Brevet FR2209634A1 — publié le 19740705

La présente invention concerne une procédé de soudage d'un collecteur de courant métallique avec une plaque métallique formant borne d'une pile. Dans un procédé de soudage classique de ce type, un collecteur de courant présentant une surface supérieure relativement large est pressé contre la borne en forme de plaque, dite plaque terminale, de telle façon que la surface supérieure large du collecteur de courant soit mise en contact avec la surface intérieure de la plaque tetminale. On applique ensuite un courant électrique intense à travers la zone de contact pour faire fondre, et par conséquent pour souder, la surface supérieure du collecteur de courant sur la plaque terminale par résistance électrique entre ceux-ci. Toutefois, étant donné qu'un courant électrique intense est appliqué a travers la surface de contact relativement large, une chaleur de soudage excessive est engendrée d'où il résulte qu'un résidu brûlé apparaît sur la surface extérieure de la plaque terminale, ou que la plaque terminale métallique est partiellement détruite par fusion dans la zone de soudage, ce qui élimine le placage qui a été appliqué sur la surface extérieure de la plaque terminale pour améliorer la valeur du produit fini, en faisant apparaître un résidu de soudage.A titre de perfectionnement, on a proposé de souder un élément de recouvrement supplémentaire sur la surface extérieure de la plaque terminale, avec application d'un courant électrique faible pour dissimuler le débris brûlé ou résidu de soudage, ou de souder le collecteur de courant avec la plaque terminale au moyen d'un courant électrique suffisamment faible pour ne faire apparaître aucun débris brûlé ou débris de soudage, tels que ceux qui ont été mentionnés ci-dessus. Dans le premier de ces procédés de soudage améliorés, non seule~ ment l'opération de soudage additionnelle de l'élément de recouvrement est nécessaire, mais encore l'aspect extérieur du produit fini est inesthétique. Dans le second de ces procédés, l'intensité de soudage entre le collecteur de courant et la plaque terminale est si faible, que le collecteur de courant risque de se séparer de la plaque terminale sous l'effet d'un choc, par exemple pendant le transport. On pourrait envisager de plaquer la surface extérieure de la plaque terminale pour dissimuler le débris brûlé ou débris de soudage après l'opération de soudage du collecteur de courant avec la plaque terminale, mais ce procédé n'est pas applicable en pratique. Ceci est dû au fait que, généralement, étant donné qu'on amalgame du cuivre ou du laiton dont la surtension d'hydrogène est relativement élevée pour former le collecteur de courant, il est nécessaire d'effectuer une opération de placage difficile et minutieuse pour que seule la plaque terminale soit plaquée et non le collecteur de courant. Compte tenu de ce qui précède, l'invention a notamment pour objet de créer un procédé permettant de souder solidement et aisèment un collecteur de courant avec une plaque terminale, sans modifier défavorablement l'état de surface extérieur ou aspect extérieur de la plaque terminale. A cet effet, l'invention prévoit un procédé de soudage d'un collecteur de courant métallique avec la plaque terminale métallique d'une pile, ledit procédé comprenant les opérations consistant à former une saillie convexe en partie intégrante avec l'extrémité supérieure du collecteur de courant, à presser le collecteur de courant contre la plaque terminale avec ladite saillie convexe en contact avec la surface intérieure de la plaque terminale et à faire passer un courant électrique à travers la zone de contact, ce courant électrique étant déchargé par des condensateurs pendant une très brève période, moyennant quoi le métal de la saillie convexe est fondu et étalé entre le collecteur de courant et la plaque terminale pour les souder ensemble. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode préféré de réalisation. Sur ces dessins La Figure 1 est une vue en coupe représentant une plaque terminale et un collecteur de courant qui doivent être soudés ensemble par le procédé suivant l'invention La Figure 2 est une vue latérale avec coupe partielle, représentant un appareil permettant de souder le collecteur de courant avec la plaque terminale, et La Figure 3 représente un circuit électrique permettant d'appliquer un courant électrique capable de squder le collecteur de courant avec la plaque terminale. On va tout d'abord examiner la figure 1 sur laquelle une plaque terminale 1 à souder présente la forme d'un disque dont la partie circonférentielle est roulée sur elle-même, vers le haut et vers l'intérieur. La plaque terminale 1 est en fer plaqué de nickel sur ses deux surfaces extérieure et intérieure. Un collecteur de courant métallique 2 à souder présente la forme d'une tige dans ce mode de réalisation et comporte une extrêmité inférieure pointue 3 et une tête élargie 4. Une saillie convexe est formée en partie intégrante de la partie centrale de la surface supérieure de la tête élargie4, ce qui détermine un épaulement circonférentiel 6 autour de la saillie convexe 5. De préférence, le diamètre de l'épaulement 6 est approximativement cinq fois plus grand que celui de la saillie convexe 5. Pour en-venir au procédé de soudage du collecteur de courant 2 avec la plaque terminale 1, en utilisant un appareil tel que représenté sur la figure 2, on mentionnera tout d'abord que, le collecteur de, courant 2 est inséré dans un support 7 en matériau électriquement conducteur et est maintenu dans ce support. Dans l'exemple décrit, l'extrémité pointue 3 du collecteur de courant 2 facilite son insertion dans le support 7. Le support 7 est monté de manière à pouvoir coulisser dans un guide 8, un ressort de compression 9 étant interposé entre la surface inférieure extérieure' du support 7 et la surface inférieure intérieure du guide 8. Le guide 8 est supporté par un équipement presseur inférieur 10. La plaque métallique terminale 1 est portée par un support annulaire llen matériau électriquement conducteur. Un équipement presseur supérieur 12 est prévu pour appliquer une' pression vers le bas sur la surface plane de la plaque terminale en forme de disque 1, par l'intermédiaire d'une cale 13. Le support 7 du collecteur de courant 2 et le support annu laire 11 de la plaque terminale 1 sont connectés aux bornes 14, 14' du circuit électrique représenté sur la figure 3. Après avoir fixé le collecteur de courant 2 et la' plaque terminale 1 dans les supports 7 et 11, respectivement, on actionne l'équipement presseur supérieur 12 pour pousser vers le bas la cale 13 sur une distance prédéterminée, et pour amener la plaque terminale 1 à une position prédéterminée. On actionne ensuite l'é- quipement presseur inférieur 10 pour soulever le guide 8 du support 7 de façon que la surface' supérieure de la saillie convexe 5 vienne en contact avec la surface intérieure de la plaque terminale 1. Ensuite, le guide 8 du support 7 est encore soulevé sur une distance prédéterminée, moyennant quoi la surface supérieure de la saillie convexe 5 entre élastiquement en contact avec la surface intérieure de la plaque terminale 1 sous l'action de compression du ressort 9. Dans cet état, on ferme un interrupteur électrique pour appliquer un courant continu, pendant une très courte période, aux bornes 14 et 14'. Comme représenté sur la figure 3, lorsqu'on ferme l'interrupteur SW1, une tension est appliquée à un transformateur Tr2 à partir d'une source de courant par l'intermédiaire des bornes d'entrée TM1 et d'un fusible FU1, et un relais CR1 est excité par l'intermédiaire d'un contact de repos CR3-1 d'un relais CR3. Lorsque le relais CR1 s'excite, une tension est appliquée à un transformateur Trl par l'intermédiaire d'un contact de travail CRl-l du relais CR1.Du côté de l'enroulement' secondaire du transformateur Trl, le courant électrique traverse un commutateur sélecteur de tension SW3, est redressé par un redresseur SS-1 et charge des condensateurs Ca, Cb, Cc. La tension engendrée aux bornes des condensateurs est amenée aux bornes 14, 14' des électrodes de soudage, par l'intermédiaire d'un thyristor SCR, lorsque ce dernier est conducteur. Toutefois, au stadé considéré le thyristor SCR n'est pas conducteur, de sorte qu'aucune tension n'est appliquée aux bornes 14, 14'. Du côté d'un premier enroulement secondaire du transformateur Tr2, le courant électrique est redressé par un redresseur D1 et charge un condensateur Cl par l'intermédiaire d'un contact de repos CR2-l de relais CR2. Du côté dlun second enroulement secondaire du transformateur Tr2, le courant électrique est redressé par un redresseur SS-2 et est utilisé comme source d'alimentation d'un circuit de commande, par l'intermédiaire d'un fusible FU2. A ce stade, lorsqu'on ferme un interrupteur SW2, qui commande le soudage et est connecté aux bornes TM2, le relais CR3 s'excite, de sorte que le contact de repos CR3-l de ce relais s'ouvre, ce qui désexcite le relais CR1. En conséquence, la tension d'entrée du transformateur Trl est coupée et aucune charge n'est plus appliquée aux condensateurs Ca, Cb et Cc. En même temps, le relais CR2 s'excite par l'intermédiaire du contact de-travail CR/3-2 de relais CR3, ét la charge du condensateur Cl est interrompue par le contact de repos CR2-1 du relais CR2.La charge électrique du condensateur Cl est alors appliquée entre la gâchette et la cathode du thyristor SCR par l'intermédiaire du contact de travail CR2-2 du relais CR2, d'une diode inverse de contrôle de courant D2, et d'une résistance R2 pour limiter le courant de la gâchette, de sorte que le thyristor SCR devient conducteur. Dans le circuit, un condensateur C2 et une diode D3 sont pre- vus pour empêcher le thyristor SCR d'être déclenché par erreur par du bruit. Une résistance R1 montée en série avec un contact de travail CR3-3 du relais CR3 a pour fonction de maintenir l'état conducteur du thyristor SCR jusqu'à ce que la décharge des condensateurs Ca, Cb et Cc se termine, dans le cas où les bornes de soudage 14, 14' ne reçoivent pas de charge pour des raisons quelconques. L'énergie de soudage est contrôlée par le commutateur sélecteur de tension SW3 et les bornes de commutation de condensateur SB. En conséquence, les charges électriques des condensateurs Ca, Cb, et Cc sont déchargées instantanément à travers le thyristor SCR et appliquées à la plaque terminale 1 et au collecteur de courant 2, par l'intermédiaire des supports 7 et 11, à partir des bornes 14, 14'. A ce moment, en raison de la résistance de contact entre la plaque terminale 1 et la saillie convexe 5 au sommet du collecteur de courant 2, une chaleur suffisamment intense pour faire fondre la saillie convexe 5 est instantanément engendrée. Du fait que le collecteur de courant 2 est sollicité contre la plaque terminale 1 par le ressort 9, le métal fondu de la saillie convexe 5 s'étale entreilépaulement circonférentiel 6 du collecteur de courant 2 et la surface intérieure de la plaque terminale 1 et ceci sans aucun retard.Ainsi, dès que le courant électrique est déchargé des condensateurs Ca, Cb et Cc, le collecteur de courant 2 est solidement soudé sur la plaque terminale 1. Après l'achèvement de l'opération de soudage, on ouvre l'interrupteur SW2, ce qui désexcite les relais CR3 et CR2, tandis que le relais CRI s'excite pour recharger les condensateurs Ca, Cb et Cc et Cl jusqu'à l'ordre de soudage suivant. On voit donc, que suivant l'invention, étant donné que la petite superficie de la saillie convexe 5 du collecteur de courant 2 est intantanément fondue et étalée entre la surface supérieure élargie du collecteur de courant 2 et la surface intérieure de la plaque terminale 1, le rayonnement de chaleur se produit alors que que le métal fondu est étalé, de sorte qu'aucune chaleur de soudage excessive n'est engendrée. Ainsi, par comparaison avec le procédé classique, l'invention ne comporte aucun des inconvénients résidant en une apparition d'un résidu brûlé sur la surface extérieure d'une plaque terminale, ou en un enlèvement du placage de la surface ex intérieure de la plaque terminale lors du soudage. un avantage supplémentaire de l'invention réside en ce qu'une plaque terminale très mince, par exemple d'une épaisseur de- I'or- dre de 0,3 mm est solidement soudée au collecteur de courant. EXEMPLE Un collecteur de courant en forme de tige, en laiton contenant 60% en poids de cuivre et 40 % en poids de zinc, est formé de telle façon que les diamètres (dl), (d2) et (d3) du corps de la. ti- ge, de la partie élargie (4) et de la saillie convexe (5) soient respectivement de 1,5 mm, 2,5 mm et 0,5 mm, et que la hauteur#(h) de la saillie convexe soit de 0,5 mm. On utilise une plaque terminale (1) en fer d'une épaisseur de 0,3 mm plaquée de nickel sur ses deux côtés. Comme équipement presseur supérieur (15)on utilise un vérin pneumatique d'une force pressante de 40 kg/cm2. Le ressort de compression (9) a une force pressante de li kg/cm2. Les condensateurs Ca, Cb et Cc ont une capacité électrostatique synthétique de l6000#F F et une tension de charge de 130V.Après avoir mis en contact la surface supérieure de la saillie convexe avec la surface intérieure de la plaque terminale sous la compression du ressort, on ferme l'interrupteur SW2 de soudage pour décharger les condensateurs Ca, Cb et Cc. Un courant électrique de 7000 A traverse instantanément la zone de contact de la plaque terminale et du collecteur de courant puis tombe à zéro pendant environ 1 ms. La saillie convexe (5) est fondue et le métal fondu est étalé entre la surface supérieure de la tête élargie (4) et la surface intérieure de la plaque terminale. Après le soudage, le collecteur de courait et la plaque terminale ne peuvent pas être séparés l'un de l'autre avec une force séparatrice de 50 kg, et l'aspect extérieur de la plaque terminale n'est pas modifié défavorablement. Des collecteurs de courant en cuivre pur ou en alliage de nickel et de cuivre donnent pratiquement les mêmes résultats. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation préféré décrit et représenté, mais englobe toutes variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1) Procédé de soudage d'un collecteur de courant métallique avec la plaque terminale d'une pile, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à former une saillie convexe en partie intégrante avec l'extrêmité supérieure du collecteur de courant, à presser le collecteur de courant contre la plaque terminale avec la saillie convexe en contact avec la surface intérieure de la plaque terminale et à faire passer un courant e#ec- trique à travers la zone de contact, ce courant électrique étant déchargé à partir de condensateurs en une très courte période, moyennant quoi le métal de la saillie convexe est fondu et étalé entre le collecteur de courant et la plaque terminale pour les souder ensemble. 2) Procédé de soudage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur de courant est formé de manière à présenter une tête élargie dans sa partie supérieure, et en ce que la saillie convexe est formée en partie intégrante avec la partie centrale de la surface supérieure de la tête élargie et présente un diamètre sensiblement égal au cinquième de celui de la tête élargie. 3) Procédé de soudage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur de courant est en laiton, en cuivre ou en alliage-de cuivre et de nickel. 4) Procédé de soudage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les condensateurs ont une capacité électrostatique syn thetique d'environ 1600 F et une tension de charge de l'ordre de 130V, et en ce que le courant électrique est instantanément déchargé dans la saillie convexe qui a un diamètre d'environ 0,5 mm avec une intensité de l'ordre de 7000A.