Soudage par points expliqué | Fractory

Production de treillis - Machine de soudage de treillis automatisée

Le soudage par points est un procédé de soudage par résistance qui relie les métaux en appliquant une pression tout en fournissant du courant électrique à la zone de soudure. Il a été introduit pour la première fois en 1885 lorsque Elihu Thomson a accidentellement fusionné deux fils de cuivre ensemble dans une expérience.

Le soudage par points est devenu un procédé de soudage de base dans la fabrication et l’assemblage, en particulier dans le secteur de la fabrication de tôles et de l’industrie automobile. L’adéquation à l’automatisation joue un grand rôle dans sa popularité croissante, car le soudage par points robotisé excelle en termes de vitesse et d’efficacité.

Approfondissons et comprenons mieux ce que représente le soudage par points par résistance.

Qu’est-ce que le soudage par points par résistance

Le soudage par points (RSW) est un procédé de soudage par résistance électrique qui joint des métaux qui se chevauchent entre deux électrodes. La pression est appliquée en serrant les pièces entre les électrodes et la chaleur est générée par le passage du courant de soudage à travers les métaux résistifs. Cela permet aux matériaux de fusionner et de créer un joint de soudure. Le joint créé par le soudage par points par résistance ressemble à un bouton ou à une pépite, c’est pourquoi le terme soudage par points a été inventé car le courant est appliqué précisément sur une petite zone à la surface du métal.

Comme les métaux sont fondus en utilisant de grandes quantités d’énergie sur une courte période (environ 10 à 100 millisecondes), la zone autour de la pépite de soudure reste indemne de la chaleur excessive, ainsi la zone affectée par la chaleur est minime et une soudure propre est créée.

La quantité de chaleur générée lors du soudage par points est exprimée par la formule chaleur-énergie :

Q = I2Rt

Où Q est l’énergie thermique, I est le courant, R représente la résistance électrique et t est le temps ou la durée pendant laquelle le courant est appliqué.

Processus de soudage par points

Le processus de soudage par points consiste à délivrer des impulsions électriques à basse tension et à courant élevé aux électrodes de soudure afin de faire fondre presque instantanément le métal tout en appliquant une pression suffisante pour que les métaux fusionnent. Le processus ressemble au processus de soudage à froid en termes d’application de pression, mais dans le soudage à froid, aucun courant électrique n’est fourni à la soudure.

La première étape du soudage par points consiste à placer les tôles ou les pièces qui se chevauchent. Après que les métaux sont fermement mis en place, l’application de pression à travers la force de l’électrode est effectuée. Cette pression peut être appliquée manuellement, pneumatiquement, par des ressorts ou par l’hydraulique, selon le type de machine.

La deuxième étape implique l’application d’un courant intense sur la zone ciblée entre les électrodes. Le métal en fusion se forme lorsque le courant réagit avec la résistance interne du métal. Les métaux atteignent environ 2000 °C, ce qui est au-dessus de leur point de fusion. Les électrodes doivent avoir un point de fusion supérieur à celui des pièces. Généralement, des électrodes en alliage de cuivre sont utilisées, mais selon le métal soudé, les électrodes peuvent également être en tungstène, molybdène et autres matériaux.

La dernière étape implique le refroidissement et la solidification de la pépite. Dans cette étape, les électrodes de soudage restent en contact avec la pépite et servent de support lorsque les métaux refroidissent et durcissent. Le processus est terminé une fois que les métaux ont refroidi.



Comme pour les treillis métalliques, des points de soudure sont créés au contact entre deux fils positionnés perpendiculairement. Cela garantit une connexion permanente entre les fils, offrant résistance et durabilité. C’est une excellente alternative au treillis métallique tissé qui n’est pas fusionné en permanence.

Paramètres de soudage par points

Il y a un certain nombre de variables à vérifier et à ajuster pendant le cycle de soudage afin de créer une soudure de qualité satisfaisante :

  1. Pression

    L’application de la bonne quantité de pression ou de force d’électrode est primordiale pour créer des soudures de qualité. Le joint sera trop petit et faible si la pression appliquée est inadéquate. D’un autre côté, une pression trop forte peut provoquer des fissures dans la soudure par points, car le métal en fusion peut provoquer un amincissement des tôles. Il est conseillé que la profondeur de dépression de l’électrode ne dépasse jamais 25% de l’épaisseur de la feuille.

  2. Courant

    La quantité de chaleur générée dépend de la résistance électrique et de la conductivité thermique du métal. La classification du métal doit être prise en compte lors de la détermination de la quantité de courant pour la machine.

  3. Diamètre de la pointe

    Le diamètre de la pointe de soudage contrôle la taille de la soudure par points. Si la pointe est trop petite, le noyau de soudure peut être trop petit et faible, tandis qu’une pointe trop grande peut provoquer une surchauffe des métaux et le développement de vides et de poches de gaz.

  4. Cycle de temps de soudage

    Les résultats de soudage par points peuvent être améliorés et les imperfections évitées en ajustant le temps pendant lequel les métaux sont soumis à la pression de l’électrode et au courant de soudage.

    • Temps de compression fait référence à la période pendant laquelle la pointe de soudage de l’électrode applique une pression sur les métaux qui se chevauchent.

    • Pente montante est le temps pendant lequel le courant électrique atteint sa valeur maximale.

    • Temps de soudure est la durée pendant laquelle le courant électrique circule entre les électrodes. Pendant ce temps, de la chaleur est générée et une fusion a lieu entre les métaux.

    • Pente descendante est la plage où le courant électrique est coupé de sa valeur de crête.

    • Temps de maintien fait référence à la période de repos où le métal en fusion se solidifie. La pression des électrodes est toujours appliquée pendant cette période et les électrodes évacuent la chaleur de la soudure.

    • Délai dépassé est utilisé pour signifier le retard du courant entre la fin de la séquence et le début de la suivante.

Pour s’assurer que la soudure par points est de haute qualité et sûre à utiliser dans les applications, les métaux soudés peuvent être soumis à des méthodes de test telles que l’inspection par ultrasons et les tests de résistance mécanique (tests de traction-cisaillement, de pelage, etc.)

Soudage par points de différents matériaux

Le soudage par points fonctionne mieux pour les métaux qui ont une faible conductivité thermique ainsi qu’une résistance électrique élevée, comme l’acier à faible teneur en carbone. Bien que le soudage par points puisse toujours être effectué sur des métaux qui ne possèdent pas ces propriétés intrinsèques (par exemple, les aciers à haute teneur en carbone). Mais attention, les soudures sont plus sujettes aux fractures et aux fissures car elles peuvent présenter des microstructures cassantes et dures.

Voici une liste de matériaux qui sont généralement jugés appropriés pour le soudage par points :

Tous les métaux ne correspondent pas aux spécifications du soudage par points, ces exceptions peuvent souvent être rejointes par des méthodes de soudage alternatives, telles que la soudure ou le brasage.

Électrode

machine de soudage par points avec différentes électrodes en cuivre

Les électrodes de soudage fournissent un courant électrique aux métaux et appliquent une pression mécanique lorsqu’elles sont mises en contact avec les pièces à l’aide de leviers et d’un embrayage. Le mécanisme d’application de la pression peut être alimenté par un moteur électrique ou pneumatique.

Il existe deux types d’électrodes non consommables utilisées dans le soudage par points :

  • Électrodes conductrices

    Utilisé pour souder des matériaux résistifs, tels que l’acier inoxydable et le nickel. Des électrodes en cuivre ou des électrodes en alliage de cuivre sont utilisées car elles sont idéales pour permettre au courant et à la chaleur de circuler dans la pièce.

  • Électrodes résistives

    Ces électrodes sont généralement utilisées pour les métaux conducteurs comme le cuivre et l’or. Les électrodes en molybdène et en tungstène fonctionnent le mieux, car elles ont une faible conductivité et une résistance électrique élevée.

Une mauvaise sélection des électrodes peut entraîner une usure prématurée des électrodes, ce qui peut entraîner un remodelage ou un remplacement des électrodes. Certains métaux peuvent également réagir avec les électrodes. Les aciers zingués, par exemple, peuvent encrasser les pointes de soudage, entraînant des problèmes de connexion avec les métaux.

En plus de la sélection du matériau d’électrode, différentes géométries d’électrode sont également disponibles. Les pointes peuvent être façonnées pour être pointues, tronquées ou en forme de dôme.

Source de courant

Les soudeuses par points fonctionnent généralement sur courant alternatif. A l’aide d’un transformateur, le courant alternatif permet d’atteindre des courants élevés à basse tension. La tension de la soudeuse par points est généralement réglée entre 5 et 22 volts, le courant électrique varie généralement entre 1 000 et 10 000 ampères.

Les machines de soudage par points de qualité industrielle utilisent généralement une alimentation électrique triphasée pour atteindre des courants de crête élevés dans la fabrication. Plus précisément, il est utilisé pour souder par points des tôles d’aluminium pour des chaudières, des tubes et d’autres choses similaires.

Machine de soudage par points

soudeur par points

Une machine de soudage par points comprend un transformateur pour l’alimentation électrique, des électrodes de soudage et d’autres composants permettant de contrôler les paramètres du travail de soudage (courant de soudage, pression, tension, etc.).

Les machines de soudage par points sont généralement refroidies à l’eau car pendant une fraction de seconde, une chaleur très élevée est générée. Les électrodes ont des passages pour le refroidissement par eau afin de diminuer la température et d’éviter une usure excessive.

L’équipement de soudage par points peut être actionné manuellement ou automatisé grâce à l’utilisation de robots de soudage par points. Les machines de soudage par points portables sont également disponibles sous forme de pistolets de soudage.

Applications du soudage par points

Industrie automobile

Le soudage par points est un élément clé de l’industrie automobile, car la fabrication de pièces automobiles selon cette méthode est rentable, fiable et rapide. Les entreprises automatisent les chaînes de montage en utilisant des robots de soudage par points. Une tôle en acier ou en alliage d’aluminium peut facilement être transformée en une pièce d’assemblage fonctionnelle en quelques secondes, tout cela avec une précision et une répétabilité exceptionnelles.

Électronique

Les articles électroniques délicats sont bien adaptés au soudage par points. La qualité de la soudure est bonne tandis que la nature de cette méthode de soudage empêche la surchauffe des composants électroniques. Quelques exemples sont les interrupteurs, les panneaux solaires, les circuits imprimés complexes et les batteries.

Fabrication de clous

Des rouleaux d’acier au carbone sont transformés en clous en les soumettant sous la roue de soudage avec une alimentation en courant électrique. Ce processus de soudage par points en continu est effectué à grande vitesse, ce qui crée des résultats en milliers de clous produits par minute.

Ustensiles de cuisine

Les poignées, les spatules et les gobelets en étain sont souvent formés par soudage par points. Il en va de même pour les emporte-pièces qui sont formés par soudage par points de bandes de métal.

Industrie médicale

L’industrie médicale profite également de la qualité du soudage et de la vitesse à laquelle ce processus peut être réalisé. L’orthodontie, par exemple, utilise le soudage par points pour fixer les implants dentaires.

Avantages du soudage par points

  1. Le soudage par points est l’une des méthodes de soudage les plus rapides et les plus propres.

  2. Processus simple et direct, contrairement à certaines autres techniques de soudage plus complexes.

  3. Il n’y a pas de flamme nue présente contrairement à certains procédés couramment connus (soudage MIG, soudage TIG, etc.).

  4. Le processus peut être facilement automatisé grâce à l’utilisation de robots de soudage.

  5. Plusieurs tôles peuvent être jointes en même temps.

  6. Aucun matériau d’apport n’est consommé, contrairement à certaines autres méthodes (soudage MIG).
  7. Rentable et économique car il n’utilise pas de gaz inertes ou de métaux d’apport.

Inconvénients du soudage par points

  1. L’alignement de la pièce est essentiel.

  2. Le soudage par points déforme des parties des métaux de base.

  3. Le soudage de tôles épaisses est impossible.

  4. Les joints créés peuvent ne pas être aussi solides qu’avec d’autres méthodes de soudage, car ils ne créent que des joints localisés.

  5. Une pression de compression inadéquate entraînera une soudure de mauvaise qualité.

  6. Le shunt peut résulter de plusieurs joints ou d’autres zones des tôles. (Le shunt fait référence au détournement du courant loin de la zone de soudure.)

  7. La pointe de l’électrode peut se fissurer à cause des cycles thermiques.

  8. Des projections peuvent se produire à la suite d’une mauvaise gestion des paramètres de l’équipement.

Points importants à retenir

Le soudage par points par résistance est un procédé de soudage rapide et économique largement utilisé dans la fabrication de tôles. Il s’agit d’une méthode de soudage attrayante pour l’automatisation via des soudeuses par points robotisées et elle offre une vitesse et une précision incroyables sans faire trop de compromis sur la résistance de la soudure.

Le secteur automobile a historiquement tiré le meilleur parti de cette technique de soudage car l’application de ce procédé a permis d’augmenter les vitesses de production et d’assemblage. Il est principalement utilisé pour le soudage de l’acier dans le secteur automobile mais au fil du temps, l’acier est de plus en plus remplacé par l’aluminium en raison de l’optimisation de la masse. L’automatisation a permis de souder rapidement des volumes plus importants, sans faire de compromis sur la qualité.

Le soudage par résistance continuera de dominer dans les chaînes de fabrication et d’assemblage de certaines industries et est là pour rester dans les années à venir.

Les services de soudage de Fractory comprennent à la fois le soudage par points manuel pour les petits travaux et le soudage par points robotisé pour répondre aux besoins de fabrication en série d’aujourd’hui.