Brevet FR2495034A1 — publié le 19820604

L'invention concerne une'-molétte. d'é- lectrode rotative pour soudage par résistance utilisant la mé- tal autogène fondu comme milieu conducteur pour effectuer un cordon de soudure électrique par résistance sur les bords de corps en acier destinés à former des récipients. Le processus bien connu de soudage par résistance est décrit sur la Figure l. On prend tout d'abord, unepar uri dans un poste oẻlloesont empiléedes ébauches de récipients découpéesen dimensions voulues, de manière à former de corps tubulaires. Les corps tubulaires obtenus 2 sont trans- portés vers la droite de la figure 1, dans une position telle que les bords en recouvrement destinés à former la soudure soient situés vers le haut, de manière à passer ainsi entre une molette d'électrode circulaire supérieure 3 fixée sur un ar- bre 6 monté en rotation dans une partie de bras supérieur 5 pour tourner dans le sens de la flèche a, et une molette d'élec- trode circulaire inférieure 4 dont une partie rotative peut tour ner librement autour d'une partie fixe située à l'extrémité d'un bras inférieur 4. La partie en recouvrement est chauffée par effet Joule lorsque le courant électrique passe entre les deux électrodes et cette partie chauffée est comprimée et soudée. La molette d'électrode circulaire inférieure utilisée pour souder les corps de récipients ci-des- sus, est représentée sur la figure 2. Cette figure 2 est une vue d e la molette, en coupe suivant un plan passant par son axe, dans laquelle la référence 8 désigne une partie fixe et la référence 9 une partie mobile en rotation libre autour de la partie fixe. Cette partie fixe 8 présente une forme tubulaire étagée comprenant une partie de disque 11 située longitudinale- ment au centre de l'arbre de la forme tubulaire et présentant un grand diamètre, et des parties d'extrémités 10, 10', de diamètre plus petit, situées respectivement de part et d'autre de la partie de disque de grand diamètre. D'autre part un passa- ge 13 est ménagé suivant l'axe de l'arbre, les deux extrémités de ce passage étant fermées par des pièces pleines 14, 14'. Des ouvertures de fixation de tuyaux 15, 15', débouchant aux extrémités 10, 10', sont en communication avec le passage 13, et des tuyaux(non représentés) se fixent dans ces ouvertures , 15' La partie rotative 9 pouvant tourner librement autour de la partie fixe 8 comporte un élément de droite 16 et un élément de gauche l, ces deux éléments 16, 17 étant assemblés de manière étanche à l'air grâce à un joint d'étanchéité à l'air 18. D'autre part, comme on peut le voir sur la figure 2 -les extrémités des deux éléments de droite et de gauche sont montés à rotation libre autour des extrémi- tés 10, 10' de la partie fixe de petit diamètre 8, à l'aide des roulements à billes 19, 19'. La partie rotative 9 comporte des surfaces intérieures 25, 25' et 26 venant respectivement en face des deux surfaces latérales extérieures 12, 12' et de la surface périphérique 20 du disque 11 de grand diamètre de la partie fixe 8, des intervalles 27, 27' et 28, de largeurs pratiquement égales, étant formés entre la partie rotative 9 et le disque de grand diamètre Il. Un métal liquide conduc- teur remplit presque complètement ces intervalles 27,27' et 28. Un trou 29 muni d'un bouton de fermeture, part de la sur- face de l'élément droit 16 et communique avec les intervalles ci-dessus pour permettre l'injection du métal liquide conduc- teur dans ces intervalles. De plus, pour permettre l'utilisation dans la molette d'électrode, d'un métal liquide conducteur tel que du gallium, seul, ou comme alliages de gallium à bas point de fusion tels que des alliages binaires de galliumtindium ou de gallium/étain. Des anneaux de métal dur 22, 22' servant d'éléments d'isolation 24, 24' isolant les intervalles de la partie extérieure de la molette d'électrode, sont montés sur la partie rotative 9 par l'intermédiaire d'anneaux élastiques 21, 21' placés respectivement entre les intervalles 27, 27' et les roulements à billes 19, 19'. Ces anneaux métalliques 22, 22' sont con-us de manière à venir en contact glissant, sur toute leur périphérie, avec des anneaux fixes de métal dur 23, 23' s'adaptant sur la base de la partie du disque 11 de la partie fixe 8. De l'huaile de lubrification est prévue au voi.- sinage de cette partie de glissement. De plus, pour empocher l'oxydation du gallium à bas point de fusion, l'intérieur des intervalles 2î, 27' et 28 est rempli d'azote sous pression, après remplis- 4o sage de ces intervalles par le métal à bas point de fusion, :3 Le métal à bas point de fusion, cons- titué essentiellement de gallium, décrit ci-dessus, s'oxyde extrêmement facilement, et ses oxydes réduisent la conductibi- lité du métal fondu. Par suite, les parties d'isolation 24, 24' mentionnées ci-dessus servent à empêcher l'oxydation. On a cependant constaté que l'oxydation se produisait, bien que très progressivement, par contact avec l'huile de lubrification des parties d'isolation, ce qui réduisait ainsi la durée de vie du métal à. bas point de fusion utilisé comme milieu conducteur. L'invention a pour principal but de pallier cet inconvénient en prolongeant la durée de vie de la molette d'électrode pour soudage par résistance décrite ci- dessus. A cet effet l'invention concerne une molette d'électrode pour soudage par résistance, comprenant une partie fixe de forme tubulaire étagée comportant une partie de disque degrand diamètre, placé longitudinalement au centre d'un arbre; une partie rotative entouradt la partie fixe et montée en rotation libre sur les parties d'extrémités de plus petit diamètre de la partie du disque, cette partie rotative comportant des surfaces intérieures formant respectivement deux intervalles latéraux situés en face des deux surfaces la- térales de la partie de disque, et un intervalle périphérique situé en face de la surface périphérique de la partie de dis- que; et des parties d'isolement assurant l'étanchéité des trois intervalles à l'air extérieur, un métal liquide conducteur étant reçu dans ces trois intervalles, molette d'électrode caractérisée en ce que, l'intervalle périphérique présente une largeur lui permettant de tirer le métal liquide conducteur vers le haut lorsque la partie rotative tourne, pour remplir complètement l'intervalle de métal; les deux intervalles la- téraux ayant une largeur plus grande que l'intervalle périphé- rique; et la quantité de métal liquide conducteur dans les in- tervalles latéraux est telle que l'intervalle périphérique soit suffisamment rempli, mais que ce métal ne pénètre pas dans les parties isolées lorsqu'on laisse la molette d'électrode debout avec l'arbre de la partie fixe en position horizontale. Le métal liquide conducteur utilisé peut être du gallium à bas point de fusion. On peut en outre introduire de l'azo- te sous pression dans les diversint3rvalles après remplissage de ceux-ci par le métal liquide conducteur. Ltinvention sera décrite sur les des- sins ci-joints dans lesquels: -la figure 1 est une représentation schématique du procédé classique de réalisation d'un joint de soudure par résistance sur les côtés de corps de boites; -le figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de molette d'électrode circulaire inférieure selon lt art antérieur; -la figure 3 est une vue en coupe d' un exemple de molette d'électrode selon l'invention, la. coupe étant effectuée suivant un plan passant par l'axe; -la figure 4 est une vue agrandie de la partie inférieure de l'exemple de la figure 3; -la figure 5 est une vue agrandie de la partie inférieure d'un autre exemple de molette d'électrode selon l'invention;et -la figure 6 est un schéma en pers- pective de la partie inférieure du disque de grand diiamètre de la molette d'électrode de la figure 5 Les caractéristiques de construction de la molette d'électrode selon l'invention, représentée sur les figures 3 et 4, permettent d'atteindre les buts de l'in- vention, et diffèrent des caractéristiques de la molette d'é- lectrode selon l'art antérieur représentée sur la figure 2 Ces caractéristiques de l'invention sont les suivantes: Tout d'abord, on augmente la largeur des intervalles latéraux, tels que ceux représentés sur la mo- lette d'électrode de la figure 2, entre les deux surfaces la- térales 12, 12' du disque 11 de la partie fixe 8, et les sur- faces intérieures 25, 25' de la partie rotative 9. Cela si- gnifie que, sur les figures 3 et 4, la surface intérieure de la partie rotative 31 venant en face des deux surfaces laté- rales 45, 45' du disque de grand diamètre 32 de la partie fixe , est constituée, si l'on ne se réfère simplement qu'à la moitié droite de la figure 4, par une surface inclinée 46 partant vers l'extérieur du bord 48 de la surface intérieure 44 faisant face à la surface périphérique!3 dont elle est sé- parée par un intervalle 51, puis par une surface verticale 47 faisant suite à la surface inclinée 46 ( cette surface ver- ticale étant parallèle au coté 45 de la partie de disque), et enfin par une surface horizontale 49 faisant suite à la sur- face verticale 47 et revenant vers la partie de disque 32. La surface horizontale 49 n'arrive pas jusqu'à la surface latérale 45 de la partie de disque 32 et se termine par une petite surface verticale 50. La partie de gau- che de la figure 4 est identique à la partie de droite et ne sera donc pas décrite de nouveau, les éléments correspondants étant repérés par les mêmes références avec l'indice prime. Les surfaces inclinées 46, 46', les surfaces verticales 47, 47', les surfaces horizontales 49, 49', et les petites surfaces verticales 50, 50', situées à l'intérieur de la partie rotative 31, entourent annulairement les extrémités de plus petit diamètre de la partie fixe 30. - L'intervalle périphérique 51 venant en face de la surface périphérique de la partie de disque 32 est un intervalle étroit qui communique avec les intervalles latéraux 52, 52' venant en face des surfaces latérales de la partie de disque32, à l'endroit le plus étroit 53, 53' de ces intervalles 52, 52' compris entre les surfaces inclinées 46 46' et les cotés 45, 45' de la partie de disque. Dans cet exemple, la largeur T1 (fi- gure 4) de l'intervalle périphérique étroit est de 0,5 mm, et les deux bords 48, 48' de la surface intérieure 44 de la par- tie rotative forment un angle extérieur d'environ 450 par rap- port aux deux bords 42, 421 de la surface périphérique 43 de la partie de disque 32, de manière à constituer les surfaces inclinées 46, 46' partant vers l'extérieur des deux bords 48, 48' en formant un angle d'environ 450, ce qui permet ainsi d' obtenir un intervalle dont la largeur T2 est de l'ordre de 3 mm, entre les surfaces verticales 47, 470 de la partie ro- tative et les deux surfaces latérales 45, 45' du disque de la partie fixe. On injecte 0,5 cm3 de métal à base de gallium à bas point de fusion dans l'intervalle périphérique et dans les intervalles latéraux, sous atmosphère d'azote com- primé. Cette quantité injectée de 0,5 cm3 est bien reçue par les intervalles situés au-dessous des surfaces horizontales 49, 49' lorsqu'on laisse la molette d'électrode debout avec son arbre en position horizontale, de sorte que le métal ne peut passer au-dessus de ces surfaces horizontales 49, 49' pour venir en contact avec les parties d'isolation 40, 40' d'autre part cette quantité est suffisante pour remplir complè- tement l'intervalle 51 compris entre la surface périphérique 43 de la partie de disque, et la surface intérieure 44 de la partie rotative. Dans l'exemple de la figure 3, les parties d'isolation 40, 40' sont constituées de parties annu- laires en métal dur 37, 37'insérées sur les extrémités de pe- tit diamètre 33, 33' de la partie fixe, de manière à venir en contact avec la partie de disque 32, et des parties annu- laires de glissement en métal dur 39, 391 venant en face des parties annulaires 37, 37', sont fixées à la partie rotative par l'intermédiaire de parties 38, 38' en résine élastique d' aldéhyde de phénol, ces parties de glissement 39, 39' étant conçues pour glisser sur les surfaces périphériques des par- ties annulaires 37, 37'. On prévoit respectivement deux de ces pièces de glissement 39, 39' de chaque coté de la partie de disque 32, et l'on maintient de l'huile de lubrification dans les intervalles 36, 36' compris entre les deux parties de glissement. Les parties d'isolation pouvant s'utiliser dans l'invention ne se limitent bien entendu pas au type dé- crit ici et peuvent par exemple être constituées par un an- neau d'étanchéité d'huile classique. Un passage 34 d'eau de refroidissement est ménagé à l'intérieur de la partie de disque pour refroidir directement celle-ci, et un matériau d'isolation électrique est inséré entre les roulements à billes 35, 35' et la partie rotative 31. Dans cet exemple de réalisation, quand la partie rotative de la molette d'électrode est réalisée dans *jq une résine transparente, et tourne- à une vitesse d'environ 250 tours/minute, on peut vérifier le remplissage du métal à bas point de fusion dans l'intervalle 51 venant en face de la surface périphérique 43 de la partie de disque sur tout le pour- tour de celle-ci. Ainsi la partie rotative peut ensuite être réalisée en cuivre de même type que pour une molette d'électro- de selon ltart antérieur, et tourner à une vitesse d'environ 250 tours/minute lorsque cette molette est utilisée en molette inférieure de l'appareil de soudage. Lorsqu'on amène succes- sivement un grand nombre de corps de boîtes à l'appareil de soudage convenablement alimenté en courant de soudure, les cor- dons de soudure réalisés sur le coté des corps de boîte sont tous d'excellente qualité. A titre d'essai, la molette d'électro- de selon l'invention a été retirée de l'appareil de soudage et l'on a fait tourner cette molette en permanence en lui appli- quant le courant électrique de soudage en présence d'un dispo- sitif de test et de chauffage. Mgme après 30 jours de rotation continue la molette pouvait encore tourner normalement. Un autre exemple de réalisation de l' invention est décrit sur la figure 5 dans laquelle la molette d'électrode est différente de celle de la figure 4 en ce que le coté inférieur du disque de grand diamètre 58 de la partie fixe , maintenue en place par des moyens convenables, est découpé comme indiqué sur la figure 6, et en ce que la partie rotative est munie de petites parois annulaires verticales 55 et 55' allant jusqu'aux positions correspondant aux bords 60, 60' de la ligne de découpe 56 Si l'on compare ce dernier exemple de réalisation à celui n'utilisant pas de découpe, on peut mainte- nir une plus grande quantité de métal à bas point de fusion sous la partie de disque de grand diamètre, ce qui présente 1' avantage que, lorsque la partie rotative tourne, le métal à bas point de fusion, c'est-à-dire le liquide métallique conduc- teur, se trouve tiré rapidement et de manière ininterrompue vers le haut, dans l'intervalle étroit venant en face de la surface périphérique de la partie de disque. Dans la molette d'électrode selon l1 invention, la largeur de l'intervalle périphérique est telle que le liquide métallique conducteur soit tiré vers le haut le long de cet intervalle et remplisse celui-ci lorsque la partie ro- tative tourne. De plus une quantité de liquide métallique suf- fisante pour remplir l'intervalle périphérique, est reçue dans les intervalles au moment de la rotation de la partie rotative. Par suite, une intensité de courant électrique suffisante pour 4o effectuer le soudage se trouve appliquée à la partie rotative par l'intermédiaire de la partie fixe et du métal contenu dans ltintervalle périphérique, ce qui permet ainsi de disposer du matériau à souder avec une force de soudure prédéterminée. De plus, la largeur de chacun des in- tervalles latéraux est plus grande de telle sorte que, même si ces intervalles reçoivent une quantité de liquide métallique conducteur suffisante pour remplir l'intervalle périphérique, ce métal reçu ne risque pas de monter jusqu'au niveau des par- ties d'isolation lorsqu'on laisse la molette d'électrode de- bout,avec son axe en position horizontale. Par suite, dans les deux cas de rotation ou de position debout, le métal ne peut venir en contact avec les parties d'isolation et ne peut donc s'oxyder par contact avec l'huile de lubrification. De plus, on évite tout R'isque de fuites du liquide métallique conducteur. Il en résulte que ces diverses caractéristiques présentent le grand avantage de prolonger la durée de vie de la molette. REVENDICATIONS 1- Molette d'électrode pour soudage par résistance, comprenent une partie fixe (8) de forme tubu- laire étagée comportant une partie de disque (11) de grand dia- mètre placé longitudinalement au centre d'un arbre; une partie rotative entourant la partie fixe et montée en rotation libre sur les parties d'extrémités (10, 10t) de plus petit diamètre de la partie de disque, cette partie rotative comportant des surfaces intérieures formant respectivement deux intervalles la- téraux (27, 27') situés en face des deux surfaces latérales de la partie de disque, et un intervalle périphérique (28) situé en face de la surface pérLphérique de la partie de disque; et des parties d'isolement (16) assurant l'étanchéité des trois in- tervalles à l'air extérieur, un'métal liqqide conducteur étant reçu dans ces trois intervalles, molette d'électrode caractéri- sée en ce que l'intervalle périphérique (28) présente une lar- geur lui perimettant de tirer le métal liquide conducteur vers le haut lorsque la partie rotative tourne, pour remplir complè-, tement l'intervalle de métal; les deux intervalles latéraux (27, 27') ayant une largeur plus grande que l'intervalle péri- phérique; et la quantité de métal liquide conducteur dans les intervalles latéraux est telle que l'intervalle périphérique soit suffisamment rempli, mais que ce métal ne pénètre pas dans les parties isolées (16) lorsqu'on laisse la molette d'é- lectrode debout avec l'arbre de la partie fixe en position ho- rizontale. 2- Molette d'électrode selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que le métal liquide conducteur est à base de gallium à bas point de fusion. 3- Molette d'électrode selon l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'on in- jecte de l'azote sous pression dans les divers intervalles après introduction du métal liquide conducteur. t