Brevet FR2427869A1 — publié le 19800104

La présente invention a pour objet un moule en plusieurs parties pour la soudure métallothermique, en particulier aluminothermique, de pièces métalliques. Ce type de soudure consiste à assembler deux pièces métalliques de formes identiques ou relativement voisines en coulant une certaine quantité de fluide de soudure chaud autour des abouts à souder. Pour réaliser de telles soudures, on utilise un moule en plusieurs parties destiné à entourer les pièces à souder et pourvu d'une cavité de coulée permettant au fluide de soudure chaud de venir au contact des abouts à souder. Ce type de soudure s'applique le plus souvent à la soudure des profilés métalliques et en particulier des rails de chemin de fer. Dans le cas de la soudure aluminothermique, ltélabo- ration du fluide de soudure chaud, qui est le plus souvent de l'acier en fusion, est effectuée par la réduction d'oxydes de fer par l'aluminium. Etant donné que le moule ne peut être parfaitement jointif à la surface des pièces métalliques et à la surface des autres parties du moule, il est nécessaire de rendre le moule étanche avant de procéder à l'opération de soudure proprement dite. Cette étanchéité est réalisée classiquement par lutage au moyen d'une pâte suffisamment réfractaire pour ne pas être détruite par le contact du fluide de soudure chaud. Cette pâte généralement formée de sable siliceux et d'un agglomérant, par exemple de l'argile et de l'eau ou d'autres additifs, est déposée sur le moule avant ou après sa mise en place sur les pièces à souder et avant la coulée du fluide de soudure chaud. On a également proposé de remplacer le lutage classique par un joint sec constitué par exemple par un cordon d'amiante ou même par un cordon d'une matière organique. Par ailleurs, dans la demande de brevet français 77 21158 du 8 juillet 1977 au nom de la Demanderesse, on a propos un moule dans lequel l'étanchéité entre les parties du moule et les pièces à souder est assurée par un joint d'étanchéité collé sur une saillie inclinée prévue sur les surfaces de contact du moule. Ces moules de la technique antérieure ont pour inconvénient de nécessiter de faire appel à un matériau d'étant chéité également pour assurer l'étanchéité des parties de ioule en contact entre elles dans la région au-dessus de la cavité de coulée, ctest-à-dire dans une région où l'étanchéité ne présente pas un caractère aussi critique que dans la région située autour de la cavité de coulée. Un autre inconvénient des moules de la technique antérieure réside dans le fait qu'ils ne permettent pas d'assurer un positionnement correct des parties du moule entre elles. La présente invention vise à éviter ces inconvénients en proposant un moule dans lequel les parties du moule sont conformées de manière à assurer l1étanchéité entre elles, dans la région au-dessus de la cavité de coulée, sans nécessiter d'apport de matériau d'étanchéité et de manière à assurer en même temps le positionnement de ces parties entre elles, tout en créant un évent pour l'évacuation de l'air au moment de la coulée. L'invention concerne plus particulièrement un moule en plusieurs parties destiné à la soudure métallothermique de deux pièces métalliques en ménageant autour des abouts à souder une cavité de coulée destinée à recevoir une certaine quantité de fluide de soudure chaud, caractérisé par le fait que les parties de moule comportent, dans leurs portions en contact entre elles au-dessus de la cavité de coulée, des surfaces emboitabres assurant le positionnement et l'étanchéité de ces portions entre elles. Dans un mode de réalisation préféré, chacune des surfaces embottables comporte une surface plane de contact pourvue d'un bourreletet d'une d'une rainure aptes à coopérer respectivement avec une rainure et un bourrelet de la surface plane de contact d'une autre partie de moule. Dans ce mode de réalisation, le bourrelet et la rainure d'une surface plane de contact sont de préférence disposés de façon symétrique par rapport à un évidement central débouchant dans la surface plane de contact en sorte que deux parties de moules identiques puissent être associées par coopération du bourrelet de l'une avec la rainure de l'autre et inversement, les évidements respectifs constituant ensemble un bassin de coulée apte à diriger le fluide de soudure chaud dans la cavité de coulée. Selon une particularité de ce mode de réalisation, l'une des extrémités de la rainure débouche dans l'évidement central et l'autre extrémité débouche à l'extérieur du moule, la profondeur de la rainure étant supérieure à la hauteur du bourrelet pour permettre de former, lorsque la rainure d'une partie de moule reçoit leboorcelet d'une autre partie de moule, un évent permettant l'évacuation d'air au moment de la coulée du fluide de soudure. L'étanchéité du moule de l'invention dans la région située autour de la cavité de coulée peut être assurée indifféremment par lutage classique, par dépôt d'un joint sec ou par collage d'un joint, selon les trois modes d'étanchéité indiqués plus haut. Bien que le moule de l'invention puisse être utilisé dans la soudure de pièces métalliques quelconques, il trouve une application particulièrement intéressante dans la soudure des rails de chemin de fer. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre à propos de deux exemples non limitatifs de moules selon l'invention appliqués à la soudure de rails de chemin de fer et en référence au dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue de face d'un moule en trois parties, constitué de deux demi-moules latéraux et d'une sole, destiné à la soudure de rails de chemin de fer dans lequel l'étant chéité autour de la cavité de coulée est assurée par collage d'un joint la figure 2 est une vue du côté intérieur d'un demimoule latéral du moule de la figure 1 la figure 3 est une vue de dessus du moule de la figure 1 ; et la figure 4 est une vue du côté intérieur d'un demimoule analogue à celui de la figure 2, dans lequel l'étanchéité autour de la cavité de coulée est assurée par lutage. #Le moule représenté sur la figure 1 se compose de deux demi-moules latéraux 110 et 110' identiques et d'une sole 112 et est destiné à être utilisé dans la soudure métallothermique de deux abouts de rails de chemin de fer. Les demi-moules 110 et 110 sont destinés à être appliqués de part et d'autre des rails en recouvrant les abouts à souder et comportent un profil intérieur correspondant à un demi profil de rail. La sole 112 est destinée à être appliquée sous les rails et sous les demi-moules 110 et 110'. L'étanchéité autour des abouts à souder, dans la région de la cavité de coulée, est assurée par collage d'un joint d'étanchéité constitué par un-ruban d'une matière compressible à faible perte au feu, selon la demande de brevet français 77 21158 précitée. Ainsi, le demi-moule 110 (cf. figure 2) comporte sur sa face destinée à venir en contact avec les demi-profils des rails à souder deux saillies 114 et 116 disposées respectivement de part et d'autre d'un évidement 118 destiné à constituer la cavité de coulée avec l'évidement correspondant du demi-moule 110'. Les deux saillies 114 et 116 présentent chacune un flanc incliné d'un angle vers ltextérieur par rapport à l'évidement 118 et sont destinées à recevoir par collage un joint d'étanchéité Un joint est également collé sur la sole 112 autour de la cavité de coulée. Au-dessus de la cavité de coulée, c'est-à-dire audessus des rails à souder, les demi-moules 110 et 110' sont en contact entre eux par des surfaces planes respectives 120 et 120t qui sont pourvues de reliefs permettant leur embottement pour assurer à la fois le positionnement des deux demi-moules 110 et 110' et leur étanchéité dans la région des surfaces de contact 120 et 120'. Les reliefs de la surface 120 comprennent un bourrelet 122 et une rainure 124 aptes à coopérer respectivement avec la rainure 124' et le bourrelet 122' correspondants de la surface 120t du demi-moule 1101. Le bourrelet 122 et la rainure 124 sont disposés de façon symétrique par rapport à un évidement 126 de manière que lorsque les deux demi-moules sont réunis, l'évidement 126 forme avec l'évidement 126' correspondant un bassin de coulée communiquant avec la cavité de coulée par l'intermédiaire d'une chambre formée de deux évidements 128 et 128'. Ce bassin de coulée peut être pourvu d'un orifice central muni d'un bouchon de coulée amovible qui peut être enlevé pour permettre le passage d'un chalumeau dans le cas où lton effectue une soudure avec préchauffage. La communication entre les évidements 126 et 128 et entre les évidements 126' et 128' est assurée respectivement par des alésages 130 et 130'. Le bourrelet 122 et la rainure 124 présentent une forme générale constituée de deux segments linéaires formant un angle entre eux De plus, la rainure 124 débouche d'une part dans l'évidement 128 et d'autre part dans la face supérieure 132 du demi-moule 110. La profondeur de la rainure 124 est supérieur à la hauteur du bourrelet 122 pour permettre de former, lorsque les demi-moules sont réunis, un évent 132 et un évent 132' (cf. figure 3) permettant l'évacuation d'air au moment de la coulée du fluide de soudure. Le demi-moule 110 comporte en outre une pipe de remontée formée par un conduit cylindrique de petit diamètre 134 débouchant dans un conduit cylindrique de plus grand diamètr 136 qui sert de réceptacle à l'excès du fluide de soudure qui a au préalable réchauffé les deux abouts de rails. Comme on peut le constater sur les figures 2 et 3, les demi-moules 110 et 110' sont plus larges au niveau des surfaces de contact 120 et 120 pour permettre un meilleur contact entre ces deux demi-moules. On a représenté sur la figure 4 la face intérieure dtuz demi-moule 138 dont la partie supérieure est analogue à celle du demi-moule 110 de la figure 2 et dont la partie inférieure est conformée de manière à assurer l'étanchéité par lutage. Ainsi, la face intérieure du demi-moule 138 comporte une surface plane 140 munie d'un bourrelet 142 et d'une rainure 144 réalisés comme indiqué précédemment en référence aux figures 1 à 3. Par ailleurs, cette face intérieure comporte deux protubérances 146 et 148 disposées de part et d'autre d'un évidement 150 destiné à constituer la cavité de coulée avec leévidement correspondant d'un demi-moule identique. Ces deux protubérances 146 et 148 présentent un contour correspondant à celui d'un demi-profil de rail et sont munies respectivement de gorges 152 et 154 destinées àl'application et au maintien de #te à luter. Dans le cas d'un moule comportant deux demi-moules du type de celui représenté à la figurel, l'étanchéité entre la partie inférieure des deux demi-moules et la sole sera de préfé- rence effectuée par collage d'un joint réfractaire sur la sole, bien que cette étanchéité puisse être aussi réalisé par application de pâte à luter. Les différentes parties du moule sont réalisées de manière classique à partir d'un mélange à base de sable, aggloméré et durci. REVENDICATIONS 1. Moule en plusieurs parties destiné à la soudure métallothermique de deux pièces métalliques en ménageant autour des abouts à souder une cavité de coulée destinée à recevoir une certaine quantité de fluide de soudure chaud, caractérisé par le fait que les parties de moule comportent dans leurs portions en contact entre elles au-dessus de la cavité de coulée des surfaces emboitables assurant le positionnement et l'étanchéité de ces portions entre elles. 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des surfaces emboitables comporte une surface plane de contact pourvue d'un bourreiet et d'une rainure aptes à coopérer respectivement avec une rainure etunbourrelet de la surface plane de contact d'une autre partie de moule. 3. Moule selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le bourrelet et la rainure d'une surface plane de contact sont disposées de façon symétrique par rapport à un évidement central débouchant dans la surface plane de contact en sorte que deux parties de moules identiques puissent être associées par coopération du bourrelet de l'une avec la rainure de l'autre, et inversement, les évidements respectifs constituant ensemble un bassin de coulée apte à diriger le fluide de soudure chaud dans la cavité de coulée. 4. Moule selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'une des extrémités de la rainure débouche dans l'évidement central et que l'autre extrémité de la rainure#débouche à l'extérieur du moule, la profondeur de la rainure étant supérieure à la hauteur du bourrelet pour permettre de former, lorsque la rainure d'une partie de moule reçoit un bourrelet d une autre partie de moule, un évent permettant l'évacuation d'air au moment de la coulée du fluide de soudure. 5. Moule selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la rainure et le bourrelet présentent chacun une forme générale constituée de deux segments linéaires formant un angle entre eux. 6. Application d'un moule selon l'une des revendications 1 à 5 à la soudure métallothermique, en particulier aluminothermique, de rails de chemin de fer.