Brevet FR2088151A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne la construction des machines électriques, plus spécialement la fabrication des rotors bimétalliques des machines électriques. A l'heure actuelle, les rotors bimétalliques sont exécutés par soudage de deux métaux, un métal à susceptibilité magnétique et un métal amagnétique. Les inconvénients inhérents à une telle fabrication des rotors sont: la fabrication trop laborieuse due à la grande quantité de travail manuel indispensable; la basse qualité des rotors bimétalliques, du fait qu'une zone transitoire, large et irrégulière, se forme au cours du soudage entre le métal à susceptibilité magnétique et le métal amagnétique; l'impossibilité de fabriquer des rotors à configuration complexe, par exemple les rotors en forme de griffes. Le but de cette invention est d'éliminer les inconvénients ci-dessus mentionnés et de créer un procédé de fabrication des rotors bimétalliques au cours duquel a lieu un processus d'assemblage par diffusion du métal à susceptibilité magnétique et du métal amagnétique. On atteint ce but en utilisant un moule comprenant les parties en métal à susceptibilité magnétiqùe,~séparées entre elles par des enceintes; on remplit ce moule avec du métal amagnétique, puis on le chauffe dans un milieu réducteur à une température supérieure à la température de fusion du métal amagnétique et on maintient cet état pendant le laps de temps indispensable pour l'achèvement du processus de diffusion entre les métaux, après quoi on laisse le moule se refroidir jusqu'à la solidification du metal à súsceptibilite- magnétique. I1 est utile de refroidir le moule de manière à créer dans le métal fondu un gradient de températurè assurant sa cristallisation dirigée. îoe est souhaitable de soumettre le moule contenant le métal fondu à des vibrations au cours de la diffusion des métaux. On peut utiliser un moule contenant les parties métalliques à susceptibilité magnétique séparées par des enceintes, et remplir ce moule avec du métal amagnétique. On met en oeuvre le procédé au moyen d'une installation comportant un vibrateur creux abritant un dispositif de refroidissement susceptible de se déplacer axialement et un réchauffeur creux destiné à abriter le moule, qui est monté dans ce cas sur la face terminale supérieure du vibrateur. Il est utile d'employer comme réchauffeur un inducteur à spire unique constitué par un tuyau de cuivre à paroi épaisse et à canaux axiaux pour la circulation de l'eau de refroidissement. D'après les études réalisées, on a établi que les rotors bimétalliques fabriqués suivant le procédé en question dans une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, exigent peu de travail, et que les joints entre le métal à susceptibilité magnétique et le métal amagnétique sont d'une robustesse extrême, la zone de transition étant nette et égale ou infé rieur à 1a t . En cas de fabrication de rotors suivant ce procédé on obtient une structure compacte et fine du métal amagnétique. L'invention est expliquée dans ce qui suit au moyen d'un exemple non limitatif de réalisation, et des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente l'installation pour la fabrication des rotors bimétalliques conformément à l'invention (dessin schématisé); - la figure 2 représente le moule du rotor bimétallique contenant les parties métalliques à suSceptibilité magnétique (vue d'en haut); - la figure 3, idem (vue en coupe par III-III du moule représenté sur la figure 2); - la figure 4 représente le moule du rotor bimétallique en métal à susceptibilité magnétique (vue d'en haut). L'installation pour la fabrication des rotors bimétalliques (figure 1) comporte: un poste 1 de chauffage par induction; un inducteur 2 à spire unique constitué par un tuyau en cuivre à paroi épaisse comportant des canaux 3 à travers lesquels circule le liquide de refroidissement, de préférence l'eau; un dispositif de refroidissement 4 constitué par un arroseur 5, à rangées de trous verticaux 6, fixé à une tige creuse 7; un vibrateur 8 relié cinématiquement à une embase 9 destinée à supporter un moule 10; un dispositif d'entrainement 11 servant à déplacer le dispositif de refroidissement; et un pyromètre à radiation 12 pour le contrôle du régime thermique au cours de la fabrication des rotors. On fabrique le rotor (figure 1) comme suit On installe sur l'embase 9 le moule 10 (figures 2 et 3) abritant les parties 13 nétalliques à susceptibilité magnétique, et on remplit les enceintes 14 entre ces parties avec le métal amagnétique 15 et le flux 16 (le moule peut etre confectionné entièrement en métal à susceptibilité magnétique (figure 4), et dans ce cas les parties 13 sont les parties à susceptibilité magnétique semi-ouvrées du rotor à fabriquer. On branche ensuite le poste 1 de chauffage par induction et on chauffe le moule régulièrement. Au bout d'un certain temps le flux 16 fond, remplit les interstices entre le métal à susceptibilité magnétique 13 et le métal amagnétique 15. buis le métal amagnétique 15 fond et, chassant le flux, remplit les enceintes 14 en mouillant les parois des parties à susceptibilité magnétiqu-e 13. On branche le vibrateur et on maintient le régime décrit ci-dessus jusqu'à la fin du processus de diffusion er;re les métaux. Le mouvement oscillatoire que le vibrateur imprime au moule contribue au dégazage rapide du métal liquide et à l r éli- mination des inclusions non-métalliques. Fuis on met hors tension le vibrateur 8, on introduit l'arroseur 5 à l'intérieur du moule 10, on réduit l'intensité de courant parcourant l'inducteur 2 et on commence l'alimenta- tion en eau à travers la tige creuse 7. L'eau est véhiculée à travers les trous 6 le long des zones de la parois intérieure du moule qui sont en contact avec le métal fondu. Le refroidissement par liteau du coté intérieur du moule, conjugue à son échauffement du côté extérieur , engendre dans le métal fondu un gradient de température assurant sa cristallisation dirigée. A la fin de la cristallisation du métal amagnétique et de sa solidification, on débranche le poste de chauffage par induction et on interrompt l'alimentation en eau du dispositif de refroissement, et puis on procède au traitement du rotor semi-ouvré ainsi obtenu. Four accroître la robustesse du rotor, on soumet dans certains cas la pièce semi-ouvrée à un traitement thermique spécial, dont les régimes sont conditionnés par les propriétés des métaux constituant le rotor à fabriquer. Par exemple, pour un rotor bimétallique constitué d'acier du type connu sous la dénomination tT30 Kh GCA" (partie à susceptibilité magnétique) et d'un alliage à base de cuivre-nickelmanganèse (partie amagnétique), le traitement thermique consiste en une trempe à l'huile à une température de 850 C, suivie d'un revenu à l'huile à 550 à 6000C, d'un vieillissement à 4300C pendant 20 heures suivi d'un refroidissement par l'air. Un tel traitement thermique permet d'obtenir les meilleures propriétés magnétiques de la partie à susceptibilité magnétique du rotor, tout en maintenant la résistance à la rupture de-l'ensemble du rotor bimétallique à un niveau de l'ordre 2 de 100 kg/mm Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. PtEVENDICATIONS 1. Un procédé de fabrication des rotors bimétalliques de machines électriques, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un moule comportant des parties métalliques à susceptibilité magnétique séparées par des enceintes, à remplir ce moule avec un métal amagnétique, à chauffer le moule dans un milieu réducteur,-à le maintenir à une température supérieure à la température de fusion du métal amagnétique pendant le temps nécessaire à l'achèvement du processus de diffusion entre les métaux, à refroidir le moule jusqu'à la solidification du métal amagnétique, de préférence à un régime thermique permettant d'obtenir la cristallisation dirigée du métal fondu. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours du refroidissement du moule, on crée dans le métal fondu un gradient de température assurant sa cristallisation dirigée. 3. Un procédé selon.l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'an utilise un moule comportant des parties métalliques à susceptibilité magnétique r constituées par un acier pouvant subir un traitement thermique de durcissement et- séparées par des enceintes, on remplit lemoule avec un métal amagnétique constitué par exemple par un alliage dispersé à base de cuivre susceptible d'être solidifié, et après la solidification du métal amagnétique on trempe le rotor semi-ouvré ainsi obtenu et puis on procède à un revenu selon un régime approprié pour ledit acier et on soumet ensuite à un vieillissement selon un régime convenant audit alliage dispersé. 4. Un procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'on soumet le moule contenant le métal fondu à des vibrations pendant la diffusion des métaux. 5. Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un réchauffeur creux abritant le moule, un dispositif de refroidissement et une embase portant le moule, ledit dispositif et ledit moule étant 7ceptibles de se déplacer axialement l'un par rapport à lutre, et un vibrateur relié cinématiquement à ladite embase. 6. Une installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le réchauffeur se présente sous la forme d'un inducteur à spire unique, constitué par un tuyau en cuivre à paroi épaisse et à canaux pour la circulation du liquide de refroidissement.