Brevet FR2413171A1 — publié le 19790727

La présente Invention concerne un appareil et un procédé de soudage par percussion. Le soudage par percussion est bien connu dans la technique et s'exécute généralement de la manière suivante: la première et la seconde pièce à souder sont serrées entre une électrode supérieure et une électrode inférieure et itune des pièces porte un petit bossage d'amorçage d'arc ; les pièces sont maintenues l'une contre l'autre avec une très légère pression de manière que le bossage d'amorçage de l'une des pièces touche l'autre ; un courant intense passe alors par le bossage d'amorçage et, comme il ne peut laisser passer ce courant, il se vaporise ou explose et un arc s'amorce sur les surfaces des deux pièces en les échaufant ; une force d'appui pousse les deux surfaces chaudes l'une contre l'autre et les pièces sont soudées. L'une des applications avantageuses du soudage par percussion est la fixation de contacts électriques sur des bornes, particulièrement sur une matière de contact "non soudable" comme l'oxyde d'argent et le cadmium (AgCdO). Dans les applications de la commutation électrique, il est souhaitable d'utiliser des contacts qui ne se soudent pas ensemble et d'éviter l'ouverture des circuits. Par ailleurs, un contact "non soudable" doit être fixe sur une borne pour établir une complexion. Cette fixation est possible en soudant par percussion le contact sur la borne tandis que d'autres types de soudage, comme le soudage par contact, par induction et par résistance ne conviennent pas à cet usage. Le tableau ci-après compare des paramètres courants du sou dae par contact, par induction et par résistance ainsi que du soudage par percussion. AMBLE'AU Contact Induction Résistance Percussion Bossages Léger cône Aucun Bord chan- Bossage freiné d'amorçage ype de Continu Alternatif à Alternatif Une alternance courant haute fééquence à 50 Hz alternati#e Intensité du courant 200 ampères 100 ampères 20 000 ampères 50 000 ampères Durée de passage du courant 15 secondes 3 secondes 3 alternances 3 nEUisecondes TABLEAU (suite) Contact Induction Résistance Percussion Pression 28 kg/cm2 49 kg/cm 21 kg/cm 7 kg/cm2 X Durée de la pres- sion 2 secondes 50 millisecondes 20 cycles 50 millisecondes Arc oui non non oui Tension 32 volts 3 volts 4 volts 24 volts Convient pour AgOdO non non non oui # Avec force d'appui (par exemple produite magnétiquement) de 70 kg/cm Irais les soudeuses à percussion présentent certains inconvé nients. L'explosion du bossage d'amorçage est extrememement bruyante et des boites d'isolation sonore doivent être utilisées, ou des dispositifs de protection d'oreille doivent être portés. Par exemple, des mesures de niveau sonore sur une soudeuse à percussion on plein air ont été enregistrées aux environs de 127 décibels (dB). Les standards de sécurité et de santé imposent que llexposition awbruit#d'impulsions ou d'impacts ne dépasse pas un niveau de pression sonore de crête de 140 dB et de nouveaux standards proposés imposent les critères suivants pour les bruits d' impacts ou d'impulsions : 140 dB pour moins de 100 impulsions par jour ; 130 dB pour moins de 1 000 impulsions par jour ; 120 dB pour moins de 10 000 impulsions par jour. Un autre lnconvénient est qu'une projection excessive de matière fondue sort par les côtés quand l'arc passe au-delà des bords des pièces. Dans le but d'assurer que toute la surface de chaque pièce soit soudée à toute la surface de l'autre, l'arc doit etre étalé jusqu'au bord des pièces, ou Juste au-delà. Zains il est difficile de déterminer avec précision l'étalement de arc et, par conséquent, pour assurer une couverture complète de la surface, l'arc est étalé au-delà des bords des pièces. La projection excessive au-delà des bords des pièces heurte l'ou- tillage et l'équipement, imposant de fréquents nettoyages et nécessitant une interruption intermittente d'une chaste automati siée. Par ailleurs, la matière expulsée est généralement perdue, corme un déchet. Un autre inconvénient est que des vapeurs doivent etre éliminées, imposant par exemple l'installation d'un dispositif d'évacuation par ventilateur. Un autre inconvénient est le brdlage de la matière des pièce ces, du à l'arc, qui peut présenter une importance financière, particulièrement quand des contacts de métaux prêc,ieux sont soudés. Bien que. des soudeuses antérieures à percussion conviennent pour les applications auxquelles elles sont destinées, l'invention concerne des perfectionnements qui permettent d'éliminer les inconvénients précités, ainsi que d'autres. L'invention concerne donc un appareil de soudage par percussion qui comporte deux électrodes destinées à supporter des pièces qui d-oivent etre soudées ensemble, l'une de ces pièces comportant un petit bosssage d'amorçage d'arc ; l'appareil comporte également un dispositif destiné à amener les pièces l'une contre l'autre jusqu'à ce que le bossage d'amorçage d'arc touche l'autre pièce, et un courant électrique intense passe par ce bossage qui explose alors et se vaporise de sorte qu'un arc est amorcé entre les faces en regard des pièces ; l'appareil comporte également un dispositif qui applique une force d'appui poussant les surfaces en regard l'une contre l'autre pour souder les pièces, un récipient qui contient un liquide et un dispositif qui plonge les pièces dans ce liquide de manière qu'elles y soi#ent submergées en contact intime avec le liquide pendant l'explosion et la vaporisation du bossage d'amorçage. L'invention concerne également un procédé de soudage par percussion qui consiste à disposer deux pièces à souder de manière que L'une d'entre elles comporte un petit bossage remplissant la fonction d'amorçage d'arc, à disposer deux électrodes qui supportent lesdites pièces, à amener ces électrodes l'une contre l'autre de manière que le bossage d'amorçage d'arc d'une pièce touche l'autre pièce, à faire passer un courant intense par le bossage d'amorçage de manière qu'il explose 'et se vaporise et qu'un arc soit amorcé entre les surfaces en regard, des pièces, et à rapprocher les électrodes l'une de l'autre de manière que les surfaces en regard soient en contact afin de terminer le soudage des pièces, ces pièces étant plongées dans un liquide de manière qu'elles soient en contact intime avec ce liquide au moment où le bossage d'amorçage d'arc explose et se vaporise. Selon un mode de réalisation de l'invention qui sera décrit ci-après, le bruit est réduit à un niveau pour lequel la protection des oreilles n'est plus nacessaire Les projections sont considérablement réduites et ne passent que légèrement au-delà des bords des pièces soudées. La matière expulsée n'est plus projetée contre l'outillage et il n'y a plus lieu de l'enlever ou de l'éliminer par d'autres moyens. La matière expulsée est recueillie dans le récipient qui contient le liquide et elle peut etre récupérée. Les vapeurs et les fumées sont recueillies dans le liquide et en sont éliminées au moyen d'un filtre, ce qui élimine la nécessité d'un dispositif de ventilation. Par ailleurs, le brûlage dû à l'arc est réduit. Le mode de réalisation qui sera décrit comporte une électrode fixe inférieure et un récipient contenant un liquide, mobile entre une positien d'immersian et une position d'exposition de l'électrode inférieure de manière que le souffle de percussion produit par une électrode supérieure mobile sur l'électrode inférieure puisse être absorbé par un dispositif rigide de montage fixe de l'électrode inférieure et que la commutation de courant sur l'électrode inférieure soit facilitée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se- ront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels : La fig. 1 est une vue en plan et en coupe partielle d'une soudeuse à percussion selon l'invention, la fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 et montre le récipient à liquide en position relevée pour effectuer l'immersion, La fig. 3 est une coupe du récipient à liquide suivant la ligne 3-3 de la fig. 1, et La fig. 4 est une courbe du niveau sonore en décibels, en fonction de la profondeur d'immersion. La fig. 1 représente donc une soudeuse à percussion selon l'invention. Un ensemble d'électrode supérieure mobile, désigné globalement par 2, comporte une pince 4 et un collier 6 destinés i monter une première pièce, par exemple un contact électrique 8 qui doit être soudé. Une seconde pièce à souder, par exemple une borne électrique 10, est montée sur un ensemble 12 d'électrode inférieure fixe comprenant un outil de serrage 14 et une colonnette as électrode 16. L'ensemble d'électrode supérieure 2 est bien connu, il n'est représente que schématiquement sur la fig. 1 et son fonctionnement sera maintenant décrit. Un cyclindre pneumatique 18 de tete de soudage permet d'élever et d'abaisser l'électrode 2. L'électrode inférieure 12 est à la masse et un circuit approprié, non représenté, est connecté à l'électrode supérieure 2 de manière que, lorsque les pièces 8 et 10-se touchent, un circuit électrique soit fermé par lequel, un transformateur par exemple est mis sous tension, présentant les paramètres mentionnés cidessus pour le soudage par percussion. Un bossage d'amorçage d'arc 20 > de dimensions exagérées à titre d'illustration, est formé sur la pièce 8 ou sur la pièce 10.Selon la fig. 1, lorsque la pièce 8 touche Je bossage 20 formé sur la pièce 10, le circuit est fermé et le bossage d'amorçage explose car il ne peut laisser passer le courant intense auquel il est soumis. Le petit intervalle formé entre les pièces 8 et 10 est rapidement fermé quand l'arc est amorcé sur leurs surfaces, sous l'effet d'un dispositif d'appui produisant un soufflage par percussion. Dans le présent mode de réalisation, une force d'appui magnétique est utilisée, au moyen d'un arbre 22 à accouplement libre qui coopère avec un commutateur de limite 24 pour exciter des enroulements 26 autour d'une culasse magnétique 28 pendant le mouvement de descente de l'électrode 2, afin que l'armature 30 soit attirée et produise le bref choc de percussion nécessaire. L'électrode supérieure peut comporter une partie filetée 29 et un écrou 31 permettant de régler la hauteur du collier et de la pince. L'électrode inférieure 12 est montée rigidement au moyen d'un support 32 sur le dessus 34 d'une table 36 comportant un dispositif de réglage gauche-droite 38 et un dispositif de réglage d'entre-sortie 40 permettant d'aligner la pièce 10 avec la pièce 8. Un collier annulaire 42 du type à garniture est monté près du sommet de la colonnette d'électrode 16, sous la pince 14, et il supporte de façon étanche l'extrémité supérieure d'un soufflet de caoutchouc 44. Le soufflet entoure concentriquement la colonnette d'électrode 16 et il est flexible verti calement, à la manière d'un accordéon.L'extrémité inférieure du soufflet 44 est fixe nerra#tiquement autour d'un manchon annulaire 46 cui entoure concentriquement la colonnette dlé- électrode tt clisse verticalement sur elle. Un récipient rectangulaire 48 est ouvert à sa partie su r,~rieure et comporte une paroi inférieure 48a avec une ouverture centrale circulaire au-dessus de laquelle est fixé un manchon cylindrique 48b, fixé rigidement et hermétiquement autour de l'extrémite inférieure du soufflet, sur le manchon 46. Le récipient peut être rempli d'un liquide, par exemple de l'eau, qui est maintenu à un niveau constant par une purge 50 et un réservoir de débordement 52. Une entrée 54 peut aussi être prévue pour faire circuler le liquide dans le récipient Bien qu'un soufflet-en caoutchouc soit indiqué ci-dessus, il est évident que d'autres types de dispositifs d'étanchéité puissent convenir pour maintenir le-liquide dans le récipient. La fig. 1 représente le récipient dans sa position abaissée reposant sur des supports 56 et 58 de la table, avec le soufflet 44 en état d'allongement. Un cyclindre pneumatique 60 permet de soulever le récipient jusqu'à la position de la fig. 2, dans laquelle le soufflet est contracté et la pièce 1Q est plon- gée dans le liquide. Un cor.amwtateur 62 de position supérieure peut être prévu et le support 56 peut contenir un commutateur de position inférie# chacun de ces conmutateurs étant connecté au circuits de l'ensemble d'électrode 2 afin de coordonner le fonctionnement de la soudeuse. Un couvercle 64 contre les éclaboussures peut être placé sur l'ensemble d'électrode 2 afin de recouvrir le récipient pendant l'opération de soudage. La soudeuse décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante : le récipient est soulevé jusqu'à ce que la pièce 10 soit plongée dans 5 à 7,5 cm d'eau; l'ensemble dtélectrode supérieure est descendu et la soudure est effectuée sous l'eau. il s'est avéré que l'invention apporte une réduction notable du niveau de bruit, en présentant des caractéristiques d'af faiblissement soahaitables. La fig. 4 résume graphiquement des résultats obtenus au cours d'essais effectués avec un appareil de mesure de niveau de bruit Bruel et Kjaer, modèle 2204. Les mesures ont été faites à l'échelle C en utilisant la possibilité de maintien de crête. Le microphone se trouvait à 60 cm du point de contact des pièces 8-et 10, aussi -près que possible des oreilles de l'opérateur, sans pour autant gêner son travail. Les mesures faites sur les pièces dans l'air donnaient environ 127,5 dB. Les mesures faites sur les pièces à différentes profondeurs, avec et sans couvercle, sont tracées sur la courbe. il semble que-les niveaux de bruit plus élevés avec le couvercle que sans couvercle sont dus à l'élément supplémentaire de vibrations entre le couvercle et le récipient 48, et dont la réduction pourrait être facilitée en utilisant un couvercle plus lourd pour éliminer les cliquetis et obtenir éventuellement un affaiblissement plus grand du niveau de bruit. litais si un couvercle contre les éclaboussures doit être utilisé, il est préférable qu'il soit léger car il. semble plus sar, par exemple pour réduire au minimum ou éviter les blessures St la main d'un utilisateur placé par inadvertance dans la région entre le couvercle et le réservoir car, même avec le couvercle léger, le niveau de bruit a été réduit bien au-dessous des critères de sécurité proposés, comme le montre la courbe de la fig. 4. il apparaît également que l'invention apporte un moyen simple de contrôler avec précision les projections avec, comme corollaire, l'amélioration de l'homogénéité et de la solidité de la soudure. Il est souhaitable de souder toute la surface inférieure de la pièce 8 sur toute la surface supérieure de la pièce 10 sans aucun intervalle entre ces pièces. Ceci peut être assuré Si la bavure sort des bords sur tout le périmètre du joint entre les pièces, assurant ainsi que les pièces sont soudées sur toute la longueur des bords. Cependant, il est également souhaitable que l'outillage, les pièces, etc. soient maintenus propreset exempts de projections excessives.L'invention permet d'obtenir ces deux résultats, jusqu'à présent incompatibles. il s'est avéré que les projections sont considérablement réduites, juste sous forme d'une légère bavure sur le bord des pièces, ce qui est souhaitable. En outre, il apparaît que les projections ne rencontrent plus l'outillage ou les pièces. Un autre avantage de l'invention est la possibilité de récupérer la matière expulsée au fond du récipient, pour son recyclage ultérieur. L'invention élimine la nécessité d'un dispositif de ventilation car il est apparu que les vapeurs et les fumées sont re cueillies dans l'eau qui peut ensuite être filtrée au moyen d'un filtre à à eau. Il est oralement apparu que le brûlage dû à l'arc est réduit. Par exemple si l'invention s'applique au soudage d'un contact de AgOdQ d'un. diamètre de 15 mm sur une borne de cuivre d'une épaisseur de 2 mm, la quantité de matière brulée par l'arc est réduite de 0,075 à 0,1 nm. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et à l'appareil décrits à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre de l'inven tion. RE'VENDICATIû ISS 1 - Appareil de soudage par percussion, caractérisé en ce qu'il comporte deux électrodes destinées St supporter les pièces à souder ensemble, l'une desdites pièces comportant un petit bossage destine a amorcer un arc, un dispositif destiné St amener lesdites pièces l'une contre l'autre jusqu'# ce que ledit bossage d'amorçage d'arc touche l'autre desdites pièces, un courant électrique intense circulant alors par ledit bossage d'amorçage d'arc afin qu'il explose et se vaporise, et qu'un arc soit amorcé entre les surfaces en regard desdites pièces, ledit appareil comportant également un dispositif qui applique une force d'appui qui pousse l'une contre l'autre les surfaces en regard pour souder lesdites pièces,#un récipient pour un liquide et un dispositif destiné à plonger lesdites pièces dans ledit liquide de manière qu'elles y soient submergées, en contact intime avec lui, pendant l'explosion et la vaporisation dudit bossage d'amorçage d'arc. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites deux électrodes comprennent une électrode inférieure et une électrode supérieure mobile verticalement pour s'approcher et s'écarter de l'électrode inférieure, ledit récipient étant ouvert dans sa partie supérieure et comportant une paroi inférieure avec une ouverture par laquelle passe ladite électrode inférieure, ledit dispositif destiné à immerger lesdites pièces produisant un mouvement vertical relatif entre ladite électrode inférieure et ledit récipient de manière que, dans une première position, la pièce supportée par ladite électrode inférieure soit plongée dans ledit liquide et que, dans une seconde position, ladite pièce supportée par ladite électrode inférieure soit au-dessus du niveau dudit liquide. 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite électrode inférieure est fixe, ledit dispositif des tiné à plonger lesdites pièces soulevant et abaissant ledit récipient de manière que ladite pièce supportée par ladite électrode inférieure soit plongée dans ledit liquide quand ledit récipient se trouve en position haute et que ladite pièce supportée par ladite électrode inférieure soit au-dessus du li quide quand ledit récipient se trouve en position basse. 4 - Appareil selon la revendication 2 ou 3, car#ctérise, an ce qu'il comporte ilil dispositif d'étanchéité au liquide disposé entre ladite électrode inférieure et la partie de ladite paroi inférieure dudit récipient aelil.itant ladite ouverture de ma- nière que ledit liquide soit retenu dans ledit récipient. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif d'étanchéité consiste en un soufflet allongé en caoutchouc qui entoure concentriquement une partie de ladite électrode inférieure, ledit soufflet tant fixé de manière étanche par son extrémité supérieure sur une section inter édiaire de ladite électrode inférieure, et fi de façon étanche par son egtrérilite inférieure sur ladite partie de la paroi inférieure dudit récipient qui délimite ladite ouverture, ledit soufflet étant allongé ou contracté à la manière d'un accordéon en fonction dudit mouvement relatif vertical. 6 - Appareil selon l'une quelconque des revendication 2 à 5, caractérisé en ce que ladite électrode inférieure consiste en une pièce cylindrique allongée, un-support annulaire coulissant autour de ladite électrode inférieure et étant monté de façon étanche sur ladite partie de ladite paroi inférieure dudit reci- pient qui délimite ladite ouverture. 7 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit récipient comporte un tube de aé- bordement dans une de ses parois latérales, destiné à maintenir un niveau constant du liquide dans ledit récipient, ledit reci- pient comportant en outre un tube d'entre destiné a amener un liquide dans ledit récipient 8 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif destiné a plonger lesdites pièces comporte un dispositif mécanique de commande qui exerce une force vers le haut sur ledit récipient, et pouvant etre commandé de manière à abaisser ledit récipient sous l'influence de son poids, 9 - Appareil selon la revendication S, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande consiste en un vérin pneumatique. 10 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une table de montage avec un dessus sur lequel ladite électrode inférieure est montée rigidement et sur lequel plusieurs supports sont montés de rizaniere à supporter le dit récipient dans ladite position basse, un dispositif de réglage étant en outre prévu pour déplacer lat ralement ledit dessus de table vers la gauche et vers la droite, ainsi que vers l'avant et vers l'arrière par rapport à ladite table de ontae, de manière St aligner verticalement lesdites électrodes. Il - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un couvercle contre les éclaboussures qui coopère avec ledit récipient de manière à le recouvrir pendant ladite explosion et la vaporisation dudit bossage 12 i# - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit liquide qui se trouve dans le récipient est de l'eau. 13 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'une desdites pièces est supportée par ladite électrcde,#cette pièce étant constituée par une matière non soudable, telle que l'oxyde d'argent et de cadmium AgOdO. 14 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé an ce que lesdites pièces sont plongées à une profondeur d.'au moins 6 mm, de manière que la pression acoustique de crête produite par ladite explosion et ladite vaporisation soit inférieure à 120 décibels en un point extérieur audit li- quide, espacé d'environ 0,9 m desdites pièces. 15 - Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdites pièces sont plongées à une profondeur d'au moins 25 mm de manière que la pression acoustique de crête soit inférieure à 110 décibels. 16 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récipient contient un liquide afin que la- matière fondue sous la forme d'une bavure due a ladite explosion et à ladite vaporisation du bossage d'amorçage d'arc ne soit expulsée que légèrement. au-delà des bords péripheriques desdites surfaces en regard. 17 - Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit liquide est tel qu'il solidifie les projections et les recueille dans ledit récipient en vue de leur réutilisation ultérieure, ledit liquide évitant l'adhérence desdites projections sur lesdites électrodes. 18 - Appareil selon la revendication 1, caractérise en ce que ledit récipient contient un liquide qui recueille les vapeurs et les ftuqécs produites par ladite explosion et ladite vaporisation. 19 - Procédé de soudage par percussion, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à disposer deux pièces St souder dont l'une comporte un petit bossage d'amorçage d'arc, à disposer deux électrodes qui supportent lesdites pièces, à amener lesdites électrodes l'une vers l'autre de manière que ledit bossage d'amorçage d'arc touche l'autre desdites pièces, à faire passer un courant intense par ledit bossage d'amorçage d'arc de manière qu'il explose et se vaporise et qu'un arc soit amorcé entre les surfaces en regard desdites pièces, et St rapprocher lesdites électrodes l'une de l'autre de manière que lesdites surfaces en regard se touchent afin de terminer le soudage desdites pièces, lesdites pièces étant plongées dans un liquide de manière qu'elles soient en contact intime avec lui au moment de ltex- plosion et de la vaporisation dudit bossage d'amorçage d'arc. 20 - Pièces soudées ensemble, caractérisées en ce qu'elles ont été soudées au moyen d'un appareil selon l'une quelconq#e des revendications 1 à 18, ou selon le procédé de la revendication 19.