Brevet FR2307610A1 — publié le 19761112

L'invention est relative à des perfectionnements apportés aux appareils de soudage comprenant une électrode chauffante. Elle concerne plus particulièrement de tels appareils qui comportent un organe agencé pour que l'électrode exerce une pression déterminée sur une zone à souder lors de l'opération de soudage, cette zone étant disposée sur un support. On sait que de tels appareils de soudage sont utilisés, en particulier, dans le procédé de soudage à "refusion", procédé dans lequel la face de contact de 1'3ne8es au à réunir est revêtue d'une couche mince d'alliage fusible. Dans les appareils connus du genre en question l'organe permettant à l'électrode d'exercer une pression déterminée, est de réalisation compliquée. L'invention a donc pour but de fournir un appareil de soudage dans lequel ledit organe peut être réalisé de façon parti culièrement simple. Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'un tel appareil dans lequel la pression déterminée peut être variée. Un autre but, encore, de l'invention est de fournir un appareil du genre mentionné ci-dessus qui puisse être manoeuvré de façon simple et sûre. Un autre but de l'invention est de fournir un tel appareil qui permette de réaliser des soudures de bonne qualité. Encore un autre but de l'invention est de fournir un appareil de soudage à électrode chauffante dans lequel la surface active de l'électrode peut être maintenue dans un état de propreté satisfaisant. Enfin, l'invention vise à fournir un appareil du genre en question qui soit plus spécialement destiné à effectuer des pé- rations de soudage à plat, avec apport d'alliage fusible, de fils conducteurs isolés sur des cartes de circuit imprimé de façon à réaliser des connexions sur cette carte et dans lequel l'électrode peut être positionnée de façon aisée sur ledit fil conducteur. L'appareil de soudage conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'organe destiné à permettre à l'électrode d'exercer une pression déterminée sur la zone à souder, comporte un bras pivotant autour d'un axe dont la direction est, normalement, sensiblement horizontale ; ce bras a une masse déterminée et l'électrode chauffante est solidaire de ce bras. Enfin, l'appareil comprend des moyens de commande du pivotement du bras. De préférence, ledit organe comporte des moyens de réglage pour faire varier ladite pression déterminée ; ces moyens de réglage comportent une masse de réglage et des moyens pour faire varier la position de ladite masse par rapport à l'axe de pivotement, de façon que le moment de cette masse par rapport à l'axe puisse être modifié. Avantageusement, on prévoit un organe de nettoyage de l'électrode qui comprend, d'une part, une brosse rotative et, d'autre part, des moyens moteurs pour permettre la rotation de cette brosse ; cet organe de nettoyage est solidaire du bras. Dans ce cas, enfin, l'appareil comprend des moyens de commande du déplacement de l'organe de nettoyage. Il est également avantageux, pour améliorer l'opération de soudage, de prévoir des moyens de vibration pour imprimer une vibration latérale de faible amplitude à l'électrode au cours de ladite opération de soudage. Dans le cas où l'appareil est destiné à effectuer des opérations de soudage à pIat de genre susmentionne'- opErat40ns de soudage à plat sont décrites dans la demande de brevet français n0 72 23 377 déposée au même nom) la surface intérieure de l'électrode comporte, de préférence, une rainure qui s'étend sur toute la longueur de la surface active de cette électrode. Lsinvention sera de toute façon bien comprise à l'aide. de la description de son mode de réalisation préféré, cette description étant faite en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels - La figure 1 montre, de façon schématique, un appareil de sou dage conforme à l'invention, en trait plein dans sa position de travail et en traits mixtes de façon partielle, dans la po sition relevée, - la figure 2 représente une vue de dessus du bras de l'appareil montré sur la figure 1 et - la figure 3 illustre une vue de face, à échelle agrandie, de l'électrode conforme à l'invention de l'appareil qui est montré sur la figure 1. Dans l'exemple de réalisation de l'invention qui est montré sur les figures, l'appareil de soudage comprend une électrode 1 et un porte-électrode 2. L'électrode 1 est destinée à réaliser des soudures sur une plaque de circuit imprimé 3 disposée sur un support 4. Pour réaliser l'opération de soudage, la surface active de l'électrode 1 est appliquée sur la plaque 3 de façon à exercer une pression de valeur déterminée sur ladite plaque de circuit imprimé et, en même temps, une impulsion de durée donnée est appliquée aux bornes de l'électrode 1 de façon à apporter une énergie de valeur déterminée aux pièces à souder. Selon l'invention, l'électrode 1 et le porte-électrode 2 sont supportés par un bras pivotant 5 de masse déterminée. L'axe de l'arbre 6 de pivotement du bras 5 est, dans l'exemple, de direction sensiblement horizontale et les extrémités de cet arbre 6 sont solidaires de roulements à billes. Ces roulements sont disposés dans des paliers ménagés dans des colonnes verticales dont une seule, de référence 7, a été représentée sur la figure 1. Ces colonnes verticales constituent en quelque sorte l'armature ou bâti de l'appareil de soudage conforme à l'invention. L'électrode 1 et le porte-électrode 2 sont disposés à l'ex- trémité d'une première partie 8 du bras 5. Cette première partie 8 se trouve d'un premier côté par rapport au plan vertical passant par l'axe de l'arbre 6. Le bras 5 comprend également une secon & partie 9 qui se trouve de l'autre côté par rapport audit plan vertical. Cette seconde partie 9 du bras 5 porte un contrepoids 10. La première partie 8 porte, quant à elle, une masse de réglage 11 disposée dans un logement allongé selon la longueur du bras de façon que la position de cette masse 11 puisse varier selon cette longueur.En d'autres termes, le moment du poids de cette masse 11 par rapport à l'axe 6 peut être varié ; ainsi, grâce au déplacement de la masse de réglage 11 on peut faire varier la pression exercée par l'électrode 1 sur la pièce à souder. Pour permettre le réglage de la position de la masse 11 celle-ci est solidaire d'un bouton de manoeuvre et de fixation 12 et la face supérieure 13 du logement de réception de la masse 11 présente une fente allongée 14 (figure 2). Comme on peut le voir sur la figure 1, le bouton de manoeuvre 12 est relié à la masse 11 par une tige filetée 15 passant à travers la fente 14. La face 13 présente également, le long de la fente 14, des graduations 16 qui sont des repères de position pour la masse Il ; pour le repérage de la position de la masse 11 on prévoit également un bouton 17 (figures 1 et 2) qui est aussi solidaire de la masse 11 grâce à une tige traversant la fente 14. Ainsi la position de la masse 11, et donc la pression exer cée par l'électrode 1, peut être déterminée de façon précise et reproductible. Le bouton 12 est taraudé pour coopérer avec la tige 15 afin d'immobiliser la masse 11 dans la position choisie. Dans l'exemple la position du contrepoids 10 est également ajustable à l'aide d'un bouton de manoeuvre loua. Dans une réalisation particulière, la force d'appui de l'électrode peut être réglée pour toute valeur comprise entre 1 et 5 Newtons. Pour permettre le basculement du bras 5 autour de l'axe 6, notamment pour éloigner l'électrode 1 de la pièce à souder, on prévoit un câble 20 dont une extrémité 21 est fixée à la seconde partie 9 du bras 5. La seconde extrémité 22 du câble 20 est solidaire d'un ressort 23 se trouvant à la partie inférieure de l'appareil ; c'est-à-dire sensiblement au niveau du sol. L'autre extrémité 24 du ressort 23 est fixe. Pour permettre le renvoi du câble 20 de la partie 9 vers la partie inférieure de l'appareil, on prévoit une gaine de guidage 25 qui est coudée. Au voisinage de l'extrémité 22, le câble 20 est également solidaire d'une pièce coulissante 26 réalisée ici sous la forme d'une roue d'axe horizontal 27. A cet axe 27 sont fixés, d'une part, ledit câble 20 et, d'autre part, l'extrémité d'un levier 28. L'autre extrémité de ce levier ?8 est articulée à la face inférieure d'une pédale 29 pivotante autour d'un axe 30. En fonctionnement, lorsqu'aucune pression n'est exercée sur la pédale 29, le ressort 23 exerce une force de rappel sur le câble 20 de façon tirer vers le bas la partie 9. Ainsi, le bras 5 pivote autour de son axe 6 et prend la position représentée en traits mixtes sur la figure 1. Dans cette position l'électrode 1 est éloignée du support 4. Lorsqu'on désire réaliser une opération de soudage, un opérateur appuie sur la pédale 29 de façon à la rapprocher d'un plan horizontal. Ainsi, la direction du levier 28 se rapproche également de la direction horizontale ; ceci provoque le déplacement de l'axe 27 dans le sens de la flèche f. De cette manière, on exerce une force antagoniste à celle exercée par le ressort 23 et le câble 20 se détend, ce qui permet à l'électrode 1 de descendre sans à-coups vers le support 4. En d'autres termes, grâce à la pédale 29 l'opérateur peut exercer une force de compensation telle que son moment, par rapport à l'axe de pivotement du bras 5 soit légèrement supérieur au moment de la force provoquée par le ressort 23. Outre la commande du basculement du bras 5, la pédale 29 assure également la commande de l'alimentation en énergie électrique de l'électrode 1. A cet effet, on prévoit un commutateur 31 à bouton-poussoir 32 qui est relié au boiter de commande (non montré) de l'alimentation de l'électrode 1. Le bouton-poussoir 32 est disposé de façon à n'être enfoncé qu'à la fin de la course de la pédale 29, le début de cette course correspondant au basculement du bras 5 et au contact de l'électrode avec la carte 3. Dans l'exemple, le bras 5 peut prendre sa position la plus basse lorsqu'on a fait parcourir à la pédale 29 la moitié de sa course. Pour limiter la course du bras 5 en l'absence de support 4 on prévoit des butées d'arrêt (non représentées). De plus, pour éviter l'alimentation de l'électrode 1 en l'absence de pièces à souder et de supports 4 on prévoit des moyens de sécurité qui permettent d'lnterrom-prë cette Klimentation--en--énergie de-l-silec-- trode 1 quand le bras 5 pivote vers le bas de façon excessive. Ces moyens de sécurité comprennent un commutateur 33 de position fixe par rapport au bâti de l'appareil ; ce commutateur est du type à bouton-poussoir 34. Un levier de manoeuvre 35 est prévu pour l'actionnement du bouton 34. Ce levier 35 coopère avec une saillie 36 solidaire du bras 5. Lorsque la saillie 36 est éloignée du levier 35, le commutateur 33 n'a aucune action, c'est-à- dire qu'il n'empêche pas l'alimentation en énergie de l'électrode 1. Par contre, lorsque la saillie 36 vient en contact avec le levier 35, le bouton 34 est enfoncé, ce qui coupe l'alimentation en énergie de l'électrode 1. Un second commutateur de sécurité 37, également solidaire du bâti de l'appareil, permet d'empêcher l'alimentation en énergie de l'électrode 1 lorsque le bras 5 est relevé. Ce commutateur 37 comprend, comme le commutateur 33, un bouton-poussoir 37a et un levier de manoeuvre 37b. Ce commutateur de sécurité coopère avec une came 38 fixée à l'arbre 6, c'est-à-dire tournant avec ce dernier. Lorsque la première partie 8 du bras 5 tourne vers le haut, la came 38 vient enfoncer le levier 37b, et donc le bouton-poussoir 37a, assurant ainsi la coupure de l'alimentation de l'électrode 1. Il est à noter que la forme de la came 38 est telle que, lorsque la partie 8 du bras 5 est dans sa position entièrement relevée- position qui est représentée en traits mixtes sur la figure 1 - le levier 37b est dégagé de ladite came de façon que l'électrode 1 puisse être chauffée dans cette position relevée. On reviendra plus loin sur cette disposition. On notera aussi que l'enfoncement du bouton poussoir 32 assure, grâce à des moyens de temporisation (non représentés), l'alimentation en énergie de l'électrode 1 pendant un temps déterminé, qui est, dans l'exemple, de l'ordre de 0,5 seconde. Ces moyens de temporisation sont agencés de telle manière que, si le bouton à poussoir 32 n'est pas maintenu en pression, ladite alimentation en énergie de l'électrode 1, pendant un temps déterminé, est tout de même assurée. il peut cependant être nécessaire d'interrompre très rapidement l'alimentation de l'électrode 1. A cet effet, il suffit à l'opérateur de relever rapidement le pied de la pédale 29, ce qui fait relever la partie 8 du bras 5 et, donc, mettre en action le commutateur de sécurité 37. tel on une- autre - di spos-ition - de--i-ve l'invention, l'appareil de soudage comprend des moyens de nettoyage de l'électrode 1. Ces moyens de nettoyage comportent dans l'exemple une brosse rotative 40 à poils métalliques, par exemple en laiton. Cette brosse rotative 40 est entrainée par un moteur électrique 41 d'arbre 42. Sur l'arbre 42, entre le moteur 41 et la brosse 40, est fixée une bague excentrée 43 dont le rôle sera expliqué plus loin. L'ensemble constitué par le moteur 41 et la brosse 40 est solidaire d'un levier ou bras 44 susceptible de pivoter autour d'un axe 45 sensiblement horizontal fixé à l'avant de la partie 8 du bras 5. Lorsque le bras 5 est maintenu dans la position horizontale, les moyens de nettoyage sont maintenus dans une position telle que l'axe de l'arbre 42 soit vertical, c'est-à-dire parallèle au porte-électrode 2. A cet effet, ces moyens de nettoyage sont solidaires d'un câble de manoeuvre 46. Le câble 46 permet donc de commander le pivotement du levier 44, c'est-à-dire fixer la position de la brosse métallique 40. Pour actionner ce câble 46, l'appareil comporte un moteur électrique 47, solidaire du bras 5. Ce moteur 47 entraine une vis sans fin 48 dont la rotation commande celle d'un tambour 49 sur lequel peut se dérouler ou s'enrouler le câble 46. Entre le tambour 49 et les moyens de nettoyage, le câble 46 passe sur une poulie 50. La brosse 40 assure le nettoyage de la surface active (surface inférieure) de l'électrode 1 seulement lorsque la partie 8 du bras 5 est relevée (position représentée en traits mixtes sur la figure 1). Dans cette position, le câble 46 est déroulé du tambour 49 et ne maintient donc plus les moyens de nettoyage dans leur position relevée. Ces moyens de nettoyage sont alors agencés de telle manière que, dans ladite position relevée, et lorsque le câble 46 est détendu, la périphérie de la brosse 40 vienne en contact avec la surface active de l'électrode 1. Cette position des moyens de nettoyage est également représentée en traits mixtes sur la figure 1.La brosse métallique 40 permet donc, lorsqu'elle est entraînée par le moteur 41, de faire disparaître la couche oxydée ou des particules gênantes de ladite surface active de l'électrode 1. Il peut être avantageux de chauffer l'électrode 1 au cours de l'opération de nettoyage. A cet effet, comme on l'a déjà vu plus haut, la came 38 est agencée de telle manière qu'elle n'interdise plus l'alimentation de cette électrode en énergie électrique dans la position entièrement relevée de la partie 8 du bras 5. Le moteur 41 peut être alimenté en énergie électrique non seulement pendant l'opération de nettoyage mais également au cours du soudage. En effet, pendant l'opération de soudage l'axe de l'arbre 42 est vertical et le balourd de la bague excentrée 43 provoque une vibration de l'avant de la partie 8 et donc de l'électrode 1. L'inventeur a constaté que cette vibration améliorait la qualité des soudures réalisées. Dans l'exemple, la fréquence des vibrations qui sont imprimées à l'électrode 1 par la rotation de la bague 43 est de l'ordre de 70 Hz. Dans le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 1, un niveau à bulle 60 disposé à la partie supérieure du bras 5 permet de régler l'horizontalité dudit bras. Le porte-électrode 2 se compose, dans l'exemple, de deux barreaux de nickel 61 et 62 (figure 3). A chacun de ces barreaux de nickel sont fixées deux broches métalliques, respectivement 63 et 64. Autour des broches est moulée une pièce isolante 65 fixée à l'avant du bras 5. Les câbles électriques 66 d'alimentation de l'électrode 1 sont soudés aux broches 63 et 64. Ainsi, ces broches 63 et 64 assurent deux fonctions : d'une part l'alimentation en énergie électrique de l'électrode, et d'autre part, le positionnement de cette dernière. On remarquera qu'à chaque barreau de nickel sont associées deux broches ; de cette manière, la résistance des contacts est limitée ; dans l'exemple, cette résistance de contact est de l'ordre de 0,4mn alors que la résistance totale du circuit d'alimentation est de 40 environ. On va maintenant décrire en relation avec la figure 3 encore une autre disposition de l'invention. Selon cette disposition, l'électrode 1 est constituée par un ruban 70 établi en un alliage comprenant essentiellement du nickel et connu sous la marque Inconel, Cet alliage comprend 76 % de nickel, 15 % de chrome et 8 % de fer. Un tel alliage est vendu par la société "International Nickel Company". Le ruban 70 est plié de manière à présente une forme de U à branches écartées vers 1'extérieur avec deux bras 71 et 72, parallèles à la base du U, qui sont soudés aux faces inférieures des barreaux de nickel, respectivement 61 et62, La surface inférieure de l'électrode 70 (surface active) comprend une rainure ou sillon 73 sur toute sa longueur. Ce sillon est particulièrement avantageux dans le cas où l'opération de soudage qui est effectuée de l'appareil conforme à l'invention est une opération de soudage à plat d'un fil conducteur isolé fin sur une carte de circuit imprimé. Comme déjà mentionné ci-dessus, un tel procédé de soudage est décrit dans la demande de brevet français n0 72 23 377. Dans ce cas, la rainure 73 permet de centrer le fil (non montré) qui est à souder sur une carte de circuit imprimé.La rainure 73 comporte, à ses extrémités longitudinales, des chanfreins 74 et 75 ;-de même les bords extérieurs de ladite rainure 73 présentent également des chanfreins. Ces chanfreins permettent, notamment, d'éviter de laisser des amorces de cassures de soudure sur les pièces soudées. Il est à noter que la rainure 73 n'est pas indispensable. Dans le cas où l'électrode 1 ne comporte pas une telle rainure, il est cependant préférable, lorsque l'appareil est actionné par un opérateur, de prévoir des moyens facilitant le centrage de l'électrode. Ces moyens sont assurés par un réticule (non représenté) se trouvant dans une loupe 80 de visée binoculaire (figure 1 > . Dans l'exemple, la loupe 80 est fixée aux colonnes 7. On remarquera que le choix de l'alliage Inconel est particulièrement avantageux car celui-ci présente une forte résistivité. Dans ltexemple, la résistance de électrode est de 20 (milliohms) environ. En outre, cet alliage n'est pas mouillé par l'alliage fusible d'étain et de plomb généralement utilisé pour réaliser des soudures. En outre, l'oxydation à l'air de cet alliage est négligeable. Enfin, avec des porte-électrodes établis en nickel et une électrode établie en alliage du type Inconel, les masses calorifiques et les conductibilités thermiques permettent d'assurer une montée en température et un refroidissement rapides ; au cours d'expériences menées dans le cadre de l'invention, on a constaté qu'on pouvait exécuter des soudures de fils sur cartes de circuit imprimé à la cadence d'une soudure environ toutes les 5 secondes. Bien que dans l'exemple qui vient d'être décrit, on n'ait envisagé qu'un fonctionnement semi-automatique de l'appareil de soudage conforme à l'invention, il est à la portée de l'homme de l'art de réaliser des moyens de commande automatique de cet appareil de soudage, notamment pour-des fabriatinrrs de circuits en grande série. L'appareil de soudage conforme à l'invention, peut être utilisé pour réaliser toutes sortes d'opérations de soudage. Il est surtout avantageux quand il est nécessaire d'appliquer une pression de soudage de valeur déterminée. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Appareil de soudage comprenant une électrode chauffante et un organe agencé pour que ladite électrode exerce une pression déterminée sur une zone à souder lors de l'opération de soudage, cette zone étant disposée sur un support, caractérisé en ce que ledit organe comporte un bras pivotant autour d'un axe dont la direction est normalement sensiblement horizontale, ce bras ayant une masse déterminée et ladite électrode chauffante étant solidaire de ce bras, et en ce que ledit appareil comprend des moyens de commande du pivotement dudit bras. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe comporte des moyens de réglage pour faire varier ladite pression déterminée, ces moyens de réglage comportant une masse de réglage et des moyens pour faire varier la position de la masse de réglage par rapport audit axe de pivotement de façon que le moment de cette masse par rapport audit axe puisse être varié. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérise en ce qu'fil comprte- - des--moyens-de-rappel propres à maintenir le bras en position relevée de façon que l'électrode soit éloignée dudit support et en ce que les moyens de commande du pivotement du bras comprennent des moyens de compensation de l'effet des moyens de rappel et une pédale de commande de ces moyens de compensation, lesdits moyens de commande étant agencés pour qu'un opérateur puisse déplacer la pédale afin que les moyens de compensation exercent une force dont le moment, par rapport à l'axe de pivotement du bras, soit légèrement supérieur au moment, par rapport audit axe, provoqué par les moyens de rappel. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de rappel comprennent un câble et un ressort, ledit câble étant fixé au bras par sa première extrémité et au ressort par sa seconde extrémité, ledit ressort étant fixé à un point de position fixe par son extrémité opposée à celle qui est liée audit câble, et en ce que les moyens de compensation comprennent une pièce coulissantesolidaire du câble ou du ressort et un bras articulé, d'un côté, à la pièce coulissante et, de l'autre côté, à la pédale, ladite pédale comprenant un axe de pivotement. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande de l'alimentation en énergie de l'électrode qui comportent des moyens commutateurs propres à être actionnés par ladite pédale lorsque celle-ci se trouve dans la dernière partie de sa course, après que son basculement ait provoqué le contact, avec ladite pression déterminée, entre ladite électrode et la zone à souder. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de nettoyage de ladite électrode qui comprend, d'une part, une brosse rotative et, d'autre part, des moyens moteurs pour permettre la rotation de cette brosse, cet organe de nettoyage étant solidaire du bras, et en ce qu'il comprend des moyens de commande du déplacement de organe de nettoyage. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de nettoyage comprend un levier dont l'extrémité est articulée audit bras de façon que, lorsque le bras se trouve en position relevée sous l'action des moyens de rappel, la périphérie de ladite brosse soit appliquée contre la surface active de l'électrode. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de vibration pour imprimer une vibration latérale de faible amplitude à ladite électrode au cours de l'opération de soudage. 9. Appareil selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que l'organe de nettoyage comprend un excentrique reliant l'axe dudit moteur à la brosse rotative de façon que le centre de gravité de ladite brosse soit décalé d'une faible longueur par rapport à son axe de rotation, et en ce qu'il comprend des moyens pour actionner ce moteur de l'organe de nettoyage au cours de l'opération de soudage, l'axe de rotation de ce moteur étant, au cours de ladite opération, sensiblement perpendiculaire au support de la zone à souder. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, et destiné à effectuer des opérations de soudage à plat, avec apport d'alliage fusible, d'un fil conducteur isolé fin sur une carte de circuit imprimé de façon à réaliser des connexions sur cette carte, caractérisé en ce que la surface'inférieure de ladite électrode, qui constitue sa partie active, comporte une rainure s'étendant sur toute la longueur de ladite surface active. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite électrode est établie en un alliage comprenant environ 76 % de nickel, 5 % de chrome et 8 5 de fer.