FR2638668A3 - Procede et dispositif pour le soudage par resistance de toles, notamment de toles composites - Google Patents

Abstract

Le procédé de soudage par point selon l'invention, destiné au soudage de tôles composites constituées d'une feuille de polymère 61, 71 électriquement isolant placée entre deux feuilles métalliques 62, 63; 72, 73 est caractérisé en ce qu'on chauffe localement au voisinage des électrodes, la feuille métallique extérieure 62, 72 pour échauffer par conduction et ramollir la feuille polymère 61, 71 et on exerce sur l'assemblage au moyen des électrodes de soudage 1, 2, 3, 4 une pression suffisante pour faire fluer le polymère et rapprocher jusqu'au contact les feuilles métalliques 62, 63, 72, 73, ce qui permet alors de réaliser le soudage par point de manière classique. Préférentiellement le chauffage est réalisé par effet joule en raccordant deux électrodes 1, 3 situées d'un même côté des tôles à souder aux deux bornes d'un générateur de courant qui peut être le générateur 10 de courant de soudage.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE SOUDAGE
PAR RESISTANCE DE TOLES, NOTAMMENT DE TOLES COMPOSITES
La présente invention concerne le soudage de tôles composites, dites tôles "sandwich" composées d'une feuille en matériau polymère placée entre deux feuilles métalliques notamment en acier. Plus précisément elle concerne un procédé de soudage de ces tôles par résistance, encore appelé soudage par point, selon lequel on assemble deux tôles dont l'une au moins est une tôle sandwich en les disposant face à face, en recouvrement, on place de chaque côté du montage réalisé une électrode de soudage, les deux électrodes étant alignées selon une perpendiculaire au plan des tôles, et on alimente les deux électrodes en courant électrique tout en assurant une pression de celles-ci sur les tôles, moyennant quoi un point de soudure est réalisé par fusion localisée des tôles au niveau de leur point de contact situé dans l'alignement des électrodes.

Ce procédé de soudage par point est bien connu et largement utilisé pour l'assemblage des tôles classiques notamment dans le domaine de la construction automobile. On pourra notamment se référer à l'ouvrage "Le soudage par résistance" de G.E. LHEUREUX et E.J.

BELOTTE (Ed. DUNOD Paris 1965).

Ce procédé est également appliqué pour le soudage de tale sandwich. Toutefois dans ce cas s'est posé un problème particulier dû à la présence de la feuille de polymère qui constituait un isolant électrique empêchant le passage du courant de soudage. -Une solution y a été apporté en dopant le polymère avec un adjuvent conducteur de l'électricité tel que du carbone ou des microbilles de métal. De ce fait le polymère est rendu conducteur et la soudure par point des tôles sandwich comportant ce polymère dopé peut entre réalisé de manière classique. Des tôles sandwich de ce type sont connues notamment par les documents EP 89 435 et US 4 353 951. Par contre cette technique implique l'utilisation de tôles comportant ce polymère dopé dont le coût est considérablement plus élevé que celui des tôles comportant un polymère non conducteur.De plus le choix du polymère est limité, au détriment des qualités recherchées d'insonorisation de ces tôles.

Un autre procédé connu de soudage applicable aux tôles sandwich à âme isolante est la technique dite par dérivation. Cette technique consiste à relier électriquement les deux feuilles métalliques de chaque tôle sandwich sur le bord de la tôle avant d'effectuer le premier point de soudure, de manière à permettre le passage du courant de soudage de la feuille "extérieure", au contact de ltélectrode, d'une tôle à l'autre feuille, ou feuille "intérieure", de la même tôle. Le premier point de soudure peut ainsi être réalisé. Chacun des points de soudure suivants peut ensuite être réalisé par passage du courant par la liaison électrique réalisée par le point de soudure précédent.

Cet autre procédé est cependant parfois difficile à mettre en oeuvre car le premier point de soudure peut être éloigné des bords de la tôle et de ce fait la longueur et donc la résistance du circuit électrique bouclé par la liaison de bord peuvent être importantes. De plus la qualité de chaque point peut être influencée par la qualité et donc la résistance du point de soudure précédent.

Un but de la présente invention est de résoudre les problèmes indiqués ci-dessus en facilitant le soudage des tôles sandwich quelque soit la localisation des points de soudure sur la tôle.

Un autre but est de réduire le coût des pièces réalisées par assemblage des tôles sandwich en facilitant l'utilisation de tôles sandwich à âme non conductrice dont le coût est inférieur à celui des tôles sandwich à âme conductrice.

Avec ces objectifs en vue, la présente invention a pour objet un procédé de soudage par point, pour l'assemblage de deux tôles dont l'une au moins est une tôle composite composée d'une feuille en matériau polymère non conducteur placée entre deux feuilles métalliques, procédé du type selon lequel on utilise deux électrodes de soudage placées face à face respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser et alimentées par un courant électrique de soudage.

Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on chauffe localement, dans une zone de chauffage englobant la position du point de soudure à réaliser, la feuille de la tôle composite située vers l'extérieur de l'assemblage jusqu'à ce que la feuille en matériau polymère soit portée, dans ladite zone de chauffage, à une température suffisante pour assurer son ramollissement, on exerce sur l'assemblage, au moyen des électrodes de soudage, une pression suffisante pour faire fluer le matériau polymère hors de la zone d'application des électrodes et rapprocher jusqu'au contact ladite feuille extérieure de la feuille intérieure située au contact de l'autre tôle et on alimente lesdites électrodes par le courant de soudage.

Il est précisé que dans ce qui précède et dans la suite de ce mémoire, le terme "feuille extérieure" désigne la feuille métallique d'une tôle composite qui est située vers l'extérieur de l'assemblage des deux tôles à souder, c'est à dire au contact des électrodes, alors que la feuille intérieure désigne la feuille de la tôle composite située vers l'intérieur de l'assemblage c'est-à-dire au contact de l'autre tôle.

Préférentiellement, on assure le chauffage de la feuille extérieure par effet joule.

Préférentiellement encore, on assure le chauffage en disposant à proximité de la première électrode de soudage située du côté de la feuille extérieure de la tôle composite, une troisième électrode placée du même côté de l'assemblage que la première électrode, en amenant ces deux électrodes au contact de ladite feuille extérieure, et en les reliant respectivement aux deux bornes d'une source de courant électrique.

Préférentiellement encore, ladite source de courant est la source fournissant le courant électrique de soudage, et la troisième électrode est reliée électriquement à la même borne que la seconde électrode située de l'autre côté de l'assemblage.

Grâce à ce procédé, les inconvénients cités précédemment sont supprimés, et on peut en particulier réaliser des soudures par points de bonne qualité sur des tôles composites sans qu'il soit nécessaire d'utiliser pour leur fabrication un matériau polymère conducteur, et ceci en quelqu'endroit que ce soit de leur surface.

Ce procédé permet une utilisation aisée des tôles composites à âme polymère isolante.

Comme on l'aura bien compris, ce procédé, décrit ci-dessus d'une manière générale applicable au soudage d'une tôle composite sur une tôle ordinaire, s'applique encore plus avantageusement au soudage de deux tôles composites l'une sur l'autre, moyennant l'utilisation d'une quatrième électrode, disposée et reliée électriquement de manièr#e symétrique à la troisième électrode, de façon à assurer le chauffage de la feuille extérieure de la deuxième tôle composite.

L'invention concerne aussi un dispositif de soudage par points pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention défini ci-dessus, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte à proximité d'au moins une des électrodes des moyens de chauffage pour chauffer localement la feuille extérieure d'une tôle composite à souder préalablement à la réalisation du point de soudure.

Préférentiellement ces moyens de chauffage comprennent une troisième électrode disposée à proximité de la première électrode, des moyens pour amener ces deux électrodes au contact de la feuille extérieure de la tôle composite, et une source de courant électrique alimentant ces deux électrodes.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple d'un dispositif et d'un procédé conforme à l'invention.

On se reportera au dessin de l'unique figure annexée qui représente schématiquement un dispositif de soudage par point conforme à l'invention particulièrement destiné au soudage de deux tôles composites.

Il est précisé que sur ce dessin les dimensions relatives des différents éléments n'ont pas été respectées, notamment les épaisseurs des tôles composites, ceci afin de faciliter la compréhension des explications relatives au procédé qui seront données par la suite.

Ce dispositif comporte un transformateur 10 délivrant le courant de chauffage et de soudage à quatre électrodes 1, 2, 3, 4.

Les électrodes inférieures 2 et 4 (deuxième et quatrième électrodes selon la terminologie utilisée précédemment) sont disposées à proximité l'une de l'autre, et reliées mécaniquement par un support 5 électriquement isolant. Les extrémités 21 et 41 des électrodes 2 et 4 sont situées dans un même plan, ici horizontal, parallèle au plan des tôles à souder 6 et 7.

Les électrodes supérieures 1 et 3 (première et troisième élec trodes) sont situées respectivement vis à vis des électrodes 2 et 4, pour constituer deux paires d'électrodes 1, 2 et 3, 4. Les électrodes supérieures sont mobiles verticalement, indépendamment l'une de l'autre. Chacune de ces électrodes est fixée à cette fin sur la tige mobile d'un vérin 8, 9 commandé par des moyens d'actionnement non représentés tels que ceux utilisés couramment dans les machines de soudage par point de l'Art Antérieur.

La première électrode 1 est reliée électriquement à la première borne 15 du circuit secondaire du transformateur 10. La deuxième électrode 2 est reliée à la seconde borne 16 dudit circuit secondaire.

La troisième électrode 3 est reliée également, mais par l'intermédiaire d'un premier interrupteur 17, à ladite seconde borne 16 et donc à la deuxième électrode 2. De même la quatrième électrode 4 est reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur 18 à la première borne 15 et donc à la première électrode 1.

Les interrupteurs 17 et 18 sont commandés simultanément à la commande du vérin 9 d'actionnement de la troisième électrode 3 de sorte que lorsque cette électrode 3 est amenée en position basse au contact des tôles à souder ces interrupteurs sont fermés, et lorsque l'électrode 3 est en position de retrait, éloignée des tôles, les interrupteurs sont ouverts.

Il va sans dire que ce dispositif peut être adapté sur des machines de soudage classique, ce qui présente notamment l'avantage de pouvoir utiliser ces machines pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Les modifications nécessaires à cette fin peuvent être réalisées aisément et à moindre coût par simple mise en oeuvre de dispositifs technologiques, tels que vérins ou interrupteurs, déjà utilisés sur ces machines, les spécificités du dispositif selon l'invention résidant essentiellement dans l'utilisation de 2 électrodes supplémentaires et dans les liaisons électriques particulières des électrodes.

Le procédé de soudage utilisant ce dispositif va maintenant être décrit plus en détail.

On remarquera tout d'abord que si l'électrode 3 est maintenue en position haute, donc éloignée des tôles à souder, les interrupteurs 18 et 17 sont ouverts. Dans ce cas, les électrodes 3 et 5 ne sont pas alimentées par le transformateur 10 et le dispositif peut fonctionner comme une machine de soudage classique, pour le soudage de tôle ne comportant pas de feuilles isolantes, en utilisant une seule paire d'électrodes 1, 2.

Le soudage de deux tôles composites est décrit maintenant. Les deux tôles 6 et 7 sont positionnées l'une sur l'autre et placées entre les électrodes inférieures 2, 4 d'une part et les électrodes supérieures 1, 3 d'autre part.

Les électrodees supérieures 1 et 3 sont amenées au contact de la tôle supérieure 6. L'assemblage des deux tôles est alors pressé entre respectivement les électrodes 1 et 2 et les électrodes 3 et 4, la pression étant exercée par les vérins 8 et 9. Les quatres électrodes sont alimentées en courant. Les interrupteurs 17 et 18 étant fermés les électrodes 1 et 4 sont reliées à la borne 15 du transformateur et les électrodes 2 et 3 sont reliées à la borne 16. Du fait de la présence dans les tôles composites de la feuille de polymère isolant, le courant ne peut passer directement à travers les tôles, ni entre les électrodes 1 et 2, ni entre les électrodes 3 et 4.Par contre les électrodes 1 et 3 étant reliées aux bornes opposées du transformateur, un courant électrique passe entre elles, le circuit étant bouclé par la feuille métallique extérieure 62 de la tôle supérieure 6, il en résulte un échauffement par effet joule de la zone de cette feuille voisine des deux électrodes. Par conduction la feuille de polymère est également chauffée, ce qui provoque son ramollissement.

Il en va de même pour la tôle inférieure 7 dont la feuille extérieure 72 est chauffée par passage du courant entre les électrodes 2 et 4, provoquant le ramollissement de la feuille polymère 71.

L'assemblage des tôles étant comprimé entre les électrodes respectivement 1 et 2, et 3 et 4, le matériau polymère flue hors des zones de pression, et du fait de cette pression exercée par les électrodes, les feuilles métalliques extérieures 62,72 des deux tôles sont amenées au contact des feuilles intérieures 63,73. Le circuit électrique se trouve alors directement bouclé entre les électrodes 1 et 2, de même entre les électrodes 3 et 4.La résistance du circuit formé par l'épaisseur des tôles entre les électrodes d'une même paire 1 et 2 (ou 3 et 4) passe alors à une valeur nettement inférieure à celle du circuit constitué par la feuille extérieure des tôles entre les électrodes supérieures 1 et 3, ou inférieures 2 et 4 : il y a alors passage entre les électrodes 1 et 2, respectivement 3 et 4, d'un courant de soudage, d'intensité nettement plus élevé que le courant ayant provoqué précédemment le chauffage des tôles.

Par ce courant de soudage, et du fait que les électrodes sont maintenues en pression, les points de soudure sont alors réalisés de manière habituelle.

Bien que l'exposé qui vient d'être fait décrive plusieurs phases dans une même opération de soudure, il est clair que dans cet exemple le passage de la phase de chauffage à celle de soudage se réalise automatiqument dès lors que, par le ramollissement du polymère et du fait de la pression permanente exercée par les électrodes, les deux feuilles métalliques de chaque tôle composite viennent au contact l'une de l'autre.

Comme cela a déjà été indiqué il est préférable de rapprocher le plus possible les électrodes pour éviter d'échauffer inutilement une zone de tôle entre électrodes de grande longueur. Toutefois une distance minimale sera conservée pour éviter les risques de formation d'arc entre les électrodes situées du même côté de l'assemblage. On pourra avantageusement choisir un espacement correspondant à l'espacement classique entre deux points soudés, par exemple de 30 à 40 mm.

Avantageusement également on utilisera des électrodes à extrémité hémisphérique, qui, par une surface de contact avec les tôles réduite, augmentent ponctuellement la pression au niveau des points de soudure, et de plus permettent de localiser plus précisément la zone de chauffage.

De manière classique, la tension aux bornes des électrodes est de 1 à 2 V. Dans ce cas, l'intensité varie de 5 KA environ lors de la phase de chauffage, å 15 KA lors de la phase de réalisation du point soudé, ceci dans le cas de tôles composites d'épaisseur voisine de 0,8 mm, comportant une feuille de polymère de 0,1 mm d'##aisseur.

L'invention n'est pas limitée au procédé et au dispositif qui viennent d'être décrits à titre d'exemple et d'autes variantes peuvent être utilisées sans sortir du cadre de l'invention.

I1 a déjà été dit que le dispositif représenté à la figure annexée peut être adapté sur une machine de soudage classique, et être utilisé pour réaliser du soudage point par point de tôles ordinaires, en ne se servant que de la première paire d'électrodes (1,2). On comprendra aisément que le soudage de tôles non isolantes peut également être réalisé en utilisant simultanément les deux paires d'électrodes, la phase de chauffage étant alors pratiquement supprimée puisque le courant de soudage peut passer entre les deux électrodes d'une même paire dès qu'elles sont amenées au contact de la tôle. Dans ce cas deux points de soudure sont réalisés simultanément.

Le soudage d'une tôle composite sur une tôle ordinaire non isolante peut être réalisé de la même manière. Pour éviter de chauffer inutilement la tôle ordinaire, placée par exemple en dessous (à la place de la tôle 7) on peut ne pas relier la quatrième électrode 4 à la première électrode 1. Dans ce cas le chauffage n'est réalisé que par passage du courant entre les électrodes supérieures-l#et 3 dans la feuille extérieure 62 de la tôle composite 6. L'électrode 4 ne sert plus alors que de support. On peut envisager dans ce cas de remplacer les deux électrodes inférieures par une seule électrode formant une plaque d'appui.

Cette dernière disposition peut également être utilisée pour le soudage de deux tôles composites. Toutefois le ramollissement de la feuille de polymère 71 de la tôle inférieure 7 ne pouvant alors être réalisé que par conduction, par l'intermédiaire des feuilles 61, 63, 73, de la chaleur apportée à la feuille extérieure 62 de la tôle supérieur 6, le temps de chauffage, et donc le temps global de réalisation d'un point de soudure risquent d'être augmentés, et ceci pour ne réaliser qu'un seul point de soudure à chaque opération.

D'autres moyens de chauffage de la feuille métallique des tôles composites peuvent également être envisagés, tels que des moyens inductifs, le procédé et le dispositif décrits précédemment à titre d'exemple restant cependant préférés du fait de leur facilité d'adaptation sur les machines de soudage existantes.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1) Procédé de soudage par point pour l'assemblage de deux tôles (6,7) dont l'une au moins est une tôle composite composée d'une feuille (61,71) en matériau polymère non conducteur placée entre deux feuilles métalliques (62,63 ; 72,73), procédé du type selon lequel on utilise deux électrodes de soudage (1,2) placées face à face respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser et alimentées par un courant électrique de soudage, caractérisé en ce qu'on chauffe localement, dans une zone de chauffage englobant la position du point de soudure à réaliser, la feuille (62,72) de la tôle composite située vers l'extérieur de l'assemblage jusqu'à ce que la feuille (61,71) en matériau polymère soit portée, dans ladite zone de chauffage, à une température suffisante pour assurer son ramollissement, on exerce sur l'assemblage, au moyen des électrodes de soudage, une pression suffisante pour faire fluer le matériau polymère hors de la zone d'application des électrodes et rapprocher jusqu'au contact ladite feuille extérieure (62,72) de la feuille intérieure (63,73) située au contact de l'autre tôle et on alimente lesdites électrodes par le courant de soudage.

2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on assure le chauffage de la feuille extérieur par effet Joule.

3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on assure le chauffage en disposant à proximité de la première électrode de soudage (1) située du côté de la feuille extérieure (62) de la tôle composite (6), une troisième électrode (3) placée du même côté de l'assemblage que la première électrode, en amenant ces deux électrodes au contact de ladite feuille extérieure, et en les reliant respectivement aux deux bornes (15,16) d'une source de courant électrique.

4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite source de courant est la source (10) fournissant le courant électrique de soudage, et la troisième électrode (3) est reliée électriquement à la même borne (16) que la seconde électrode (2) située de l'autre côté de l'assemblage.

5) Procédé selon la revendication 3, appliqué au soudage de 2 tôles composites, caractérisé en ce qu'on utilise une quatrième électrode (4) disposée vis à vis de la troisième électrode (3) et reliée électriquement à la première électrode (1), et on exerce une pression sur l'assemblage par la première paire d'électrodes (1,2) et par la deuxième paire d'électrodes (3,4), moyennant quoi on réalise simultanément deux points de soudure.

6) Dispositif de soudage par points de deux tôles, comportant au moins une paire d'électrodes (1,2) alimentées par une source de courant électrique (10), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage localisé pour chauffer au moins l'une des tôles au voisinage du point d'application des électrodes, et des moyens (8,9) de mise en pression des électrodes sur les tôles.

7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent une troisième électrode(3) disposée à proximité de la première électrode (1), des moyens (8,9) pour amener ces deux électrodes (1,3) au contact de la tôle et une source de courant électrique (10) alimentant ces deux électrodes.

8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux paires d'électrodes (1,2 ; 3,4), les deux électrodes d'une même paire étant placées en face l'une de l'autre, de part et d'autre du plan de soudage, chaque électrode (1,2) de la première paire est reliée électriquement à l'électrode (4,3) de la deuxième paire située de l'autre côté dudit plan.