Brevet FR2321978A1 — publié le 19770325

La présente invention est relative à un procédé pour supprimer les défauts ou défectuosités sur des pièces métalliques généralement à parois épaisses, et notamment un procédé pour réparer les défectuosités de moulage sur des pièces en fonte. Les pièces métalliques à parois épaisses, en particulier les pièces en fonte, peuvent présenter, après moulage, des défectuosités indésirables en surface qui entrassent généralement la mise au rebut de ces pièces. Dans le cas de pièces en fonte, les défectuosités se présentent généralement sous la forme de tapures (retassures) et apparaissent lors de l'enlèvement ou de la coupe des jets de coulée et des masselottes. Cela est dO au refroidissement de la masse de la pièce, qui est beaucoup plus lent que celui des masselottes et jets de coulée Les masselottes et jets de coulée, qui se solidifient plus rapidement, ne peuvent plus fournir de la matière lors de la solidification de la pièceS ce qui provoque la formation de retassures dans la pièce, en dessous des masselottes et des jets de coulée. De telles pièces en fonte ne sont plus susceptibles d'étire utilisées car elles ne conviennent pas à un usinage ultérieur. Il est clair qu'un tel inconvénient est par ticulièrement géyant sur le plan du prix de revient. Un but de la présente invention est de créer un procédé permettant la réparation de défectuosités sur des pièces métalliques, en utilisant comme matériau d'apport, le mSme que celui de la pièce à usiner, de façon à obtenir un raccordement métalli- quement équivalent, continu et sans défaut entre la pièce et le matériau solidifié qui a été ajouté. Dans ce procédé, on fait avantageusement usage de certaines caractéristiques spécifiques à la technique d'électro-soudage sous laitier. Dans un procédé dlélectro-soudage sous laitier, la chaleur est générée par le passage du courant électrique au travers du laitier liquéfié, ce qui provoque l'échauffement de ce laitier en raison de sa résistance électrique. Une des caractéristiques du procédé d'électro-soudage sous laitier réside dans l'absence d'un arc électrique, de sorte que c'est un procédé particulièrement "calme't(sans projection d'étincelles de métal). En outre, les vitesses de fusion, qui sont atteintes dans le procédé d'électrosoudage sous laitier, sont plusieurs fois supérieures à celles que l'on obtient avec un procédé de soudage à l'arc, par exemple le procédé de soudage à arc immergé et le procédé de soudage ma nuel.Le laitier, qui atteint en cours du procédé des températures comprises entre 1500 et 20000C, présente un point de fusion et un poids ~spécifique inférieurs à ceux du matériau qui constitue la pièce. Etant donné que le laitier et le matériau constitutif de la pièce ne se mélangent pas dans la phase liquide, le laitier reste à la surface du matériau, en l'isolant de l'atmosphè- re environnante. Le but précité est atteint par le procédé selon l'invention, qui est caractérisé en ce que la surface de la pièce, à l'endroit de la défectuosité, est creusée pour former une cavite ayant une surface de paroi arrondie, sans défaut, plus ou moins lisse que l'on remplit cette cavité d'une quantité suffisante de poudre de laitier qui est chauffée, grâce à un chauffage par résistance en faisant passer un courant électrique fourni par une électrode non fusible ou non consommable pénétrant dans le laitier, à une température'telle qu'un laitier liquide se forme, ayant une épaisseur de couche de 30 à 50 mm ; qu'ensuite, on maintient, pendant un certain temps par passage de courant électrique, le laitier fondu à une température supérieure à la température de fusion du matériau constitutif de la pièce, jusqu'à ce que la surface de la cavité atteigne la température de fusion et que la pièce, au voisinage de la cavité, soit suffisamment préchauffée puisque l'on substitue rapidement une électrode fusible ou consommable à l'électrode non consommable, cette électrode consommable, de m#me matériau que la pièce à usiner, étant positionnée de fa çon à faire saillie au centre du laitier fondu ; et qu'immédiatement après, on fait passer un courant d'intensité convenable, par l'intermédiaire de l'électrode consommable et le laitier, dans la pièce pour que l'électrode consommable fonde et que les gouttes de matériau provenant de l'électrode fondue se déposent au fond du bain de laitier liquide, en remplissant complètement, de façon progressive, la cavité avec le matériau de l'électrode fondue de façon à obtenir un raccordement métalliquement équivalent et continu, entre le matériau d'apport-et la pièce. Pour réparer des pièces en fonte, la surface ou se trouve la défectuosité est en premier lieu usinée de façon à obtenir une cavité arrondie, plus ou moins lisse et présentant une surface de paroi sans défaut, cavité où l'on chauffe le laitier grâce à un chauffage par résistance, au moyen d'une électrode de carbone à titre d'électrode non fusible ou non consommable et où l'onutili se comme électrode fusible ou consommable, une électrode en fonte. Le détail de l'invention sera mieux compris ci-après avec la description faite en regard du dessin annexé. - la figure I représente partiellement une section transversale d'une pièce en fonte 1 comportant une masselotte ou un jet de coulée 2. En dessous de l'extrémité inférieure du jet de cou lée 2, on a représenté une cavité 3, qui se forme au refroidissement et à la solidification du moulage, en raison du fait que ce jet de coulée présente une vitesse de refroidissement supérieure à celle du moulage de plus grand volume. La cavité 3 apparat lorsque le jet de coulée 2 est coupé ; - la figure I montre également, en pountillés, la périphérie de la cavité 4 qui doit entre évidée dans la pièce 1.Il est clair que la défectuosité, en surface et dans le matériau, doit titre située complètement à l'intérieur de cette cavité, pour que la cavité présente, en tant que telle, une surface arrondie et plus ou moins lisse à sa partie supérieure se raccordant à la surface externe, lisse de la pièce - la figure 2 représente la même partie de la pièce 1 avec la cavité 4, qui est maintenant remplie de laitier fondu 5, jusqu'à une épaisseur de couche de 30 à 50 mm. Une électrode de carbone 6 est plongée dans le laitier fondu et pénètre au milieu de celui-ci, le laitier étant chauffé par passage de courant électrique à une température élevée telle que la paroi de la cavité ménagée dans la pièce atteigne la température de fusion. Le laitier 5 peut être également introduit sous forme de poudre dans la cavité après quoi, il est chauffé par passage de courant au moyen d'une électrode de carbone 6. Cependant, ce laitier peut Autre fondu en un tout autre endroit, puis introduit dans la cavité ; à la suite de quoi, l'électrode de carbone permet d'assurer le chauffage du laitier liquide. Cet échauffement est opéré jusqu'au moment où le matériau constitutif de la pièce, qui se trouve à la périphérie de la cavité, est suffisamment préchauffé et que la paroi de la cavité commence à fondre. Ceci est nécessaire pour assurer un raccordement correct avec le matériau de soudage qui doit titre ultérieurement apporté. Le temps nécessaire pour que le matériau de la pièce soit suffisamment préchauffé, dépend de plusieurs facteurs, tels que la forme et l'épaisseur de la pièce, le courant de soudage utilisé et la tension. Si, au lieu d'un soudage sous laitier, on utilise un soudage à l'arc, par exemple, un soudage à arc immergé, ou un soudage manuel avec de la fonte comme matériau de recharge, il est alors nécessaire de préchauffer toute la pièce en fonte jusqu'a une température de 600 à 700 , ce qui peut poser bien entendu des problèmes pour des pièces de grande dimension pour autant que la capacité du four et les conditions de travail soient concernées. Dans le procédé de la présente invention, l'opération de préchauffage constitue une étape du procédé de soudage en tant que tel et des sources de chaleur séparées ne sont pas nécessaires, ce qui, évidemment, présente un avantage sur le plan du colt. Dans le procédé de la présente invention, le préchauffage s'effectue à l'intérieur et à partir de la cavité qui doit être remplie de matériau de soudage, cavité à partir de laquelle la chaleur est transmise à la pièce. Ainsi, la cavité elle-m#me, atteint la température la plus élevée et cette température décroit graduellement en allant vers l'intérieur du moulage ou de la pièce. Il en résulte deux avantages distincts. En premier lieu, la cavité atteint la-température la plus élevée à atteindre, c' est-à-dire la température de fusion. Ceci a pour conséquence de supprimer totalement les défauts de jonction entre le matériau de remplissage de la cavité. et la pièce. En second lieu, grâce à la diminution progressive de la température, le matériau de la pièce se dilate de mtme progressivement, de sorte que le risque de formation de fentes ou fissures est également supprimé. Dès que le matériau de la pièce, qui entoure la cavité, est suffisamment préchauffé et que la surface de la cavité a atteint la température de fusion, on substitue rapidement une électrode en fonte 7 à l'électrode de carbone (voir figure-3) > qui remplit la cavité 4 par fusion. Au cours de ce procédé d'électrosoudage sous laitier, on peut distinguer trois phases dans le moulage (voir figure 3) : une phase de fonte solidifiée (1), une phase de fonte fondue (8) et flottant au-dessus, une phase de laitier liquéfié (5) où l'extrémité de l'électrode en fonte (7) est plongée. Il est à noter cependant, que ce n'est pas un procédé dit à arc immergé, puisqu'il ne se forme pas d'arc électrique entre l'électrode en fonte (7) et la fonte fondue (8). Cette opération de fusion est poursuivie jusqu'au moment où la cavité est complètement remplie de fonte fondue. De préfé rence, on fait fondre une quantité suffisante de matériau additionnel pour que ce dernier dépasse sensiblement la surface de la pièce. Pour empêcher que le matériau fondu ne s'échappe, on utilise à cet effet, un anneau de carbone 9 présentant une ouverture sensiblement plus grande que le diamètre de la cavité de la pièce, et placé autour de la cavité, l'espace de cet anneau pouvant être rempli de fonte. La hauteur de l'anneau de carbone est choisie de façon que la fonte fondue dépasse légèrement la surface de la pièce et que le niveau supérieur du bain de laitier soit dans le prolongement de la bordure supérieure de l'anneau de carbone 9. Une surface complètement lisse peut être ensuite obtenue par meulage et usinage de la fonte solidifiée faisant saillie. Le procédé de la présente invention est tel qu1aucun joint ne peut être distingué entre le matériau de la pièce 1 et le matériau de remplissage, comme il est visible, par exemple, sur la figure 4, de sorte que l'on obtient un raccordement métallique continu entre le matériau de la pièce et le matériau introduit dans la cavité. Le procédé de soudage électrique sous laitier est tout particulièrement avantageux car il évolue, en raison de l'absence d'un arc électrique, de façon beaucoup plus "calme" et sans turbulence que dans dans le cas où l'on effectue un soudage à l'arc, de sorte que le risque de formation de nouvelles défectuosités internes est pratiquement nul.En outre, on obtient un excellent affinage du matériau fondu gracie au contact intensif des gouttes de matière fondue provenant de l'électrode consommable, qui descenden#ans le laitier avec une température très éleviez Il en résulte une zone de remplissage de la cavité qui est cons tituée d'un matériau -renfermant une faible teneur en soufre, dans le cas où le matériau de l'électrode consommable a la même composition que celle de la pièce, ce qui est particulièrement favorable à la structure du matériau, de sorte que tout risque de formation de fissures en cours de refroidissement peut titre considéré comme étant exclu. Dans le cas où l'on utilise un arc électrique dans le procédé de soudage, comme c'est le cas du soudage à arc immergé, les gouttes de métal sont en premier lieu transportées sur une distance relativement longue, à travers l'arc électrique et atteignent ensuite le laitier fondu, lequel présente, cependant, une température moins élevée. En raison de cette température plus faible et du contact moins intense avec le laitier, l'affinage est considérablement réduit, si m & e il se produit. Dans le procédé de la présente invention, il n'est pas fait usage d'arc électrique et c'est seulement le passage de courant dans le laitier qui accroît la température de sorte que cette température peut être beaucoup plus élevée, tandis que la fonte fondue est chauffée de façon beaucoup plus homogène. Afin d'obtenir un raccordement métallique continu entre la portion soudée et le matériau de la pièce, un certain nombre -de facteurs importants interviennent, tels que les dimensions de l'électrode en fonction de la cavité, l'intensité du courant et la tension dans et respectivement entre l'électrode et la pièce, ainsi que la température de préchauffage. Pour illustrer la présente invention, on va en décrire maintenant des exemples de mise en oeuvre. Réparation de pièces en fonte Dans le procédé de réparation de la présente invention, on enlève d'abord par perçage ou fraisage la partie de la pièce qui présente la défectuosité pour corriger la cavité de retrait et obtenir une cavité plus ou moins arrondie comme l'indique la ligne en pointillés 4 de la figure 1. Les dimensions de cette cavité peuvent être par exemple : 70 mm de diamètre pour la zone cylindrique, 35 mm de hauteur pour la zone cylindrique et 35 mm de rayon pour le fond hémisphérique. La poudre de laitier est fondue gracie à un chauffage par résistance avec une- électrode de carbone de 25 mm de diamètre (intensité de courant de 500 A, tension d'environ 32 Volts, charge de laitier de 30 mm de hauteur). Ainsi, les zones adjacentes du matériau de la pièce 1 sont également chauffées. Dès que la température dans la pièce atteint 4000C, à une distance d'environ 40 mm de la paroi et que le matériau de la pièce, qui est en contact avec le laitier dans la cavité, commence à fondre, on remplace rapidement l'électrode de carbone par une électrode en fonte (temps d'interversion inférieur à 10 secondes), dont le diamètre est de 30 mm et qui fonctionne avec un courant de 1000 A et de 35 Volts de tension, gr ce auquel cette électrode consommable est fondue dans la cavité de façon à obtenir un raccordement métallique continu entre le métal de soudage et le matériau de la pièce. Afin de remplir la cavité jusqu'au dessus de sa bordure, on utilise un anneau de carbone 9 placé autour de l'ouverture de la cavité et dans lequel le laitier et le métal fondu peuvent s'élever. La figure 4 représente, en coupe transversale, à une échelle de 1 : 1, une pièce réparée. Pour une cavité qui présente un diamètre de 90 nia, on utilise une électrode en fonte, dont le diamètre est de 50 mm, sous une tension de 35 Yolts et une intensité de 1200 Ampères. Le préchauffage du laitier et de la pièce est réalisé grâce à une électrode de carbone ayant un diamètre de 35 nia sous une tension de 32 Volts et une intensité de 700 Ampères. Il est clair que la présente invention ne saurait etre limitée aux exemples ci-dessus décrits et que d'autres modifica tions et additions peuvent entre apportées sans pour cela sortir du cadre de ltinvention définie par les revendications suivantes. R s Y E N DI CATI UN S 1 - Procédé d'usinage de défauts ou de défectuosités sur des pièces métalliques à paroi généralement épaisse, caractérise par le fait que l'on creuse la surface de la pièce où se trouve la défectuosité pour former une cavité ayant une surface de paroi sans défaut, plus ou moins lisse et arrondie ; que l'on remplit cette cavité d'une quantité suffisante de poudre de laitier qui est chauffée, au moyen d'un chauffage par résistance en faisant passer un courant électrique dans une électrode non fusible ou non consommable pénétrant dans le laitier, à une température telle qu'un laitier liquide se forme, ayant une épaisseur de couche de 30 à 50 mm ; qu'ensuite, on maintient, pendant un certain temps par passage de courant, le laitier fondu à une température supérieure à la température de fusion du matériau qui sonstitue la pièce, jusqu'à ce que la surface de la cavité atteigne la température de fusion et que la pièce, au voisinage de la cavité, soit suffisamment préchauffée ; puis que l'on remplace rapidement l'é lectrode non consommable par une électrode fusible ou consommable, réalisée dans le même matériau que celui de la pièce à usiner et qui est positionnée de façon à faire saillie au centre du laitier fondu ; et qu'immédiatement après, on fait passer un courant d'intensité convenable, par l'intermédiaire de l'électrode consommable et du laitier, dans la pièce pour que l'électrode consommable fonde et que les gouttes de matériau fondu provenant de l'électrode se déposent au fond du bain de laitier liquide, en remplissant complètement, de façon progressive, la cavité avec le matériau de l'électrode fondue de façon à obtenir un raccordemet métalliquement équivalent et continu, entre le matériau d'apport et la pièce. 2 - Procédé selon la revendication 1, destiné à la réparation de pièces en fonte, caractérisé par le fait qu'à l'endroit de la défectuasité, on perce un trou dans la surface de la pièce en fonte, de façon à obtenir une cavité dont la surface de paroi est sans défaut, arrondie et plus ou moins lisse et à l'intérieur de laquelle on chauffe le laitier au moyen d'une électrode de carbone, et que lton utilise comme électrode consommable une électrode en fonte. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac térisé par le fait que l'on fond le laitier dans un autre endroit et que l'on verse le laitier fondu dans la cavité, le laitier étant ensuite chauffé dans cette cavité au moyen d'une électrode non consommable.