Soudage par résistance d’alliages non ferreux

Dernière modification: 
19-07-2019
 

Raison du projet

Le soudage par résistance d’alliages non ferreux (Al, ainsi que les alliages Cu et Ni) présente un certain nombre d'obstacles qui en limitent l'application. Par exemple, la couche d’oxyde d'aluminium est un isolant électrique qui varie avec l'historique du matériau. Un autre problème est la (trop) bonne conductivité (à la fois électrique et thermique) du métal lui-même, en particulier pour Al et Cu.

La durée d’emploi des électrodes laser est donc généralement bien inférieure à celle de l'acier. On dispose également de peu de données sur la soudabilité par résistance d’alliages non ferreux (en particulier pour le soudage par projection et pour Ni).

But du projet

De nouveaux développements dans les sources d'énergie basées sur des fréquences plus élevées ou la décharge d’un condensateur afin de pouvoir fournir plus d'énergie dans une période de temps plus courte offrent toutefois une perspective attrayante pour un soudage par résistance de qualité de matériaux difficiles à souder. Les matériaux d'électrode adaptés et le matériau d'électrode intermédiaire (« lost wire ») peuvent augmenter la durée de vie de l'électrode.

L'utilisation de progiciels constituait également un élément intéressant pour la simulation et l'approche du procédé de soudage par résistance. Cela peut donner à l'utilisateur la possibilité de se faire une idée simple de ce type de procédé.

Deux aspects ont également été examinés, souvent sous-estimés à tort. D’une part, il existe une influence de la géométrie de la came sur le soudage par projection. Il a été étudié dans quelle mesure un ajustement de la forme de la projection améliorait la qualité/l'efficacité de l’assemblage par soudure par résistance. D'autre part, il existe des systèmes de pression qui garantissent que la lentille de soudage est supportée de manière optimale pendant et après le soudage. À cette fin, des développements ont été réalisés qui permettent à la force de pression de varier tout au long du cycle de soudage et garantissent ainsi, par exemple, une réduction importante de creux dans les alliages d'aluminium.

Résultats

Le soudage par résistance d'alliages d'aluminium est confronté à un certain nombre de problèmes qui agissent sur la qualité des soudures. Ainsi, la couche d’oxyde influence non seulement la résistance de contact, mais également l'étalement de la résistance de contact. En outre, la meilleure déformabilité plastique d’alliages d'aluminium (par rapport à l'acier et certainement à des températures plus élevées) rend le processus d'assemblage plus problématique (notamment avec le soudage par projection). En effet, si une trop grande déformation plastique se produit à la suite d’une force de soudage trop élevée, que celle-ci soit combinée ou non à la chaleur de soudage, la force de contact entre les pièces à assembler diminuera à cet endroit. La résistance de contact à ces endroits est trop grande pour former une lentille de soudage. La lentille de soudage apparaîtra là où la combinaison résistance de contact/densité de courant est plus favorable. Par conséquent, il n’y a aucune certitude quant à l’emplacement exact, à la taille du diamètre de la lentille de soudage et au fait qu’une lentille de soudage soit formée ou non. Dans ces cas, il est donc important de transférer le plus rapidement possible la chaleur aux pièces à souder et de réduire au maximum la force de soudage afin que la déformation plastique reste limitée. Il faut également veiller à ce que le temps de soudage ne soit pas trop court pour que la lentille de soudage ait le temps de se développer suffisamment et que la force de soudage soit néanmoins suffisamment importante pour empêcher la formation d’éclaboussure. Le champ d’action pour le soudage par résistance d’alliages non ferreux et en particulier d’alliages d'aluminium est donc considérablement réduit par rapport aux aciers. Dans certaines applications (soudage par projection), l’installation d’un système de matériel (système à ressort) sur la table de la machine ou dans la tête de soudage est indispensable pour réaliser une soudure et/ou améliorer la qualité de soudage existante. 

 

Là où, pour le soudage par points de divers alliages d'aluminium, des imperfections internes furent constatées, des tests ont été réalisés pour étudier l'influence de ces imperfections sur la résistance de la lentille de soudage. À cette fin, les imperfections internes de la lentille de soudage ont été simulées en perçant des trous au centre de la lentille de soudage. Le diamètre de ces trous variait de 1,5 à 3 mm. Les plaques d’essai soudées ont ensuite été soumises à un effort de traction (essais de traction cisaillement - essais de traction longitudinaux) et comparées aux essais de traction sur des plaques d’essai non percées. Il a pu être établi que les imperfections internes n’exercent que peu, voire aucune, influence néfaste sur les propriétés mécaniques des soudures.

Dans le cadre de ce projet, des recherches ont également été menées sur la durée de vie des électrodes. À cette fin, des électrodes modifiées (des électrodes en CuCrZr pourvues d'un revêtement de TiC) ont été comparées à des électrodes de référence (CuCrZr). En outre, l'influence de la couche d’oxyde sur la durée de vie des électrodes a également été étudiée. Il en ressort étonnamment que l'utilisation d'électrodes modifiées rallonge leur durée de vie de 20 à 25 %.

 

L'influence de la couche d’oxyde sur la durée de vie des électrodes est comparable à celle de l'utilisation des électrodes modifiées. Une prolongation de la durée de vie d'environ 20-25 % pourrait être obtenue si la couche d’oxyde était enlevée (chimiquement). Lorsque la couche d’oxyde est retirée (pratique courante) et lorsque des électrodes sont modifiées, la durée de vie des électrodes de soudage peut être environ deux fois plus longue que celle des électrodes de référence pour lesquelles la couche d’oxyde n’a pas été retirée des plaques. 

 

Un système lost-wire a également été étudié. Dans un tel système, on utilise une bande d’électrodes qui est positionnée entre l'électrode de soudage proprement dite et la surface à souder. Après un soudage par points, la bande se déplace alors légèrement. De cette manière, les électrodes de soudage sont réellement protégées. Un autre avantage d'un tel système est qu'il introduit une résistance supplémentaire et donc une chaleur supplémentaire dans la configuration de soudage. Cela signifie que le soudage peut être effectué avec un courant de soudage inférieur.

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