Le soudage par résistance. Soudure par point, etc…
Chapitres:
La fiche de révisions de notre étudiant à l’institut de soudure, j’ai nommé MichelIWS.
Cet article concerne le soudage par résistance (soudage par points…)
Sommaire: - 1) Intro
- 2) Le procédé de soudage par résistance (présentation)
- 3) Les avantages
- 4) Les inconvénients
- 5) Principaux défauts rencontrés
- 6) Domaines d’applications
- 7) Le principe du soudage par point
- 8) La résistivité
- 9) Dissipation thermique dans la pièce
- 10) Matériel et accessoires
- 11) Les machines de soudage par résistance
- 12) Paramètres de soudage
- 13) Relation entre les paramètres de soudage et les caractéristiques du noyau
- 14) Domaine d’application du procédé et problèmes typiques
- 15) La soudure par résistance par bossage 23
- 16) La soudure par résistance en bout 25
- 17) La soudure par étincelage 24
- 18) Brasage par résistance
- 19) Soudage à la molette, soudage au galet 22
- 20) Contrôles des soudures par résistance
- 21) Hygiène et sécurité
Enjoy 😉
Une nouvelle fiche de révisions de MichelIWS, qui concerne cette fois ci :
Le procédé de soudage par résistance (PROCÉDÉ 21 à 29)
SOUDAGE PAR RÉSISTANCE
Appellation américaine : Resistance Welding
1) Intro
● Selon ISO 4063 (20 procédés):
Les plus usuels : par résistance par point, à la molette, par bossage, en bout par étincelage…
- 21 Soudage par résistance par point
- 22 Soudage à la molette, soudage au galet
- 23 Soudage par bossage
- 24 Soudage par étincelage
- 25 Soudage en bout par résistance pure
- 26 Soudage par résistance des Goujons
- 27 Soudage par résistance à haute fréquence
- 29 Autres procédés par résistance
C’est du
soudage autogène par pression. Les pièces à soudées sont pressées l’une contre l’autre pendant qu’on leur « injecte » localement un courant entraînant une fusion.

Soudure par point
2) Le procédé de soudage par résistance (présentation)
Le soudage est réalisé par la combinaison d’une
forte intensité électrique et d’une pression ponctuelle. Ce procédé ne nécessite pas d’apport extérieur (
Soudage autogène). L’intensité électrique chauffe la matière jusqu’à la fusion. La pression maintient le contact entre l’électrode et l’assemblage. Pour souder, une pince plaque l’assemblage avec des embouts, ou des électrodes en cuivre, matière bonne conductrice de l’électricité et de la chaleur, ce qui permet de moins chauffer la zone de contact avec cette pince et d’en éviter la fusion, qui se trouve limitée à la zone de contact entre les deux feuilles à souder.
Cette technique est donc dépendante de la résistivité (résistance électrique) des matières, de l’épaisseur totale de l’assemblage et du diamètre des électrodes. Ce procédé est majoritairement utilisé dans l’assemblage de tôle d’acier de faible épaisseur (< 6 mm). Cette technique bénéficie d’un savoir faire très important et d’une productivité incomparable (dans le domaine d’application). Pour exemple,une caisse automobile est assemblée à plus de 80 % par des points soudés. (environ 5000 points de soudures pour une voiture)
Type de soudure Vitesse
d’avance en
cm/min Épaisseur mini particularité POINT
0.05 Par recouvrement, face d’aspect, pas de
déformation ETINCELAGE
0.2 Bout à bout, rapidité, onéreux MOLETTE Supérieur
à 3000 0.05 Bout à bout, rapidité, onéreux BOSSAGE
0.2 Bout à bout, rapidité, onéreux
3) Les avantages
- Soudure “propre” et de très haute qualité (face d’aspect)
- Pas de déformations des pièces soudées
- Assure la continuité métallique et étanchéité
- Rapide (5ms à 3 secondes), efficace, peu polluant
- Autogène, ne nécessite pas de produits d’apports
4) Les inconvénients
- Assemblage par recouvrement
- Épaisseur limitée aux capacités machines
- Cher, les applications sont limitées , en principe, un poste à souder ne peut réaliser qu’un seul type de soudage.
- Difficulté de contrôle de qualité des points soudés
5) Principaux défauts rencontrés
- Soudure “collée”
- Projection de métal en fusion
- Usure anormale des électrodes
6) Domaines d’applications
Automobile, Électronique, Industrie (radiateur, armoire, grille, etc.) et micro-soudage.

Soudure par résistance
7) Le principe du soudage par point
C’est du soudage par pression avec une transformation de l’énergie électrique en énergie calorifique (effet Joule). En effet le métal présente une résistance lorsqu’il est parcouru par un courantélectrique. (échauffement du cuivre par exemple lorsque la section du faisceau est trop fine …)
Il utilise comme source de chaleur les effets d’un courant électrique de fortes intensité (entre 1000 et 100 000 Ampères) et d’une tension comprise entre 1 et 30 Volts. L’énergie calorifique produite est proportionnelle à :
- La somme des résistances traversées par le courant électrique
- Le carré de l’intensité du courant qui traverse les résistances
- Le temps de passage du courant électrique
Effet Joules et distribution des températures:
Deux pièces de nuances différentes de même taille en contact parcouru par un même courant électrique s’échaufferont différemment selon leur résistance propre. De plus le contact doit être vraiment intime sans quoi il y aurait apparition d’étincelles. La formule qui explique cette loi de joules est W=

R x I2x t
- W = quantité de chaleur engendrée par l’effet joules en joules
- R = Résistance en Ohm
- I = intensité en ampère
- t = temps de passage en seconde
Résistance totale entre les électrodes = 2r1 + 2r2+ R3
Les paramètres à prendre en compte seront donc :
- l’intensité
- le temps de pression
- le temps de passage du courant
- l’effort de pression
- Le séquençage si procédé automatisé (accostage soudage maintien…)
La continuité métallique est assurée par l’application simultanée du passage du courant électrique et par l’effort mécanique qui compresse les deux parties créant ainsi le forgeage. Cet effort est appliqué via les électrodes dont leur autre rôle est de véhiculer le courant électrique et d’évacuer la chaleur. On remarquera alors aussi l’indentation qui en résultera après soudure.
8) La résistivité

Résistivitér1 & r2 = résistance pure ou intrinsèque des pièces à souder
RC1, RC2, RC3 = résistance de contact
Le courant circulant entre les électrodes est freiné par une résistance R constituée de 5 résistances qui s’additionnent.
Résistance : La résistance d’un conducteur, à température ambiante, est :
● proportionnelle à sa longueur
● inversement proportionnelle à sa section
● fonction du matériau constitutif de l’âme du conducteur
R (Ohm) = p (micro-Ohm/cm/cm2) x (L (cm) / S (mm2))
La
résistivité (p) est l’opposition d’un matériau au passage du courant électrique. Les électrodes en cuivre présentent une résistivité faible (1,7 micro-ohm/cm/cm2 contre 10 pour une tôle Acierde 1mm). C’est une constante propre à chaque métal.
L c’est la longueur de la résistance dans ce cas c’est aussi l’épaisseur de la pièce.
S Section de la partie active de l’électrode
Définition de R dans = R I2 t
RC = Résistance de contact
r = Résistance intrinsèque
R = RC1 + RC2 + RC3 + r1 + r2
RC1 + RC2 + RC3 > r1 + r2
La résistance de contact entre les électrodes et la pièce à souder et surtout la résistance de contact entre les pièces à souder sont plus élevées que la résistance du métal au passage du courant. Pendant la création du bain de fusion nous aurons une diminution de la résistance
RC1 + RC2 + RC3 > r1 + r2
En modifiant la force de serrage, on fera varier la résistance de contact et par conséquent l’apport dechaleur.
Mais :
- Trop de pression entraînera une baisse de la résistance
donc un manque de fusion.
- Pression trop faible entraînera des projections par création d’arc
Aparté et exemples :
W1 = RC1x I2x t
W2 = RC2xI2x t
W3 = RC3xI2x t
W4 = r1xI2x t
W5 = r2xI2x t
9) Dissipation thermique dans la pièce
W=W1+W2+W3+W4+W5

Dissipation thermiqueLe point de soudure ne se développera que si RC3 est plus grande que toutes les résistances.
Dans le cas ou une résistance serait plus élevée que RC3 la fusion commencerait au niveau de celle-ci et le point de soudure ne serait pas réalisé correctement.
Il faudra aussi prendre en compte que RC3 diminue systématiquement lors de la réalisation du point alors que les autres résistances de contact augmentent lors de leur échauffement et de leur dégradation lorsque les résistances de contact seront toutes égales il faudra remettre en état les électrodes. Nous savons aussi que les résistances de contact seront plus importantes que les résistances intrinsèques cela dépendra de la nature des matériaux (nuances, dureté, résistivité), état de surface (rugosité (RA), oxydes), de la température et surtout de l’effort appliqué par les électrodes
LA RÉSISTANCE DE CONTACT VARIE AVEC L’EFFORT
Pour que le noyau se crée il faudra donc apporter plus d’énergie que ce que la pièce n’en dissipe,la puissance fournie devra être supérieure à la puissance calorifique qui se dissipe .
RI
Plus l’effort sera important plus la résistance sera faible il faudra donc augmenter l’ampérage pour avoir la même puissance.
Pour un effort faible et une RC3 élevée l’ampérage pourra être moindre, néanmoins il faudra quel’effort soit suffisamment appliqué pour maintenir les pièces correctement en contact.
Au plus le contact entre électrodes pièces et pièces est intime au plus la résistance sera forte et le bain de fusion se formera d’autant plus rapidement.
La dispersion thermique autour de lingot fondu se fait de manière équiaxe, autour de celui-ci.
Donc, si le point est situé très près du bord des tôles, l’environnement du lingot atteint très rapidement la surchauffe entre celui-ci et le bord des tôles. Il peut alors se produire des ruptures du creuset dans cette zone, entraînant une indentation excessive des électrodes et des projections de métal en fusion àl’interface des deux tôles.
10) Matériel et accessoires
Les électrodes : elles sont soit droites, déportées, à double courbures, à rotule.
3 rôles :
- Électrique (bonne conductivité)
- Mécanique (permettre l’accostage, le maintien, le forgeage et supporter mécaniquement la montée en pression pour chaque point de soudure).
- Thermique (permettre la dissipation thermique et limiter l’expansion du creuset plastique).
Le matériau de fabrication des électrodes doit être dur, avoir une conductivité thermique élevée, et une faible résistance électrique, des propriétés mécaniques afin d’éviter la fissuration sous l’effet du martelage. De plus le refroidissement de celles-ci est très important pour leur assurer une durée de vie optimale.
La composition de celles-ci sera avec une base cuivre plus ou moins alliée au chrome (faible teneur en Zirconium) ou à base cobalt . En effet le cuivre permet une forte dispersion thermique et un bon passage du courant, le chrome lui augmente la tenue mécanique de l’électrode lorsqu’elle chauffe. Pour des applications particulières les producteurs proposent des électrodes en cuivre électrolytique, en cuprotungstène fritté, en molybdène, en tungstène, ou encore, en graphite.
(cycle de soudage court pour éviter aux résistances de contact RC1 et RC2 de fondre)la plupart des électrodes sont à emmanchement conique, et doivent se démonter facilement pour être réagréées. (certaines sont massives d’autres possèdent des embouts démontables)
Leurs diamètres et formes sont diverses et variées, elles jouent un rôle important sur le volume du bain de fusion, il est calculé en fonction de l’épaisseur des pièces à souder ainsi que de la nuance de l’acier.
Il y a 2 calculs empiriques pour calculer le diamètre des faces actives des électrodes tronconique :
Ø = 5 x

ep ou Ø = 2ep +3mm
Le facteur 5 peut passer de 6 ou 8 lorsque l’acier est de haute résistance. On utilise parfois aussi des formats de pointes d’électrode à face active sphérique . Cette pratique est particulièrement préconisée dans le soudage d’alliages légers ou pour le soudage des tôles d’acier de fortes épaisseurs. (les électrodes sont des pièces d’usure dont le coût est une partie importante du prix derevient d’un point de soudure)
Nature du travail à
effectuer Métaux Composition des
électrodes Soudage Aciers doux
Aciers Austénitiques
Aciers réfractaires
Aciers galvanisés Des laitons
Bronze
Nickel et alliages Alliages de cuivre
chrome Zirconium aluminium Acier aluminé Cuivre électrolytique Cuivre pur Cuivre faiblement
allié Pastille de molybdène Du cuivre Du laiton Pastilles de molybdène
coté cuivre
et grain Cu-Cr-Zr coté
laiton
Tantale Pastille de tungstène Des contact électriques Pastilles de
cuprotungstène Electrobrasage ou
chauffage De pièces en métaux divers Pastilles de graphite
11) Les machines de soudage par résistance
Elles doivent pouvoir effectuer les trois opérations suivantes
- presser les pièces à souder l’une contre l’autre en appliquant la force voulu et les maintenir en place.
- faire passer le courant de soudage nécessaire par les pièces à souder
- contrôler le temps de soudage.
Les
machines à souder sont relativement onéreuses et s’amortissent à long terme, elles assurent une productivité élevée, pouvant s’automatiser facilement (robotique, machines spécifiques).
Leurs tailles dépendent de la taille et de la géométrie des pièces à souder.
Le transformateur CA :
C’est la partie centrale de la machine à souder, il détermine la puissance et performances en matière d’épaisseur à souder.
La grande majorité des machines sont en courant alternatif, nécessairement monophasées, il faudra donc veiller à l’équilibrage du réseau qui lui, sera en triphasé (380V).
C’est un transformateur abaisseur de tension, en effet la tension au primaire sera de 380 V pour une tension au secondaire de 10 V.
Le transformateur CC :
Les générateurs de soudage en courant continu, équipés d’un redresseur sur le secondaire du transformateur sont plus onéreux mais insensibles aux chutes de tension, ils conviennent aussi pour une alimentation en 380V, ce qui permet d’équilibrer les charges sur l’alimentation secteur et d’augmenter la puissance utile. Il n’est pas rares de nos jours de fournir une alimentation continue via un onduleur moyenne fréquence (même principe que pour les onduleurs utilisés par le soudage à l’arc).
Le soudage par résistance utilise un onduleur moyenne ou haute fréquence (1 à 4Khz), ceci permet de réduire la taille du transformateur, permet un meilleur contrôle du processus de soudage grâce à un contrôle rapide du courant et réduit aussi l’usure de l’électrode.
Comme il n’y a pas de chute de tension directe avec un poste de soudage alimenté en courant continu , la puissance totale consommée s’en trouve réduite.
Le vérin de soudage :
L’
effort de serrage des électrodes est obtenu par l’action d’un appareil qui produit un effort constant ou variable pendant le cycle de soudage. (mesuré par dynamomètre)
Via : – vérin pneumatique, hydraulique, électrique.
Via : – dispositif de serrage actionné par moteur électrique, la variation de l’intensité sur le moteur permet d’avoir une variation de couple, et donc de force de serrage, ainsi on peut varier et contrôler facilement l’effort de serrage et éventuellement piloter la machine à partir d’un ordinateur distant.
Force = Pression / Surface
L’interrupteur électronique :
Il pilote le passage du courant dans le transformateur via un thyristor. Celui-ci est isolant tant qu’on ne lui fournit pas d’impulsion électrique sur la gâchette.
Deux thyristors tête bêche permettent donc de faire une alternance entière, c’est pour cela que l’unité de temps dans la soudage par résistance par point est une période de courant alternatif ( 20 ms ).