Brevet FR2604646A1 — publié le 19880408

Procédé de raccordement d'une pièce en acier austénitique au manganèse à une pièce en acier ordinaire. L'invention a pour objet un procédé de raccordement d'un appareil de voie en acier austénitique au manganèse à une pièce en acier ordinaire par fusion aluminothermique et coulée d'un métal de jonction. Dans le brevet français 81 13 940 (Creusot-Loire) on a proposé d'utiliser pour l'appareil de voie un acier de composition particulière permettant d'assembler aux rails cet appareil, muni d'un coupon de jonction en acier au chromenickel, sans traitement thermique préalable et sans traitement thermique ultérieur au soudage de raccordement. Cet acier particulier contient de G,7 à 0,9/; de carbone, moine de 1% de silicium de 13 È 15S de manoanèse et dE 1 à 1,6 de molybdènE. Pour simplifier la fabrication en évitant le soudage préa- lable en atelier de coupons de raccordement au chromenickel sur l'appareil de voie, le brevet français 84 16 377 a proposé de constituer sur le chantier la pièce de jonction en acier au chrome-nickel entre l'appareil de voie et les rails, en utilisant la technique alumino-thermique classique, c'est-à-dire la technique dénommée couramment procédé BOUTET, par utilisation d'un moule communiquant avec un creuset de fusion dont la base se termine par une douille de couve et qui contient un mélange de poudre dans lequel les éléments constitutifs de la pièce de jonction sont refondus par la chaleur dégagée par la réaction aluminothermique. Dans ce procédé, le mélange de poudre comprend donc de l'aluminium, un oxyde de fer, des matières fluidisantes pulvérulentes, ainsi que les quantités nécessaires d'oxyde de chrome et d'oxyde de nickel. Or on a eu la surprise de constater qu'en appliquant le procédé ci-dessus à un appareil de voie, en acier du type particulier proposé dans le brevet français 81 13 94G, avec des charges de soudure contenant essentiellement et exclusivement de l'oxyde de fer, de oxyde de nickel,de l'aluminium et divers éléments d'alliage, habituels.Dans cette technique d'alumino-thermie, a' l'exclusion de tout oxyde de chrome, on obtient des temps de réaction inférieurs à 30 secondes, c'est-à-dire compatibles avec les temps de débouchage des /pa#xem le/ douilles automatiques utiliTe d gs-lé procédé BOUTET décrit au brevet français 73-10509 du 23 MARS 1973 pour les soudures aluminothermiques de raccordement rail/rail en voie ou en atelier, des temps de mise en oeuvre totale similaires à ceux d'une soudure classique suivant ce procédé, et une qualité d'ensemble des soudures identiques à celle exigée de ces soudures classiques. A titre d'exemple non limitatif, on va maintenant décrire un procédé de raccordement direct par soudure aluminothermique procédé BOUTET, suivant l'invention, d'un coeur de voie en acier austénitique au manganèse d'une nuance telle que decri- te dans le brevet & -13940 du 17 JUILLET 1981 sur un rail de qualité naturellement dure -70 ou 93 kg/mm -. Les extrémités de la file de voie du coeur en acier austénitique au manganèse et celle du rail sont alignées et réglées, notamment au niveau du chemin de roulement, suivant la pratique courante de toute soudure aluminothermique procédé BOUTET en voie ou en atelier. Entre les deux extrémités du coeur et du rail est ménagé un intercalaire allant de 21 à 25 mm. De part et d'autre de cet intercalaire sont disposés deux demimoules en matériau réfractaire, adaptés au profil du coeur de voie et du rail, et sous -le patin du rail et du coeur, à cheval sur l'intercalaire, une briquette en matériau réfractaire tenu par une plaque de fond, selon le procédé BOUTET, accrochée au patin du coeur de voie et à celui du rail. Après étanchéification de l'ensemble de manière classique comme pour toute soudure aluminothermique à l'aide d'une pâte réfractaire appelée communément 'pâte à luter", l'ensemble forme un corps creux muni d'évents et de systèmes d'alimentation similaires à ceux utilisés, de façon habituelle pour le procédé BOUTET, dans lequel sera coulé le métal aluminothermique destiné à la réalisation de la soudure directe coeur de voie-rail. Suivant l'invention, le métal aluminothermique servant à réaliser la soudure et à assurer une. solution de continuité entre le coeur de voie et le rail est obtenu par réaction aluminothermique d'un mélange -ou charge- comportant, à titre nullement limitatif - 5 700 g d'oxyde de fer, - 2 000 g d'oxyde de nickel NiO, - environ 2 000 g de grenaille d'aluminium, - 850 g d'éléments d'alliage usuels. Cette charge est placée dans un creuset réfractaire mobile accroché au rail et muni à sa par ive inférieure d'un logement par exemple dans lequel vient s'insérer une douille/à déFouchage automatique (procédé BOUTET) telle que décrite dans le brevet fran çais 73-10509. Après préchauffage des extrémités du coeur et du rail à l'intérieur du moule en matériau réfractaire pendant 5 minutes, un bouchon en matériau réfractaire destiné à l'alimentation de l'intercalaire et des évents en métal aluminothermique est mis en place, le creuset contenant la charge est positionné au dessus dudit bouchon, au droit de l'intercalaire. La réaction exothermique de la charge aluminothermique est amorcée à l'aide d'une allumette pyrotechnique. Après décantation à la surface du bain métallique en fusion dans le creuset des produits de désoxydation de la réaction aluminothermique produit appelé communément "corindon" - la douille à débouchage automatique libère l'acier aluminothermique, au bout d'un temps compris entre 17 et 23 secondes de manière identique à celle d'une soudure aluminothermique classique de rails. La chaleur apportée par le métal aluminothermique ainsi coulé suivant l'invention sert à fondre les extrémités du coeur de voie en acier austénitique au manganèse et du rail et à combler l'intercalaire aménagé entre les deux de façon à assurer une solution de continuité parfaite entre le matériau du coeur de voie et celui du rail comme cela se pratique communément en voie ou en atelier pour le soudage aluminothermique de rails suivant le procédé BOUTET. Après un certain temps d'attente, la partie supérieure du moule est cassée, comme cela se pratique communément en voie ou en atelier, en veillant à ce que le métal de la masselotte situé au-dessus du champignon de l'ensemble ne coule pas et soit ainsi à l'état solide. La masselotte et les systèmes d'alimentation sont alors tranchés, suivant la pratique couranteen voie ou en atelier, à la trancheuse hydraulique, au groupe marteau-burineur ou à la masse et tranche à chaud. La soudure directe ainsi réalisée se refroidit alors de manière naturelle à l'air comme dans la pratique courante des soudures aluminothermiques de rails en voie qu en atelier, la plaque de fond munie de sa briquette ainsi que la partie inférieure du moule étant laissés en place au minimum jusqu'au moment du meulage de dégrossissage effectué dans les conditions habituelles des soudures aluminothermiques de rails en voie. Les conditions de réalisation du procédé de soudage suivant l'invention ne sont pas limitatives et peuvent être adaptées sans problème, suivant les impératifs de la voie, au cas d'intercalaires plus larges entre extrémité du coeur et du rail ou à d'autres modes de préchauffage, le principe de l'invention restant le même, à savoir soudage direct d'un coeur de voie en acier austénitique au manganèse de composition telle que décrite dans le brevet 81-13940 à partir d'une charge aluminothermique selon l'invention. Les conditions de mise en oeuvre en voie ou en atelier restant identiques à celles décrites dans l'exemple non limitatif sus-mentionné à savoir alignement et réglage des extrémités du coeur de voie et du rail, ajustement de l'intercalaire, utilisation de moules en matériaux réfractaires classiques, utilisation d'une douille à débouchage automatique placée au fond du creuset contenant la charge de soudure suivant l'invention, - préchauffage des extrémités du coeur de vDie et du rail a l'intérieur du moule réfractaire, mise en place d'un bouchon à la partie supérieure du moule, amorçage de la réaction aluminothermique de la charge de soudure, débouchage de la douille automatique dans les temps habi tuels, coulée et soudage du métal aluminothermique servant à réa liser la soudure suivant l'invention, et parachèvement de la soudure (meulage, mise au profil et nettoyage de la soudure ...) dans les conditions habituel les d'exécution en voie ou en atalier d'une soudure alumi nothermique classique de soudage de rails. Revendications 1.- Procédé de raccordement d'un appareil de voie en acier austénitique au manganèse àa'une pièce en acier ordinaire par fusion aluminothermique et coulée d'un métal de jonction dans lequel l'appareil de voie est en un acier contenant de 0,7 à 0,9% de carbone, moins de 1% de silicium, de 13 à 15% de manganèse et de 1 à 1,8% de molybdène, caractérisé par le fait qu'on effectue la soudure aluminothermique selon la technique dite procédé BOUTET" par utilisation d'un moule communiquant avec un creuset de fusion dont la base se termine par une douille de coulée et qui contient un mélange de poudre dans lequel les éléments constitutifs de la pièce de jonction sont refondus par la chaleur dégagée par la réaction aluminothermique et qu'on emploie des charges de soudure contenant essentiellement et exclusivement de l'oxyde de fer, de l'oxyda de nickel, de 1 'alumi- nium et divers éléments d'alliage, habituels dans cette technique d'alumino-thermie, à l'exclusion de tout oxyde de chrome. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la charge renferme sensiblement 65 d'oxyde de fer, 25 d'oxyde de nickel, 10 d'éléments d'alliage et de la grenaille d'aluminium en proportion sensiblement égale à 25% en poids du total des autres éléments.