Brevet FR2694224A1 — publié le 19940204

La présente invention concerne l'assemblage de tôles en acier revêtu, par soudage par points. Le soudage par résistance par points est un procédé d'assemblage couramment utilisé, en particulier dans l'industrie automobile et dans la fabrication de matériels électro-ménagers, pour assembler des tôles minces, dont l'épaisseur est comprise par exemple entre 0,7 à 2,5 mm, en acier revêtu ou non de zinc. Les deux tôles sont maintenues sous pression entre deux électrodes, leurs faces revêtues étant en contact mutuel. On fait passer un courant électrique élevé, de l'ordre de plusieurs kiloampères, généralement monophosé à la fréquence du réseau dans un circuit qui est schématisé par cinq résistances électriques placées en série, à savoir - la résistance de contact entre l'électrode supérieure et la tôle supérieure, - la résistance de la tôle supérieure, - - la résistance de contact entre la tôle supérieure et la tôle inférieure, - la résistance de la tôle inférieure, et - la résistance de contact entre la tôle inférieure et l'électrode inférieure. L'intensité du courant est suffisante pour créer un dégagement thermique qui permet d'obtenir la fusion d'une partie des deux tôles à assembler. Le réglage de l'intensité se fait soit par modification de la tension primaire, soit par changement du rapport de transformation primaire-secondaire d'un transformateur, soit par réglage de l'angle d'allumage de redresseurs commandés tels que des thyristors. On a constaté que pour des conditions équivalentes, à savoir le type d'électrode, l'effort appliqué, l'épaisseur et la résistivité des tôles, la résistance électrique globale dans le cas de tôles revêtues est systématiquement inférieure à la résistance globale dans le cas de tôles nues. Cette diminution de la résistance globale est due à une diminution des résistances électriques de contact des tôles provoquée par l'amélioration du contact du fait du fluage du zinc de revêtement. Une autre raison de la diminution de la résistance globale est due au fait qu'il se crée autour de la zone fondue des deux tôles, entre ces dernières, un anneau de zinc brasé. Le courant qui traverse cet anneau est un courant de dérivation qui ne participe pas à l'opération de soudage mais crée une augmentation notable du courant absorbé. Ceci a pour conséquence que les intensités de soudage sont supérieures de 30 * pour quatre revêtements et de 15 % pour deux revêtements par rapport à des tôles nues. Ceci est illustré sur la figure unique qui est un diagramme représentant la résistance statique globale entre électrodes en fonction de l'effort en daN exercé sur les électrodes. La courbe supérieure A correspond à une tôle nue et la courbe inférieure B à une tôle revêtue de zinc pur. On a constaté également que la latitude de soudage, c'est-à-dire la gamme de valeurs de l'intensité du courant de soudage pour lesquelles, pour des conditions opératoires données, la soudure s'effectue dans des conditions satisfaisantes, est beaucoup plus faible pour des tôles revêtues, par exemple 500 A, que pour des tôles nues, par exemple 1500 A. De plus, le fait de passer de tôles nues à des tôles zinguées sur les installations de soudure par points conduit à une réduction notable, par un facteur variable entre 10 et 20 par exemple, de la durée de vie des électrodes. En effet, sous l'effet de la température atteinte au niveau de la surface de contact de l'électrode, qui est de l'ordre de 800 C, le zinc présent au niveau de l'interface entre une tôle et une électrode se liquéfie et s'allie au cuivre de l'électrode de soudage pour former du laiton. Les caractéristiques mécaniques du laiton étant inférieures à celles de l'alliage de cuivre, de chrome et de zirconium qui compose l'électrode, la face active, c'est-à-dire la face en contact avec la tôle s'écrase sous l'effet des efforts de soudage exercés sur les électrodes. La surface augmentant, la densité de courant diminue, ce qui entraîne un moindre développement du noyau fondu et, par suite, une diminution des caractéristiques mécaniques du point soudé. Pour augmenter la durée de vie des électrodes, on peut tout d'abord nettoyer leur face active tous les 400 points (passage de 600 à 8000 points). On peut également augmenter l'intensité de soudage en fonction de l'usure de l'électrode (passage de 600 à 2500 points pour des tôles galvanisées et de 600 à 4500 points pour les tôles électrozinguées). Ces deux solutions présentent deux inconvénients majeurs, à savoir une perte de capacité des installations due aux interventions de changement ou de nettoyage des électrodes, ce qui oblige à disposer de moyens supplémentaires et augmente les coûts d'investissement et d'exploitation ; le deuxième inconvénient est que la tenue mécanique des points ne peut plus être assurée dans les mêmes conditions de qualité, ce qui rend nécessaire l'adaptation des moyens électriques utilisés, tels que la capacité des transformateurs, l'utilisation de séquenceurs à courant asservi, procédé utilisant une loi de déphasage, ... Pour pallier ces différents inconvénients, on a été amené à augmenter les temps opératoires, ce qui a entraîné une pénalisation des postes à grandes cadences tels que les robots des chaînes de finition ou les postes manuels. A titre d'exemple, un poste d'une ligne de finition robotisée, qui effectue 40 points de soudure sur des tôles dont l'épaisseur est de 1,25 mm avec un cycle opératoire d'une minute sur des tôles nues, verra son cycle opératoire augmenter de 10,7 % au minimum ; ceci entraîne pour la ligne de fabrication considérée, par exemple dans l'industrie automobile, une perte de 150 véhicules par jour si l'on n'a pas prévu de moyens supplémentaires. Il est donc souhaitable que l'on dispose d'un procédé de soudure de tôles revêtues qui permette d'éliminer les inconvénients de la réduction de la durée de vie des électrodes et de la réduction de qualité de la tenue mécanique des points de soudure. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de soudage par points de deux tôles en acier comportant un revêtement, tel qu'un revêtement de zinc, sur au moins une de leurs faces, les tôles étant assemblées par leurs faces revêtues, dans lequel les deux tôles sont serrées entre deux électrodes parcourues par un courant alternatif de forte intensité, caractérisé en ce que le cycle de soudage comporte deux phases consécutives, une première phase pendant laquelle l'intensité du courant alternatif est maintenue à une valeur élevée correspondant à une valeur d'intensité nécessaire pour le soudage des deux tôles revêtues et une deuxième phase pendant laquelle l'intensité du courant alternatif est maintenue à une valeur plus faible correspondant à une intensité nécessaire pour assurer le soudage de deux tôles de même structure mais sans revêtement et en ce que la durée de la première phase est comprise entre un tiers et la moitié du cycle complet. La Demanderesse a constaté, en étudiant le phénomène de la formation du point de soudure dans l'opération de soudage par points des tôles revêtues, que le revêtement qui est présent à l'interface des deux tôles disparaît au bout d'un temps compris entre le tiers et la moitié du temps total nécessaire pour la soudure. Ceci pourrait être résumé de manière simplifiée en disant qu'au bout de cet intervalle de temps, on passe d'une soudure de tôle revêtue à la soudure de tôle nue. Par ailleurs, la Demanderesse a étudié l'évolution de la température de l'interface entre les deux tôles dans le cas de l'assemblage de tôles électrozinguées pour une intensité correspondant à l'intensité maximale de la latitude de soudage. Il a été constaté que la température s'accroît très rapidement dans la deuxième moitié du temps de soudage. Ces constatations ont permis d'expliquer la réduction de la latitude de soudage pour des tôles revêtues qui serait due en fait à l'application dans la deuxième partie du temps de soudage d'une intensité trop importante, ce qui risque d'entraîner un phénomène d'expulsion du joint de soudure. Le procédé selon l'invention permet tout d'abord d'augmenter les latitudes de soudage et, par suite, d'augmenter la durée de vie des électrodes. Par ailleurs, le procédé selon l'invention permet de diminuer le temps global de soudage, ce qui permet d'augmenter les capacités des lignes de production. Le fait de réduire l'intensité de soudage à celle correspondant au soudage de tôles nues permet de réduire le phénomène de dérivation du courant par la zone annulaire de revêtement entourant la zone fondue et, par suite, on peut alors, dans la première phase, utiliser l'intensité maximale de la latitude de soudage pour des tôles revêtues. Ceci permet d'augmenter la qualité des points de soudure. Pour augmenter encore la qualité de la soudure, on peut également utiliser comme intensité de la deuxième phase l'intensité maximale de la latitude de l'intensité pour des tôles nues. REVENDICATIONS 1.- Procédé de soudage par points de deux tôles en acier comportant un revêtement, tel qu'un revêtement de zinc, sur au moins une de leurs faces, les tôles étant assemblées par leurs faces revêtues, dans lequel les deux tôles sont serrées entre deux électrodes parcourues par un courant alternatif de forte intensité, caractérisé en ce que le cycle de soudage comporte deux phases consécutives, une première phase pendant laquelle l'intensité du courant alternatif est maintenue à une valeur élevée correspondant à une valeur d'intensité nécessaire pour le soudage des deux tôles revêtues et une deuxième phase pendant laquelle l'intensité du courant alternatif est maintenue à une valeur plus faible correspondant à une intensité nécessaire pour assurer le soudage de deux tôles de même structure mais sans revêtement. 2.- Procédé de soudage par points selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de la première phase est comprise entre un tiers et la moitié du cycle complet. 3.- Procédé de soudage par points selon la revendication 2, caractérisé en ce que la durée de la première phase est égale à la moitié de la durée totale du cycle. 4.- Procédé de soudage par points selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'intensité de la première phase est égale à l'intensité maximale de la latitude de soudage pour des tôles revêtues. 5.- Procédé de soudage par points selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'intensité de la deuxième phase est égale à l'intensité maximale de la latitude de l'intensité pour des tôles de même nature non revêtues.