Brevet FR2396620A1 — publié le 19790202

La présente invention a pour objet un moule 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, généralement 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, l'élabo- 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 éventuelles 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. Ce mode d'étanchéité donne de bons résultats, mais il présente l'inconvénient d'une part d'être long à exécuter et d'autre part de nécessiter une réalisation correcte et soignée qui n'est pas toujours aisée à mettre en oeuvre sur le chantier. 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. De tels joints présentent l'inobnvénient de dégager à chaud, au contact du fluide de soudure chaud, de la vapeur d'eau pouvant occasionner des soufflures dans la soudure et nuire par conséquent à la qualité de la soudure obtenue. L'invention vise à éviter les inconvénients précités en proposant un moule prêt à l'emploi et assurant automatiquement l'étanchéité voulue dès sa mise en place sur les pièces à souder. L'invention concerne plus particulièrement un moule destiné à la soudure métallothermique de deux pièces métalliques en ménageant autour des abouts des pièces à souder une cavité de coulée destinée à recevoir une certaine quantité de fluide de soudure chaud, dont la caractéristique essentielle réside dans le fait que chacune des surfaces du moule, destinée à venir en contact avec une pièce à souder ou éventuellement avec une autre partie du moule, comporte une saillie présentant un flanc incliné vers l'extérieur par rapport à la cavité de coulée, ladite saillie étant revêtue d'un joint d'étanchéité constitué par un ruban d'une matière compressible à faible perte au feu dont l'une des faces est collée sur ladite saillie. Par l'expression "à faible perte au feu", on entend signifier que la matière compressible constituant le joint d'étanchéité ne dégage que peu de gaz par chauffage ou par réac tion avec le fluide de soudure chaud et que Irexpérience a démontré que ce faible dégagement n'oeeasionne pas de soufflures. Une matière répondant à ces caractéristiques sera avantageusement un feutre d'origine minérale, par exemple constitué par des silicates tels que des silicates d'alumine contenant éventuellement des oxydes de chrome, des silicates de magnésie, des silicates doubles, tels que des silicates de soude et de fer du type chrosidolite à 3 % d'eau de cristallisation et des silicates de magnésie et de fer du type amosite à 3 * d'eau de cristallisation, etc De tels feutres minéraux ne dégagent à haute tempéra ture qutenviron 2 à 5 % de leur poids, alors qu'une amiante de type chrysolite en dégage environ 10 à 20 ep. Des feutres de ce type sont disponibles dans le commerce et peuvent être obtenus auprès de fabricants tels que Johns Manville, FERLAS, S.E.P.R. (Société Européenne de Produits réfractaires). Pour assurer une bonne étanchéité, les feutres employés dans les moules de l'invention devront avoir une densité d'environ 50 à 200 kg/m3 et de préférence d'environ 100 à 200 kg/m3. Selon une autre caractéristique de l'invention, la face du ruban est collée sur la saillie au moyen d'un jonc de colle disposé sur une partie de la saillie située nettement à l'extérieur par rapport à la cavité du moule, de manière-à éviter que la colle dégage des gaz dans la cavité de coulée. Dans un mode particulièrement avantageux de réalisation de l'invention, la face du ruban,qui est opposée à la face collée sur la saillie, est revêtue d'une feuille métallique malléable, par exemple d'une feuille d'aluminium. Cette feuille est de préférence collée sur la face opposée du ruban au moyen d'une Couche de colle disposée sur une-partie nettement extérieure de la face opposée par rapport à la cavité de coulée, pour les mêmes raisons que précédemment. Cette feuille métallique offre le triple avantage d'assurer la protection du feutre, de conférer de la rigidité au joint et par conséquent de pouvoir préformer celui-ci, et finalement d'empêcher le bourrage du feutre lors de la mise en place du moule, surtout dans les portions de pièces à souder parallèles ou faiblement inclinées par rapport à la direction de mise en place du moule sur les pièces, ce qui est important dans le cas des rails. Selon une aut-re caractéristique de l'invention, le flanc incliné de la saillie forme un angle aigu, par exemple d'environ 100, par rapport à la surface de la partie de moule correspondante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre, à propos d'un mode de réalisation préféré de l'invention cité uniquement à titre illustratif, et en référence aux figures du dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente une section partielle d'un moule selon l'invention dont une surface de contact présente une saillie revêtue d'un joint d'étanchéité avant compression de ce dernier la figure 2 représente une vue analogue à celle de la figure 1 après compression partielle du joint la figure 3 représente une vue analogue à celle de la figure 2 après compression totale du joint la figure 4 représente une vue en perspective montrant un moule selon l'invention dans son application à la soudure de deux rails de chemin de fer ; et la figure 5 représente une vue en coupe dtune partie du moule de la figure 4. On a représenté sur la figure 1 un moule 10 dont la surface 12 destinée à venir en contact avec la surface 14 d'une pièce métallique à souder (ou d'une autre partie de moule) 16 comporte une saillie 18 formant partie intégrante du moule. Cette saillie 18 présente un flanc 20 incliné d'un angle ~ par rapport à la surface 12. Le flanc 20 est incliné vers l'extérieur par rapport à la cavité de coulée 22 (située à la droite de la saillie t8 sur la figure 1). L'angle ~ est un angle aigu pouvant avoir par exemple une valeur de 100, bien que cette valeur ne soit pas déterminante. Un ruban de feutre compressible à faible perte au feu 24 est collé par sa face 26 sur-le flanc incliné 20 de la saillie 18' au moyen d'un jonc de colle 28 disposé sur une partie du flanc 20 située nettement à l'extérieur par rapport à la cavité 22 du moule. Sur la face 30 du ruban opposée à la face 26 est collée une feuille d'aluminium 32, de même largeur que le ruban de feutre, au moyen d'une couche de colle 34 déposée nettement à l'extérieur de la face 30 par rapport à la cavité de coulée 22. La figure 2 représente le joint partiellement comprimé après serrage du moule 10 contre la pièce métallique (ou la partie de moule) 16 et la figure 3 représente le même Joint totalement comprimé après serrage total du moule. Du fait de l'inclinaison du flanc 20 de la saillie 18, le ruban 24 se trouve plus comprimé sur le coté le plus proche de la cavité de coulée 22 que sur le côté le plus éloigné de la cavité de coulée. Dans de telles conditions, la force appliquée au serrage agit essentiellement sur une surface très faible et-a donc une efficacité de serrage considérable. De plus, l'inclinaison du flanc 20 de -la saillie 18 concourt à empêcher tout dégagement de ga#z dans la cavité de coulée. Il convient de remarquer qu'il n'est pas nécessaire que le ruban de feutre soit comprimé au maximum, comme représenté à la figure 3, pour assurer l'étanchéité lorsqu'on applique un moule selon l'invention sur des pièces dont le profil n'a pas exactement les cotes nominales pour lesquelles le moule est prévu. En effet, certaines zones du ruban de feutre seront très comprimées et d'autres moins comprimées, mais, à moins que le profil des pièces à souder ne sorte largement de la fourchette de tolérance commerciale du type de profils pour lequel le moule est prévu, ces aones moins comprimées le seront encore assez pour assurer l'étanchéité requise. A titre d'exemple, on observera qu'un feutre de 6 mm d#'épaisseur ayant une densité d'environ 150 kg/m3 assure déjà l'étanchéité lorsqu'il se trouve comprimé à une épaisseur de 2,5 mm. Le moule de l'invention trouve une application particu- lièrement avantageuse à la soudure de rails de chemin de fer comme représenté à la figure 4. On a représenté sur la figure 4, en perspective éclatée, deux rails de chemin de fer 36 et 38 destinés à être soudés par leurs abouts respectifs au moyen d'un moule de coulée comprenant deux parties latérales 40 et 42 identiques et une sole 44. Les parties latérales 40 et 42 sont destinées à être appliquées de part et d'autre des rails 36 et 38 en recouvrant les abouts à souder. La sole 44 est destinée à être appliquée sous les rails 36 et 38 et-sous les parties latérales 40 et 42 du moule. Les parties de moule 40 et 42 présentent un profil correspondant à celui des rails de manière à en épouser la forme. Les parties de moule 40 et 42 comportent des évidements respectifs 46 et 48 aptes à former, une fois les parties de moule 40 et 42 réunies, un entonnoir apte à amener le fluide de soudure chaud dans l'espace intercalaire comp#ris entre les deux rails. L'évidement 46 se prolonge par un évidement 50 facilitant l'accès du fluide de soudure-chaud au fond du moule. L'évidement 48 de la partie de moule 42 se prolongé par un évidement similaire (non visible sur la figure 4). La sole 44 comporte un évidement 52 favorisant l'arrivée du fluide de soudure chaud sous les deux rails au niveau de la jonction de leurs abouts. Les parties de moule 40 et 42 sont par ailleurs munies respectivement de pipes de remontée 54 et 56 permettant de chasser vers l'extérieur l'air qui est emprisonné dans le moule au fur et à mesure de la coulée du fluide de soudure chaud. Les évidements précités des parties de moule 40 et 42 et de la sole 44 constituent la cavité de coulée dont il a été fait référence plus haut. L'étanchéité entre les différentes parties du moule et les deux rails est réalisée au moyen de joints tels que celui décrit précédemment en référence aux figures 1 à 3, c'est-à-dire d'un joint formé d'un ruban de feutre revêtu d'une feuille d'aluminium et collé sur une saillie à flanc incliné vers l'extérieur par rapport à la cavité de coulée. La partie de moule 40 est munie, sur sa surface destinée à venir en contact avec les deux rails 36 et 38 et avec la partie de moule 42, d'un joint 58 et d'un joint 6Q disposés respectivement de part et d'autre de la cavité de coulée. Le joint -58 est collé, sur une saillie présentant un flanc incliné vers l'extérieur par rapport aux évidements 46 et 50, suivant toute la hauteur du coté de la surface de contact précitée qui apparat à gauche sur la figure 4. Le joint 60 est collé, sur une saillie présentant un flanc incliné vers l'extérieur par rapport à ltévi- dement 50, suivant une hauteur du côté de la surface de contact précitée, apparaissant à droite sur la figure 4, qui correspond à la portion de ladite surface venant s'appliquer sur le rail 38. L'extrémité supérieure du joint 60 se termine par un prolongement 62 dépassant de la saillie sur laquelle il est collé et ayant par exemple une longueur de 5 à 10 mm, qui est destiné à empêcher tout risque de fuite du fluide de soudure à la jonction des deux parties de moule 40 et 42 au-dessus du rail 38. Les extrémités inférieures des joints 58 et 60 se terminent par des prolongements similaires (non visibles sur la figure 4) destinés à empêcher tout risque de fuite du fluide de soudure à la jonction de la partie de moule 40 avec la sole 44. En se référant plus particulièrement à la figure 5,- le joint 60 de la partie de moule 40 se termine à son extrémité supérieure par le prolongement 60 précité et à son extrémité inférieure par un prolongement 66.La partie de moule 42 est munie de deux joints similaires dont seule l'extrémité supérieure du joint 64 (qui est l'homologue du joint 58 de la partie de moule 40) est visible sur la figure 4. Les extrémités supérieures des joints 58 et 64 ne comportent pas de prolongements étant donné que l'étanchéité à cet endroit du moule ne s'avère pas essentielle. On remarquera que, lors de l'assemblage des deux parties de moule 40 et 42, la partie supérieure du joint 64 assure l'étanchéité avec la partie supérieure de la surface de contact de la partie de moule 40 qui n'est pas munie de joint et qu'il en est de même pour la partie supérieure du joint 58 de la partie de moule 40. La sole 40 est revêtue d'un joint d'étanchéité 66 affectant la forme d'un cadre rectangulaire, pouvant être obtenu par exemple par découpe à l'emporte-pièce, entourant l'évidement 52. Le joint d'étanchéité 66 est collé sur une saillie de pourtour rectangulaire qui présente un flanc incliné vers l'extérieur par rapport à l'évidement 52. On comprendra facilement d'après la figure 4 que lorsque les parties de moules 40 et 42 et la sole 18 sont pressées et maintenues les unes contre les autres et contre les deux rails, l'étanchéité du moule au niveau de la cavité de coulée est parfaitement réalisée. Il suffit alors d'introduire le fluide de soudure chaud au moyen d'un creuset débouchant dans l'entonnoir de coulée formé par les évidements 46 et 48. Les joints d'étanchéité collés sur les différentes parties des moules selon l'invention seront avantageusement mis en place en usine après fabrication des moules de manière à éviter d'avoir à coller les joints sur le chantier immédiatement avant ltopération de soudure. En procédant ainsi, on pourra économiser un temps non négligeable et se dispenser de recourir à la main-d'oeuvre qualifiée nécessaire à la réalisation des opérations de lutage classiques. Bien que dans le dessin annexé les joints d'étanchéité utilisés soient des joints composites formés d'un ruban de feutre revêtu d'une feuille d'aluminium, on comprendra que l'on peut utiliser à la place de ces joints composites de simples joints constitués par un ruban de feutre compressible à faible perte au feu conformément à la définition qui en a été donnée plus haut. En outre, on comprendra que l'invention n'est pas limitée au moule de soudure de rail représenté à la figure 4 et qu'elle peut être appliquée à tout type de moule en une ou plusieurs parties convenant à la soudure métallothermique de profilés. REVENDICATIONS 1. Moule destiné à la soudure métallothermique de deux pièces métalliques en ménageant autour des abouts des pièces à souder une cavité de coulée destinée à recevoirune certaine quantité de fluide de soudure chaud, caractérisé par le fait que chacune des surfaces du moule, destinée à venir en contact avec une pièce à souder ou éventuellement avec une autre partie du moule, comport#e une -saillie présentant un flanc incliné vers l'extérieur par rapport à la cavité de coulée, ladite saillie étant revêtue d'un joint d'étanchéité constitué par un ruban d'une matière compressible à faible perte au feu dont l'une des faces est collée sur ladite saillie 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ruban est constitué par un feutre d'origine minérale. 3. Moule selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le feutre est constitué par des silicates d'alumine contenant éventuellement des -oxydes de chrome. 4. Moule selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la face du ruban est collée sur la saillie au moyen d'un jonc de colle disposé sur une partie du flanc de la saillie située nettement à l'extérieur par rapport à la cavité du moule. 5. Moule selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la face du ruban opposée à la face collée sur la saillie, est revêtue d'une feuille métallique ma#lléable, en particulier d'une feuille d'aluminium. 6. Moule selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la feuille métallique est collée sur ladite face opposée du ruban au moyen d'une couche de colle disposée sur une partie de ladite face opposée située nettement à l'extérieur par rapport à la cavité du moule. 7. Moule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé parle fait que le flanc incliné de la saillie forme un angle d'environ 100 par rapport à la surface de contact de la partie de moule correspondante. 8. Moule selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait quwau moins une des extrémités du ruban de feutre se termine par un prolongement dépassant de la saillie sur laquelle le ruban est collé. 9. Application d'un moule selon l'une des revendications 1 à 8 à la soudure métallothermique, en particulier aluminothermique, de rails de chemin de fer.