Brevet FR2685235A1 — publié le 19930625

Electrode de soudage à résistance Par points; extrémité de contact pour une telle électrode; machine pour l'échange de ces extrémités. La présente invention concerne une électrode de soudage à résistance par points, du type comportant un corps d'électrode propre à être monté sur un bras de support et à être relié à une source de courant de soudage de forte intensité, ainsi qu'à un circuit d'alimentation en eau de refroidissement, cette électrode comportant en outre un embout de soudage solidaire de l'extrémité dudit corps, cet embout possédant lui-même une extrémité de contact consom- mable dont le rôle est d'assurer le contact avec les tôles à souder et de leur transmettre la pression et l'intensité du courant de soudage. Une telle électrode (portée par exemple par une pince manoeuvrée par un robot), en particulier son embout de soudage, est soumise à des contraintes mécaniques et thermiques, et par suite à une usure importante, du fait de la mise en contact répétitive et sous pression de son extrémité avec les tôles à souder, et de l'importance des intensités du courant électrique qui la traverse, qui peuvent être de l'ordre de 10 000 A sous basse tension Ce courant provoque une fusion ponctuelle du métal de ces tôles, et l'extrémité de l'électrode peut donc être soumise à des élévations de température très importantes, nonobstant le refroidissement fourni par l'eau en circulation dans le circuit précité. Il y a lieu de considérer, à ce sujet, que la dynamique de formation d' un noyau soudé et sa reproductivité dans le temps sont très dépendantes de la qualité du contact entre les électrodes et les tôles Or, ce contact se dégrade très rapidement dans le temps selon différents processus; tout d'abord, il y a une dégradation géométrique, causée par les chocs répétés dus à la fermeture de la pince de soudage et par le fait que les électrodes ne sont pas toujours parfaitement perpendiculaires aux tôles (program- mation du robot) Le fort dégagement de chaleur qui se produit pendant le soudage, ce qui provoque une altération des propriétés mécaniques du cuivre, fait que la surface de contact a tendance à s'accroître La surface de tôle dans laquelle passe le courant de soudage devenant plus impor- tante, un même courant de soudage ne permet plus d'obtenir la fusion dans un temps identique. Ensuite, on assiste à une dégradation métallurgique, du fait de l'oxydation des surfaces de contact, due à l'élévation de température et au transfert dioxydes métalli- ques entre tôles et électrodes Lors du soudage de tôles revêtues (zinguées, aluminées, etc), il y a transfert du métal de revêtement vers l'électrode et constitution d'une couche de zinc ou d'aluminium modifiant considérablement les résistances de contact électrodes/tôles, et pouvant même provoquer des collages ou soudages entre électrodes et tôles. Pour résoudre ces problèmes, de nombreux palliatifs ont été mis en place: on a pensé tout d'abord à effectuer un nettoyage des électrodes par rodage avec une périodicité donnée, mais en aucun cas le rodage ne permet de récupérer la qualité géométrique de l'électrode neuve De plus, le coût de cette opération, comprenant l'automatisation du procédé, l'achat et la mise en place de l'équipement et dans certains cas la perte de productivité, est relativement onéreux. On a également pensé à augmenter progressivement le courant de soudage pour tenir compte de la dégradation des électrodes, mais il s'agit d'une méthode extrêmement empiri- que, qui permet certes d'améliorer la situation, mais sans toutefois assurer une régularité de qualité satisfaisante, car les processus de dégradation des électrodes sont extrêmement complexes et peu répétitifs. On doit donc se résoudre, surtout quand la cadence de soudage est élevée, à remplacer régulièrement et fréquem- ment le corps d'électrode, et surtout l'embout de soudage. Ainsi, l'embout de soudage peut avoir à être changé plu- sieurs fois par Jour, et le corps d'électrode une fois pour chaque dizaine ou pour chaque vingtaine de changements de l'embout. Comme, de la sorte, on peut avoir besoin de désoli- dariser l'embout de soudage du corps d'électrode, on utilise souvent, entre les deux, un emmanchement conique. Pour des cadences de production élevées, on peut envisager de mettre en oeuvre une automatisation du change- ment des embouts ou des électrodes, mais il s'agit là d'une opération très complexe et onéreuse. Le but de la présente invention est d'éliminer tous ces inconvénients de la technique antérieure et de permettre un changement automatique et facile des extrémités de contact des embouts de soudage, à moindres frais. A cet effet, une électrode conforme à l'invention, du type général défini au début, sera essentiellement caractérisée en ce que ladite extrémité de contact des embouts de soudage est une pièce distincte de l'embout et est connectée à cet embout par brasage, le courant nécessai- re à la fusion de la brasure étant fourni par ladite source de courant de soudage elle-même, pendant que l'alimentation en eau de refroidissement est momentanément stoppée. Ainsi, grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire de changer la totalité de l'embout de soudage, mais seule- ment son extrémité de contact, l'embout proprement dit restant solidaire du corps d'électrode En outre, le changement de cette extrémité de contact peut se faire sans désemmanchement ni réemmanchement, puisque la solidarisation entre cette extrémité de contact et l'embout proprement dit est assurée par brasure. Pour retirer 1 'extrémité de contact, il suffira donc de fondre la liaison brasée entre elle et l'embout par passage du courant à haute intensité dans l'électrode, après y avoir coupé la circulation de l'eau de refroidissement, pour faciliter la fusion de la brasure, et pouvoir limiter ainsi cette intensité; pour remettre en place une extrémité de contact neuve, il suffira de faire de même pour faire fondre un anneau de brasure prévu sur cette extrémité; les opérations mécaniques de pose et de dépose seront de la sorte réduites à leur plus simple expression; elles pourront s'effectuer très rapidement, et sans aucunement pénaliser la productivité de la ligne d'assemblage des tôles. On peut prévoir que ledit embout de soudage est lui- même fixé de façon amovible sur l'extrémité dudit corps, par exemple par emmanchement conique, ou au contraire que ledit embout de soudage fait partie intégrante du corps d'électrode, auquel cas il ne pourra être changé qu'en même temps que ce corps, mais beaucoup moins fréquemment que selon la technique antérieure. La brasure sur l'extrémité de contact de remplace- ment peut se présenter sous la forme de pâte à braser ou sous la forme d'une rondelle de brasure rapportée Selon une variante, on peut maintenir sur une extrémité de contact une rondelle de brasure plate par des points de soudure ou encore par clipsage ou moyens de fixation analogues On pourrait aussi envisager que l'extrémité de contact et/ou l'embout de soudage soient revêtus par électrolyse ou par dépôt chimique du métal d'apport nécessaire, par exemple zinc ou étain Un centrage de type conique ou cylindrique, par exemple, peut aussi être imaginé pour faciliter le positionnement de l'embout de soudage et de l'extrémité de contact l'un sur l'autre. Il va de soi par ailleurs que le corps d'électrode pourra, comme connu en soi, être incliné, coudé, etc. On voit en tout cas que l'invention concernera également une extrémité de contact pour une électrode du type qui vient d'être défini, et qu'une telle extrémité pourra se caractériser en ce qu'elle est pourvue d'un anneau de brasure Elle pourra de plus se caractériser en ce que ledit anneau de brasure est constitué sur une partie conique ou analogue, permettant l'assemblage avec une partie de forme complémentaire prévue sur ledit embout de soudage, ou directement sur ledit corps d'électrode. On peut encore prévoir que cette extrémité de contact porte centralement et intérieurement un piton déflecteur, conique et/ou hélicoïdal, ceci dans le cas o un tube prévu intérieurement dans l'électrode, pour amener à l'extrémité de celle-ci l'eau du circuit de refroidissement, débouche directement sur le fond de ladite extrémité de contact Cette disposition de l'invention, dans ce cas, permet d' augmenter 1 'effet de la convection au niveau de cette extrémité, en répartissant mieux cette eau sur tout ce fond de l'extrémité de contact. Cependant il va de soi que l'on pourrait aussi bien se dispenser de cette disposition, et utiliser un embout de soudage ou un corps d'électrode à extrémité fermée Cette disposition présenterait alors l'avantage, sur la précéden- te, de ne pas nécessiter la vidange du circuit d'eau de refroidissement avant d'effectuer l'opération de retrait ou de pose de l'extrémité de contact. L'invention concerne encore une machine conçue spécialement pour l'échange des extrémités de contact qui viennent d'être décrites sur des électrodes également conformes à l'invention. Avantageusement une telle machine pourra se caracté- riser en ce qu'elle comporte un plateau tournant associé à des moyens moteurs d'entraînement en pas à pas et muni, de part et d'autre d'une plaque-sandwich résistive, d'un certain nombre de logements propres à recevoir lesdites extrémités de contact, la pince de soudage pouvant ainsi être écartée de sa position normale de soudage et amenée dans une position de rééquipement pour laquelle les embouts de soudage des électrodes viennent se positionner respec- tivement vis-à-vis de logements libres dudit plateau, par suite de quoi les extrémités de contact usagées correspon- dantes, une fois désolidarisées desdits embouts, peuvent être recueillies par ces logements, le plateau être pivoté d'un pas pour amener en face desdits embouts des extrémités de contact neuves, lesquelles peuvent alors être fixées à leur tour par brasage sur les embouts de soudage respectifs des électrodes, suite à quoi la pince ainsi rééquipée peut être ramenée en position de soudage jusqu'au prochain cycle d'échange. Le fonctionnement d'une telle machine sera décrit plus bas; il est à souligner que ce fonctionnement pourra bien entendu être entièrement automatisé et s'incorporer commodément dans les cycles de soudage habituels. Des modes d ' exécution de 1 'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs avec réfé- rence aux figures du dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente en élévation avec parties en coupe deux électrodes de soudage à résistance conformes à l'invention; la figure 2 est une vue en plan de l'intérieur d'une extrémité de contact à anneau de brasure; la figure 2 a montre une variante d'extrémité de contact à anneau de brasure plat; la figure 2 b montre cette extrémité de contact brasée sur un embout de soudage; la figure 3 est une vue en coupe axiale de l'embout de soudage d'une électrode conforme à l'invention équipé d'une extrémité de contact brasée; la figure 4 montre une variante selon laquelle, contrairement au cas de la figure 3, l'alésage interne de 1 'embout débouche directement sur 1 'extrémité de contact, cette dernière étant pourvue d'un piton central conique; la figure 5 est une variante du mode de réalisa- tion de la figure 4 dans laquelle le piton conique de l'extrémité de contact comporte une rainure hélicoïdale; la figure 6 est une vue schématique en élévation d'une machine conforme à l'invention; la figure 7 est une vue en plan partielle montrant le plateau tournant de cette machine; et la figure 8 montre un détail du schéma de la figure 6. Sur toutes les figures on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments des électrodes ou des éléments analogues. La référence 1 désigne le corps d'électrode, lequel peut être fixé par tout moyen approprié à un bras de support 2 faisant par exemple partie d'une pince de soudage à deux bras manipulée par un robot sur une chaîne de soudage par points, par exemple de tôles de carrosserie de véhicules ou analogues Ces tôles ont été référencées en T sur la figure 1 Comme on le sait, la solidarisation ponctuelle des deux tôles concernées s'effectue par une fusion F du métal à leur point de contact, fusion causée par le passage d'un courant électrique de forte intensité entre deux électrodes opposées et pressant entre elles les tôles T lors de la fermeture, sous pression contrôlée, de la pince de soudage. En 3, on a référencé 1 'embout de soudage, lequel peut être fixé par emmanchement conique autoserrant sur le corps d'électrode 1 ou pourrait même faire partie de ce corps Conformément à 1 ' invention, 1 'extrémité de contact 4, à savoir l'extrémité de l'électrode qui sera pressée sur les tôles T, au lieu d'être d'une pièce avec l'embout de soudage 3, est solidarisée de celui-ci par brasage A cet effet, les extrémités de contact 4 sont pourvues d'un anneau de brasure référencé en 5 à la figure 2 et dans la partie en coupe de la figure 1. Dans la variante de réalisation des figures 2 a et 2 b, au lieu d'utiliser un anneau de brasure conique 5, on utilise un anneau de brasure plat 5 a engagé sur une extré- mité de contact 4 a possédant autour d'un collet conique 5 b un siège plat 5 c de dimensions correspondantes Ainsi il est facile d'assurer la solidarisation entre cet anneau de brasure 5 a et l'extrémité de contact 4 a en encliquetant l'anneau sur ledit collet 5 b, ou encore en soudant l'anneau sur le siège plat 5 c par des points de soudure Cette variante présente aussi l'avantage, sur le mode de réalisa- tion de la figure 1, de rendre les extrémités de contact 4 a plus faciles à fabriquer, par exemple par découpage au tour à partir d'une barre de cuivre. Quel que soit le mode de réalisation, on voit que lorsque les extrémités de contact 4 sont usées ou détério- rées, il est très facile de les retirer des embouts de soudage correspondants 3 en fermant la pince de préférence sur une plaque résistive spéciale T' (voir figure 6), en interrompant la circulation de l'eau de refroidissement, et en faisant passer dans les électrodes un courant d'intensité et de durée suffisantes pour provoquer la fusion de la brasure 5 La pince étant ensuite ouverte, les extrémités usées 4 sont retirées et l'on dispose des extrémités 4 neuves sur les extrémités correspondantes des embouts de soudage 3 Ensuite il suffit de refermer la pince sur la plaque T', la circulation d'eau de refroidissement étant toujours interrompue, puis de refaire passer un courant de forte intensité dans les électrodes pour fondre l'anneau de brasure 5 des extrémités neuves 4 et assurer ainsi leur assujettissement sur les embouts correspondants 3 Après interruption du courant dans les électrodes, on peut d'ailleurs prévoir une certaine durée pendant laquelle la pression de la pince est maintenue sur la plaque T' pour permettre à la brasure de se refroidir suffisamment avant de supprimer la pression sur la plaque T' et de renvoyer la pince dans la ligne de soudage des tôles T. Sur la figure 1, de même que sur les figures 4 et , on a représenté une variante selon laquelle l'alésage interne 6 des embouts 3, qui sert à l'évacuation de l'eau de refroidissement amenée à l'extrémité de l'électrode par une conduite intérieure 7, débouche directement sur le fond de l'extrémité de soudage correspondante 4 Dans le mode de réalisation de la figure 3 au contraire, l'embout de soudage 3 est fermé et le refroidissement de l'extrémité de contact 4 est alors assuré par conduction entre les surfaces de contact de cette extrémité et de l'embout de soudage 3 Ce mode de réalisation permet d'éviter la vidange complète du circuit de refroidissement avant l'échange de l'extrémité usée 4 par une extrémité neuve. Le mode de réalisation des figures 4 et 5 oblige à une telle vidange préalable, mais il permet par contre de prévoir au centre des extrémités de contact 4 un piton conique 8 (fig 4), éventuellement pourvu d'une rainure hélicoïdale (fig 5), ceci pour favoriser les échanges thermiques entre l'eau issue de la conduite interne 7 et le fond de l'extrémité de contact correspondante 4. Les changements des extrémités de contact peuvent être facilement automatisés grâce à une machine telle que celle qui est schématisée sur les figures 6 et 7. Sur ces figures, on a encore référencé en 2 les bras de support portant les corps d'électrode 1, lesquels supportent à leur tour à leurs extrémités respectives les embouts de soudage 3, ceci ayant été représenté à la figure 6 après désolidarisation des extrémités de contact corres- pondants 4 Les extrémités de contact de remplacement peuvent être disposées à l'opposé l'une de l'autre dans un certain nombre de logements 11 prévus sur un plateau tournant 10 entraîné en rotation par un moteur ou un vérin pas à pas Un dispositif de maintien mécanique à clips 13 ou à mâchoires permet de maintenir en place les extrémités de contact 4 dans leurs logements (figure 8) De la sorte, quand le moteur a été arrêté dans une position pour laquelle les deux extrémités neuves 4 se trouvent vis-à-vis des embouts de soudage 3, par une ouverture 12 prévue dans un capot de protection 9 du plateau tournant, on voit que l'on peut procéder rapidement à leur fixation sur les embouts 3 en commandant la fermeture de la pince 2-2 pour que les embouts viennent s'ajuster par leur partie conique dans la partie conique correspondante des extrémités de contact 4, par suite de quoi la circulation de l'eau de refroidissement étant stoppée, il suffira de commander dans les électrodes le passage d'un courant d'intensité et de durée suffisantes pour fondre les anneaux de brasure 5 et assujettir ainsi les extrémités de contact sur les embouts respectifs 3. Ces opérations étant terminées, on provoque la réouverture de la pince 2-2 et on peut la ramener alors dans la ligne de soudage des tôles T. Sur la figure 6, on a également représenté en T' la plaque spéciale résistive, par exemple en graphite ou en acier inoxydable qui permet d'augmenter rapidement la température des embouts 4 sans avoir besoin d'un courant d'intensité excessive dans les électrodes. Lorsqu'il sera à nouveau nécessaire de changer les extrémités de contact, on ramènera la pince dans la position de la figure 6 et on aura fait tourner dans l'intervalle le plateau 9, par exemple d'un pas, pour amener vis-à-vis des embouts 3, les nouvelles extrémités de contact 4, tandis que les extrémités usées précédemment extraites occuperont d'autres logements 11 du plateau 10 Lorsque ce plateau sera entièrement garni d'extrémités de contact usagées et ne comportera plus d'extrémités de contact neuves, il suffira de le vider et de le regarnir de nouvelles extrémités de contact, ou encore de démonter le plateau et de le remplacer par un autre plateau préalablement regarni d'extrémités de contact neuves, ceci pour un gain de temps. Il est à noter que l'on peut bien entendu imaginer différents couples temps-température pour produire la fusion de l'anneau de brasure 5, que ce soit pour retirer une extrémité de contact usagée, ou pour mettre en place une extrémité de contact neuve On peut ainsi obtenir facilement les conditions optimales pour minimiser le temps nécessaire aux opérations susdécrites tout en évitant de dégrader les propriétés mécaniques des embouts de soudage 3 provoquant pour ces embouts un échauffement trop important. On sait que dans certaines configurations le robot il ne manipule pas la pince de soudage 2-2, comme cela a été supposé dans le cas de la figure 6, mais au contraire déplace les tôles T, la pince 2-2 étant alors fixe par rapport au sol Il va de soi que dans un tel cas le principe général de la machine qui vient d'être décrite est encore valable, étant alors seulement nécessaire de prévoir que le robot puisse se saisir du dispositif d'échange des extrémi- tés de contact pour le présenter devant la pince, et notamment pour amener le plateau 10 dans la position qu'il occupe à la figure 6 par rapport à la pince 2-2 Le plateau distributeur 10 pourrait aussi être monté sur un bras manipulateur associé au corps de pince ou au support de pince, ce bras amenant alors automatiquement le plateau entre les bras de pince lorsque la procédure d'échange des extrémités de contact serait commandée. On peut également imaginer que dans certaines situations (pince-machine, pince manuelle) un opérateur se saisisse manuellement du dispositif d'échange d'extrémités, le positionne entre les électrodes de la pince, et déclenche les opérations de débrasage et rebrasage des extrémités de contact On pourrait dans ce cas construire des outils d'échange plus adaptés (légers, maniables), à cette situa- tion. REVENDICATIONS 1 Electrode de soudage à résistance par points, du type comportant un corps d'électrode ( 1) propre à être monté sur un bras de support ( 2) et à être relié à une source de courant de soudage de forte intensité, ainsi qu'à un circuit ( 6, 7) d'alimentation en eau de refroidissement, cette électrode comportant en outre un embout de soudage ( 3) solidaire de l'extrémité dudit corps ( 1), cet embout ( 3) possédant lui-même une extrémité de contact ( 4) consommable dont le rôle est d'assurer le contact avec les tôles (T) à souder et de leur transmettre la pression et l'intensité du courant de soudage, caractérisée en ce que ladite extrémité de contact ( 4) des embouts de soudage est une pièce dis- tincte de l'embout ( 3) et est connectée à cet embout par brasage, le courant nécessaire à la fusion de la brasure ( 5) étant fourni par ladite source de courant de soudage elle- même. 2 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit embout de soudage ( 3) est lui-même fixé de façon amovible sur l'extrémité dudit corps ( 1), par exemple par emmanchement conique. 3 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit embout de soudage ( 3) fait partie intégrante du corps ( 1) d'électrode. 4 Extrémité de contact pour électrode conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'un anneau ( 5) de brasure. Extrémité de contact selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit anneau ( 5) de brasure est constitué sur une partie conique ou analogue, permettant l'assemblage avec une partie de forme complémentaire prévue sur ledit embout ( 3) de soudage, ou directement sur ledit corps ( 1) d'électrode. 6 Extrémité selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un siège ( 5 c) sur lequel est appliqué un anneau de brasure plat ( 5 a). 7 Extrémité de contact selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit anneau de brasure ( 5 a) est solidarisé de l'extrémité de contact ( 4 a) par clipsage. 8 Extrémité de contact selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit anneau de brasure ( 5 a) est solidarisé de l'extrémité de contact ( 4 a) par des points de soudure. 9 Extrémité de contact selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle porte centralement et intérieurement un piton déflecteur ( 8), conique et/ou hélicoïdal. Machine pour l'échange des extrémités de contact ( 4) sur des électrodes ( 1) conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un plateau tournant ( 10) associé à des moyens moteurs d'entraînement en pas à pas et muni, de part et d'autre d'une plaque résistive (T'), d'un certain nombre de logements ( 11) propres à recevoir et à maintenir lesdites extrémités de contact ( 4), la pince de soudage ( 2-2) pouvant ainsi être écartée de sa position normale de soudage et amenée dans une position de rééquipement pour laquelle les embouts de soudage ( 3) des électrodes viennent se position- ner respectivement vis-à-vis de logements ( 11) libres dudit plateau ( 10), par suite de quoi les extrémités de contact usagées correspondantes ( 4), une fois désolidarisées desdits embouts ( 3), peuvent être recueillies par ces logements ( 11), le plateau ( 10) être pivoté d'un pas pour amener en face desdits embouts ( 3) des extrémités de contact neuves ( 4), lesquelles peuvent alors être fixées à leur tour par brasage sur les embouts de soudage respectifs ( 3) des électrodes, suite à quoi la pince ainsi rééquipée peut être ramenée en position de soudage jusqu'au prochain cycle d'échange.