Bon à la rigueur : la physique des connexions serties

J'avais un ami qui était technicien d'assemblage électronique pour un gros sous-traitant de la défense. C'était un gars de l'atelier de production qui avait une puce sur l'épaule pour les ingénieurs avec leur livre d'apprentissage fantaisiste qui ne pouvait pas comprendre les problèmes les plus simples. Il a affirmé qu'une assemblée ne passait pas QC et un tas de gars en égalité ne pouvaient pas le comprendre. Il s'est glissé pour évaluer la situation et a prononcé son diagnostic en deux mots : « Mauvais sertissage ». Le connecteur douteux a été retravaillé et l'assemblage est passé, au grand dam des gars en chemises à manches courtes.

Mis à part la leçon de choses sur l'expérience qui l'emporte parfois sur l'éducation, je me suis toujours interrogé sur cette proclamation de "mauvais sertissage". Qu'est-ce qui pouvait mal tourner avec un sertissage si subtilement futz avec un circuit que les ingénieurs étaient déconcertés ? Comment se fait-il que nous puissions compter sur une technologie aussi simple pour câbler une si grande partie du monde moderne ? Que se passe-t-il exactement à l'intérieur d'une connexion sertie de toute façon ?

Nous avons tendance à considérer les joints soudés comme le roi des connexions électriques. Quelque chose dans le fait de chauffer un joint et d'y faire couler de la soudure fondue donne une sensation de permanence et de qualité au produit fini. Et la soudure était fondamentalement le seul spectacle en ville pour les premiers jours de l'industrie électronique commerciale.

Mais les joints soudés ont leurs problèmes, à la fois électromécaniques et en termes de production - après tout, un ouvrier d'assemblage ne peut lancer la soudure qu'aussi vite. Au début des années 1950, AMP Corporation a sorti les premières connexions à sertir pour une utilisation en production, la conception F-Crimp ou à fût ouvert. En utilisant cette conception de sertissage, AMP a vendu une large gamme de connecteurs qui pouvaient être appliqués rapidement et de manière répétée aux conducteurs, et qui se prêtaient à des méthodes de fabrication automatisées d'une manière que la soudure ne pourrait jamais atteindre.

Le sertissage tire parti des propriétés des métaux pour obtenir des connexions électriquement et mécaniquement solides. Les métaux utilisés dans les connecteurs à sertir, comme le cuivre, le laiton, l'aluminium ou le bronze, sont à la fois ductiles et malléables. La ductilité d'un métal est le degré auquel il peut se déformer sous tension, tandis que la malléabilité est une mesure de la façon dont le métal se déforme sous compression. Le sertissage implique l'application de forces de compression importantes sur le connecteur à sertir et le fil, de sorte que la malléabilité de chaque élément est un facteur important dans la qualité du sertissage. Mais la ductilité joue également un rôle car le connecteur et le fil subissent des étirements importants pendant le processus de sertissage.

L'outillage de sertissage est un élément essentiel d'un sertissage de qualité. L'extrémité commerciale de tout outil de sertissage est le jeu de matrices. Il s'agit généralement d'une enclume et d'un marteau en acier à outils, dont la configuration spécifique est déterminée par le type de connecteur.

Pour les sertissages F de style AMP, le connecteur en forme de U est placé sur l'enclume avec ses pattes vers le haut. Un fil correctement dénudé est placé entre les jambes et le marteau descend sur l'enclume. Le marteau guide les pattes du connecteur sur les brins de fil, les repliant éventuellement vers le bas dans le faisceau de brins rassemblé.

Au fur et à mesure que la pression est appliquée à la connexion, le métal dans les brins de fil commence à s'étirer et à couler. Cela desserre et élimine tous les oxydes de surface qui auraient pu augmenter la résistance de la connexion. Avec plus de pression vient plus de déformation du faisceau de fils jusqu'à ce que la section transversale autrefois ronde de chaque brin disparaisse, remplacée par une collection de brins avec des côtés aplatis serrés les uns à côté des autres dans un motif en nid d'abeille. Il en résulte des jonctions soudées à froid et étanches au gaz entre les brins et le connecteur à sertir.

La plupart des outils de sertissage prennent également en charge la décharge de traction en sertissant légèrement un deuxième jeu de pattes sur l'isolant en plastique du fil. On prend généralement soin de ne pas percer ou autrement abîmer l'isolant ; généralement, ces sertissages de décharge de traction enveloppent simplement l'isolant fermement et dirigent la force de flexion dans l'isolant et loin des conducteurs du fil. Un troisième jeu de pattes peut également être formé en cercle par l'outillage pour permettre à la terminaison finie d'être insérée dans un corps en plastique.

Un aspect essentiel d'une connexion à sertir est la possibilité de l'inspecter et de s'assurer que tout s'est déroulé comme prévu. Les photomicrographies en coupe transversale des sertissages sont la référence en matière d'inspection, mais elles sont destructives pour le produit. Heureusement, un paramètre critique peut tout révéler sur le processus de sertissage et être mesuré de manière non destructive : la hauteur de sertissage. Cela peut être mesuré avec un micromètre et reflète la pression appliquée et si les brins de fil ont été correctement comprimés.

Une connexion sertie correctement exécutée est électriquement fiable et mécaniquement solide, et savoir ce qui se passe à l'intérieur de cet outil est la première étape pour obtenir des résultats cohérents. Pour un didacticiel pratique plus approfondi sur le sertissage, consultez notre guide des procédures de sertissage appropriées.

[Source des images de bannière : TE Connectivity]