Brevet FR2533478A1 — publié le 19840330

La présente invention concerne les améliorations et simplifications récentes apportées dans les méthodes de moulage servant à l'exécution de certaines soudures aluminothermiques de rails barres ou pièces massives telles que coeurs d'aiguillage, qui permettent la confection sur les rails euxnemes ou sur les profils à souder des MOULES (E.I.S) "EDIFIES IN SITU" ne nécessitant plus de modèles.Elles ont pour résultat : . une augmentation de la fiabilité des soudures aluminothermiques gracie au positionnement longitudinal rigoureux des moules réfractaires obtenus par cette méthode . une diminution du prix de revient de la soudure, notamment dans le cas de raccords où les multiples combinaisons de profils différents à souder entre eux, rend l'application des méthodes classiques trop onéreuses, en raison du nombre trop élevé de modèles requis chacun, pour l'exécution d'un trop petit nombre de soudures identiques En effet, dans ce cas le prix unitaire d'une soudure obtenue par des procédés classiques supporte des frais de modèles trop élevés.LES MOULES EDIFIES IN SITU POUR LA REALISATION DE SOUDURES ALUMINOTHERNIQUES présentent des avantages par rapport aux moules utilisés dans les procédés habituels, que nous décrivons ci-après. En soudure aluminothermique de rails ou de barres par fusion l'apport de métal liquide s'effectue dans un moule enrobant les extrêmités de barres en donnant sa forme à la masse finale du métal de la soudure. La section principale du métal rapporté doit être centrée avec précision dans l'intér- calaire (*) établi entre les extremités des rails ou les abouts de barres préalablement dressés Une préparation thermique du moule et du métal de base précède toujours la soudure.Les matériaux utilisés pour la confection des moules et noyaux, moules durs préfabriqués et cuits en usine ou moules verts plus plastiques dont la cuisson s'effectue lors du préchauffage des extrémités de barres à l'aide de brûleurs spéciaux (air-essence, airpropane) ou de chalumeaux, sont traditionnellement employés en fonderie, et bénéficient des résultats des recherches permanentes en matière de réfractairité, de cohésion et de perméabilité. Ces moules fabriqués en usine à l'aide de machines à mouler automatiques ou sur chantiers à l'aide de machines manuelles, permettent de former toujours à l'aide d'un modèle qui les reproduit en superposition autour de la réplique du rail ou de la barre à souder, les bourrelets, évents, masselottes nécessaires à la bonne exécution de la soudure. (f) Dans la profession,l'espace séparant les extrêmités de barre avant soudure est appelé intervalle lacune ou intercalaire. Nous utilisons cette dernière appellation de préférence aux autres car elle correspond le mieux à la définition de l'écartement volontairement établi par le soudeur dans la première phase de positionnementdes abouts de rail ou de barre. Dans l'état actuel de la technologie de la soudure aluminothermique, les moules sont réalisés pour la soudure de rails (voir figure 1) :en 3 pièces lorsqu'ils sont préfabriqués et étuvés, en 2 ou 3 p#ièces lorsqu'ils sont verts. Dans le cas de la soudure de profils spéciaux, plusieurs noyaux permettent une adaptation aux formes plus ou moins complexes. Ces moules sont rapportés autour du joint et maintenus sur le profil à souder à l'aide dac- cessoires spéciaux, lesquels ne comportent, pas plus que les moules euxmêmes, aucun dispositif assujettissant le positionnement longitudinal du moule sur l'intercalaire. Le moule 3 pièces permet toutefois un centrage à l'oeil de la première partie du moule appelée briquette Q, contenu dans une plaque de fond mise en place dès que l'alignement des barres est assuré. Une empreinte dans la briquette a entre autres fonctions, celle du repérage de cette position. Les demi-moules Q et @ sont ensuite mis en place par rapport à des centrages qui les positionnent par rapport à la briquette @ 0. La qualité d'une soudure dépend essentiellement de trois conditions : 10)ce trage précis du moule, 20) respect de l'intercalaire ; conditions indispensables à la bonne répartition d'un préchauffage symétrique. 30) adaptation du moule au profil à souder, afin d'éviter les fuites de métal liquide, et aux volumes de la chambre de combustion, des évents et masselottes, requis pour assurer -la fusion et la liaison des extrémités de barres avec le métal d'apport. Dans ltétat actuel de la technique le centrage précis du moule, bien que correctement assuré si l'opérateur a du soin, reste soumis à son appréciation ainsi que le respect de l'intercalaire garantissant un volume correct de la chambre de combustion formée entre les abouts de rail et les demi-moules rapportés autour du joint.A la fin de la période de préchauffage le passage du bec de brûleur ou de chalumeau doit être partiellement obturé par un bouchon 0. Pour éviter les inclusions, il est nécessaire de briser et de répartir le jet de métal liquide autour du champignon lors de la coulée. Les formes supérieures des demi-moules assurent le logement de ce bouchon qui sépare le bassin de coulée recevant le métal liquide de la masselotte desti ne à compenser, lors de la solidification, le retrait du métal d'apport dans le joint. L'adaptation du moule au profil à souder est réalisée correctement lorsque les rails sont neufs, le modèle servant à la confection des moules étant lui-même tiré d'un coupon du profil à souder. Toutefois, cette adaptation est moins évidente lorsqu'il s'agit de souder des rails de même profil théorique mais d'usure inégale. Ces différences ne peuvent être corrigées que par des artifices et tours de main dont la réussite dépend en grande partie du professionnalisme du soudeur.Dans le cas de "soudures raccords" destinées à assurer la liaison entre profils de section différente, il est quelquefois trop onéreux de créer de nouveaux modèles pour un nombre limité de profils à assembler entre eux. Le problème est alors résolu par l'ajustage de profils approchants (en moules préfabriqués) ou en profitant de la plasticité des moules verts qui permet dans la plupart des cas, mais pas de façon absolue, de trouver et d'utiliser des couples de profil adaptés aux problèmes posés. Là encore, l'habileté du soudeur reste un élément déterminant de la qualité de la soudure. C'est pourquoi nous avons appliqué et mis au point le principe de moulage "Edifié in situ" qui permet d'éliminer les inconvénients présentés par les méthodes actuelles principalement dans les cas particuliers ci-dessus. La méthode d'Edification in Situ consiste, après préparation des -abouts de barres ou de rails (oxycoupage, tronçonnage au disque ou à la scie alternative), alignement et blocage éventuel pour maintenir l'intercalaire, à construire sur place le moule au moyen des accessoires et suivant la séquence décrite ci-après dans le cas particulier du soudage des rails. Des procédés dérivés sont adaçtables à toutes sortes profils actuellement soudés par les méthodes traditionnelles faisant appel à des noyaux et moules rapportés, verts ou préfabriqués. Le déroulement des opérations dans le cas de soudage de rails est le suivant (voir figure 2) Préparation des abouts de rail, création de l'intercalaire, règlage, alignement, blocage des barres (1ère phase identique dans les autres procédés). Mise en place de la plaque de fond qui peut être soit munie d'une briquette préfabriquée, soit contenir une épaisseur de sable vert dans laquelle une empreinte représentant le bourrelet sous patin se centre avec la même facilité qu'au cours des méthodes classiques. .Insertion dans l'intercalaire d'une forme en produit combustible (figure 2 rep.~et figure 3) représentant la masselotte, les évents et surmontée d'une forme rep.#figure 2. L'insert @ et éventuellement la forme 0 du bassin de coulée peuvent être réalisés suivant les pays en produits naturels bois légers tels que balsa, roseaux, facilement inflammables ou en produits synthétiques : polystyrène ou autres polymères combustibles. .Mise en place de la carcasse en une ou deux pièces sur la plaque de fond et autour des éléments combustibles précédemment mis en place. .Bourrage de sable synthétique autour des formes et à l'intérieur des carcasses ci-dessus. Ce bourrage s'effectue simplement à la main ou à l'aide d'un bourroir de manière à obtenir un serrage modéré. Le moule n'ayant pas à subir d'extraction de modèle, il n'est pas nécessaire qu'il soit d'une dureté à toute épreuve. La perméabilité peut ainsi prendre le pas sur la cohésion. Le bourrage se termine par la mise en place de la forme @ figure 2. Les carcasses étant en outre perforées, il est même recommandé d'accroitre les possibilités d'évacuation de gaz en "tirant de l'air" à travers les carcasses à l'aide d'une aiguille de mouleur. Préchauffage des abouts de barres, l'opération de préchauffage est d'autant mieux réalisée dans ce procédé qu'elle regroupe en outre deux autres opérations : destruction des formes combustibles rapportées sur le profil à souder, libérant l'espace qui sera rempli par le métal d'apport, et séchage du moule. L'allumage du brûleur air-essence doit tenir compte de la présence en début d'opération, des matériaux combustibles qui s'éliminent rapidement. En cas de préchauffage au chalumeau ou au brûleur air-propane, la destruction des polymères qui les constituent ne pose aucun problème. Le temps de préchauffage permet de porter la température des abouts de rails ou de barres au rouge cerise et doit être contrôlée soit visuellement, soit de préférence à l'aide de crayons thermochromes. .Coulée démoulage, tranchage, finitions s'effectuent comme pour les autres procédés aluminothermiques à l'aide des mêmes outillages : creuset et supports, masse, tranche à chaud ou machine à trancher, meuleuses. AVANTAGES DES MOULES "EDIFIE IN SITU" par rapport aux moules classiques 1/ La confection des moules "in situ" à l'aide de sable synthétique prêt à l'emploi ou de mélange réalisé à l'aide de sable local Oupp QflQ : a) la fourniture, le transport, le conditionnement, le stockage et la protection contre les chocs et 3'humidité des moules préfabriqués. b) la détermination à priori du profil exact à souder. Une simple indication du poids au mètre, dans le cas des rails notamment, permet de déterminer la charge et la taille des masselottes, évents, bourrelets à superposer au profil et à insére# dans l'intercalaire. c) les frais de modèle. Dans le cas où une grande variés' de profils, chacun d'eux n'étant à souder qu'en trop petit nombre, rendent ce. frais difficilement amortissables. d) les opérations de démoulage et l'usage de produits d'étanchéité puisque le moule E.I.S. reste en place sans aucun contact ni opération manuelle après son bourrage. e) les précautions de mise en place : centrage, blocage et étanchéité. 2/ L'usage du moule E.I.S. tnpo~Q à l'opérateur le respect d'un intercalaire déterminé correspondant à l'épaisseur de la masselotte en matière combustible. 3/ Le moule E,I.S.CMbWe un centrage parfait du moule et par conséquent celui de la chambre de combustion sur l'intercalaire luimeme bien calibré. 4/ Le moule E.I.S. s'adapte à de nombreux cas : exécution de soudures raccord ou lorsque les profils à souder sont très variés ou d'usure inégale. La certitude du centrage du moule, condition essentielle d'une préparation thermique et, par conséquent, d'une soudure correctes, résulte dans cette méthode économique des propriétés de l'insert qui doit être combustible et calibré. Il y a interdépendance entre les revendications présentées. REVENDICATIONS 1Procédé dc fabrication des moules employés pour la soudure aluminothermique de rails ou de barres caractérisé en ce que le moule n'est pas déplacé depuis le début de sa fabrication jusqu'à sa destruction finale après la solidification du métal d'apport, assurent ainsi sans précautions particu lières : positionnement, dimensionnement, étanchéité du moule, garanties d'un préchauffage correct et d'une liaison fiable. 2 Procédé de fabrication des moules selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il fait appel à des formes réalisées en matériau combustible, soit naturel (bois léger, tels que peuplier, balsa, roseaux)soit synthé tique (polystyrène ou autres polymères). 3 Procédé de fabrication des moules selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il fait appel à des formes d'épaisseur calibrées en fonction des profils à souder déterminées par 1 'expérience. 4 Procédé de fabrication des moules selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce qu'il fait appel à des formes insérées dans ltintercalaire prédéterminé en fonction du profil à souder après réglage et blocage des extrémités de barre. 5 Procédé de fabrication des moules selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les formes mentionnées ci-dessus ne sont pas extraites mécaniquement mais éliminées par combustion en- libérant l'espace réservé au métal d'apport, bourrelets, évents, coulées et masselottes après serrage du mélange réfractaire autour de ces formes et des extrémités de barres dans la carcasse servant d'armature au moule et pendant la période de préparation thermique qui précède toujours la coulée du métal de soudage.