Avez-vous déjà testé le soudage par résistance ? Vous devriez.

L'image de l'ingénieur électricien ou du hacker en train d'utiliser un fer à souder sur une carte à circuit est un cliché classique à la télévision et dans les films (Figure 1).

Figure 1 : L'ingénieur électricien travaillant sur une carte à circuit avec un fer à souder est une image souvent utilisée, avec une part de vérité. (Source de l'image : Radio Shack of Bozeman)

Il y a une bonne raison à cela : le soudage est la technique dominante pour réaliser des connexions électriques et l'unique moyen pratique de réaliser des connexions électriques et mécaniques entre la plupart des composants électroniques et une carte. Il existe également des techniques comme le sertissage et la connexion par enroulement, mais celles-ci sont destinées aux fils.

Il n'est pas difficile d'apprendre à souder correctement, mais il faut de la pratique et de la patience pour réaliser un bon joint de soudure avec de solides performances électriques et mécaniques, plutôt qu'une soudure « froide ». Cette dernière peut vous laisser penser que vous avez une connexion viable, alors que ce n'est vraiment pas le cas.

Dans la plupart de ces images de soudage, l'ingénieur utilise un fer à souder basique de type crayon. C'est logique, étant donné que le fer à souder de type crayon est le modèle avec lequel la plupart des utilisateurs commencent lorsqu'ils se lancent dans l'électronique. Cependant, de nombreux passionnés de bricolage (DIY) et la plupart des professionnels optent au final pour une unité contrôlée en température qui permet de régler la température de pointe souhaitée, une fonctionnalité utile lors du soudage de composants et de sorties avec différentes sensibilités ou masses thermiques.

Lorsqu'il est effectué correctement, un bon joint de soudure est fiable, cela ne fait aucun doute. Pour de nombreux ingénieurs, la réalisation d'un bon joint de soudure, avec la fumée et l'odeur du flux en fusion (nécessaire pour prévenir l'oxydation), est un mélange de talent artistique et de satisfaction personnelle, certes, à petite échelle.

Mais pourquoi cet outil s'appelle-t-il un « fer » à souder ? La réponse se trouve dans l'histoire : le soudage en tant que technologie pour assembler des métaux remonte bien avant l'électronique. Avant l'arrivée de nos unités pratiques à chauffage électrique, un fer à souder était aussi simple que son nom l'indique : un morceau de fer chauffé à l'aide d'un feu, puis extrait pour un temps d'utilisation d'environ une minute avant qu'il ne refroidisse (Figure 2).

Figure 2 : L'expression « fer à souder » est issue de l'outil historique qui était chauffé dans un feu, puis utilisé pour souder deux morceaux de métal. (Source de l'image : Pinterest)

Ces fers étaient utilisés par les expérimentateurs et les chercheurs (les « makers » de l'époque), ainsi que par les plombiers, les ferblantiers et d'autres artisans. Les utilisateurs aguerris mettaient à chauffer plusieurs de ces fers dans le feu en même temps, afin de toujours disposer d'un fer chaud. La gestion de cet ensemble de fers nécessitait de l'attention et du temps, ce qui a donné naissance à l'expression « avoir plusieurs fers au feu ».

Lorsque les chalumeaux à gaz portables ont été développés, le fer à souder à mettre « au feu » a été transformé en un modèle qui pouvait être chauffé directement par la flamme (Figure 3). Si vous pensez être confronté à des défis en matière de soudage, souvenez-vous simplement que l'équipe chargée d'installer les premiers câbles télégraphiques transatlantiques dans les années 1850 a utilisé des outils semblables à ceux-ci pour raccorder et souder les gros câbles sous-marins, le tout sur un navire en pleine mer.

Figure 3 : Le développement des chauffages à gaz a conduit à la création des fers à souder « auto-chauffants ». (Source de l'image : Steve's Antique Technology/StevenJohnson.com)

La disponibilité de l'électricité a rapidement conduit à la création de fers à souder de type crayon avec des éléments chauffants intégrés et à l'obsolescence des fers à chauffage externe. Même si les cartes à circuit dans un environnement de production sont maintenant généralement soudées à l'aide d'une technologie de soudage à la vague ou par refusion, un soudage manuel s'avère toujours nécessaire pour le réusinage, les composants spéciaux ou la fixation des fils aux connecteurs.

Certains insistent sur le fait qu'étant donné que les ingénieurs électriciens d'aujourd'hui passent plus de temps sur leur clavier, ils n'ont plus besoin de savoir souder. Malgré cette supposition, le soudage manuel reste en réalité une compétence importante et utile pour de nombreux ingénieurs électriciens de terrain. Même si le fer de type crayon traditionnel peut faire l'affaire, qu'il s'agisse d'une unité de base sans régulation de température ou d'une unité plus avancée contrôlée en température, il a des limites et présente des inconvénients en ce qui concerne la précision du placement et le risque d'endommager les composants ou matériaux adjacents, comme les logements en plastique, à cause de la chaleur.

Transformer la dissipation en avantage

Heureusement, il existe une technique de soudage alternative pratique et facile à utiliser, appelée soudage par résistance, qui a vu le jour il y a des dizaines d'années et qui offre de nombreux avantages. Elle tire parti du principe bien connu de l'auto-échauffement électrique pour créer un « point chaud » très localisé qui est suffisamment chaud pour faire fondre le métal d'apport et ainsi créer une connexion fiable de haute qualité. Le métal d'apport est le même que celui utilisé pour les fers à souder de type crayon. L'unité de type pince à faible capacité modèle 10502 d'American Beauty Tools, illustrée à la Figure 4, est un système de soudage par résistance représentatif.

Figure 4 : Le modèle 10502 est une unité de soudage par résistance basse consommation qui offre un contrôle de puissance et un système manuel à pince pour un placement précis. (Source de l'image : American Beauty Tools)

Cette unité peut fournir jusqu'à 250 watts à 2,8 volts CA à la connexion à souder. Son fonctionnement est simple : le courant provenant du système est appliqué au niveau du joint via une pince manuelle. Les embouts de la pince sont positionnés de façon à « enjamber » la connexion à réaliser. L'opérateur appuie sur une pédale, le courant circule entre les embouts, le joint chauffe, l'opérateur applique le métal d'apport, le laisse fondre, puis relâche la pédale.

L'ensemble de la séquence ne prend que quelques secondes, et la chaleur qui pourrait endommager ou faire fondre les composants ou matériaux adjacents est pratiquement inexistante. Étant donné que la tension appliquée au niveau des pointes est basse (de l'ordre de quelques volts), il n'y a aucun risque de choc électrique pour l'utilisateur ni aucun risque d'endommager les composants à proximité.

L'outil manuel et sa pince sont des éléments essentiels qui confèrent au système sa flexibilité, ses performances et son confort d'utilisation. Voici pourquoi : la pointe d'un fer à souder de type crayon doit toucher le joint à souder avec une zone de contact thermique suffisante pour fournir le transfert de chaleur nécessaire au joint pour faire fondre le métal d'apport. Cela peut constituer un défi dans les espaces restreints ou avec de petits composants. En revanche, la pince du système de soudage par résistance dirige le flux de courant, ce qui permet une localisation plus précise et une plus grande efficacité en cas d'espace restreint.

Les fournisseurs proposent ces pinces dans plusieurs tailles pour différents espaces et différentes situations de soudage. Les embouts de la pince peuvent être ajustés pour faciliter l'accès à des endroits très restreints ou dans des coins. Par exemple, l'outil manuel du modèle 105133 d'American Beauty Tools mesure 15,24 centimètres (cm) de long et présente des électrodes à pointe conique en nickel-chrome (« nichrome ») de 0,10 cm de diamètre. Les électrodes sont espacées de 0,95 cm et peuvent facilement être pliées ou recourbées, ce qui permet à l'utilisateur de personnaliser l'outil manuel pour des applications spécifiques (Figure 5).

Figure 5 : L'outil manuel du modèle 105133 présente des électrodes en nichrome espacées de 0,95 cm. Elles peuvent être ajustées pour un meilleur accès aux endroits exigus. (Source de l'image : American Beauty Tools)

Conclusion

Le soudage par résistance est bien plus qu'une simple alternative à l'approche traditionnelle du soudage avec un outil de type crayon. Il offre des avantages certains. Il concentre la chaleur à un endroit très localisé, facilite l'accès aux espaces restreints, réduit le temps de soudage, réduit les risques de dommages provoqués par la chaleur, utilise un outil manuel plus léger pour une réduction de la fatigue de l'opérateur, et réduit la consommation énergétique, car le dispositif n'est « activé » que pendant le soudage. En outre, les électrodes ne s'usent pas et ne nécessitent pas constamment de remouillage ni de nettoyage.

Si vous n'avez pas encore testé le soudage par résistance, faites confiance au dicton : « L'essayer, c'est l'adopter ».

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Techniques de soudage recommandées

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Références vidéo d'American Beauty Tools

1. Soudage de composants traversants sur un circuit imprimé à l'aide d'un équipement de soudage par résistance
2. Soudage par résistance de plusieurs fils sur les bornes à souder d'un assemblage de commutateur à plusieurs prises
3. Soudage par résistance d'un jack audio à plusieurs broches et d'un assemblage de câble
4. Terminaisons de fils sur un microrupteur avec soudage par résistance
5. Remplacement d'électrode : outil manuel à micropince 105133