ou sur des pièces d'exécution identique (production en série) , on détermine d'une manière empirique, par un soudage d'essai, la résistance totale garantissant le soudage le plus avantageux et qui doit être établie avant la connexion du courant de soudage. Cette valeur de la résistance est réglée sur le transmetteur de la valeur prescrite 27. Après la mise en place des pièces 18 et 19 et par l'actionnement d'un contact (par exemple un contact à pédale 33), la soupape à trois voies 32 est commutée de la cation représentée à la fig.- 1 (position bloquée). Le fluide sous pression, par exemple de l'huile ou de l'air, peut maintenant circul?r'vele Le cylindre de pression: 16 et l'électrode supérieure 13 est pressée contre les pièces 18 et 19 ainsi que contre l'électrode inf-érieure- 15. En même temps, par les conducteurs 25, un courant de mesure constant est amené entre les électrodes et, par les conducteurs de mesure 26, la résistance totale est mesurée.-La-valeur-mesuree de la résistance (valeur réelle) qui se réduit sous une pression croissante des électrodes, est comparée avec lavaleur prescrite regelée. Lorsque la valeur réelle coïncide avec la valeur prescrite, un signal est engendré qui, par le conducteur 34, est amené au dispositif de commande 23 et entraîne une connexion du courant de soudage (transformateur 22). De ce fait il est ppssible de garantir qu'à chaque soudage par points et avant le processus de soudage proprement dit, il existe toujours la même résistance totale entre les points A et B. Par ailleurs, il est avantageusement possible que le si gnal, par l'intermediaire du conducteur 35, commute la soupape à deux voies 31 et que, de ce fait, l'amenée de l'air comprimé au cylindre de pression 16 soit interrompue et que la force de pression soit maintenue constante (soudage à pression constante) En outre, suivant une autre variante, le signal peut déclencher le courant de soudage, soit simultanément, soit après une pério de de retard, et ce, en raison du temps de commutation de la soupape magnétique. Une autre possibilité pour déterminer le moment opportun pour la mise en oeuvre du courant consiste à déclencher le courant de soudage en dépendance du mouvement de fermeture de la soupape (commande à poursuite). En outre, il est avantageusement possible qu'en dépendance du signal du dispositif de mesure de résistance 24, une soupape de mise à l'air du cylindre de travail (par exemple une soupape de ventilation pouvant être dosée pour la contre -pression lors de cylindres à double action) soit commandée directement ou avec un retard de temps réglable, de manière qu'après le déclen chement du courant, la force de pression se réduise pendant le soudage. Le soudage sous chute de pression peut être avantageux, par exemple, pour réduire de fortes impressions des électrodes dans les surfaces des pièces. Conformément à l'invention, il est en outre avantageusement possible de surveiller et de régler la résistance totale pendant le soudage. Dans ce cas, dans l'appareil de mesure 24 qui est alors realise suivant la demande de brevet allemande P 22 62 962, la différence entre la valeur réelle de la riistance totale et la valeur prescrite est formée en continu. La différence de ré glage obtenue est amenée à un élément de réglage de pression (par exemple l'étrangleur réglable 30r du dispositif de commande de pression 28. Suivant la valeur de la différence de reglage, la force de pression est accrue ou réduite par l'intermédiaire du cylindre de pression 16. La fig. 2 représente un dispositif de commande de pression 28 pour un cylindre de pression à double action 36 relié à 1' électrode supérieure 15. Le dispositif de commande de pression 28 présente, à la place de la soupape à trois voies suivant la fig.1, une soupape à quatre voies 37 pour l'actionnement du cylindre de pression 36. Par ailleurs, la construction correspond à celle de la forme d'exécution suivant la fig. 1. Dans les formes d'exécution représentées, la machine de soudage électrique par résistance est stationnaire. Il est cepen dant également avantageusement possible d'utiliser l'invention pour des soudages localement mobiles, plus particulièrement pour le soudage par points. Lors du soudage par points en utilisant des pinces et des pointilleurs à percussion, ainsi que du soudage à-rouleaux/pinces des cordons, il existe le risque que les électrodes ne soient pas placées exactement perpendiculairement, mais obliquement par rapport à la pièce à traiter. Ceci donne évidemment lieu à une modification indésirable des rapports de transmission du courant et de l'action de la pression et, de ce fait, de la qualité de la soudure. Ce risque peut être éliminé du fait que la résistance est mesurée avant le soudage et que la connexion du courant de soudage ne soit possible que lorsque la résistance se situe dans une zone de tolérance déterminée. Par exemple, lorsque-la pince est appliquée en oblique, la valeur de la résistance s'accroît généralement et se situe en dehors de la zone de tolérance appropriée pour de bonnes soudures, c'est-à-dire il ne se produit pas de déclenchement du courant. Lorsqu a ce moment le soudeur tourne la pince dans le sens vertical, la valeur de la résistance se modifie et atteint enfin la limite de tolérance, de manière que le déclenchement du courant s'effectue à un moment où la pince est alignée avec précision. REVENDICATIONS 1.-Procédé pour le soudage électrique par résistance et au cours duquel, en vue du soudage, les électrodes sont presses contre les pièces avec/force de pression modifiable, ou bien les pièces sont pressées l'une contre l'autre au moyen de mâchoires de serrage avec une force de pression modifiable, alors que pendant le soudage, un courant de soudage est amené aux pièces par l'intermédiaire des électrodes ou des mâchoires de soudage, carac térisé en ce qutavant 1 1amenée du courant de soudage, les électrodes sont pressées contre les pièces, ou l?s pièces serrées dans les mâchoires de serrage sont pressées l'une contre 11 autre avec une force de pression croissante, en outre, en même temps, la résistance totale entre les électrodes et les pièces est mesurée et est comparée à une valeur prescrite prédéterminée, alors que lorsque la résistance totale coïncide avec la valeur prescrite,un signal est émis pour l'amenée du courant de soudage et, en outre, éventuêllement par le signal, un accroissement ultérieur de la force de pression est empêché. 2.- procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que par le signal un programme de courant -de soudage prédéterminé et/ou une autre modification prédéterminée de la force de pression sont connectés. 3.-Procédé suivant la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la résistance totale est, de préférence, déterminée pendant tout le soudage et est comparée à une valeur prescrite prédéterminée, alors que la différence de reglage qui apparaît entre la résistance totale et la valeur prescrite, entraine une modification de la force de pression. 4.- procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'à la place de la résistance totale, on mesure la chute de pression entre les électrodes ou la capacité de soudage amenée. 5. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande de la pression qui est associé à un cylindre de pression servant à presser l'une contre l'autre les électrodes d'une machine de soudage par résistance connue en soi, de même, le dispositif comprend un appareil pour mesurer la résistance totale, relié aux électrodes et muni d'un transmetteur de la valeur prescrite de la résistance, alors que la sortie de l'appareil de mesure est reliée à la commande de la pression et à un dispositif pour connecter le courant de soudage.