Brevet FR2541520A1 — publié le 19840824

e PIECE DE CONTACT ELECTRIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION. L'invention est relative à un procédé de fabrication d'une pièce de contact électrique comportant un doigt de contact en un matériau-bon conducteur, notamment en cuivre, sur lequel est fixé par brasage ou soudure un revêtement en forme de feuille ou de plaquette à base d'argent consti- tuant le contact. Le choix des matériaux et de la surface d'un contact élec- trique, notamment d'un contact d'un appareil de coupure, dépend de nombreux facteurs en particulier de la résisti- vité du matériau de contact, de la résistance mécanique et de la résistance à l'action de l'arc du contact et une pièce de contact du genre mentionné, réalisée par la sou- dure d'une pastille en argent ou en un alliage d'argent sur un support en cuivre permet de tenir compte de ces im- pératifs La pastille, par exemple en un alliage argent - nickel, est relativement épaisse, et sa surface présente la forme définitive du contact, par exemple bombée ou cy- lindrique Le support, en l'occurrence le doigt de contact, présente une assise de fixation sur laquelle est soudée la pastille, notamment par une soudure à haute fréquence La pastille et le support conservent leur forme initiale, la soudure créant une simple liaison entre les deux pièces. Ce procédé connu de réalisation d'un contact est coûteux car il nécessite une quantité importante d'argent, métal précieux, et une durée de soudure ou de brasage relative- ment longue De plus, toute l'extrémité du doigt de con- tact en cuivre subit un recuit affectant ses propriétés. La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients par un procédé simple et fiable. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le doigt de contact présente dans la zone du contact une pro- tubérance sur laquelle on dépose ledit revêtement avant d'amener l'extrémité d'une électrode de soudage sur le re- vêtement et d'appliquer un courant de soudage par résis- tance en exerçant une force de compression pour écraser ladite protubérance et fixer ledit revêtement sur la pro- tubérance écrasée. Une opération unique réalise par écrasement à chaud de la protubérance une assise élargie pour le revêtement et la fixation de ce dernier sur cette assise En utilisant une électrode à surface d'extrémité conformée en matrice, la protubérance et son revêtement sont moulés à la forme ap- propriée au cours de l'opération de soudure, la déforma- tion du cuivre du support étant contenue par la matrice. Un examen de la pièce terminée fait apparaître une zone de recuit, limitée à la protubérance, le chauffage par résis- tance étant localisée dans cette zone. Le procédé selon l'invention est utilisable pour un revête- ment à feuille d'argent mince, par exemple de quelqu'es cen- tièmes de millimètres d'épaisseur, la soudure s'effectuant directement sur le support en cuivre, qui constitue le doigt de contact, sans apport de brasure. Certaines applications nécessitent des revêtements plus épais obtenus par brasage d'une plaquette de un ou plusieurs millimètres d'épaisseurs Le matériau de la plaquette est généralement un alliage argent-nickel, argent-tungstèneargent- graphite ou analogue, utilisé couramment pour les pastilles de contact, une brasure en feuille ou en pâte étant appliquée sur la protubérance avant le dépôt de la plaquette Une brasure au phosphore donne de bons résultats même-pour les plaquettes en argent-nickel, ce qui est inattendu L'exa- men cristallographique montre une véritable incrustation de la plaquette sur le support avec une liaison intime entre les deux matériaux assurant une bonne conduction La pla- quette à faces planes est conformée et courbée pour présen- ter une face convexe de contact au cours de la soudure. L'opération de soudure ou de brasage par résistance est très courte, de l'ordre de la seconde, ce qui explique le recuit limité de la pièce, seule la couche supérieure de la protubérance et du doigt étant chauffée par effet Joule. L'intensité du courant de chauffage est avantageusement comprise dans une fourchette de 15000 à 50000 ampères A titre d'exemple il est précisé qu'une plaquette de 1,5 mm d'épaisseur en un alliage d'argent et de nickel peut être brasée avec une brasure àu phosphore d'un mm d'épaisseur par un courant de soudure de 20 000 ampères d'une durée d'une seconde, la force appliquée sur l'élec- trode étant de 500 Decanewton Cette force doit évidemment être adaptée à la taille de la pièce de contact et elle varie dans des limites importantes. Selon un développement de l'invention, le doigt de contact est découpé dans une plaque de cuivre, la protubérance apparaissant sur le contour du doigt Le revêtement est appliqué par le procédé précité sur la tranche de la pro- tubérance, cette dernière s'évasant au cours de l'opéra- tion de soudure pour constituer une assise élargie de sup- port du contact proprement dit Un écrasement quasi-com- plet de la protubérance limite la hauteur de saillie du contact à celle de la plaquette conformée par la matrice de l'électrode. Il a été constaté que le procédé selon l'invention permet l'emploi de revêtements minces, ce qui s'explique par le support élargie et la liaison intime entre le revêtement et son support Il en résulte une économie appréciable de matériau, en particulier d'argent. L'invention est également relative à une pièce de contact à revêtement mince à base d'argent soudé ou brasé par ré- sistance sur une protubérance écrasée à chaud d'un doigt de contact en cuivre Cette pièce de contact se substitue avantageusement aux contacts conventionnels à pastille à base d'argent, couramment utilisés dans les appareils basse tension Elle peut coopérer avec un contact du même type ou d'un type différent selon les caractéristiques recherchées. Dans une application préférentielle le contact selon l'in- vention constitue le contact mobile d'un appareil de cou- pure, notammment d'un disjoncteur basse tension Le con- tact selon l'invention accroit les performances, notamment de coupure de l'appareil. La fabrication ne nécessite aucune machine spéciale puis- qu'il suffit d'adapter l'électrode d'une machine à souder par résistance classique et de prévoir un dispositif d'ap- plication d'une force sur l'électrode La réduction du temps de soudure se traduit par une cadence élevée de fa- brication et une réduction notable du coût L'ensemble peut être automatisé. Selon un autre développement de l'invention la pièce de contact comporte plusieurs doigts accolés solidarisés par la soudure selon le procédé inventif d'une plaquette re- couvrant l'ensemble des protubérances On observe une liai- son entre les doigts en cuivre, réalisée par l'écrasement à chaud des protubérances. L'électrode est de préférence en tungstène et elle présente une matrice en forme de rainure à fond concave, la forme du fond étant complémentaire à celle de la surface convexe du contact La profondeur de la rainure permet un confine- ment du revêtement et de là protubérance pour réaliser un véritable moulage à chaud Le chauffage localisé par ré- sistance facilite ce moulage superficiel et la largeur de la rainure définit celle de l'assise obtenue par l'écrase- ment de la protubérance La largeur de la plaquette est sensiblement égale à celle de la rainure, la plaquette étant simplement déformée ou courbée pour présenter une surface convexe de contact Dans le cas d'un revêtement de faible épaisseur, notamment d'une feuille d'argent, les bords de la feuille peuvent être repliés pour former une chape coiffant la protubérance écrasée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins an- nexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'une pièce de con- tact avant l'opération de brasage selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig 1; les figures 3 et 4 sont des vues analogues, respective- ment aux fig 1 et 2 de la pièce après l'opération de bra- sage; les figures 5 à 8 sont des vues analogues aux fig 1 à 4, représentant une variante de réalisation selon l'inven- tion; la figure 9 est une vue schématique en perspective d'une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 10 est une coupe suivant la ligne X-X de la fig 11, montrant l'électrode de brasage et la pièce de contact avant l'opération de brasage; la figure 11 est une coupe suivant la ligne XI-XI de la figé 10; les figures 12 à 15 sont des vues analogues aux fig 1 à 4, illustrant une autre variante de réalisation selon 1 ' invention. Sur les figures, une pièce de contact 10, par exemple un contact mobile d'un appareil de coupure de courant, est découpée dans une plaque en cuivre ou en tout autre maté- riau bon conducteur de l'électricité, suivant un contour prédéterminé Dans 1 ' exemple illustré par les figures, la largeur de la pièce de contact, en l'occurrence l'épais- seur de la plaque de cuivre, est faible, par exemple de 3 mm, mais il est clair que l'invention est applicable à des contacts de largeur plus importante ou plus faible selon les applications et les caractéristiques des appa- reils comprenant ce contact Le contour de la pièce de con- tact 10 présente une protubérance 12 dont la tranche 14 est susceptible d'être recouverte d'un revêtement à base d'argent pour constituer le contact proprement dit Dans l'exemple selon les fig 1 à 4, le revêtement est consti- tué par une plaquette 16 de forme parallélépipédique droite en un alliage d'argent, notamment d'argent-nickel, d'argent- graphite ou d'argent-tungstène Entre la tranche 14 et la plaquette 16 est interposée une brasure, notamment une feuille 18 de brasure de phosphore, par exemple d'une épaisseur d'un dixième de millimètre, avant l'application d'une électrode 20 de brasage par résistance (fig 10 et 11). L'électrode 20 est appliquée avec une force prédéterminée sur la plaquette 16 et la protubérance 12 pendant la durée de passage du courant de brasage L'action combinée de chauffage par effet Joule et de compression par la force exercée par l'électrode 20 sur la protubérance 12 provoque un écrasement de cette dernière et une déformation et bra- sage de la plaquette 16 L'extrémité de l'électrode 20, coopérant avec la plaquette 16, est conformée en matrice de moulage du contact Sur les fig 10 et 11, on voit que cette matrice est constituée par une rainure 22 à fond con- vexe 24 susceptible de coiffer l'ensemble plaquette 16 et protubérance 12 La largeur 11 de la rainure 22 est supé- rieure à la largeur 12 de la pièce ou du doigt de contact , cette largeur 11 correspondant à celle de la protubé- rance 12 écrasée après l'opération de brasage (voir fig 4). La largeur de la plaquette 16 et de la feuille de brasure 18 est égale ou légèrement inférieure à la largeur 11 de la rainure 22 pour pouvoir s'embotter dans cette dernière lors de l'abaissement de l'électrode de brasage 20 Avant l'opé- ration de brasage la plaquette 16 et la brasure 18 débordent latéralement de la protubérance 12, Les longueurs étant par contre sensiblement égales. En se référant plus particulièrement aux figures 3 et 4, qui représentent la pièce de contact terminée, on voit que le contact constitué par la plaquette 16 est fixé sur une assise élargie constituée par la protubérance écrasée 12. La plaquette 16 a été conformée pour présenter une surface convexe complémentaire de la surface 24 de la matrice 22. A titre d'exemple, il est précisé que le contact selon les figures 3 et 4 d'une largeur 12 de 3 mm a été réalisé en utilisant une plaquette 16 en un alliage d'argent nickel L'épaisseur de la plaquette 16 est de 1,5 mm, sa largeur 1 étant de 5 mm et sa longueur de 9 mm. L'épaisseur de la feuille 18 de brasure phosphore est de un dizième de millimètre, la largeur et la longueur étant respectivement de 5 et de 8 mm La largeur 11 de la rai- nure 22 de l'électrode 20 est également de 5 mm et la force d'application est de 500 Deca Newton Le courant de soudage par résistance est maintenu pendant environ une seconde, l'intensité du courant étant de 20 000 ampères. Il est évident que ces données doivent être-adaptées aux dimensions de la pièce de contact 10, notamment la force d'application peut varier entre des valeurs très impor- tantes selon le type de contact réalisé Le courant de brasage est généralement compris dans la fourchette de 15 000 à 50 000 ampères, la durée de maintien de ce cou- rant étant généralement de l'ordre de la seconde. La protubérance 12 n'est pas obligatoirement ménagée sur le pourtour de la pièce de contact 10, mais elle peut être présente sur une face plane, par exemple d'un contact fixe ou sur toute autre partie de ce contact La tranche 14 recevant la plaquette 16 n'est pas obligatoirement plane et cette plaquette 16 peut également être d'une forme dif- férente. Le procédé selon l'invention est résumé par la suite en décrivant le fonctionnement de la machine à souder illus- trée par la figure 9 Le doigt de contact 10 est serré entre des mors 26, 28 d'un étau de maintien, la protubé- rance 12 étant orientée en direction d'une électrode de brasage 20 Un dispositif de-transfert, désigné par le re- père général 30, prélève la feuille de brasure 18 et la dépose sur la tranche 14 de la protubérance 12 L'opéra- tion suivante, réalisée par un dispositif de transfert 32, consiste à déposer la plaquette 16 sur la feuille 18. Chaque mors 26, 28 est doté d'une branche 34, 36 de main- tien de la feuille 18 et de la plaquette 16 Ces branches de maintien 34, 36 encadrent latéralement la protubérance 12 en étant écartées d'une distance 11 correspondant à la largeur de la feuille 18 et de la plaquette 16 Lors de l'abaissement de l'électrode 20 des poussoirs 38, 40 re- poussent les branches de maintien 34, 36, la rainure 22 de l'électrode 20 s'emboîtant sur la plaquette 16 Après ap- plication d'une force de serrage, par exemple de 500 Deca- newton, on applique un courant de brasage d'environ 20 000 ampères pendant une durée d'une seconde Après relèvement de l'électrode 20 la pièce 10 est évacuée par desserrage des mors 26, 28, la machine étant prête pour une nouvelle opération L'ensemble peut être automatisé et la durée d'un cycle essentiellement déterminée par la durée de brasage, est notablement inférieure à celle nécessaire à un brasage par haute fréquence La pièce 10 en cuivre ne nécessite aucun décapage et peut venir brute de l'opération de décou- page réalisée sur un poste différent Il est inutile de décrire cette machine en détail, les différents élements étant bien connus en soi, notamment les dispositifs de transfert 30, 32 et l'électrode de soudage 20 La force peut être appliquée par tout moyen approprié, notamment par un vérin (non représenté). Le procédé selon l'invention est applicable à un contact ayant un revêtement de faible épaisseur constitué par une feuille en argent pur Les figures 5 à 8 illustrent un con- tact de ce genre dans lequel la feuille 42 est déposée di- rectement sur la protubérance 12 sans interposition de bra- sure La largeur 13 de la feuille 12 est notablement supé- rieure à celle du doigt de contact 10, de manière à provo- quer lors de l'abaissement de l'électrode 20 le repli des bords pour constituer une chape coiffant la protubérance écrasée 12 La machine de soudure et le cycle est iden- tique à celui décrit ci-dessus, seule la phase d'apport de la feuille de brasure étant supprimée L'épaisseur de la feuille 42 est de quelques centièmes ou dixièmes de millimètres, la protubérance écrasée 12 étant entièrement recouverte par cette feuille 42 Il est clair que l'invention est appli- cable à une feuille 42 dont les bords ne seraient pas re- pliés sur les à côtés de la protubérance écrasée 12. L'assise élargie constituée par la protubérance écrasée 12 permet cette réduction de revêtement à base d'argent. En se référant aux figures 12 à 15, on voit une troisième variante de réalisation selon l'invention, dans laquelle la pièce de contact est constituée de quatre doigts 44 accolés, chacun présentant une protubérance 12 Une feuille de brasure 18 et une plaquette unique 16 de dimensions ap- propriées sont déposées sur les quatre protubérances acco- lées 12 pour réaliser une opération de brasage décrite en référence aux figures 1 à 4 ci-dessus Les protubérances 12 sont sous l'action du chauffage et de la compression exercée par l'électrode 20 écrasées et conformées pour réa- liser la surface de contact à plaquette 16 Les quatre doigts 44 sont d'une part solidarisés par la plaquette 16 brasée sur les protubérances 12, et d'autre part par l'écrasement et la fusion du cuivre des protubérances 12. Les quelques exemples décrits ci-dessus montrent bien que l'invention est applicable à différents types de contact, notamment de formeset de dimensions variables La pièce de contact peut -être en cuivre ou en un alliage de cuivre ou le cas échéant en un autre matériau bon conducteur de l'électricité, et la constitution et la forme du revête- ment peuvent être différentes Le pouvoir de coupure des appareils équipés des contacts selon la présente invention est notablement supérieur a celui des appareils à contacts dotés de pastilles d'une épaisseur de 2,5 mm A la réduc- tion du coût de fabrication, notamment de la quantité d'argent nécessaire à la confection des contacts, s'ajoute un accroissement des performances des appareils La sou- dure ou le brasage par résistance réalisent une liaison intime limitant l'échauffement au passage du courant dans l'appareil électrique Un autre avantage important de la soudure par résistance est de limiter l'échauffement dans la zone de la protubérance évitant ainsi tout recuit de la pièce de support Le contact réalisé selon le procédé inventif ne nécessite aucun traitement ultérieur, notam- ment de nettoyage ou d'usinage. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une pièce de contact élec- trique comportant un doigt de contact ( 10) en un matériau bon conducteur, notamment en cuivre, sur lequel est fixé par brasage ou soudure un revêtement en forme de feuille ( 42) ou de plaquette ( 16) à base d'argent constituant le contact, caractérisé en ce que le doigt de contact ( 10) présente dans l a zone du contact une protubérance ( 12) sur laquelle on dépose ledit revêtement ( 16, 42) avant d'ame- ner l'extrémité d'une électrode ( 20) de soudage sur le re- vêtement et d'appliquer un courant de soudage par résis- tance en exerçant une force de compression pour écraser ladite protubérance ( 12) et fixer ledit revêtement sur la protubérance écrasée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de l'électrode ( 20) est conformée en une ma- trice ( 22) de moulage de ladite protubérance ( 12) et dudit revêtement ( 16, 42) au cours de l'opération de soudure ou de brasage pour réaliser en une seule opération ledit con- tact. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé-en ce que ladite matrice ( 22) présente une surface de fond ( 24) com- plémentaire de la surface de contact, ladite surface de fond étant bordée de part et d'autre par des surfaces laté- rales de limitation de l'évasement de la protubérance ( 12) au cours de l'opération de soudure ou de brasage. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'espacement ( 11 desdites surfaces latérales est supérieur à la largeur ( 12 > du doigt de contact. 5 Procédé selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le doigt de contact ( 10) est maintenu entre les mors ( 26, 28) d'un étau équipén-de branches ( 34, 36) de maintien dudit revêtement ( 16, 42), lesdites branches s'ef- façant lors de l'application de l'électrode ( 20) sur le re- vetement. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'une brasure ( 18) au phos- phore est déposée sur la protubérance ( 12) avant la mise en place du revêtement en for"e dc plaquette ( 16) pour réaliser lors de l'opération de brasage une incrustation de la plaquette sur la protubérance écrasée. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le doigt de contact ( 10) est découpé dans une plaque de cuivre de quelques millimètres d'épais- seur en ménageant sur le pourtour ladite protubérance ( 12), sur la tranche ( 14) de laquelle est déposée ledit revête- ment ( 16, 42). 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que plusieurs desdits doigts ( 44) sont accolés pour constituer la pièce de contact ( 10), ledit revêtement ( 16) coiffant l'ensemble des protubérances ( 12) et solidarisant après l'opération de brasage ou de soudure lesdits doigts. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la largeur ( 1, 13) de la plaquette ( 16) ou de la feuille ( 42) de revêtement est su- périeure à la largeur ( 12 > du doigt ( 10), de façon à débor- der latéralement. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite électrode ( 20) replie les bords de ladite feuille ( 42) pour réaliser une chape coiffant la protubérance ( 12) écrasée au cours de l'opération de soudure ou de brasage. 11 Procédé selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que ledit revêtement est une feuille ( 42) en argent d'une épaisseur inférieure à 1 mm. 12 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que ledit revêtement est une pla- quette ( 16) en un alliage à base d'argent d'une épaisseur supérieure à 1 mm. 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite plaquette ( 16) est en un alliage argent-nickel, argent-graphite ou argent-tungstène, en forme de parallé- lépipède rectangle. 14 Procédé selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la durée de maintien du courant de soudure est de l'ordre de la seconde, la force d'application de l'électrode ( 20) étant adaptée à la dimen- sion de la pièce de contact ( 10). Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le courant de soudure par résistance est compris dans la fourchette de 15 000 à 50 000 ampères. 16 Pièce de contact électrique, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 17 Pièce de contact électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un revêtement à base d'argent en forme de feuille ( 42) ou de plaquette ( 16) mince soudée ou brasée par résis- tance sur une protubérance ( 12) écrasée à chaud d'un doigt de contact ( 10) en cuivre. 18 Pièce de contact selon la revendication 16 ou 17, carac- térisée en ce qu'elle constitue le contact mobile d'un ap- pareil de coupure de courant et coopère avec un contact fixe en position de fermeture de l'appareil.