Brevet FR2214550A1 — publié le 19740819

a présente invention concerne un procédé pour le soudage de rails par moulage de jonction aluminothermique Où les extrémités de rails à assembler entourées d'un moule en matériau réfractaire sont soumises à un chauffage préalable avant que soit coulé dans le moule l'acier produit par méthode aluminothermique, On sait chauffer avant la coulée les extrémités de rails mises dans un moule qui doivent être assemblées par moulage de jonction aluminothermique. ^'est ainsi que par exemple le brevet allemand n0 t C46 449 décrit un procédé et un dispositif pour le soudage aluminothermique de pièces, de préférence de rails, dans lequel le chauffage préalable des extrémités de rails entourées par des moules-de coulée s'effectue par des flammes dirigées d'en haut dans le canal de remontée du moule. Selon la revue allemande -"Schweissoe und Schneiden (numéro 9/1966, pages 431 et 432) il faut entendre par chauffage préalable une opération où les joints des rails sont portés à une température d'environ 100000 avant que l'acier produit par méthode aluminothermique, porté à une température supérieure à 200000 et introduit dans le moule de coulée n'assemble entre elle par fusion les extrémités de rails. Dans les procédés connus pour le soudage de jonction aluminothermique des rails, le chauffage préalable des extrémités de rails à une température d'environ 100000 qui, pour des rails ayant un poids au mètre d'environ 50 kg, peut s'effectuer dans un délai de 5 à 25 minutes est considéré comme une condition opératoire es -sentielle pour obtenir des soudures correctes. Un chauffage préalable effectué en dessous de cette température passe pour inacceptable ; et même, pour faciliter l'effet de fusion de l'acier à l'état liquide chaud coulé dans le moule après le chauffage préalable, il est recommandé-d'utiliser des températures de chauffage préalable encore plus élevées. riais si le chauffage préalable à des températures élevées facilite le soudage par fusion nécessaire des extrémités de rail, on a constaté qu'il présentait un inconvénient : les zones des rails voisines du point de soudage sont elles aussi portées ou maintenues à des températures élevées qui provoquent des transformations de structure ou qui agissent sur la structure. Il se forme ainsi des zones à grain grossier et des zones à grain fin se raccordant à la soudure qui, par rapport au matériau du rail n'ayant pas subi l'influence de la chaleur, présentent des différences très marquées de dureté et de ténacité.Ces différences peu vent être cause de la formation de bosses et de poches, la diminution de la ténacité par formation de grain grossier se faisant sentir de façon particulièrement défavorable dans les zones contigUes à la soudure car celà peut diminuer la résistance à la rupture. Afin d'obtenir un soudage par fusion de bonne qualité on a jusqu'à présent accepté comme inévitables les inconvénients liés au chauffage préalable à haute température. Pour éviter les inconvénients liés au chauffage préalable à haute température et aussi pour abréger le temps nécessaire à l'exécution d'une soudure on a également essayé de renoncer totalement au chauffage préalable et de réaliser l'augmentation de température des extrémités de rail nécessaire au soudage uniquement par fusion au moyen de l'acier liquide à haute température produit par méthode aluminothermique. Cette façon de faire nécessite une très grande quantité d'acier produit par aluminothermie car une partie de l'acier liquide à haute température est utilisée uniquement pour chauffer les extrémités de rail et les amener à la température de soudage.Pour mettre en oeuvre ce procédé la demande de brevet allemand publiée sous le na 1 210 156 a proposé un moule pour le soudage de rails par aluminothermie comportant dans la zone des bords extérieurs des patins de rail des sorties de canal de remontée dirigées vers le haut et un verrou disposé au dessus du champignon du rail formant le fond de la trompe de coulée, ce moule étant caractérisé en ce que la trompe de coulée est séparée des sorties de canal de remontée. Avec ce procédé pour le soudage de rails dans lequel le chauffage préalable et la fusion des extrémités de rail s'effectuent uniquement par l'acier produit par aluminothermie, les zones voi-sines de la soudure sont également portées à des températures très élevées mais la chaleur est très rapidement transmise aux zones de rail froides voisines. Il en résulte que, d'une part, la largeur de la zone soumise, à l'effet de la chaleur est diminuée comme on le désire mais que, d'autre part, il peut se former des structures de refroidissement brusque qui doivent dans tous les cas être évitées en raison du danger de rupture. Pour mettre en oeuvre ce procédé on utilise de plus pour--pro- duire le bain d'acier fondu à haute capacité calorifique des mélanges aluminothermiques à réactivité élevée mais ces mélanges sont difficiles à mattriser de sorte que des parties du mélange qui se trouve en réaction ainsi que des produits de réaction sont projetés en quantité importante hors du creuset de réaction. Outre la gêne provoquée dans le déroulement de l'opération il peut aussi se produire des modifications dans la composition de la masse fondue souhaitée. En outre, malgré une augmentation de la portion de soudage, il n'est pas toujours possible d'obtenir avec-la sûreté nécessaire la soudure par fusion des extrémités de rail, notamment si les températures des rails sont assez basses.Si en outre, les rails présentent une couche d'humidité--il en résulte la formation de pores. Pour toutes ces raisons ce procédé n'a pas réussi à s'imposer dans la pratique en raison des inconvénients qu'il pré-sente. Un but de l'invention est de créer un procédé pour le soudage de rails par moulage de jonction aluminothermique qui évite les inconvénients susdits tout en bénéficiant des avantages offerts par les procédés connus, avec lequel par conséquent sont évitées ou diminuées les modifications de structure nuisibles, et qui permet d'effectuer les soudages dans des temps plus courts avec les procédés connus. Ce résultat est obtenu par l'invention avec un procédé pour le soudage de rails par moulage de jonction aluminothermique dans lequel les extrémités de rail à assembler, entourées par des moules de coulée en matériau réfractaire, sont portées à haute température avant que l'acier produit par méthode aluminothermique soit coulé dans le moule, caractérisé en ce que les extrémités de rail qui doivent être soudées ensemble sont soumises à un chauffage préalable à une température comprise entre environ 3000C et environ 7000C pendant un laps de temps allant jusqu'à 2 minutes. Selon l'invention la durée de l'opération de chauffage préalable des extrémités de rail ne doit pas dépasser 2 minutes et la température obtenue à l'intérieur des limites de température prévues par l'invention dépend pour l'essentiel des brtleurs utilisés et des mélanges combustible-oxygène et combustible-air. La portio#n de soudage doit avoir les dimensions et une -composition telles que, d'une part, on obtienne certainement la fusion à la température de chauffage préalable de 3000C en évitant tout effet de refroidissement brusque et que, d'autre part, à la température de chauffage préalable de 7000C, on évite laformation de zone à grain grossier et de zones à grains fins préjudiciables à l'intérieur du matériau des rails dans les parties de rail voisines de la soudure. Le procédé selon l'invention présente comme avantage particu lier celui de diminuer ou d'éviter les transformations de structure ou les actions préjudiciables sur les structu#res tout en assurant la fusion parfaite des extrémités de rail ce qui augmente d'une façon importante la sécurité de soudage dans la voie ferrée. Un autre avantage réside dans le fait quten-limitant à deux minutes la durée de l'opération de chauffage préalable, le temps né pessaire pour les opérations de soudage sur la voie ferrée peut être réduit de façon notable ce qui diminue de façon importante la gêne subie par la circulation des trains. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de l'exemple de réalisation décrit cidessous. Les extrémités des rails à souder qui ont un poids de 50 kg au mètre courant sont posées à un intervalle de 24 mm et sont entourées par un moule de coulée préfabriqué en matériau #réfractaire et sec dont l'étanchéité par rapport aux rails est assurée au moyen de produits moulés à l'état plastique tels que par exemple du sable humide. Après mise en place du moule de coulée le creuset nécessaire pour la réaction est disposé au dessus du moule et, après fermeture de la sortie-inférieure, il est rempli avec la masse de soudage aluminothermique destinée au soudage. On utilise avantageusement une quantité de mélange aluminothermique correspondant à environ 0,15 à 0,25 parties en poids par rapport au poids par mètre courant des rails. Dans le cas présent on utilise 10 kg de mélange. Ensuite s'effectue le chauffage préalable des extrémi- tés de rails, de préférence par des flammes pénétrant d'en haut dans le canal de remontée du moule qui 8Ont obtenues par combustion d'un mélange propane-oxygene. Lorsque le chauffage préalable est terminé on procède à l'allumage de la masse de soudage dans le creuset à réaction et, une fois la réaction terminée, après ouverture de la 8Ortie inférieure en relevant la sonde de coulée, on fait descendre l'acier fondu dans le moule où il fait entrer en fusion les extrémités de rail et les assemble l'une à l'autre. lorsque l'acier coulé s'est solidifié on enlève le moule et le point de soudure est traité de façon connue en soi. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le soudage de rails par moulage de jonction aluminothermique, dans lequel les extrémités de rails qui doivent être assemblées, entourées par des moules de coulée en matériau réfractaire, sont chauffées avant que l'acier produit par aluminothermie soit coulé dans le moule, caractérisé en ce que les extrémités de rail à souder sont soumises à un chauffage préalable à une température comprise entre environ- 300OC et environ 70000 pendant un laps de temps allant jusqu'à 2 minutes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poids du mélange aluminothermique est de 0,15 à 0,25 parties en poids du poids au mètre courant des rails à souder.