Matériaux et conceptions d'électrodes pour le soudage par contact. Raccordement de pièces par soudage par points par résistance

Le soudage par points est un type de soudage par résistance. Avec cette méthode, le chauffage du métal jusqu'à sa température de fusion est effectué par la chaleur, qui est générée lorsqu'un courant électrique important passe d'une pièce à l'autre par le lieu de leur contact. Simultanément au passage du courant et quelque temps après, les pièces sont comprimées, ce qui entraîne une pénétration mutuelle et une fusion des zones chauffées du métal.

Les caractéristiques du soudage par points par résistance sont : un temps de soudage court (de 0,1 à plusieurs secondes), un courant de soudage élevé (plus de 1 000 A), une basse tension dans le circuit de soudage (1-10 V, généralement 2-3 V), une force importante comprimant le site de soudage. (de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kg), une petite zone de fusion.

Le soudage par points est le plus souvent utilisé pour les pièces de tôle qui se chevauchent, et moins souvent pour le soudage des matériaux de baguettes. La gamme d'épaisseurs soudées varie de quelques micromètres à 2-3 cm, mais le plus souvent l'épaisseur du métal soudé varie du dixième à 5-6 mm.

En plus du soudage par points, il existe d'autres types de soudage par résistance (bout à bout, par couture, etc.), mais le soudage par points est le plus courant. Il est utilisé dans l’industrie automobile, la construction, la radioélectronique, la construction aéronautique et dans de nombreuses autres industries. Lors de la construction des avions de ligne modernes, en particulier, plusieurs millions de points de soudure sont produits.

Une popularité bien méritée

La forte demande pour le soudage par points est due à un certain nombre d’avantages. Ceux-ci incluent : l'absence de besoin de matériaux de soudage (électrodes, matériaux d'apport, flux, etc.), des déformations résiduelles mineures, la simplicité et la commodité de travailler avec des machines à souder, des connexions soignées (pratiquement pas de soudure), le respect de l'environnement, la rentabilité, la sensibilité aux mécanisation et automatisation faciles, productivité élevée. Les soudeuses par points automatiques sont capables d'effectuer jusqu'à plusieurs centaines de cycles de soudage (points de soudure) par minute.

Les inconvénients incluent le manque d'étanchéité du joint et la concentration des contraintes au point de soudage. De plus, ces dernières peuvent être considérablement réduites, voire éliminées, grâce à des méthodes technologiques spéciales.

Séquence de processus pour le soudage par points par résistance

L'ensemble du processus de soudage par points peut être divisé en 3 étapes.

Compression de pièces provoquant une déformation plastique des microrugosités de la chaîne électrode-partie-partie-électrode.
Allumer une impulsion de courant électrique, conduisant à l'échauffement du métal, à sa fusion dans la zone de joint et à la formation d'un noyau liquide. Au fur et à mesure que le courant passe, le noyau augmente en hauteur et en diamètre jusqu'à sa taille maximale. Les liaisons se forment dans la phase liquide du métal. Dans ce cas, le tassement plastique de la zone de contact se poursuit jusqu'à sa taille finale. La compression des pièces assure la formation d'une ceinture d'étanchéité autour du noyau fondu, ce qui empêche les projections de métal hors de la zone de soudage.
Coupure du courant, refroidissement et cristallisation du métal, pour finir par la formation d'un noyau coulé. Lors du refroidissement, le volume du métal diminue et des contraintes résiduelles apparaissent. Ces derniers constituent un phénomène indésirable qui peut être combattu de diverses manières. La force comprimant les électrodes est libérée avec un certain retard après la coupure du courant. Cela fournit les conditions nécessaires à une meilleure cristallisation du métal. Dans certains cas, lors de la dernière étape du soudage par points par résistance, il est même recommandé d'augmenter la force de serrage. Il permet de forger le métal, d'éliminer les inhomogénéités de la couture et de soulager les contraintes.

Au cycle suivant, tout se répète.

Paramètres de base du soudage par points par résistance

Les principaux paramètres du soudage par points par résistance comprennent : l'intensité du courant de soudage (I SV), la durée de son impulsion (t SV), la force de compression des électrodes (F SV), les dimensions et la forme des surfaces de travail de les électrodes (R - pour une forme sphérique, d E - pour une forme plate). Pour une meilleure clarté du procédé, ces paramètres sont présentés sous forme d'un cyclogramme reflétant leur évolution dans le temps.

Il existe des modes de soudage dur et doux. Le premier se caractérise par un courant élevé, une courte durée de l'impulsion de courant (0,08 à 0,5 seconde selon l'épaisseur du métal) et une force de compression élevée des électrodes. Il est utilisé pour le soudage des alliages de cuivre et d'aluminium à haute conductivité thermique, ainsi que des aciers fortement alliés pour maintenir leur résistance à la corrosion.

En mode doux, les pièces sont chauffées plus doucement avec un courant relativement faible. La durée de l'impulsion de soudage varie de quelques dixièmes à plusieurs secondes. Les modes doux sont indiqués pour les aciers sujets au durcissement. Fondamentalement, ce sont les modes doux qui sont utilisés pour le soudage par points par résistance à la maison, car la puissance des appareils dans ce cas peut être inférieure à celle du soudage dur.

Dimensions et forme des électrodes. A l'aide d'électrodes, un contact direct de la machine à souder avec les pièces à souder est effectué. Ils fournissent non seulement du courant à la zone de soudage, mais transmettent également la force de compression et évacuent la chaleur. La forme, la taille et le matériau des électrodes sont les paramètres les plus importants des machines de soudage par points.

Selon leur forme, les électrodes sont divisées en droites et en forme. Les premiers sont les plus courants : ils sont utilisés pour souder des pièces qui permettent le libre accès des électrodes à la zone soudée. Leurs dimensions sont normalisées par GOST 14111-90, qui fixe les diamètres de tiges d'électrodes suivants : 10, 13, 16, 20, 25, 32 et 40 mm.

Selon la forme de la surface de travail, il existe des électrodes à pointes plates et sphériques, caractérisées respectivement par des valeurs de diamètre (d) et de rayon (R). La zone de contact de l'électrode avec la pièce dépend des valeurs de d et R, ce qui affecte la densité de courant, la pression et la taille du noyau. Les électrodes à surface sphérique ont une plus grande durabilité (elles peuvent faire plus de points avant réaffûtage) et sont moins sensibles aux déformations lors de la pose que les électrodes à surface plane. Par conséquent, il est recommandé de fabriquer des électrodes utilisées dans des pinces à surface sphérique, ainsi que des électrodes façonnées qui fonctionnent avec de grandes déflexions. Lors du soudage d'alliages légers (par exemple aluminium, magnésium), seules des électrodes à surface sphérique sont utilisées. L'utilisation d'électrodes à surface plane à cette fin entraîne des indentations et des contre-dépouilles excessives sur la surface des pointes et des écarts accrus entre les pièces après le soudage. Les dimensions de la surface de travail des électrodes sont choisies en fonction de l'épaisseur des métaux à souder. Il est à noter que les électrodes à surface sphérique peuvent être utilisées dans presque tous les cas de soudage par points, tandis que les électrodes à surface plane ne sont très souvent pas applicables.

* - dans le nouveau GOST, au lieu d'un diamètre de 12 mm, 10 et 13 mm ont été introduits.

Les parties d'atterrissage des électrodes (endroits connectés au support électrique) doivent assurer une transmission fiable de l'impulsion électrique et de la force de serrage. Ils sont souvent réalisés sous la forme d'un cône, bien qu'il existe d'autres types de connexions - le long d'une surface cylindrique ou d'un filetage.

Le matériau des électrodes est très important car il détermine leur résistance électrique, leur conductivité thermique, leur résistance thermique et leur résistance mécanique à haute température. Pendant le fonctionnement, les électrodes chauffent à des températures élevées. Le mode de fonctionnement thermocyclique, associé à une charge mécanique variable, provoque une usure accrue des parties actives des électrodes, entraînant une détérioration de la qualité des connexions. Pour garantir que les électrodes soient capables de résister à des conditions de fonctionnement difficiles, elles sont fabriquées à partir d'alliages de cuivre spéciaux qui présentent une résistance à la chaleur et une conductivité électrique et thermique élevée. Le cuivre pur est également capable de fonctionner comme électrodes, mais il a une faible durabilité et nécessite un réaffûtage fréquent de la partie active.

Intensité du courant de soudage. L'intensité du courant de soudage (I SV) est l'un des principaux paramètres du soudage par points. Non seulement la quantité de chaleur dégagée dans la zone de soudage en dépend, mais aussi le gradient de son augmentation dans le temps, c'est-à-dire taux de chauffage. Les dimensions du noyau soudé (d, h et h 1) dépendent également directement de I SV, augmentant proportionnellement à l'augmentation de I SV.

Il convient de noter que le courant qui traverse la zone de soudage (I SV) et le courant circulant dans le circuit secondaire de la machine à souder (I 2) diffèrent l'un de l'autre - et plus la distance entre les points de soudage est grande, plus la distance entre les points de soudage est petite. . La raison en est le courant de dérivation (Iw) circulant en dehors de la zone de soudage, y compris à travers des points précédemment réalisés. Ainsi, le courant dans le circuit de soudage de l'appareil doit être supérieur au courant de soudage de la quantité du courant shunt :

Je 2 = Je NE + Je w

Pour déterminer l'intensité du courant de soudage, vous pouvez utiliser différentes formules contenant divers coefficients empiriques obtenus expérimentalement. Dans les cas où une détermination exacte du courant de soudage n'est pas requise (ce qui est le plus souvent le cas), sa valeur est extraite de tableaux établis pour différents modes de soudage et différents matériaux.

L'augmentation du temps de soudage permet de souder avec des courants bien inférieurs à ceux indiqués dans le tableau pour les appareils industriels.

Temps de soudage. Le temps de soudage (tSW) fait référence à la durée de l'impulsion de courant lors de l'exécution d'un point de soudure. Avec l'intensité du courant, il détermine la quantité de chaleur libérée dans la zone de connexion lorsqu'un courant électrique la traverse.

Avec une augmentation de t SV, la pénétration des pièces augmente et les dimensions du noyau métallique en fusion (d, h et h 1) augmentent. Dans le même temps, l'évacuation de la chaleur de la zone de fusion augmente, les pièces et les électrodes chauffent et la chaleur se dissipe dans l'atmosphère. Lorsqu'un certain temps est atteint, un état d'équilibre peut se produire dans lequel toute l'énergie fournie est évacuée de la zone de soudage sans augmenter la pénétration des pièces ni la taille du noyau. Par conséquent, l’augmentation de t SV n’est conseillée que jusqu’à un certain point.

Lors du calcul précis de la durée de l'impulsion de soudage, de nombreux facteurs doivent être pris en compte - l'épaisseur des pièces et la taille du point de soudure, le point de fusion du métal soudé, sa limite d'élasticité, son coefficient d'accumulation de chaleur, etc. Il existe des formules complexes avec des dépendances empiriques qui, si nécessaire, effectuent des calculs.

En pratique, le temps de soudage est le plus souvent tiré de tableaux, en ajustant les valeurs acceptées dans un sens ou dans l'autre, si nécessaire, en fonction des résultats obtenus.

Force de compression. La force de compression (F SV) influence de nombreux processus de soudage par points par résistance : les déformations plastiques se produisant dans le joint, le dégagement et la redistribution de la chaleur, le refroidissement du métal et sa cristallisation dans le noyau. Avec une augmentation du FSW, la déformation du métal dans la zone de soudage augmente, la densité de courant diminue et la résistance électrique dans la section électrode-partie-électrode diminue et se stabilise. À condition que les dimensions du noyau restent inchangées, la résistance des points soudés augmente avec l'augmentation de la force de compression.

Lors du soudage dans des conditions difficiles, des valeurs de F SV plus élevées sont utilisées que lors du soudage doux. Cela est dû au fait qu'avec une rigidité croissante, la puissance des sources de courant et la pénétration des pièces augmentent, ce qui peut conduire à la formation de projections de métal en fusion. Une force de compression importante est précisément destinée à empêcher cela.

Comme déjà indiqué, afin de forger le point de soudure afin de soulager les contraintes et d'augmenter la densité du noyau, la technologie de soudage par points par résistance prévoit dans certains cas une augmentation à court terme de la force de compression après la désactivation de l'impulsion électrique. . Le cyclogramme dans ce cas ressemble à ceci.

Lors de la fabrication des machines de soudage par résistance les plus simples pour un usage domestique, il y a peu de raisons d'effectuer des calculs précis des paramètres. Des valeurs approximatives pour le diamètre de l'électrode, le courant de soudage, le temps de soudage et la force de compression peuvent être extraites de tableaux disponibles dans de nombreuses sources. Il faut juste comprendre que les données des tableaux sont quelque peu surestimées (ou sous-estimées, si l'on prend en compte le temps de soudage) par rapport à celles qui conviennent aux appareils domestiques, où les modes doux sont habituellement utilisés.

Préparation des pièces pour le soudage

La surface des pièces dans la zone de contact entre les pièces et au point de contact avec les électrodes est nettoyée des oxydes et autres contaminants. Si le nettoyage est mauvais, les pertes de puissance augmentent, la qualité des connexions se détériore et l'usure des électrodes augmente. Dans la technologie du soudage par points par résistance, le sablage, les meules d'émeri et les brosses métalliques sont utilisés pour nettoyer la surface, ainsi que la gravure dans des solutions spéciales.

Des exigences élevées sont imposées à la qualité de surface des pièces en alliages d'aluminium et de magnésium. Le but de la préparation de la surface pour le soudage est d'éliminer, sans endommager le métal, un film d'oxydes relativement épais à résistance électrique élevée et inégale.

Équipement de soudage par points

Les différences entre les types existants de machines à souder par points sont déterminées principalement par le type de courant de soudage et la forme de son impulsion, qui sont produites par leurs circuits électriques de puissance. Selon ces paramètres, les équipements de soudage par points par résistance sont divisés en types suivants :

Machines à souder à courant alternatif ;
machines de soudage par points à basse fréquence ;
machines à condensateur;
Machines à souder à courant continu.

Chacun de ces types de machines présente ses propres avantages et inconvénients sur les plans technologique, technique et économique. Les machines les plus utilisées sont les machines à souder AC.

Machines de soudage par points par résistance AC. Le diagramme schématique des machines de soudage par points AC est présenté dans la figure ci-dessous.

La tension à laquelle le soudage est effectué est constituée de la tension du secteur (220/380 V) à l'aide d'un transformateur de soudage (TS). Le module thyristor (CT) assure la connexion de l'enroulement primaire du transformateur à la tension d'alimentation pendant le temps nécessaire pour former une impulsion de soudage. À l'aide du module, vous pouvez non seulement contrôler la durée du temps de soudage, mais également réguler la forme de l'impulsion fournie en modifiant l'angle d'ouverture des thyristors.

Si l'enroulement primaire est constitué non pas d'un, mais de plusieurs enroulements, alors en les connectant dans différentes combinaisons les uns avec les autres, vous pouvez modifier le rapport de transformation, obtenant différentes valeurs de la tension de sortie et du courant de soudage sur l'enroulement secondaire.

En plus du transformateur de puissance et du module à thyristors, les machines de soudage par points par résistance AC disposent d'un ensemble d'équipements de contrôle - une alimentation pour le système de contrôle (transformateur abaisseur), des relais, des contrôleurs logiques, des panneaux de commande, etc.

Soudage de condensateurs. L'essence du soudage des condensateurs est qu'au début, l'énergie électrique s'accumule relativement lentement dans le condensateur lors de sa charge, puis est très rapidement consommée, générant une impulsion de courant importante. Cela permet d'effectuer le soudage tout en consommant moins d'énergie du réseau par rapport aux soudeuses par points classiques.

En plus de ce principal avantage, le soudage par condensateur en présente d’autres. Avec lui, il y a une dépense d'énergie constante et contrôlée (celle qui s'est accumulée dans le condensateur) par joint soudé, ce qui assure la stabilité du résultat.

Le soudage s'effectue en un temps très court (centièmes voire millièmes de seconde). Cela produit un dégagement de chaleur concentré et minimise la zone affectée par la chaleur. Ce dernier avantage lui permet d'être utilisé pour le soudage de métaux à haute conductivité électrique et thermique (alliages de cuivre et d'aluminium, argent, etc.), ainsi que de matériaux aux propriétés thermophysiques très différentes.

Le microsoudage de condensateurs rigides est utilisé dans l’industrie électronique.

La quantité d'énergie stockée dans les condensateurs peut être calculée à l'aide de la formule :

W = C U 2 /2

où C est la capacité du condensateur, F ; W - énergie, W ; U est la tension de charge, V. En modifiant la valeur de la résistance dans le circuit de charge, le temps de charge, le courant de charge et la puissance consommée par le réseau sont régulés.

Défauts dans le soudage par points par résistance

Lorsqu'il est réalisé de haute qualité, le soudage par points a une résistance élevée et peut garantir le fonctionnement du produit pendant une longue durée de vie. Lorsque des structures reliées par soudage par points multipoints et multirangées sont détruites, la destruction se produit généralement le long du métal de base et non au niveau des points soudés.

La qualité du soudage dépend de l'expérience acquise, qui se résume principalement au maintien de la durée requise de l'impulsion de courant basée sur l'observation visuelle (par couleur) du point de soudure.

Un point de soudure correctement exécuté est situé au centre du joint, a une taille optimale du noyau coulé, ne contient pas de pores ni d'inclusions, ne présente pas d'éclaboussures ni de fissures externes ou internes et ne crée pas de grandes concentrations de contraintes. Lorsqu'une force de traction est appliquée, la destruction de la structure ne se produit pas le long du noyau coulé, mais le long du métal de base.

Les défauts de soudage par points sont divisés en trois types :

écarts des dimensions de la zone coulée par rapport aux dimensions optimales, déplacement du noyau par rapport au joint des pièces ou à la position des électrodes ;
violation de la continuité métallique dans la zone de connexion ;
modification des propriétés (mécaniques, anticorrosion, etc.) du métal du point de soudure ou des zones adjacentes.

Le défaut le plus dangereux est considéré comme l'absence de zone coulée (manque de pénétration sous forme de « colle »), dans laquelle le produit peut résister à une charge statique faible, mais est détruit sous l'action d'un charge variable et fluctuations de température.

La résistance de la connexion est également réduite en cas de bosses importantes provenant des électrodes, de cassures et de fissures dans le bord de chevauchement et d'éclaboussures de métal. Du fait que la zone coulée remonte à la surface, les propriétés anticorrosion des produits (le cas échéant) sont réduites.

Absence de pénétration totale ou partielle, dimensions insuffisantes du noyau coulé. Raisons possibles : le courant de soudage est faible, la force de compression est trop élevée, la surface de travail des électrodes est usée. Un courant de soudage insuffisant peut être causé non seulement par sa faible valeur dans le circuit secondaire de la machine, mais également par le contact de l'électrode avec les parois verticales du profilé ou par une distance trop étroite entre les points de soudage, entraînant un courant de dérivation important.

Le défaut est détecté par inspection externe, en soulevant les bords des pièces avec un poinçon, des instruments à ultrasons et à rayonnement pour le contrôle qualité du soudage.

Fissures externes. Raisons : courant de soudage trop élevé, force de compression insuffisante, manque de force de forgeage, surface contaminée des pièces et/ou des électrodes, entraînant une augmentation de la résistance de contact des pièces et une violation du régime de température de soudage.

Le défaut peut être détecté à l'œil nu ou à la loupe. Le diagnostic capillaire est efficace.

Déchirures sur les bords des genoux. La raison de ce défaut est généralement une : le point de soudure est situé trop près du bord de la pièce (chevauchement insuffisant).

Il est détecté par inspection externe - à la loupe ou à l'œil nu.

Bosses profondes de l'électrode. Raisons possibles : taille trop petite (diamètre ou rayon) de la partie travaillante de l'électrode, force de forgeage trop élevée, électrodes mal installées, dimensions trop grandes de la zone coulée. Ce dernier peut être dû à un dépassement du courant de soudage ou de la durée de l'impulsion.

Projection interne (libération de métal en fusion dans l'espace entre les pièces). Raisons : les valeurs admissibles du courant ou la durée de l'impulsion de soudage sont dépassées - une zone trop grande de métal en fusion s'est formée. La force de compression est faible - une ceinture d'étanchéité fiable autour du noyau n'a pas été créée ou une poche d'air s'est formée dans le noyau, provoquant l'écoulement du métal en fusion dans l'espace. Les électrodes sont mal installées (mal alignées ou de travers).

Déterminé par des méthodes de test ultrasoniques ou radiographiques ou par une inspection externe (en raison des éclaboussures, un espace peut se former entre les pièces).

Projection externe (métal sortant à la surface de la pièce). Raisons possibles : enclenchement de l'impulsion de courant alors que les électrodes ne sont pas comprimées, le courant de soudage ou la durée de l'impulsion est trop élevé, force de compression insuffisante, désalignement des électrodes par rapport aux pièces, contamination de la surface métallique. Les deux dernières raisons conduisent à une densité de courant inégale et à une fusion de la surface de la pièce.

Déterminé par une inspection externe.

Fissures et cavités internes. Causes : Le courant ou la durée de l'impulsion est trop élevé. La surface des électrodes ou des pièces est sale. Faible force de compression. Force de forge manquante, tardive ou insuffisante.

Des cavités de retrait peuvent apparaître lors du refroidissement et de la cristallisation du métal. Pour éviter leur apparition, il est nécessaire d'augmenter la force de compression et d'appliquer une compression de forgeage au moment du refroidissement du noyau. Les défauts sont détectés à l'aide de méthodes de contrôle radiographiques ou ultrasoniques.

Le noyau moulé est mal aligné ou de forme irrégulière. Raisons possibles : les électrodes sont mal installées, la surface des pièces n'est pas nettoyée.

Les défauts sont détectés à l'aide de méthodes de contrôle radiographiques ou ultrasoniques.

Brûlure. Raisons : présence d'un jeu dans les pièces assemblées, contamination de la surface des pièces ou des électrodes, absence ou faible force de compression des électrodes lors de l'impulsion de courant. Pour éviter les brûlures, le courant ne doit être appliqué qu'après avoir appliqué la pleine force de compression. Déterminé par une inspection externe.

Correction des défauts. La méthode de correction des défauts dépend de leur nature. Le plus simple est le soudage répété par points ou autre. Il est recommandé de découper ou de percer la zone défectueuse.

Si le soudage est impossible (en raison du caractère indésirable ou de l'inadmissibilité du chauffage de la pièce), à la place du point de soudage défectueux, vous pouvez poser un rivet en perçant le site de soudage. D'autres méthodes de correction sont également utilisées - nettoyage de la surface en cas d'éclaboussures extérieures, traitement thermique pour soulager les contraintes, redressage et forgeage lorsque l'ensemble du produit est déformé.

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Les électrodes destinées au soudage par contact sont constituées de tiges métalliques dont le diamètre varie de 12 à 40 mm. Leur surface de travail est soit plane, soit sphérique. Pour relier les pièces entre elles dans une structure plutôt complexe, ils utilisent des électrodes ayant une surface décalée - ce qu'on appelle les produits pour chaussures. Ces produits sont fixés à l'aide d'une tige spéciale ayant un cône de 1:10 ou 1:5.

Vous pouvez également trouver en vente des électrodes qui ont une surface cylindrique, grâce à laquelle elles seront fixées pour fonctionner dans des structures spéciales avec un filetage conique. En plus d'eux, les produits sont fabriqués avec une partie active remplaçable - elle est installée sur le cône à l'aide d'un écrou-raccord standard ou simplement pressée.

Les électrodes pour soudage par résistance de type relief dans leur forme dépendront directement de la méthode de connexion et de la forme finale du produit. Dans la plupart des cas, la taille de la surface de travail d'une électrode donnée ne joue pas un rôle particulier. Cela est dû au fait que la zone de contact et le courant de soudage sélectionné dépendent directement de la forme qu'auront les pièces aux points de contact.

Il existe également des électrodes permettant de connecter des éléments à topographie très complexe. L'équipement de suture utilise des produits qui sont un disque avec une surface de travail plane. De plus, ces produits peuvent même avoir des biseaux asymétriques. De tels disques sont fixés à l'équipement par placage ou pressage.

À l'intérieur des électrodes elles-mêmes se trouvent certaines cavités à travers lesquelles le liquide de refroidissement circulera pendant le processus de soudage. Les électrodes pour le soudage par points par résistance sont solides, c'est pourquoi dans ce cas, le refroidissement dit externe est utilisé.

Pour garantir que le matériau de l'électrode est consommé au minimum, le rouleau est remplaçable. L'électrode elle-même est constituée d'un alliage spécial à base d'un métal tel que le cuivre. Le résultat est un produit qui n'a pratiquement aucune résistance au courant électrique, est un excellent conducteur de chaleur et résiste même à des températures assez élevées. De plus, lorsqu'elle est chaude, cette électrode conservera sa dureté d'origine et l'interaction avec le métal de la pièce sera minime.

Types d'équipements de soudage par résistance

La principale caractéristique de cette technologie est la connexion des pièces sur toute la zone. Un chauffage optimal est obtenu grâce à la refusion à l'aide d'une machine à souder. Cependant, dans certains cas, ils ont recours à un échauffement en raison de la résistance de la pièce au passage du courant électrique.

Le soudage par points par résistance peut se produire soit avec la fusion du métal, soit sans cette caractéristique technologique du processus. Le soudage par résistance peut être utilisé pour connecter des éléments métalliques dont la section est comprise entre 1 et 19 mm, et dans la plupart des cas, le soudage par résistance est utilisé, car la consommation de matériau d'électrode sera nettement inférieure et la connexion finale est bien plus importante. durable. Ce soudage est utilisé lors de la réalisation de travaux assez précis, par exemple lors de la fabrication de rails pour créer une voie ferrée.

Caractéristiques du soudage par points par résistance

Cette technologie est parfaite pour relier des éléments métalliques entre eux, et la connexion s'effectue aussi bien en un qu'en plusieurs points de ces pièces. Il est extrêmement populaire non seulement dans l'industrie (il est notamment souvent utilisé dans l'agriculture, dans la construction d'avions, le transport automobile, etc.), mais aussi dans la vie quotidienne.

Le principe de fonctionnement de cette méthode est assez simple : le courant électrique, lorsqu'il traverse des pièces en contact direct les unes avec les autres, échauffe fortement leurs bords. L'échauffement est si fort que le métal commence à fondre rapidement et les pièces sont immédiatement comprimées avec une force considérable. En conséquence, un joint soudé est formé.

Les équipements conçus pour utiliser cette technologie sont conçus pour relier entre eux des tôles, des tiges et d’autres produits métalliques. Les principaux avantages de cette méthode sont les suivants :

Absence de joint soudé au sens traditionnel ;
Il n’est pas nécessaire d’utiliser des matériaux de remplissage, des gaz ou des flux ;
L'équipement est très simple à utiliser ;
La vitesse de travail est assez élevée.

Le principal et seul inconvénient de cette méthode est que la couture est complètement descellée.

De quoi sont faites les électrodes pour le soudage par résistance ?

Le matériau à partir duquel les électrodes seront fabriquées est choisi en fonction des exigences des conditions de fonctionnement du produit. Il convient de noter que les électrodes doivent être capables de résister à la compression, aux changements de température, à l'exposition à des températures élevées et aux contraintes qui seront générées à l'intérieur de l'électrode elle-même, qui est soumise à de fortes charges.

Pour que les produits soient de la plus haute qualité, il est nécessaire que l'électrode conserve la forme originale de sa surface de travail, qui sera en contact direct avec les pièces à connecter. La fusion de ce matériau consommable accélère son usure.

Habituellement, le cuivre est considéré comme l'élément principal et d'autres éléments y sont ajoutés - magnésium, cadmium, argent, bore, etc. Le résultat est un matériau qui résiste parfaitement aux contraintes physiques, même les plus sévères. Les électrodes recouvertes de tungstène ou de molybdène ne s'usent pratiquement pas pendant le fonctionnement, c'est pourquoi elles ont récemment acquis la plus grande popularité. Cependant, ils ne peuvent pas être utilisés pour souder des produits en aluminium et d'autres matériaux à structure souple.

Les électrodes pour le soudage par résistance sont conçues pour fournir du courant aux éléments, les comprimer et évacuer la chaleur générée. Cette partie est l'une des plus importantes de l'équipement, car la capacité de traiter l'unité dépend de sa forme. La stabilité de l'électrode détermine le niveau de qualité du soudage et la durée de fonctionnement continu. Les électrodes peuvent être façonnées ou droites. La production d'éléments de type direct est réglementée par la norme GOST 14111-77.

Les pièces façonnées se caractérisent par le fait que leur axe est décalé par rapport au cône (surface d'appui). Ils sont utilisés pour souder des assemblages et des éléments de formes complexes et difficilement accessibles.

Caractéristiques de conception

Les électrodes destinées au soudage par résistance comprennent une partie cylindrique, une partie travaillante et une partie d'atterrissage. Dans la cavité interne de l'élément se trouve un canal spécial conçu pour fournir de l'eau qui refroidit le support électrique.

La partie travaillante a une surface sphérique ou plane. Son diamètre est choisi en fonction de l'épaisseur des produits à traiter et du matériau utilisé. La solidité de l'électrode est assurée par la partie médiane.

La partie d'atterrissage doit avoir une forme conique pour que la pièce soit solidement fixée dans le support électrique. Il doit être traité avec une propreté d'au moins classe 7.

Les propriétés des pièces personnalisées sont affectées par la distance du bas du canal de refroidissement jusqu'au bord de travail : durée de vie, stabilité, etc. Si cette distance est petite, alors l'élément sera refroidi beaucoup plus efficacement, mais il pourra supporter un nombre de rebroyés beaucoup plus réduit.

Des inserts à base de molybdène et de tungstène sont placés à l'intérieur des pièces en cuivre. Les produits ainsi fabriqués sont utilisés pour souder l'acier anodisé ou galvanisé.

Matériel de production

La stabilité des électrodes est la capacité des éléments à ne pas perdre leur forme et leur taille, ainsi qu'à résister au transfert de matière des éléments soudés et des électrodes. Cet indicateur est déterminé par le matériau et la conception de l'électrode de soudage, ainsi que par les conditions et le mode de fonctionnement. L'usure des pièces dépend des caractéristiques de l'outil de travail (angle du plan de travail, diamètre, matériau, etc.). La fusion, l'échauffement excessif, l'oxydation lors du fonctionnement de l'électrode dans un environnement corrosif et/ou humide, le déplacement ou le désalignement, la déformation par compression et d'autres facteurs augmentent considérablement l'usure des éléments de travail.

Le matériau de l'outil doit être sélectionné conformément aux règles suivantes :

Son niveau de conductivité électrique doit être comparable à celui du cuivre pur ;
Conductivité thermique efficace ;
Haut degré de résistance mécanique ;
Facile à traiter par découpe ou haute pression ;
Résistance au chauffage cyclique.

Par rapport au cuivre à 100 %, ses alliages sont plus résistants aux charges mécaniques, c'est pourquoi des alliages de cuivre sont utilisés pour ces produits. L'alliage d'un produit avec du zinc, du béryllium, du chrome, du magnésium et du zirconium ne réduit pas la conductivité électrique, mais augmente considérablement la résistance, et le silicium, le fer et le nickel augmentent sa dureté.

Choix

Lors du processus de sélection des électrodes appropriées pour le soudage par points, une attention particulière doit être accordée à la taille et à la forme de l'élément de travail du produit. Il convient également de prendre en compte les caractéristiques du matériau traité, son épaisseur, la forme des unités de soudage et le mode de soudage.

Les outils de soudage par résistance ont différentes surfaces de travail :

Plat;
Sphérique.

Les produits à surface de travail sphérique ne sont pas particulièrement sensibles aux biseaux, c'est pourquoi ils sont souvent utilisés sur des installations suspendues et radiales, ainsi que pour des électrodes profilées avec déviation. Les fabricants de la Fédération de Russie recommandent ce type particulier d'électrode pour le traitement des alliages légers, car ils aident à prévenir l'apparition de contre-dépouilles et de bosses lors du soudage par points. Cependant, ce problème peut également être évité si vous utilisez des électrodes plates avec une extrémité élargie. Et les électrodes équipées de charnières peuvent même remplacer les électrodes de type sphérique, mais elles sont recommandées pour le soudage de tôles dont l'épaisseur ne dépasse pas un millimètre et demi.

Dimensions de l'élément de travail les outils sont sélectionnés en fonction du type et de l'épaisseur des matériaux à traiter. Les résultats d'une étude menée par des experts de la société française ARO ont montré que le diamètre requis peut être calculé à l'aide de la formule suivante :

del = 3 mm + 2t, où « t » est l'épaisseur des tôles à souder.

Il est plus difficile de calculer le diamètre d'outil requis lorsque l'épaisseur des tôles est inégale, en soudant des matériaux de différents types et en soudant tout un « paquet » d'éléments. Il est clair que pour travailler avec des pièces d'épaisseurs différentes, le diamètre du produit doit être choisi par rapport à la tôle la plus fine.

Lors du soudage d'un ensemble d'éléments, le diamètre doit être choisi en fonction de l'épaisseur des éléments externes. Pour les matériaux de soudage de différents types, l'alliage métallique ayant la résistivité électrique minimale a le moins de pénétration. Dans ce cas, vous devez utiliser un appareil constitué d'un matériau à conductivité thermique accrue.

Une durabilité élevée des électrodes et une bonne qualité des joints soudés sont impossibles sans un entretien approprié des électrodes. De 3 à 10 % du temps de travail d’un soudeur est consacré à l’entretien des électrodes. Un entretien approprié des électrodes permet à une paire d'électrodes de réaliser 30 à 100 000 points soudés, tandis que la consommation d'alliage d'électrode n'est que de 5 à 20 g pour mille points soudés.

L'entretien des électrodes des machines à pointes comprend deux opérations : le dénudage des électrodes directement sur la machine et le remplissage de l'électrode retirée sur un tour ou une machine spéciale.

La fréquence de dénudage dépend principalement du matériau à souder. Lors du soudage d'acier avec une surface bien préparée, dans certains cas, vous pouvez vous passer de nettoyage, dans d'autres, le nettoyage requis est effectué après avoir soudé plusieurs centaines de points. Lors du soudage d'alliages d'aluminium, il est nécessaire de nettoyer les électrodes en 30...60 points, sinon le métal de l'électrode commence à coller au métal soudé, ce qui perturbe le processus de soudage et altère également la résistance à la corrosion du joint soudé. Le même phénomène est observé lors du soudage d’autres matériaux à bas point de fusion, comme le magnésium.

Le décapage doit être effectué de manière à obtenir une surface d'électrode propre sans enlever une grande quantité de métal. Pour simplifier cette opération et faciliter les conditions de travail lors du dénudage des électrodes, des dispositifs spéciaux sont utilisés.

Le dispositif le plus simple est représenté sur la Fig. 1. Il s'agit d'une spatule avec des évidements double face dans lesquels est inséré du papier de verre. La spatule est insérée entre les électrodes comprimées et lorsqu'elle tourne autour de l'axe des électrodes, elle nettoie leurs surfaces de contact.

Riz. 1. Dispositif de dénudage manuel des électrodes :

1 - peau; 2 - évidement sphérique.

Au lieu d'une telle spatule, vous pouvez utiliser une plaque d'acier pour nettoyer les électrodes avec une surface de contact plate ou un morceau de caoutchouc pour nettoyer les électrodes avec une surface de travail sphérique. Les électrodes avec une surface de contact plate sont dénudées simultanément ou alternativement, avec une surface de contact sphérique - simultanément, avec une petite force de compression. Après nettoyage, les traces de poussières abrasives sont éliminées avec un chiffon sec.

La volonté de mécaniser le processus de nettoyage de la surface de contact des électrodes a conduit à la création d'appareils à entraînement électrique ou pneumatique. En figue. La figure 2 montre une machine pneumatique pour dénuder les électrodes.

Riz. 2. Machine à dénuder les électrodes pneumatiques d'angle

La nécessité de nettoyer la surface de contact est déterminée visuellement, par l'état de la surface du produit à souder, mais on connaît des tentatives pour déterminer le moment du nettoyage à l'aide de dispositifs spéciaux.

À l'aide du contrôle logiciel, non seulement l'unité à souder, le courant de soudage et le temps de soudage sont définis, mais également un signal est donné sur la nécessité de dénuder les électrodes.

Il est proposé de déterminer le moment de dénudage des électrodes en comparant la luminosité du faisceau lumineux réfléchi par la surface de contact de l'électrode avec la luminosité du faisceau réfléchi par la surface de l'étalon. Ce procédé permet également d'arrêter le processus de soudage sous l'influence d'un signal dont l'ampleur augmente lorsque la surface de travail de l'électrode est contaminée.

Le remplissage de la partie active d'une électrode usée afin de lui redonner sa forme d'origine peut se faire de plusieurs manières. La moindre qualité est le remplissage avec une lime fine. Il est recommandé d'utiliser des recharges spéciales à ces fins. Un exemple de recharge manuelle est illustré à la Fig. 3.

Riz. 3. Recharge manuelle des électrodes :

1 - corps ; 2 - vis. 3 - incisives ; 4 - poignée.

Il est également recommandé d'utiliser des rechargeurs pneumatiques spéciaux équipés d'une fraise en bout dont le profil de la partie coupante correspond au profil de la partie travaillante de l'électrode. Un couteau spécial est inséré dans le mandrin d'une perceuse à main conventionnelle et vous permet de traiter simultanément la surface conique et plane de la partie active de l'électrode.

Une bonne façon d'enfiler des électrodes est de les enfiler sur des tours et de vérifier les dimensions à l'aide d'un gabarit.

Pour recharger un grand nombre d'électrodes, il est conseillé d'utiliser des machines spéciales telles que

Pour changer rapidement les électrodes sans les endommager, il est recommandé d'utiliser des électrodes avec des méplats clé en main ou d'utiliser des extracteurs spéciaux.

L'extracteur le plus simple (Fig. 4) est une pince à vis de conception spéciale.

Riz. 4. Extracteur de conception la plus simple :

1 - corps ; 2 - meurt ; 3 - vis de serrage.

La restauration d'électrodes usées pour le soudage par points n'a pas été pratiquée auparavant. Récemment, une technologie de restauration des électrodes des machines de soudage par points par rechargement à l'arc a été développée. La dureté, la conductivité électrique et la durabilité des électrodes restaurées correspondent aux propriétés des électrodes en tiges. L'utilisation de la méthode de restauration d'électrodes par surfaçage pour une seule machine multipoints permet d'économiser jusqu'à 500 kg de bronze par an.

Le soudage réalisé dans un environnement de gaz de protection (hélium ou argon) nécessite des électrodes en tungstène, classées comme non consommables. En raison de son caractère réfractaire, l'électrode en tungstène peut résister à des températures élevées et à une longue durée de vie continue. Actuellement, ce matériau de soudage a une classification assez étendue, où il existe un assez grand nombre de types, répartis par marque.

Marquage et caractéristiques des électrodes en tungstène

Le marquage des électrodes en tungstène est spécifié par les normes internationales. Par conséquent, il est facile de les sélectionner en fonction de l’usage requis dans n’importe quel pays, où que vous soyez. C'est le marquage qui reflète à la fois le type d'électrode choisi et sa composition chimique.

Le marquage commence par la lettre « W », qui représente le tungstène lui-même. Sous sa forme pure, le métal est présent dans le produit, mais les caractéristiques d'une telle électrode ne sont pas très élevées, car trop réfractaire. Les additifs d'alliage l'aident à améliorer les qualités de soudage.

La tige de tungstène pur est désignée « WP ». Le bout de la tige est vert. On peut dire qu'elle appartient à la catégorie des électrodes en tungstène pour le soudage de l'aluminium et du cuivre en courant alternatif. La teneur en tungstène de l'alliage n'est pas inférieure à 99,5 %. Inconvénient : limitations de la charge thermique. Par conséquent, l'électrode de tungstène (son extrémité) « WP » est affûtée sous la forme d'une boule.
"C" est l'oxyde de cérium. Une tige avec une pointe grise. C'est cet additif qui permet d'utiliser l'électrode pour travailler avec tout type de courant (continu ou alternatif) et maintient un arc stable même à faible courant. Contenu – 2%. À propos, le cérium est le seul matériau non radioactif de la série des métaux des terres rares.
"T" - dioxyde de thorium. Canne à pointe rouge. De telles électrodes sont utilisées pour le soudage des métaux non ferreux, des aciers faiblement alliés et au carbone ainsi que de l'acier inoxydable. Il s’agit d’une électrode couramment utilisée lors du soudage à l’argon. Il présente un inconvénient : la radioactivité du thorium, il est donc recommandé d'effectuer le soudage dans des espaces ouverts et dans des pièces bien ventilées. Le soudeur doit suivre les précautions de sécurité. Notez que les électrodes en tungstène thorié pour le soudage à l'arc sous argon conservent bien leur forme aux courants les plus élevés. Même la marque « WP » (tungstène pur) ne peut pas supporter de telles charges. Contenu – 2%.
"Y" - dioxyde d'yttrium. Une canne avec une pointe bleu foncé. Il est généralement utilisé pour souder des structures critiques à partir de différents métaux : titane, cuivre, acier inoxydable, aciers au carbone et faiblement alliés. Les travaux s'effectuent uniquement en courant continu (polarité droite). L'additif yttrium augmente la stabilité du point cathodique à l'extrémité de l'électrode elle-même. C'est précisément la raison pour laquelle il peut fonctionner dans une plage de courant de soudage assez large. Contenu – 2%.
"Z" - oxyde de zirconium. Canne à pointe blanche. Utilisé pour le soudage à l'argon de l'aluminium et du cuivre avec courant alternatif. Ce type d'électrode permet d'obtenir un arc très stable. Dans le même temps, l'élément est assez exigeant en ce qui concerne la propreté du joint de soudure. Contenu – 0,8%.
"L" - oxyde de lanthane. Il y a deux positions ici : WL-15 et WL-20. La première tige a une pointe dorée, la seconde a une pointe bleue. Le soudage avec une électrode de tungstène additionnée d'oxyde de lanthane permet d'utiliser à la fois le courant alternatif et le courant continu. Ajoutons ici la facilité d'amorçage de l'arc (initial et lors du rallumage), ce type présente le moins d'usure à l'extrémité de la tige, un arc stable aux niveaux de courant les plus élevés, une faible tendance au brûlage et la charge -La capacité portante est deux fois plus élevée que celle d'une tige en tungstène pur. La teneur en oxyde de lanthane du WL-15 est de 1,5 % et celle du WL-20 est de 2 %.

La classification du marquage numérique est la suivante. Les premiers chiffres après les lettres indiquent la teneur en additifs d'alliage dans l'alliage. Le deuxième groupe de chiffres, séparé du premier par un trait d’union, correspond à la longueur de la tige de tungstène. La taille la plus courante est de 175 mm. Mais sur le marché, vous pouvez également trouver des longueurs de 50 mm, 75 et 150. Par exemple, la WL-15-75 est une électrode à l'oxyde de lanthane, qui contient 1,5 % d'additif. Longueur de la tige – 75 mm. Sa pointe est dorée.

Méthodes d'affûtage des électrodes de tungstène

L’affûtage des électrodes en tungstène est l’élément le plus important d’un processus de soudage correctement exécuté. Par conséquent, tous les soudeurs impliqués dans le soudage sous argon effectuent cette opération avec beaucoup de soin. C'est la forme de la pointe qui détermine dans quelle mesure l'énergie transférée de l'électrode aux deux métaux à souder sera correctement répartie et quelle sera la pression de l'arc. Et la forme et la taille de la zone de pénétration de la soudure, et par conséquent sa largeur et sa profondeur, dépendront de ces deux paramètres.

Attention! Les paramètres et la forme de l'affûtage sont sélectionnés en fonction du type d'électrode utilisé et des paramètres des deux pièces métalliques à souder.

L'extrémité active des électrodes WP, WL est une sphère (boule).
Sur WT ils font aussi une convexité, mais d'un petit rayon. Au contraire, ils indiquent simplement la rondeur de l’électrode.
D'autres types sont aiguisés en cône.

Lorsqu’un joint en aluminium est soudé, une sphère se forme toute seule sur l’électrode. Par conséquent, lors du soudage de l’aluminium, il n’est pas nécessaire d’affûter l’électrode.

Quelles erreurs de netteté peuvent conduire à quoi ?

La largeur d'affûtage est très différente de la norme, c'est-à-dire qu'elle peut être très large ou très étroite. Dans ce cas, la probabilité de rupture de soudure augmente considérablement.
Si un affûtage asymétrique est effectué, cela garantit la déviation de l'arc de soudage d'un côté.
L'angle d'affûtage est trop aigu - la durée de vie de l'électrode est réduite.
L'angle d'affûtage est trop émoussé - la profondeur de pénétration de la soudure diminue.
Les marques laissées par l'outil abrasif ne sont pas situées le long de l'axe de la tige. Obtenez un effet comme l'arc errant. C'est-à-dire que la combustion stable et uniforme de l'arc soudé est perturbée.

À propos, il existe une formule simple qui détermine la longueur de la zone aiguisée. Il est égal au diamètre de la tige multiplié par un facteur constant de 2,5. Il existe également un tableau qui indique le rapport entre le diamètre des électrodes et la longueur de l'extrémité affûtée.

Vous devez aiguiser l’extrémité de la tige de tungstène en croix, comme un crayon. Vous pouvez l'affûter avec un papier de verre électrique ou une meuleuse. Pour obtenir un retrait uniforme du métal dans toute la zone d'affûtage, vous pouvez fixer la tige dans le mandrin. Et faites-le tourner à basse vitesse de l'outil électrique.

Actuellement, les fabricants d'équipements électriques spéciaux proposent une machine pour affûter les électrodes en tungstène non consommables. Une option pratique et précise pour un affûtage de haute qualité. La machine comprend :

Disque diamant.
Filtre pour collecter la poussière.
Réglage de la vitesse de l'arbre de travail.
Réglage de l'angle d'affûtage. Ce paramètre varie entre 15-180°.

Des recherches sont menées en permanence pour trouver l'angle d'affûtage optimal. Un institut de recherche a effectué un test dans lequel une électrode en tungstène WL a été testée pour vérifier la qualité de la soudure en l'affûtant sous différents angles. Plusieurs dimensions angulaires ont été sélectionnées à la fois : de 17 à 60°.

Les paramètres exacts du processus de soudage ont été déterminés :

Deux tôles en acier résistant à la corrosion de 4 mm d'épaisseur ont été soudées.
Courant de soudage – 120 ampères.
Vitesse – 10 m/h.
La position de soudage est plus basse.
Débit de gaz inerte – 6 l/min.

Les résultats de l'expérience sont les suivants. La couture parfaite a été obtenue en utilisant une tige avec un angle d'affûtage de 30°. À un angle de 17°, la forme de la soudure était conique. Dans le même temps, le processus de soudage lui-même était instable. La durée de vie de l'électrode coupante a diminué. Aux grands angles d’affûtage, l’image du processus de soudage a également changé. À 60°, la largeur de la couture augmente, mais sa profondeur diminue. Et bien que le processus de soudage lui-même se soit stabilisé, il ne peut pas être qualifié de haute qualité.

Comme vous pouvez le constater, l'angle d'affûtage joue un rôle important dans le processus de soudage. Peu importe que des électrodes en acier inoxydable, en acier ou en cuivre soient utilisées. Dans tous les cas, vous devez affûter correctement la tige, car les conséquences peuvent être extrêmement négatives. La description des tiges par couleur et caractéristiques chimiques permet de faire le bon choix, tout en choisissant la forme d'affûtage.