Brevet FR2472826A1 — publié le 19810703

1. PROCEDE POUR CONFECTIONNER UN CONTACT ELECTRIQUE COMPOSITE SOUDE IN SITU SUR UN SUPPORT METALLIQUE, ET DISPOSITIF CORRESPONDANT. La présente invention concerne un procédé pour con- fectionner un contact électrique composite qui se trouve soudé in situ sur un support métallique. L'invention concerne éga- lement un dispositif utilisé de préférence pour appliquer ce procédé. Le contact électrique réalisé selon l'invention est un contact électrique composite comportant une pièce de con- tact et une embase, ces deux parties étant soudées l'une à l'autre par pression à froid, à l'endroit de leurs surfaces en regard. La pièce de contact est constituée d'un alliage d'argent ayant subi une oxydation interne et une dispersion dans des oxydes de métaux tels que Cd, Sn, Zn, Fe, In, Bi, ou constituée d'alliages d'argent préparés par frittage, et con- tenant des carbures métalliques, tels que le carbure de tungs- tène et du carbone, notamment sous forme de graphite. Cette pièce de contact n'est pas soudable à d'autres métaux par un procédé de soudage ponctuel par résistance, mais peut être soudée par un procédé de soudage à froid. D'autre part, l'em- base est en argent, en alliage d'argent, en cuivre ou en al- liage de cuivre, matériaux qui sont soudables à froid, qui présentent une résistance de contact élevée et une résistance spécifique élevée, mais qui ne produisent aucune couche d'oxy- dation sur leurs surfaces soudées. Pour utiliser le contact électrique composite du gen- re défini plus haut, on le monte souvent sur un support métal- lique en cuivre, en alliages de cuivre, ou en alliage ferreux tel que de l'acier inoxydable ou de l'acier à ressort. Or les procédés connus pour confectionner un tel contact, et pour le souder sur son support métallique, présentent un certain nom- bre de difficultés, si bien que ces procédés ne sont employés que d'une manière limitée. Notamment, pour pouvoir souder correctement le con- tact électrique composite sur son support métallique, il est actuellement nécessaire de faire subir un recuit préalable à ce contact, dans une opération entièrement différente et indé- 2. pendante de l'opération de soudage. Ceci ne permet pas de conserver à chaque contact l'état de fraîcheur et de propreté parfaites qu'il avait au moment de sa fabrication, car il se trouve mêlé à une masse d'autres contacts. En outre, il est particulièrement difficile, voire impossible, de distinguer entre la pièce de contact et l'embase de chaque contact, dans une telle masse de contacts mêlés ensemble. Et il faut un o- pérateur d'une très grande précision manuelle, pour prendre un par un ces contacts de dimensions réduites, et pour fixer chaque contact, par soudage ponctuel par résistance ou par pro- jection, exactement à l'endroit voulu sur le support métalli- que, sans risque de permutation fâcheuse entre la pièce de contact et l'embase. Sans être impossible, une telle opération est difficilement applicable à une production en grande série. C'est pourquoi on emploie souvent pour ce faire un ruban de présentation pour les pièces à souder, mais ce pro- cédé est peu économique, car il implique une perte de matières onéreuses. On connaît aussi un autre procédé, consistant à utiliser un contact composite analogue à un rivet, pour en faire passer l'embase dans un trou du support métallique, et pour écraser ensuite cette embase, afin de river le contact sur son support. Mais ce procédé d'assemblage est relativement onéreux, avec cet inconvénient que la partie écrasée de l'emba- se augmente l'épaisseur de l'ensemble du contact monté. -Le but de l'invention est d'éviter les difficultés et inconvénients que l'on vient d'exposer à propos des procé- dés connus, pour proposer un nouveau procédé permettant de souder, de manière efficace sur une plaque métallique, un con- tact composite du genre défini ci-dessus, en effectuant d'un seul coup plusieurs opérations successives, et pour proposer en même temps un dispositif approprié pour appliquer ce pro- cédé. D'autres particularités et avantages intéressants de l'invention ressortiront de la description présentée ci - après. On peut résumer comme suit le procédé conforme à l'invention. On prend un tronçon de fil de faible longueur pour réaliser la pièce de contact du contact composite, et un 3. autre tronçon de faible longueur d'un autre fil pour réaliser l'embase. On aligne de manière coaxiale les deux tronçons, et on les soumet à un effet de compression dans le sens axial, pour souder ensemble à froid leurs extrémités ainsi mises bout à bout. Le contact composite ainsi confectionné se trouve alors immédiatement amené en une position précise, au - dessus d'une plaquette métallique destinée à constituer son support, sans avoir été soumis à aucun autre traitement nota- ble après ce soudage à froid, et sans avoir été recuit. Le contact composite et sa plaque support se trouvent alors ser- rés entre deux électrodes, pour être assemblés par soudage ponctuel par résistance, sous l'effet de la chaleur dégagée par le passage d'un courant entre les deux électrodes. Pour réaliser correctement l'invention, il est essentiel qu'une partie importante du contact composite, et ceci concerne spécialement ses surfaces mises bout à bout et soudées à froid, se trouve maintenue et immobilisée par l'une des électrodes. Sous l'effet de ce maintien par l'électrode, en combinaison avec l'échauffement et la compression, on fait disparaître les contraintes internes subsistant dans le contact après le sou- dage à froid, et on améliore la cohésion de l'assemblage de la pièce de contact sur l'embase. En outre, ce maintien assuré par l'une des électrodes dans les conditions indiquées, pro- duit un effet de recuit sur l'ensemble du contact conpVoite, dont la mise en forme ultérieure se trouve ainsi facilitée, éventuellement. En outre, le soudage ponctuel par résistance du con- tact sur son support métallique assuré conformément à l'inven- tion permet d'éviter toute déformation du support, et en parti- culier la voile du support. Grâce à cette absence de défor- mation du support, on peut réaliser avec précision, dans la bande continue utilisée pour ce faire, le découpage de chaque plaquette support sur laquelle un contact vient d'être soudé. D'une manière avantageuse, on réalise des aspérités dans la surface de l'embase à souder contre la surface asso- ciée de la pièce de contact.Ces aspérités augmentent la dure- té de la surface en question et donc son aptitude au soudage avec d'autres métaux. 4. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un mode de réalisation préféré, présenté ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Les figures 1 à 10 sont des schémas explicatifs, la plupart en coupe, d'une série de dispositifs utilisés pour réa- liser le procédé conforme à l'invention. Un poinçon 1 qui constitue également une électrode supérieure, présente une partie antérieure faite au carbure de tungstène, ou en une substance analogue. Ledit poinçon est per- cé de part en part d'un trou axial 5, et comporte à son extré- mité antérieure 2 une cavité 4 présentant une configuration qui correspondant à celle de la pastille de contact du contact é- lectrique à fabriquer. Le poinçon comporte en outre un système de serrage 6, permettant de maintenir bloqué ou de libérer par rapport au poinçon, un-fil 5 de matériau destiné à confec- tionner la pastille de contact. Des moyens sont prévus pour faire avancer par intermittence le fil 5 dans le trou 3 sui- vant une distance prédéterminée. Un contre-poinçon 7 est dis- posé en regard du poinçon 1 et présente un trou 8 coaxial avec le trou 3 qui traverse le poinçon 1. Dans le trou 8 est montée à coulisse une broche 9, pouvant être animée d'un mouvement al- ternatif dans ce trou. Le poinçon 1 peut être amené en position de fonctionnement o son extrémité se trouve prête à venir en appui sur le contre-poinçon 7. La surface externe supérieure du contre-poinçon 7 et l'extrémité libre de la broche 9 sont rugueuses, et présentent des aspérités 10, 10'. Un dispositif d'alimentation situé à une certaine distance du poinçon 1 et du contre-poinçon 7 permet de faire arriver un fil 11 de matériau destiné à réaliser l'embase du contact électrique composite à réaliser. L'axe de ce disposi- tif d'alimentation est parallèle à l'axe commun du poinçon 1 et du contre-poinçon 7. Le fil Il avance de manière intermit- tente, sous l'action d'une paire de galets 12, pour s'engager dans un support tubulaire de coupe 13, et venir s'immobiliser contre une butée 14. L'extrémité libre de cette butée 14 se trouve au même niveau que la surface externe 10 du contre - poinçon 7. Le repère 15 désigne un couteau dont une bordure 5. supérieure peut coulisser contre la bordure inférieure du support tubulaire de coupe 13, afin de sectionner une lon- gueur voulue du fil 11. Le couteau comporte également des moyens pour pincer et retenir le tronçon de fil I1' ainsi sectionné, et amène alors ce tronçon 11' de faible longueur dans un intervalle ménagé entre le poinçon 1 et le contre - poinçon 7, comme schématisé en traits mixtes sur la figure 1. Grâce au système que l'on vient de décrire, cons- titué par le dispositif d'alimentation servant à amener le fil 11, et par le poinçon et le contre-poinçon, le fil 5 du matériau destiné à réaliser la pastille de contact du contact électrique composite, et le tronçon de fil l'. de faible lon- gueur prévu pour constituer l'embase dudit contact, se trou- vent alignés sur le même axe, dans l'intervalle ménagé entre le poinçon 1 et le contre-poinçon 7, comme schématisé sur la figure 1. Une fois ces éléments amenés dans cette position d'alignement, le fil 5 se trouve immobilisé par rapport au poinçon 1 sous l'action du système de serrage 6. Ensuite, comme représenté sur la figure 2, on fait avancer le poinçon 1 vers le contre-poinçon 7, tout en poussant la broche coulis- sante 9 du contre-poinçon vers le poinçon, et en faisant reve- nir le couteau 15 à sa position initiale. L'extrémité antérieure du fil 5, immobilisée par rapport au poinçon 1 sous l'action du système de serrage 6, et le tronçon de fil 11' de faible longueur se trouvent com- primés entre le poinçon 1 d'une part, et le contre-poinçon 7 et sa broche coulissante 9 d'autre part. Ils subissent de ce fait une déformation plastique importante suivant leur surface d'appui commune 16 et sont ainsi soudés à froid l'un sur l'autre, afin de confectionner un contact électrique com- posite 5'. On notera que ce contact présente une rugosité sur sa surface inférieure. Ensuite, le poinçon 1, portant le fil 5 dont l'extrémité antérieure est déformée pour consti- tuer le contact électrique composite 5', se trouve légèrement soulevé vers le haut de la figure. Sur la figure 3, la réfé- rence 17 désigne une électrode inférieure sur laquelle passe en mouvement discontinu une bande métallique 19 destinée à réaliser des supports et présentant des trous de fixation 18 pour monter chaque support sur un appareil électrique. On met en regard (figure 3) le poinçon 1 portant le contact 5'. et constituant une électrode supérieure, et l'électrode inférieure 17 sur laquelle-est disposée la bande métallique 19 des supports. On abaisse le poinçon vers la bande 19, pour que le contact électrique composite 5' porté par le poinçon 1 se trouve appliqué par sa surface inférieure rugueuse sur la bandé métallique 19 des supports, en un en- droit voulu de cette bande. Le poinçon 1 et l'électrode infé- rieure 17 subissent alors un effort de compression, de l'or- dre de 18 kg par exemple, accompagné par le passage d'un courant électrique de 5.000 A environ, si bien que l'échauffe- ment provoqué par la résistance de contact entre l'embase il' du contact composite 5' et la bande métallique 19 des supports assure le soudage du contact composite 5' sur la bande 19. En même temps, le contact électrique composite 5' maintenu rigi- dement dans la cavité 4 du poinçon 1 depuis son soudage à froid, subi l'effet combiné de cette compression et de cet échauffement par résistance, ce qui permet de faire disparaî- tre les contraintes résiduelles résultant du soudage à froid dans la zone de la surface commune il', et d'assurer un effet de recuit sur l'ensemble du contact. Les repères 20, 20 désignent une paire de couteaux animés d'un mouveau alternatif d'avance et de recul par rap- port au fil 5, pour trancher le fil 5 et en séparer le con- tact composite 5'. Une fois assuré le soudage par résistance du con- tact électrique composite 5' sur la bande métallique 19 des supports, le système de serrage 6 servant à immobiliser le fil dans le poinçon est amené en position de desserrage pour libérer le fil. On soulève alors légèrement le poinçon 1, com- me représenté sur la figure 4, tout en faisant avancer l'un vers l'autre les deux couteaux 20, 20, qui viennent porter en haut du contact 5', pour le séparer du fil 5. Le système de serrage 6 revient en position de blocage, pour immobiliser à nouveau le fil dans le poinçon (figure 6), et on ramène les couteaux 20 en position de retrait, avant de faire redescendre 7. le poinçon 1 pour retrouver la position originale du dispo- sitif, telle que représentée sur la figure 1. La bande métallique 19 des supports, sur laquelle on vient de fixer par soudage le contact composite 5' avance jusqu'à une enclume inférieure 22, disposée en regard d'un poinçon supérieur 21 sur lequel est ménagée une cavité 23 dont la forme correspond à la forme définitive du contact. Alors, comme représenté sur la figure 7, on abaisse le poin- çon supérieur 21 pour comprimer le contact 5' et la bande 19 sur l'enclume 22, et assurer la mise-en forme du contact, comme représenté sur la figure 8. Cette opération de mise en forme s'effectue facilement et de manière précise, car le contact se trouve alors à l'état recuit par suite de son traitement antérieur. On découpe ensuite la bande métallique 19, au moyen d'un outil de découpage 24, pour réaliser des plaquettes porte-contacts, comme représenté sur les figures 9 et 10. Le repère 25 (figure 10) désigne une cavité ménagée à l'extré- mité libre de l'outil de découpage 24, pour éviter de briser le contact 5', 11', lorsque l'outil vient porter sur la bande 19. 8. 2^472826 REVENDICATIONS 1. Procédé pour confectionner un contact électrique com- posite qui comporte une pastille de contact constituée de substances métalliques telles que des alliages à base d'argent ayant subi une oxydation interne en dispersion dans des oxydes de métaux tels que le cadmium, l'étain, le zinc, le fer, l'in- dium, et d'autres oxydes ou a. l1iages à base d'argent préparés métali.ques tel que Ie carbure par frittage et contenant des carbures/de tungstène et du car- bone, notamment sous forme de graphite, substances qui ne sont pas justiciables d'un soudage ponctuel par résistance, mais peuvent être soudées à froid; ledit contact comportant une embase fixée à ladite pastille par soudage à froid, cette embase étant constituée de substances métalliques telles que notamment l'argent et ses alliages, et le cuivre et ses alliages, subs- tances qui sont soudables à froid et qui présentent une résis- tance de contact élevée et une résistance spécifique élevée, mais ne produisent aucune couche d'oxydation sur leurs surfaces soudées; ledit contact électrique composite étant fixé par soudage sur un support confectionné en un métal tel que notam- ment le cuivre et ses alliages, et les alliages ferreux, et cette fixation par soudage s'effectuant in situ à l'endroit o ledit contact se trouve confectionné; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les phases opératoires sui- vantes: on constitue le contact composite (5') en disposant un fil (5) à base de substances métalliques pour réaliser la pastille de contact dans l'alignement coaxial d'un autre fil (11) à base de substances métalliques pour réaliser l'embase; on assemble par soudage à froid les extrémités mises bout à bout des deux fils, en exerçant un effort de compression dans le sens axial sur les fils (5,11), pour assurer un épanouisse- ment de ces extrémités et les fixer ainsi l'une à l'autre: on met en place ledit contact composite (5') sur le support métallique (19) de manière à appliquer l'embase du contact en un endroit voulu de ce support métallique (19) immédiate- ment après le soudage à froid, et sans avoir fait subir au contact aucun traitement préalable tel qu'un recuit, sauf éventuellement une mise en forme préalable; on met en place ledit contact composite placé sur son support métallique entre 9. deux électrodes (1, 17) dans lesquelles peut passer un courant de soudage, et on soude par résistance le contact sur son sup- port métallique (19); les deux électrodes assurant le maintien sous pression du contact composite (5') sur son support, et l'une des électrodes (1) maintenant rigidement en place une partie importante du contact composite (5'), et en particulier ses extrémités déjà soudées bout à bout; l'échauffement provo- qué par résistance entre les électrodes par le passage du cou- rant qui assure le soudage du contact sur son support métalli- que (19) permettant de faire disparaître les contraintes rési- duelles, au voisinage desdites extrémités précédemment soudées à froid bout à bout, l'une sur l'autre, et d'obtenir un effet de recuit dans l'ensemble du contact. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique axialement aux fils (5, 11), pour souder bout à bout leurs extrémités à froid, une pression suffisante pour produire une surface inférieure rugueuse sur l'embase du con- tact; et en ce que la pression appliquée au contact par les électrodes est suffisante pour déformer la rugosité de ladite surface. 3. Dispositif pour confectionner un contact électrique composite et pour souder par résistance ledit contact in situ sur un support métallique, caractérisé en ce qu'il comporte un poinçon (1) qui peut constituer également une électrode, et un contre-poinçon (7) aligné de manière coaxiale avec le poin- çon et écarté d'un certain intervalle par rapport à celui-ci; au moins l'un de ces deux éléments étant mobile pour venir en une position de fonctionnement, o les surfaces en regard du poinçon et du contre-poinçon sont presque bout à bout; le poinçon (1) étant traversé par un trou axial (3) dans lequel passe un premier fil (5) prévu pour réaliser l'une des parties du contact composite, et comportant des moyens de serrage (6) pour immobiliser ce premier fil de manière amovible par rapport au poinçon; le contre-poinçon (7) étant muni d'une broche cou- lissante (9) qui peut être soulevée jusqu'au niveau de la surface supérieure du contre-poinçon, lorsque celui-ci se trou- ve en position de fonctionnement; des moyens d'alimentation (12) étant prévus pour amener dans le dispositif un second fil (11) prévu pour réaliser une autre partie du contact composite 10. (5'), et pour faire arriver ce fil dans l'intervalle ménagé entre le poinçon (1) et le contre-poinçon (7), dans l'aligne- ment axial du premier fil (5); les deux fils (5,11) se trouvant soudés à froid l'un à l'autre par leurs extrémités disposées bout à bout, sous l'action du poinçon (1), du contre-poinçon de (7) et de la broche (9)/celui-ci, lorsque ces-organes se trou- vent amenés en position de fonctionnement; le dispositif com- portant par ailleurs une autre électrode (17), disposée axiale- ment en regard d'une seconde position du poinçon, o celui-ci parvient à partir de sa première position en regard du contre- poinçon, cette autre électrode (17) coopérant avec le poinçon (1) pour souder par résistance sur son support métallique le contact composite (5') maintenu rigidement en position dans le poinçon (1). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contre-poinçon (7) et sa broche coulissante (9) pré- sentent l'un et l'-autre une surface externe rugueuse.