Brevet FR2482493A1 — publié le 19811120

Z482493 La présente invention se rapporte à un procédé pour réaliser des liaisons galvaniques entre une pièce isolée et des électrodes de soudage et pour sou- der ensuite cette pièce, l'une au moins des électrodes comportant une boucle de chauffage qui va jusqu'à la zone d'action de l'électrode et en revient et qui permet une phase de chauffage ou d'élimination de l'isolant pendant laquelle on applique une différence de potentiels à ladite boucle, l'inven- tion comprenant également un agencement d'électrodes pour la mise en oeuvre de ce procédé et les applications qui en découlent. Par les demandesjaponaises publiées no 45 15 856 et 49 3 380, il est connu de pourvoir certaines électrodes d'un circuit ou d'une boucle dans laquelle, avant le soudage, on fait passer un courant de chauffage. En dimi- nuant la section des conducteurs de la boucle dans la zone de chauffage, on augmente de manière correspondante la résistance ohmique dans cette zone, afin d'assurer les dégagements de chaleur nécessaires pour le chauffage. Le problème qui se pose dans cette technique, qui par ailleurs est avantageux du fait de l'utilisation des mêmes conducteurs pour la circulation du courant de chauffage et pour celle du courant de soudage, est que par suite de la réduction de la section du conducteur (pour l'opération de chauffage), il se produit aussi pendant l'opération de soudage, un échauffement indésirable. Le mgme phénomène se produit aussi avec l'électrode qui est l'objet du brevet de la République Démocratique Allemande n0 130 722. La présente invention s'est fixé pour but de remédier à l'inconvénient ci-dessus et d'éviter ainsi un échauffement intolérable des électrodes pen- dant la phase de soudage dans un procédé du type spécifié ci-dessus. L'inven- tion atteint ce résultat en ce que l'on applique, pendant le soudage, un même potentiel aux branches d'arrivée et de retour de la boucle, en le con- nectant ainsi comme des conducteurs de courant de soudage en parallèle. De ce fait, il devient aussi possible de procéder, dans la zone d'action de l'électrode, à une mesure de la température qui est dans une large mesure significative en ce qui concerne le soudage auquel on procède et qui corres- pond à la résistance interfaciale entre l'électrode et la pièce soudée, du fait que cette électrode, étant donné que sa masse est relativement faible, ne s'échauf f e que légèrement au cours de l'opération de soudage du fait de sa résistance ohmique propre. De préférence, après avoir ainsi mesuré la tempé- rature, on procède à une commutation de la phase de chauffage à la phase de soudage et/ou on commande ou on règle, en se basant sur la mesure de température mentionnée, le déroulement des opérations de chauffage et/ou de soudage. L'agencement d'électrodes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'in- vention est caractérisé en ce qu'au moins une électrode forme une boucle 2482'493 comprenant des branches descendant et remontant de la zone d'action et en ce que des bornes de courant de soudage sont prévues pour les deux conducteurs. De préférence, l'électrode présente, le long d'une partie de sa zone d'action, une résistance ohmique supérieure pour le courant de chauffage, tandis que les deux parties situées de part et d'autre de la zone d'action ont une résistance ohmique plus basse, de sorte que le courant de soudage passe, de préférence, par les parties ayant une résistance ohmique relative- ment basse. On est ainsi assuré que le courant de chauffage ne circule que dans une faible mesure dans la partie prévue avec une résistance ohmique su- périeure pour l'opération de chauffage, c'est-à-dire que la majeure partie de ce courant est déviée à droite et à gauche de cette zone vers la pièce. On obtient une forme de réalisation relativement simple d'une électrode pour la mise en oeuvre du procédé mentionné en lui donnant une forme en U. De préférence, elle est réalisée de telle sorte que la base de V'U forme la zone d'action et présente, à sa partie centrale, une section réduite flanquée de sections latérales plus grandes. La réduction de l'échauffement de l'électrode dans sa zone d'action pendant la procédure de soudage offre la possibilité de prévoir à proximité immédiate de cette zone d'action, un thermocapteur dont le signal de sortie, en particulier pendant la phase de soudage, est représenta- tif du déroulement de cette procédure et qui est beaucoup moins représentatif de l'échauffement de l'électrode conditionne simplement par le courant de soudage. L'agencement mentionné convient plus particulièrement pour le soudage par points ou en about, en particulier pour le soudage de micro-points ou en micro-about et également en combinaison avec l'exécution de soudures tendres, en particulier de micro-soudures. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre,-donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure I est une représentation schématique de deux électrodes de soudage en about traditionnelles avec indication du courant de soudage; - la figure 2 est une représentation analogue à la figure I se rap- portant à des électrodes de soudage par points; - la figure 3 est une représentation schématique d'une électrode selon l'invention et qui montre également une contre-électrode selon l'inven- tion pour le soudage par points; -la figure 4 est unereprésentation schématique analogue à la figure 3 montrant des électrodes de soudage en about conformes à l'invention; - la figure 5 est une vue en perspective de deux électrodes de soudage par points selon l'invention - la figure 6 est une vue en perspective de deux électrodes de soudage en about selon l'invention; - la figure 7 est une vue en perspective d'une électrode préférée; - la figure 8 est un schéma de montage de deux électrodes de soudage par points ou en about selon l'invention comportant chacune son générateur de courant de chauffage et opérant avec un générateur de courant de soudage com- mun; - la figure 9 est-une représentation schématique analogue à la figure 8, montrant un dispositif de mesure de température à l'une des deux électrodes et illustrant la commande correspondante des phases de chauffage et de soudage, - la figure 10 est une représentation schématique de deux électrodes de soudage par points ou en about conformes à l'invention, comportant un géné- rateur de courant de chauffage commun et un générateur de courant de soudage également commun; -la figure Il est un schéma analogue à la figure 10, montrant l'utilisa- tion d'un dispositif de mesure de température à l'une des deux électrodes et illustrant la commande correspondante des phases de chauffage et de soudage et - la figure 12 est une représentation analogue à la figure 10 illus- trant l'utilisation d'un dispositif de mesure du courant de chauffage et la commande correspondante des phases de chauffage et de soudage. En se référant à la figure 1, on voit un montage connu de deux électro- des de soudage la et lb qui, pour la procédure de soudage de deux pièces 3a et 3b devant être reliées l'une à l'autre, établissent un contact galvanique, c'est-à-dire à courant continu avec ces dernières, la pièce 3a pouvant, par exemple, être une piste conductrice apposée sur un substrat 5. Pendant la pro- cédure de soudage, le courant de soudage IS circule en partant de l'une des électrodes la à travers la pièce contactée 3a pour gagner la pièce 3b devant être reliée avant de revenir vers la contre-électrode lb. Lorsque l'une et/ou l'autre des pièces comporte une couche isolante 5a ou 5b, celle-ci doit être enlevée avant de commencer l'opération de soudage afin qu'il soit possible d'établir un contact galvanique avec les deux électrodes la et lb. Sur la figure 2, on a représenté, d'une manière analogue à celle de la figure 1, deux électrodes de soudage par points lc et Id, qui sont respective- ment en contact avec l'une des pièces 3c ou 3d devant être contactées. Sur cette figurerS désigne à nouveau le courant de soudage. Ici également, la présence de la couche isolante 5c ou 5d empêche d'établir une liaison à courant continu entre les deux électrodes le et Id et doit, par conséquent, être éli- 24824 9 minée avant le soudage. En particulier dans la micro-technique, du fait des dimensions extrêmement réduites des pièces, cette technique utilisant par exemple des fils dont les sections ne dépassent pas quelques microns, la suppression de l'isolation pose certains problèmes. En effet, il est parti- quement impossible d'éliminer la couche isolante par voie mécanique sans endom- mager la pièce. D'autre part, l'enlèvement de la couche isolante au moyen d'un solvant doit être exécuté au cours d'une étape antérieure, c'est-à-dire à uw-station éloignée de la station de soudage, ce qui complique considérable- ment le déroulement des opérations. Les figures 3 et 4 illustrent une première variante de réalisation de l'électrode selon l'invention, celle de la figure 3 étant destinée pour le soudage par points et celle de la figure 4 pour le soudage en about. L'élec- trode selon l'invention sera désignée par la suite d'une manière générale par la référence 1, la contre-électrode par 12, ce qui entend indiquer que la contre-électrode peutysoit être analogue à l'électrode selon l'invention (chiffre 1)>ou bien peut avoir une forme traditionnelle (chiffre 2). Dans la forme de réalisation des figures 3 et 4, l'électrode 1 comprend un corps métal- lique creux 7, dont l'une des extrémités est fermée par la zone d'action ou active 9 de l'électrode. Dans la cavité Il est prévue une boucle conductrice 13 qui descend jusqu'à la zone d'action 9 de l'électrode. Dans cette zone d'action 9, la boucle conductrice 13 présente une partie R ayant une résistance ohmique plus grande que celle des branches d'arrivée et de retour i5a et 15b du courant. A l'aide d'un générateur électrique 17, représenté schématiquement, on fait circuler un courant de chauffage IH dans la boucle 13 comprenant les branches d'arrivée et de retour 15a, 15b et la résistance R, ce qui a pour effet de chauffer le corps métallique 7 de l'électrode, en particulier dans la zone d'action 9. La chaleur résultante a pour effet d'éliminer les couches isolantes 19 couvrant les pièces, permettant ainsi d'établir un contact galva- nique entre les deux pièces devant être solidarisées par les électrodes 1 et 12. Lorsque ce contact galvanique a été assuré, c'est-à-dire lorsque les résistances interfaciales ont été suffisamment diminuées, on fait circuler au moyen d'un générateur 21, représenté schématiquement, le courant de soudage iS à partir de l'électrode 1 à travers les deux pièces vers la contre- électrode 12. A la contre-électrode 12, on a représenté en tirets la boucle conductrice 13 et le générateur de courant de chauffage 12 pour indiquer la possibilité que cette contre-électrode 12 soit, elle aussi, réalisée selon l'invention, selon les conditions entre les pièces et l'isolation. La figure 4 illustre un agencement analogue à celui de la figure 3, mais qui est destiné à des électrodes pour le soudage en about. Les figure 5 et 6 sont des vues en perspective d'une autre variante de réalisation préférée de l'électrode selon l'invention, celle de la figure 5 étant conçue pour le soudage par points et celle de la figure 6 pour le soudage en about. Sur le dessin, les deux électrodes sont conformes à l'invention, mais il est à noter que la contre-électrode 12 pourrait tout aussi bien être une élec- trode traditionnelle. L'électrode 1 est divisée par une fente 23 en deux branches qui, selon la direction dans laquelle le courant de chauffage Ia circule, constituent la branche d'arrivée ou la branche de retour 25a ou 25b par rapport à la zone d'ac- tion 27. Dans la zone d'action 27, la fente 23 présente un renfoncement 29 qui a pour conséquence que l'épaisseur de la paroi de la boucle formée par les branches d'arrivée et de retour 25a et 25b et par la zone d'action 27 est plus petite dans cette zone d'action 27 que dans les deux branches 25a et 25b. Au moyen d'un géné- rateur, non représenté, on fait circuler un courant de chauffage IH dans la boucle a, 25b et 27, comme l'indique les flèches, la densité du courant dans les deux branches étant plus faible que dans la zone d'action 27. Ceci a pour résultat qu'au cours de la phase de chauffage, la zone d'action 27, qui est en contact avec l'isolation 31 des pièces, s'échauffe. La chaleur résultante fait fondre l'isolation 31 et la refoule des surfaces prévues pour établir le contact. Après cette phase de chauffage ou de suppression de l'isolation, on applique entre les électrodes 1 et 12 une différence de potentiels et on fait circuler le courant de soudage IS de l'une à l'autre à travers les deux pièces. Ainsi, est appliqué, au cours de la phase de soudage le même potentiel Y 1 à l'électrode 1, aux branches d'arrivée et de retour 25a et 25b et à la zone d'action 27, tandis que pendant la phase de chauffage, on applique un potentiel, à la boucle 25a, 25b, 27, pour produire le courant de chauffage. Comme représenté, on applique de manière égale les potentiels de soudage Y, et Y12 aux branches d'arrivée et de retour a et 25b pour assurer une distribution symétrique du courant de chauffage IS entre les deux branches 25a et 25b de la boucle. On voit donc que pendant la phase de chauffage, le courant de chauffage IH circule en série, tandis que le courant de soudage IS circule en parallèle. En ce qui concerne ce courant de chauffage Is, qui est généralement beaucoup plus grand, c'est la somme des sections des aires A et B des branches qui est déterminante en ce qui concerne les pertes, tandis que pour le courant de chauffage Is, c'est seulement l'aire de la section A ou B. La figure 6 montre les mêmes électrodes 1 et 12, ayant la structure - représentée sur la figure 5, montées pour le soudage en about, les générateursde courant de chauffage 17, qui dans le présent exemple sont séparés, ayant été in- diqués schématiquement. Il va de soi que, suivant le cas, les électrodes peu- vent présenter des pointes et des surfaces actives différentes. La figure 7 représente une forme de réalisation préférée d'une électrode 1 utilisable pour le soudage par points ou en about, en particulier dans la micro-électronique. On remarque que la fente 23 présente, dans la zone d'action 27 de l'électrode, une ouverture circulaire transversale 29a, qui est facile à produire et qui, d'une manière analogue à l'évidement 29 de la figure 5, produit pour le courant de chauffage IH une zone ayant une résistance ohmique relativement élevée, comme l'indique la résistance en tirets R. Etant donné que l'échauffement de la zone d'action 27 a pour conséquence que les branches d'arrivée et de retour 25a et 25b dégagent en continu de la chaleur, bien que dans une mesure diminuant avec l'éloignement de la zone d'action 27, on réduit le rayonnement parasite de chaleur de ces deux branches en interposant une garniture 31 en une matière thermo et électro-isolante bien qu'il soit également possible, mais aux dépens d'une complication considérable, d'encas- trer complètement les branches d'arrivée et de retour dans un corps hautement isolant 33. L'électrode selon l'invention peut, comme il a été indiqué à plusieurs reprises,être utilisée aussi bien pour le soudage par points qu'en about, les électrodes utilisées à cette fin pouvant être réalisées soit une seule, soit les deux, conformément à l'invention. Cette même électrode peut également, sans modifier sa construction, être utilisée pour les soudures tendres, auquel cas il convient toutefois de la coiffer d'une pointe (non représentée) pour éviter que sa zone d'action soit souillée au cours du soudage. Le courant de chauffage, désigné par IH sur les figures est utilisé pour le chauffage pendant l'exécution des soudures tendres. La figure 8 représente schématiquement deux électrodes conformes à l'invention la, lb pour le soudage par points ou en about. Le fait que les deux électrodes la et lb sont disposées côte à côte sur cette figure et les suivantes>ne doit pas amener à conclure qu'elles ne sont adaptées que pour le soudage en about. Pour la phase de chauffage, les deux électrodes la, lb com- portent chacune leurs générateurs de courant de chauffage 17a ou 17b, ainsi qu'un interrupteur de commande individuel, représenté schématiquement Ha, H. Ces 1 a b' deux électrodes sont, en outre, reliées par un commutateur de commande S au générateur de courant de soudage 21. La fermeture des interrupteurs Ha et Hb initie la phase de chauffage des électrodes la et lb. Tandis que la phase de soudage est déclenchée par la fermeture. du commutateur S. Il convient toute- fois de souligner que dans certains cas, il est possible de supprimer le com- mutateur S, ainsi que les interrupteurs Ha et Hb, notamment quand il est possible de laisser circuler soit les courants de chauffage IH en même temps que le courant de chauffage, soit lorsque la circulation du courant de soudage iS est déclenchée par l'élimination de l'isolation des pièces. Dans ce dernier cas, le commutateur S de la figure 8 correspond pratiquement à la voie de com- mutation formée par la fusion de la couche isolante. La figure 9 représente, d'une manière analogue à la figure 8, une com- mande possible du fonctionnement des deux électrodes la et lb, en particulier pour couper les courants de chauffage IH au moment du déclenchement de la procé- dure de soudage. A cette fin, on prévoit à l'une au moins des deux électrodes la ou lb, un thermocapteur 35, de préférence dans la région de la surface active des électrodes, qui délivre un signal U (0) en fonction de la température &(t) de la surface active. Le signal de sortie du thermocapteur 35 est comparé, dans une unité 37, à la valeur de seuil U (W), de préférence réglable. L'unité de commutation 39 provoque l'ouverture des interrupteurs de commande H et Hb des boucles de chauffage des deux électrodes la et lb lorsque, comme l'indique la courbe caractéristique de l'unité 39, la température mesurée O atteint une valeur prédéterminée 0 ou bien lorsque cette température a été maintenue pen- dant au moins une période de temps donnée. Lorsque le commutateur S du circuit de courant de chauffage est un or- gane électrique réel et non pas, comme il a été mentionné plus haut, constitué par le circuit passant par la couche isolante, ce commutateur se ferme lorsque les interrupteurs de commande Ha et Hb du courant de chauffage s'ouvrent. Comme il est indiqué en tirets sur la figure 9, le thermocapteur 35 peut être utilisé pour la régulation du courant de chauffage et/ou de soudage, comme un indica- teur de valeur effective, son signal de sortie U ( &) étant Lurni, en tant que grandeur de réglage à l'unité 37 dans laquelle elle est compar& à la valeur de consigne U(G9), le signal de sortie de l'unité 37 servant à la régulation des générateurs 17a et 17b fournissant le- courant de chauffage et/ou de soudage. La figure 10 montre, d'une manière analogue à la figure 8, le montage de deux électrodes la et lb du générateur de courant de soudage 21 avec un com- mutateur de commande S, le même générateur 17, équipé d'un interrupteur de com- mande H étant utilisé dans le cas présent pour le chauffage des deux électrodes. L'interrupteur H met les deux boucles de chauffage des électrodes la et lb en série. D'une manière analogue à la figure 9, la figure Il illustre la commande des commutateurs H et S et le réglage des générateurs 17 et 21 fournissant les courants de chauffage et de soudage à l'aide d'un thermocapteur 35. La mise en série des boucles des deux électrodes offre la possibilité de commande des deux phases de travail, notamment des phases de chauffage et de soudage, comme représenté sur la figure 12. Pendant la phase de chauffage, le générateur de courant de chauffage 17 est mis en communication par le commutateur H et une résistance R' avec la boucle de chauffage des deux élec- trodes la et lb. Quand la couche isolante séparant les deux pièces devant être reliées fond> la résistance é,entre les deux électrodes diminue dans la zone d'action entre les deux électrodes comme l'indique le schéma équivalent de la figure 12. De ce fait, une partie du courant de chauffage aà IH est déviée vers les deux pièces devant être solidarisées, car p et R' semblent être en paral- lèle. Ainsi, le courant circulant dans l'élément résistant R' diminue. En inter- calant un appareil de mesure de courant dans la branche du circuit de chauffage contenant l'élément R', par exemple à l'aide d'un convertisseur courant/tension 41, on peut mesurer l'intensité du courant, ce qui permet, au moyen d'une unité à seuil 43 comportant de préférence un commutateur H ayant une valeur de seuil prédéterminée (non représenté), d'ouvrir celui-ci et dans le cas o le commutateur S n'est pas formé par la couche isolante elle-même, de le fermer lorsque le courant de chauffage circulant dans la branche de mesure atteint une valeur prédéterminée. Il va de soi que la valeur de R' est choisie la plus petite possible afin de réduire à un minimum les pertes de puissance résultantes par échauffement. Enfin, il convient également d'indiquer que par suite de la présence du générateur de courant de chauffage 21, en particulier dans les variantes de réalisation des figures 5 à 12, les branches d'arrivée et de retour du courant de chauffage ne doivent pas être court-circuitées à la partie supérieure, c'est-à-dire à la partie située à l'opposé de la zone d'action de l'électrode. Etant donné que, en outre, pour obtenir une distribution symétrique du courant de chauffage (selon S) il convient d'appliquer aux deux branches de la boucle de chauffage de l'électrode un même potentiel, on a prévu sur les figures 5 à 12 un commutateur de commande S avec deux voies de commutation bipolaires qui évite, pendant la phase de chauffage, de courtcircuiter les deux branches, notamment les branches d'arrivée et de retour, tout en permettant dans la phase de soudage d'appliquer un même potentiel. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser des liaisons galvaniques entre une pièce isolée et des électrodes de soudage et pour, ensuite, souder ladite pièce, l'une des électrodes au moins comportant un circuit ou une boucle de chauffa- ge qui descend jusqu'à la zone d'action de l'électrode et en revient et dans lequel on applique une différence de potentiels à ladite boucle pendant les phases de chauffage ou d'élimination de l'isolant, caractérisé en ce qu'on applique, pour le soudage, un même potentiel aux deux branches de ladite boucle en réalisant ainsi avec celles-ci un circuit de courant de soudage en parallèle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède à une mesure de la température dans la zone d'action de l'électrode. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède, d'après la température mesurée, à une commutation de la phase de chauffage à la phase de soudage et/ou en ce qu'on commande ou on règle la phase de chauffage et/ou de soudage en conséquence. 4. Agencement d'électrode pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - au moins l'une des électrodes (1) comporte une boucle (13) avec des conducteurs (15a; 25a et 15b; 25b) allant à la zone d'action (9; 27) de l'é- lectrode et revenant de celle-ci; et - en ce que des bornes sont prévues pour l'application du courant de soudage (IS) aux deux conducteurs. 5. Agencement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élec- trode (1) comporte, le long de sa zone d'action (27), une partie (R) ayant une résistance ohmique plus élevée pour le courant de chauffage (IH) et en ce qu'elle présente, de part et d'autredes parties ayant une résistance ohmique plus basse. 6. Agencement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élec- trode (1) a une forme en U. 7. Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que la base de l'U forme la zone d'action (27) et en ce qu'elle présente, à sa partie centrale, une section réduite (29) qui est flanquée de parties latérales ayant une section plus grande. 8. Agencement selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caracté- risé en ce que l'électrode (1) comporte, dans sa zone d'action (27), un thermo- capteur (35). 9. Application de l'agencement spécifié dans l'une quelconque des revendications 4 à 8, pour le soudage par points ou en about, en particulier pour le microsoudage. 10. Application de l'agencement selon la revendication 9, en combinai- son pour le soudage tendre, en particulier pour le microsoudage.