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Principaux procédés de soudage par résistance

C'est en 1886 qu'Elihu Thomson a déposé le premier brevet d'invention concernant une machine à souder par résistance. Les procédés de soudage par résistance utilisant comme source de chaleur les effets d'un courant électrique traversant l'assemblage; ils sont mis en œuvre avec pression, sans métal d'apport, sur des assemblages à recouvrement ou bout à bout.

Soudage par résistance par points 
(Procédé RSW)

En soudage par résistance par points, les pièces à souder sont serrées entre deux électrodes de cuivre énergiquement refroidies. Au passage du courant à basse tension, il y a échauffement par effet Joule dans toute l'épaisseur des pièces au droit des électrodes. Les résistances de contact électrode-pièce devant être le plus faible possible, l'échauffement maximal se produit à l'interface des pièces et, à la faveur de ce contact, il se forme un noyau de métal liquide maintenu en place grâce à l'effort exercé par les électrodes.

Trois paramètres doivent être pris en compte en soudage par résistance par points: 

• l'intensité du courant 

• le temps de soudage 

• l'effort sur électrodes

La prépondérance de ce dernier paramètre est fondamentale, car il joue un rôle majeur au niveau de chaque phase du cycle de soudage.

Dans un premier temps, à l'accostage, l'effort sur électrodes rapproche les pièces l'une contre l'autre et provoque ainsi un contact intime à l'endroit où l'on veut effectuer le point.

Pendant le passage du courant, l'effort maintient le bon accostage et s'oppose à la destruction, sous l'influence de la dilatation du creuset plastique contenant le noyau de métal en fusion.

Au refroidissement, pendant la solidification du noyau, l'effort (généralement supérieur à celui appliqué pendant les deux phases précédentes), diminue le volume de la retassure et affine le grain du métal, ce qui en augmente les caractéristiques mécaniques.

Le cycle de soudage élémentaire tel qu'il vient d'être décrit peut être plus complexe et comporter par exemple des efforts sur électrodes variables en fonction des phases, des périodes de pré et post-chauffage, de trempe, de recuit, etc.

Le soudage par résistance par points s'applique essentiellement aux assemblages à recouvrement sur tôles d'épaisseurs identiques ou différentes, et avec la possibilité sur tôles minces de pouvoir superposer et souder simultanément trois ou quatre épaisseurs.

Cette technique d'assemblage se prête parfaitement à l'automatisation et se caractérise par sa rapidité d'exécution (temps de soudage de l'ordre de 35 centièmes de seconde sur acier de 2 mm avec des cadences de 500 points par minute). De plus, elle est applicable aux matériaux tels que aciers non alliés, faiblement ou fortement alliés, alliages légers, nickel et alliages de nickel, etc. et trouve des applications de choix en construction automobile, matériel ferroviaire, électroménager, mobilier et emballage métallique.

Soudage par résistance à la molette (Procédé RSEW)

C'est une variante du soudage par points dans laquelle les électrodes sont remplacées par des molettes (sorte de disques en cuivre). Le soudage par résistance à la molette permet d'exécuter des soudures continues.

Les molettes animées d'un mouvement de rotation exercent un effort et entraînent les pièces à assembler. Le courant de soudage peut être permanent ou séquentiel; dans ce dernier cas, il est possible d'obtenir des soudures constituées de points imbriqués, alors comparables aux soudures continues, ou tout simplement des points distincts plus ou moins espacés en fonction de la vitesse de rotation des molettes et de la fréquence des trains d'impulsions du courant de soudage.

Soudage par résistance par bossages (Procédé RPW)

En soudage par résistance par bossages, autre variante du soudage par points, une des pièces au moins porte des bossages (sortes de protubérances généralement réalisées par emboutissage) dont chacun fournit un point de soudure lorsque les deux pièces sont serrées entre les plateaux de la presse à souder.

Les avantages de cette technique de soudage par résistance résident en l'excellente qualité des points, l'absence de marque sur une des pièces, la certitude quant au nombre et à la position des points, et l'usure très faible des plateaux.

Le soudage par bossages, appliqué sur des assemblages à recouvrement, est largement utilisé dans les mêmes domaines que les techniques précédentes mais pour des fabrications en très grandes séries. Il permet égaIement de réaliser d'autres types d'assemblages, par exemple sur des bossages naturels qui résultent alors de la forme des contours des pièces : assemblage de tubes en croix, grillages, etc.

Soudage en bout par résistance pure (Procédé UW)

En soudage en bout par résistance pure, les pièces à assembler sont serrées dans des mâchoires qui assurent l'amenée de courant. Les faces à assembler, qui doivent être soigneusement préparées et être notamment exemptes de traces d'oxyde ou de calamine, sont mises au contact l'une de l'autre sur toute la surface. Un effort suffisant doit d'ailleurs être exercé pendant l'opération de soudage pour maintenir un excellent contact.

Dès le passage du courant, les pièces s'échauffent par effet Joule.

Malgré une prédominance à l'interface, l'échauffement se produit sur toute la partie des pièces comprises entre les mâchoires.

Lorsque la température atteinte permet le soudage par forgeage, on applique un effort qui fait refouler le métal; ce dernier, à l'état plastique, forme un bourrelet de part et d'autre de la section du joint.

Notons enfin que ce procédé ne permet pas le soudage des métaux ayant une résistivité différente ou des pièces de sections différentes.

Soudage en bout par étincelage (Procédé FW)

En soudage en bout par étincelage, dont le principe est très voisin du soudage par résistance pure, les faces des pièces à assembler n'ont besoin d'aucune préparation particulière; à l'inverse de la résistance pure, il faut que dès l'origine le contact entre les pièces soit imparfait.

À la faveur de contacts locaux établis entre les pièces à assembler, par l'intermédiaire d'un certain nombre d'aspérités réparties sur les faces du joint, il se forme des ponts qui sont le siège de courants très denses provoquant des petits ponts liquides dont la fusion instantanée se fait avec éjections et vaporisation du métal fondu vers l'extérieur du joint, c'est le début de l'étincelage. Ces éjections de métal créent de nouvelles aspérités qui à leur tour provoquent de nouvelles éjections de métal et ainsi de suite jusqu'à ce que le phénomène s'étende à toute la section à assembler.

La protection du métal à haute température est assurée par les vapeurs métalliques produites pendant la phase d'étincelage.

Dès la fin de l'étincelage, un effort de refoulement est appliqué, repoussant sous forme de bavure la mince couche de liquide qui demeure à la surface de contact.

À signaler qu'en soudage par étincelage, il faut tenir compte, comme en soudage par résistance pure, de la longueur refoulée et en plus de la quantité de métal consommée durant l'étincelage.

Notons enfin que contrairement à la résistance pure, l'étincelage donne une localisation plus grande du chauffage avec un gradient de température très important donc une profondeur de chauffe faible.

Le soudage par étincelage permet le soudage de tôles et de tubes minces, des pièces de résistivité et de sections différentes. Applicable à la plupart des matériaux soudables, l'exemple typique d'application de cette technique est le soudage en atelier ou sur chantier de rails de chemin de fer.

Soudage par induction (Procédé IW)

En soudage par induction, le chauffage est obtenu par des courants induits qui circulent dans la pièce; possibilité étant offerte d'utiliser des courants à basse, moyenne et haute fréquence.

Pour les courants à basse et moyenne fréquence (4 000 à 5 000 Hz), le chauffage est obtenu par effet Joule et le soudage s'opère comme en soudage en bout par résistance, avec refoulement pour assurer la liaison.

Pour les courants à haute fréquence (250 à 500 000 Hz), les courants induits sont localisés " en peau ", à la surface du métal sur une épaisseur de seulement quelques dixièmes de millimètres et il y a formation d'un film de métal liquide sur les bords à assembler. La liaison est alors réalisée avec un effort de serrage assez faible et un refoulement réduit.

Cette technique de soudage est principalement utilisée pour la fabrication des tubes en continu.

Photos et texte d'après le document " Procédés de soudage, série C " par A. Thiriot, de la série des " Aides visuelles à la formation " des Publications du Soudage et ses Applications. Représentant exclusif ISQ.

Vous pouvez joindre M. Claude Michel, de l'Institut de Soudage du Québec au (450) 446-1369 ou par courriel au isq@sympatico.ca