Brevet FR2881668A1 — publié le 20060811

PROCEDE DE SOUDURE PAR RESISTANCE DE DEUX PIECES METALLIQUES ET CONTACT ELECTRIQUE OBTENU SELON CE PROCEDE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention est relative à un procédé de soudure par résistance de deux pièces métalliques respectivement réalisées dans des métaux ayant des points de fusion distincts. Le procédé consiste à introduire les deux pièces métalliques en contact entre deux électrodes connectée à une source de courant électrique, à insérer localement un apport de matière entre lesdites pièces au niveau des électrodes, à appliquer un courant électrique et une force de compression à travers les électrodes. ETAT DE LA TECHNIQUE 2] Les procédés de soudure par résistance sont largement exploités pour la fixation pièces métalliques utilisées notamment dans la fabrication de contacts électriques d'appareillages électriques comme décrit dans le document FR2665026. Ces procédés de soudure par résistance peuvent être utilisés avec ou sans apport de matière telle que notamment de la brasure. L'apport de matière est utilisé pour augmenter la qualité la liaison entre les pièces métalliques soudées. 3] La tenue mécanique des soudures est notamment dépendante de la nature des deux métaux ou alliages présents. En effet, les procédés de soudure par résistance sont particulièrement destinés à la fixation de métaux ou alliages qui ont des températures de fusion voisines. Lorsque les pièces à souder sont constituées de matériaux qui ont des points de fusions très différents, la soudure devient difficile à réaliser. Par exemple, dans le domaine des contacts électriques, on peut rencontrer le problème lorsque lesdits contacts sont constitués notamment d'une première partie en aluminium ou en alliage d'aluminium et d'une seconde partie en cuivre ou en alliage de cuivre. 4] Afin d'améliorer la qualité des soudures, certaines solutions, décrites par exemple dans le document GB 1482467, optimisent les formes de chacune des pièces au niveau des zones à souder ainsi que les cycles de passage des courants électriques. Il est notamment décrit des zones de soudage prévoyant des encastrements d'une pièce dans l'autre. Les encastrements peuvent avoir une section sensiblement trapézoïdale. 5] Afin de souder des pièces en aluminium avec des pièces de cuivre, d'autres solutions d'assemblage utilisent des apports de matière ou de la brasure à base de Caldium. Ces procédés présentent l'inconvénient d'utiliser des brasures dont le composant principal est appelé à être retiré de toute exploitation cornpte tenu des risques chimiques. EXPOSE DE L'INVENTION [0006] L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un procédé de soudure par résistance entre une partie en cuivre ou en alliage de cuivre et une partie en aluminium ou en alliage d'aluminium. 7] Le procédé de selon de l'invention consiste à souder des pièces métalliques respectivement en cuivre ou en alliage de cuivre et en aluminium ou en alliage d'aluminium, l'apport de matière étant composée d'un métal ou d'un alliage métallique dont le point de fusion est supérieur au point de fusion respectif desdites pièces métalliques. 8] Selon un mode de développement de l'invention, l'apport de matière possède une résistivité p supérieure à celle de l'aluminium. 9] Dans un mode de réalisation particulier, l'apport de matière est composée de nickel ou d'un alliage de nickel. 0] Avantageusement, l'alliage de nickel comprend de l'argent et du nickel, dont au moins 20% de nickel. 1] Avantageusement, la brasure est composée d'une poudre de nickel. 2] De préférence, la poudre de nickel est mélangée à de l'eau. 3] Selon un mode de développement de l'invention, l'apport de matière est placé à l'intérieur d'une cavité aménagée dans au moins une des deux pièces métalliques à souder. 4] Un contact électrique destiné à la connexion d'appareillage électrique et comprenant une première partie en aluminium et une seconde partie en cuivre, les deux parties sont assemblées selon un procédé tel que défini ci-dessus. io [0015] Avantageusement, la première partie se compose d'une barre conductrice en aluminium sur laquelle est soudée au moins une partie en cuivre. 6] Dans un mode de réalisation lparticulier, ladite seconde partie en cuivre se compose d'au moins cavalier en forme de U positionné sur la première partie en aluminium, la soudure étant effectuée d'une part entre une première branche du cavalier et une première face de la partie en aluminium, d'autre part entre une seconde branche du cavalier et une seconde face de la partie en aluminium. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 7] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels: É la figure 1 représente une étape du procédé de fixation de deux pièces selon un premier mode de réalisation préférentiel de l'invention; É la figure 2 représente un contact électrique réalisé suivant le procédé de fixation selon l'invention; DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION 8] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention représenté sur la figure 1, le procédé de fixation consiste à assembler par soudure par résistance deux pièces métalliques ayant respectivement au moins une surface plane. Cette surface plane sera arbitrairement appelée par la suite surface de soudage. En pratique, la première pièce 1 est constituée d'une barre en aluminium ou en alliage d'aluminium et la seconde pièce 2 est une barre de cuivre ou en alliage de cuivre. 9] A titre d'exemple, selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce 1 est une barre d'aluminium de 6 mm d"épaisseur et la pièce 2 est une barre de cuivre de 1 mm d'épaisseur. Dans cet exemple de réalisation, une des cieux pièces subit localement une déformation par emboutissage au niveau de sa surface de soudage. Cette déformation donne naissance à une cavité 4 dont la forme reprend sensiblement la forme du poinçon utilisé dans cette phase d'emboutissage. Une protubérance 5 est alors apparente sur la surface opposée à la surface de soudage. 0] Cette cavité est destinée à recevoir localement un apport de matière 6 indispensable à la fixation des deux pièces 1, 2. Suivant ce procédé de réalisation de l'invention, afin d'obtenir une tenue mécanique satisfaisante, l'apport de matière 6 comporte une caractéristique physique essentielle. En effet, contrairement aux brasures traditionnellement utilisées dans les procédés de soudure, la température de fusion du métal ou de l'alliage utilisé pour cet apport de matière 6 est supérieur à la température de fusion des pièces 1, 2. Par ailleurs, le métal ou de l'alliage utilisé pour cet apport de matière 6 est de préférence un mauvais conducteur de courant électrique, autrement dit, il possède une résistivité p supérieure à celle du cuivre ou de l'aluminium. 1] Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, la cavité 4 est remplie d'une poudre de nickel 6. Afin d'éviter la dispersion de la poudre, la poudre peut être mélangée à une faible quantité de liquide, notamment d'eau. Une pâte semi-liquide est alors obtenue. 2] Les deux pièces 1, 2 sont ensuite accolées l'une à l'autre par leur surface de soudage, la cavité 4 présente sur la première pièce est ainsi refermée par la seconde pièce. 3] Les deux pièces 1, 2 sont placées entre les deux électrodes 3 d'une machine à souder. La machine à souder comporte une première électrode placée en vis à vis de la protubérance 5. En outre, la première électrode présente une empreinte ayant une surface sensiblement égale à celle de la protubérance 6. La seconde électrode est placée en vis à vis de la première électrode, de l'autre coté des deux pièces métalliques 1, 2. io [0024] Au moment de l'opération de soudage, la machine à souder applique, via les deux électrodes 3, des forces de pression FP sur les deux pièces 1 et 2 et fait circuler au moyen d'une source de courant 7 un courant électrique I à travers lesdites pièces ainsi qu'à travers la poudre de nickel 6. 5] Dans un exemple d'applications de l'invention, prise uniquement à titre d'illustration concrète, les électrodes supérieure et inférieure sont en tungstène. La pression exercée par les électrodes sur les pièces 1, 2 est comprise entre 5 et 20 Kg/mm2 (1 Kg/mm2 = 98,1 bars) selon les caractéristiques des pièces 1, 2. Le courant électrique I circulant entre les électrodes est un courant alternatif ou continu. 6] Compte tenu des coefficients de résistivité p des différents métaux en présence, le passage d'un courant électrique de forte intensité provoque un échauffement global des pièces 1, 2 compris entre 700 et 900 degrés Celsius. L'intensité du courant électrique peut atteindre une valeur de 18 kiloampères clans le cas de la soudure d'une pièce d'aluminium ayant une épaisseur voisine de 6 mm et une pièce de cuivre ayant une épaisseur voisine de 1 mm. 7] Compte tenu de la forte résistivité du nickel, l'échauffement localisé au niveau de la cavité 4 est très important et est largement supérieure à celui des pièces 1 et 2. La température peut atteindre localement une température de l'ordre de 1500 degrés Celsius. 8] Cet échauffement local permet une fusion des matériaux au niveau de l'apport de matière 6. Du cuivre et de l'aluminium pénètrent et se mélangent alors à l'intérieur de l'apport de matière 6. 9] Selon le mode de réalisation, la durée de passage du courant, correspondant à cette opération, est de l'ordre de la seconde. Généralement, le temps d'application du courant électrique est de préférence court. 0] Au retrait des électrodes, la protubérance 6 a été aplatie en quasi- totalité sous l'action des forces pression FP et du passage du courant électrique I. [0031] Selon un second mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'apport de matière 6 est constitué d'un alliage de nickel contenant de l'argent. En effet, pour améliorer la qualité électrique de la soudure, il peut être associé au nickel un métal conducteur de faible résistivité tel que de l'argent. Cet apport d'argent dans une proportion allant jusqu'à 80% permet de réduire localement la résistivité de la soudure. Ceci est souhaitable lorsque l'assemblage de cuivre et -15 d'aluminium est utilisé dans le domaine des contacts électrique. 2] Selon une première variante de réalisation de l'invention, une cavité 4 destinée à recevoir un apport de matière 6 est réalisée respectivement dans les deux pièces à souder 1, 2. 3] Selon une seconde variante, la poudre de nickel est répartie uniformément sur les surfaces à souder des pièces 1 et 2. 4] Dans un mode d'application particulier de l'invention, un contact électrique 10 en cuivre est soudé sur une barre de raccordement 11 en aluminium au moyen du procédé tel que défini ci-dessus. A titre d'exemple, la barre 11 pouvant comporter un ou plusieurs contacts 110 est présente notamment dans des goulottes électriques. Ce type de contact électrique est particulièrement destiné à être inséré dans des pinces de connexion d'un ou plusieurs appareillages électriques tels que des disjoncteurs ou des interrupteurs de courant électrique. 5] La barre de raccordement 11 comporte au moins une surface destinée à venir en contact avec le contact électrique 10 en cuivre. Le contact électrique en cuivre est constitué d'une simple plaque de cuivre ou d'un cavalier en forme de U. Dans le mode de réalisation décrit, le contact 10 à la forme d'un cavalier comportant deux branches 1Oa, 1Ob. La barre de raccordement 11 comporte alors deux surfaces principales 11 a et 11 b sensiblement parallèles Les faces internes desdites branches viennent respectivement au contact avec les surfaces principales 11 a et 11 b de la barre de raccordement. Les faces internes des branches 10a, 10b comportent respectivement au moins une cavité 4 contenant l'apport de matière 6. Après l'opération de soudage, au moins un point de soudure 20 est observé sur chaque branche du cavalier 10. 1 o [0036] En outre afin d'améliorer la conductibilité électrique du cavalier en cuivre, les faces externes des branches 10a,, 10b peuvent être recouvertes d'un dépôt d'argent. 8 REVENDICATIONS 1. Procédé de soudure par résistance de deux pièces métalliques (1, 2) respectivement réalisées dans des métaux ayant des points de fusion distincts, consistant à : É introduire les deux pièces métalliques (1, 2) en contact entre deux électrodes (3) connectée à une source de courant électrique (7), É à insérer localement un apport de matière (6) entre lesdites pièces au niveau des électrodes (3), É à appliquer un courant électrique (I) et une force de compression (FP) à travers les électrodes (3), caractérisé en ce que les pièces métalliques (1, 2) sont respectivement en cuivre ou en alliage de cuivre et en aluminium ou en alliage d'aluminium, l'apport de matière (6) est composée d'un métal ou d'un alliage métallique dont le point de fusion est supérieur au point de fusion respectif desdites pièces métalliques. 2. Procédé de fixation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'apport de matière (6) possède une résistivité (p) supérieure à celle de l'aluminium. 3. Procédé de fixation selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'apport de matière (6) est composée de nickel ou d'un alliage de nickel. 4. Procédé de fixation selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'alliage de nickel comprend de l'argent et du nickel, dont au moins 20% de nickel. 5. Procédé de fixation selon la revendication 3 caractérisé en ce que la brasure (6) est composée d'une poudre de nickel. 6. Procédé de fixation selon la revendication 5 caractérisé en ce que la poudre de nickel est mélangée à de l'eau. 7. Procédé de fixation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'apport de matière (6) est placé à l'intérieur d'une cavité (4) aménagée dans au moins une des deux pièces métalliques (1, 2) à souder. 8. Contact électrique destiné à la connexion d'appareillage électrique, et comprenant une première partie en aluminium (11) et une seconde partie en cuivre (10) caractérisé en ce que les deux parties sont assemblées selon le procédé de l'une des revendications 1 à 7. 9. Contact électrique selon la revendication 8 caractérisé en ce que la première partie se compose d'une barre conductrice (11) en aluminium sur laquelle est soudée au moins une partie en cuivre (10). 10. Contact électrique selon les revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que ladite seconde partie en cuivre (10) se compose d'au moins cavalier en forme cle U o positionné sur la première partie en aluminium (11), la soudure étant effectuée d'une part entre une première branche (10a) du cavalier (10) et une première face (11a) de la partie en aluminium (11), d'autre part entre une seconde branche (10b) du cavalier (10) et une seconde face (11 b) de la partie en aluminium (11).