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Sertissage à chaud de fil de bobinage à une cosse ou un soulier de câble

Le sertissage à chaud aux soutiens de câbles est une technologie d’assemblage de métaux faisant usage du courant électrique et de la pression mécanique pour connecter des câbles électriques conducteurs. Le sertissage à chaud est un type de soudage par résistance. Il se distingue des autres types de soudage par résistance en ce qu'il utilise une douille métallique conductrice pour diffuser le courant, générer de la chaleur et maintenir les fils ensemble. Cette douille fusionne les fils et crée une pièce métallique compacte. La douille se présente sous la forme d'un soulier de câble, une cosse, ou un simple manchon rond.      

L’assemblage est formé à l’aide d’un processus appelé soudage par diffusion. Soudage par diffusion signifie que le cuivre est assemblé par fusion entre les fils de cuivre et le connecteur en cuivre à une température proche de la température de fusion. Le matériau reste en phase solide et n’entre jamais en phase liquide.

Le sertissage à chaud est comparable au soudage par résistance et s’appuie sur la chaleur générée par la résistance électrique du matériau à souder et la force utilisée pour maintenir les matériaux entre eux durant le soudage. Cela produit des raccordements électriques à très haute conductivité et une résistance quasi sans contact et sans chute significative de tension. L’assemblage réalisé par sertissage à chaud offre une grande résistance à la traction et ne faiblira pas avec le temps en raison de vibrations ou d’écarts de température car il crée une pièce de métal homogène. Le chauffage recuit le métal et la tension mécanique dans l’assemblage est relâchée, ce qui minimise les tensions sur le cuivre dans le fil et la borne après le processus d’assemblage.

Dans la plupart des cas, ces fils de bobinage sont isolés électriquement. L’isolation peut être de l’émail ou un film polymère tels que polyuréthane, polyamide, polyester or polyimide. La chaleur intense générée par le sertissage à chaud fait vaporiser l’isolation durant le sertissage. Supprimer l’étape de production du dénudage du fil permet d’augmenter la productivité lors de la réalisation de raccordements électriques. Sans dénudage, aucun métal n’est retiré, ce qui garantit une force maximale.

Section transversale du sertissage à chaud

Exemples d'applications de sertissage à chaud

Le sertissage à chaud est utilisé par les grands constructeurs européens de moteurs électriques tels que Bosch, Siemens et Volkswagen depuis 2011. Cela signifie que la technologie est relativement nouvelle mais performante et reconnue. Durant des décennies, ces entreprises ont utilisé des machines ou des produits chimiques pour retirer le revêtement en émail de l’extrémité des fils magnétiques avant le sertissage aux bornes à bagues en cuivre ou gaines. Comme expliqué ci-dessus, le sertissage à chaud vaporise au contraire l’isolation durant le sertissage du fil et de la borne ou gaine. En éliminant l’étape du dénudage, le sertissage permet à ces constructeurs d’augmenter leur productivité.

Un fil de bobinage est un conducteur électrique en cuivre (ou aluminium) isolé, utilisé dans l'équipement électromagnétique comme les moteurs et les transformateurs. Le fil est bobiné afin de générer un champ électromagnétique. Une cosse en cuivre, qui peut être revêtue d'une couche d'étain, de nickel ou d'argent, est attachée à l'extrémité libre du fil afin de pouvoir le connecter à une source d'énergie électrique. Le sertissage à chaud permet de raccorder des fils de bobinage standard, des fils de bobinage à haute fréquence (fréquences supérieures à 10 kHz) et des fils en cuivre non isolés. Le sertissage à chaud peut souder des fils magnétiques individuels très fins de seulement 30 AWG (0,05 mm2) ou un faisceau de fils de 400 millimètres carrés (multibrins ou tressés).

La plupart des fils magnétiques se composent de cuivre entièrement recuit, raffiné par électrolyse. Les fils magnétiques en aluminium sont moins courants. Cela est du à leur plus faible conductivité électrique et au fait que la section doit être 1,6 fois supérieure à celle des fils en cuivre pour avoir une résistance CC comparable.

Les fils magnétiques de plus petit diamètre (20 AWG à 36 AWG) ont tendance à avoir une section ronde. Les fils plus épais sont souvent rectangulaires (avec des coins arrondis) ou carrés, pour optimiser au mieux l'espace d'enroulement disponible. Ces fils sont également appelés « hairclips » (pinces à cheveux) en raison de leur forme courbée dans les moteurs électriques.

Le sertissage à chaud a fortement progressé dans le secteur de la construction automobile en raison de l’électrification des groupe motopropulseurs. Les connexions à haute intensité entre la batterie et le convertisseur, entre le convertisseur et le moteur électrique ainsi qu'à l'intérieur de ces composants, peuvent utiliser le sertissage à chaud comme technique de raccord. La faible résistance électrique conduira à des basses températures pour les pièces en fonctionnement et augmentera la fiabilité et le rendement électrique des pièces par rapport aux technologies d’assemblage conventionnelles.

Un autre marché en pleine expansion pour le sertissage est celui des énergies renouvelables, où des courant électriques élevés sont souvent générés, comme les éoliennes, les turbines hydrauliques et les installations photovoltaïques.

Amélioration par rapport au sertissage conventionnel à froid des cosses de câbles

Le sertissage « normal » à froid permet de réaliser une connexion à la borne ou à la cosse de câble avec seulement une force de serrage mécanique. Cela peut provoquer une détérioration du contact à la relaxation des contraintes. Le sertissage « à froid » peut également souffrir de corrosion des cavités. Un sertissage à chaud de bonne qualité n’est pas affecté par ces problèmes.

Équipement et fonctionnement

Le travailleur utilise un banc de soudeur pour placer la bobine de fil magnétique dans la machine, insère les extrémités ouvertes des fils dans la borne et active le cycle de soudage. En l'espace de quelques millisecondes, les têtes de soudage libèrent assez de courant pour produire une température d'approximativement 700 °C au niveau de la cosse. Cette température élevée permet de vaporiser l'isolation et souder les extrémités des fils entre-elles et à la cosse. Un extracteur d fumée MIYACHI EAPRO évacue les vapeurs.
Une fois la soudure achevée, le refroidissement de la borne en deux étapes commence. En quelques secondes, la borne refroidit jusqu’à environ 100 °C. Quelques seconds plus tard, elle n’est plus qu’à 50° C et peut être retirée de la machine à la main.

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Les systèmes semi-automatisés sont dotés d'une petite palette qui place et retire le composant de la machine de sertissage à chaud, Cela peut avoir lieu en ligne ou à l’aide d’une table rotative. Le travailleur insère les extrémités des fils dans la borne, active la machine et retire le composant de la palette après refroidissement. Toutes les données du soudage sont stockées dans la machine et peuvent être facilement consultées. Les fabricants peuvent utiliser ces données pour vérifier rapidement ou changer les paramètres de soudage ou à des fins de traçabilité du produit.

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