Leçon 7.2AssemblerChapitre 7 · Assemblage

Soudage par points par résistance

Fusion : une impulsion de courant fait fondre un noyau entre des tôles serrées

Le soudage par points par résistance assemble deux tôles qui se chevauchent en de petits points, en les serrant entre des électrodes en cuivre et en y faisant passer un courant électrique énorme. Chaque point prend bien moins d'une seconde et ne nécessite ni métal d'apport ni gaz. C'est ainsi que l'on construit les carrosseries : regardez dans l'ouverture d'une portière de voiture, vous verrez des rangées de petites empreintes rondes.

Photo : BMW Werk Leipzig, CC BY-SA 2.0 de, via Wikimedia Commons

Soudage par points par résistance · un point en quatre instants : serrage, soudage, maintien, relâchementLisez les schémas de gauche à droite : ils montrent un point de soudure à quatre moments de son cycle, et leurs numéros correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Écraser. Un robot ou une presse referme deux électrodes en alliage de cuivre refroidies à l'eau sur les tôles qui se chevauchent. Elles pressent avec une force de quelques kilonewtons, soit à peu près le poids de quelques centaines de kilogrammes.
Souder. Un courant d'environ 5 000–20 000 ampères circule pendant un dixième à quelques dixièmes de seconde, sous seulement quelques volts. La résistance (l'opposition d'un matériau au courant) le transforme en chaleur, comme dans le fil d'un grille-pain. Le contact entre les deux tôles est le plus résistant, il chauffe donc en premier. Il s'y forme un noyau en forme de lentille (une petite poche de métal fondu), généralement de 4 à 8 mm de diamètre.
Maintenir. Le courant s'arrête, mais les électrodes continuent de presser pendant que le noyau refroidit et se solidifie. L'eau qui circule dans les électrodes évacue la chaleur : le cuivre reste froid et ne se soude pas à la tôle.
Démouler. Les électrodes s'ouvrent et laissent une légère empreinte sur chaque face. Le robot passe au point suivant, généralement quelques centimètres plus loin le long de la bride (le bord plat qui se chevauche).

Pourquoi seul le milieu fond. Le cuivre conduit l'électricité et la chaleur plusieurs fois mieux que l'acier : les électrodes chauffent à peine. Le contact entre les tôles est le point le plus chaud, si bien que le noyau grossit de l'intérieur vers l'extérieur, à l'abri des regards.

Chiffres clés

Matériaux: Tôle d'acier à bas carbone et d'acier zingué, acier inoxydable ; aluminium avec des machines spéciales à fort courant ; bandes de nickel pour les batteries
Pièces typiques: Carrosseries, portières et capots, caissons d'électroménager, étagères en acier, blocs-batteries
Taille de pièce: Tôles généralement de 0,5 à 3 mm d'épaisseur chacune ; assemblages aussi grands qu'une carrosserie entière
Précision: Point placé à environ ±1 mm par un robot ; la précision d'ensemble de la pièce vient du montage de bridage
État de surface: Une petite empreinte ronde sur chaque face ; généralement cachée dans une bride ou recouverte de peinture
Taille de série adaptée: Production de masse ; de petites machines d'établi servent aussi les ateliers de réparation et les assembleurs de batteries
Coût d'outillage et de machine: Quelques centaines de dollars pour une petite unité d'établi ; environ 100 000 $ ou plus pour un robot avec sa pince de soudage
Vitesse: Bien moins d'une seconde par point ; un robot fait environ un point toutes les 1 à 3 secondes, déplacements compris

Atouts et limites

Atouts

Très rapide et facile à automatiser
Ni métal d'apport, ni gaz, ni flux : coût par soudure très faible
La chaleur reste locale : les pièces se déforment à peine
Répétable une fois le courant, l'effort et le temps réglés

Limites

Seulement pour les assemblages à recouvrement dans la tôle mince
Assemble en des points, pas en un cordon continu : il n'assure donc pas l'étanchéité
Le noyau est caché à l'intérieur : la qualité est difficile à vérifier sans essais destructifs
Les pointes d'électrodes s'usent et doivent être reprofilées (remises en forme) ; l'aluminium exige un courant bien plus élevé

Où on l'utilise

AutomobileCaisse en blanc (la coque de carrosserie nue soudée), portières, capots, armatures de sièges
ÉlectroménagerCaissons de lave-linge, de fours et de réfrigérateurs
BatteriesLanguettes de nickel reliant les cellules dans les packs de vélos électriques et d'outils électroportatifs
Mobilier et coffrets métalliquesÉtagères en acier, vestiaires, armoires électriques
RailPanneaux de caisses de wagons en acier inoxydable

Comment le reconnaître

Des rangées de petites empreintes rondes, d'environ 5 à 8 mm de diamètre, régulièrement espacées le long d'une bride.
La même empreinte apparaît sur les deux faces de l'assemblage.
Sur le métal nu ou inoxydable, un léger anneau de couleur de chauffe autour de chaque point.
Ouvrez une portière ou un capot : les bords de la caisse en sont bordés.

À comparer avec

Soudage à l'arc7.1fait des cordons continus et gère les tôles épaisses, mais ajoute du métal d'apport et beaucoup plus de chaleur.Soudage laser7.4peut remplacer des rangées de points par des coutures continues pour des carrosseries plus rigides, à un coût d'équipement bien plus élevé.Soudage par ultrasons7.7assemble aussi des pièces minces qui se chevauchent par points, mais avec des vibrations et sans fusion ; il convient aux feuilles, aux fils et aux plastiques.

À regarder

Welding Fabrication World · Le procédé, ses atouts et ses usages, pour débutants

The Weld Nugget · Comment le courant, l'effort et le temps forment le noyau

FANUC America Corporation · Des robots soudent un côté de carrosserie, avec une étincelle à chaque point

ABB Robotics · Une vraie ligne de carrosserie chez Volvo

Voir de vraies photos

Wikipédia : Spot welding — photos de robots et de machines de soudage par points, plus un schéma du procédé
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Le courant, l'effort de serrage et le temps sont les trois réglages de chaque point de soudure.
La chaleur apparaît là où les tôles se touchent, car ce contact résiste le plus au courant.
Une carrosserie tient grâce à plusieurs milliers de ces points, presque tous réalisés par des robots.