Brevet FR2700344A1 — publié le 19940713

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément pour appareil de voie ferroviaire tel un coeur de croisement ou une pointe d'aiguille comportant une partie centrale en acier du type Hadfield et des antennes en rail normalisé en acier au carbone soudables aux rails classiques en acier au carbone de la voie courante. Comme on le sait, les coeurs de croisement pour voies ferrées par exemple sont réalisables de plusieurs façons. Une solution est constituée de rails assemblés boulonnés entre eux, mais on constate que, dans ce genre de construction, sous l'effet des charges et de la vitesse, les assemblages se détériorent en même temps qu'une usure importante apparaît sur les pointes et les pattes de lièvre. Les coûts d'entretien qui augmentent avec le coût de la main d'oeuvre, sont d'autant plus importants que la vitesse et les charges croissent, ce qui est la tendance naturelle de l'exploitation ferroviaire. Une autre solution est constituée de coeurs "composites". La construction de ces coeurs fait appel en général à deux natures de matériaux : le rail classique d'une part, et un matériau dur pour la pointe d'autre part, ce qui améliore certes la tenue des zones soumises au choc des essieux au franchissement de la lacune du coeur, mais n'élimine pas l'assemblage boulonné, qui, sous l'effet des chocs inévitables sur les coeurs à pointe fixe, a une propension à se disloquer. Une autre solution est constituée par les coeurs moulés en acier au manganèse, qui éliminent les assemblages boulonnés. L'intérêt de cette solution est lié à la maîtrise acquise du soudage de l'acier au manganèse sur l'acier au carbone qui permet d'éliminer les éclissages en extrémité du coeur, donc le matage de la surface de roulement aux extrémités et les risques de fissures dans les portées d'éclissage. On sait que les longs rails soudés sont maintenant d'un usage très répandu et que l'opération qui consiste à souder les appareils de voie à la voie qui les encadre, opération qui a nom "incorporation des appareils dans les longs rails soudés", est devenue une opération courante. Les coeurs de croisement ou autres similaires utilisés pour être incorporés dans les longs rails soudés se composent habituellement d'une partie centrale ou médiane en acier au manganèse ou Hadfield, d'antennes ou tronçons en rail et de pièces intermédiaires ou entretoises en acier à faible teneur en carbone. En raison de la nature des aciers à souder, la liaison de la partie centrale en acier Hadfield et des antennes en acier au carbone n'est pas réalisable dans des conditions satisfaisantes par soudure directe. C'est pourquoi cette liaison se fait en atelier avec interposition d'une pièce intermédiaire ou entretoise en acier austénitique ou austéno-ferritique, soudée d'une part par l'une de ses tranches au rail et d'autre part par l'autre de ses tranches à la partie centrale en acier au manganèse.Les antennes elles-mêmes sont ensuite soudées sur le terrain, par le procédé aluminothermique aux rails de la voie courante qui l'encadrent. Il est clair que pour des raisons économiques dans cette construction, la partie centrale est réduite à la plus petite dimension longitudinale compatible avec la réalisation des soudures pour réduire le coût de la pièce. En outre, pour assurer une plus grande résistance à l'usure, la partie médiane en acier au manganèse peut au préalable être préécrouie par diverses techniques tels que traitement à l'explosif, pressage, projections de billes, martelage, galetage, et l'entretoise en rail peut, quant à elle, être traitée thermiquement pour augmenter sa dureté, l'ensemble conservant dans ces conditions une homogénéité dans sa dureté. On a déjà proposé diverses techniques pour la construction de tels coeurs - moulage de pièces intermédiaires ou entretoises en alliage austino-ferritique à faible teneur en carbone ayant subi une hypertrempe, - dépôt de pièces intermédiaires ou entretoises en acier inoxydable austino-ferritique sur les antennes en utilisant un moule en cuivre, - dépôt de pièces intermédiaires ou entretoises à l'aide d'un fil ou d'une électrode comme exposé dans le document FR 2 675 724, - soudage côté partie centrale et côté antenne en rail par étincelage. La solution dépôt inox dans un moule en cuivre affecte, du fait de la durée nécessaire à sa réalisation, d'une part la structure métallurgique du rail et d'autre part se révèle très onéreuse du fait de l'usure de moules. La solution dépôt à l'aide d'un fil ou électrode fait appel à des techniques très particulières délicates à mettre en oeuvre. La solution étincelage consomme un métal cher lors des opérations de soudage. La soudure par étincelage provoque des bourrelets de soudure importants qui doivent être éliminés par burinage et meulage avec beaucoup de précautions et de précision. La soudure par étincelage affecte thermiquement la structure métallurgique de l'antenne en rail surtout lorsque les rails sont traités thermiquement. Le but de l'invention et son originalité consistent à utiliser deux procédés de soudage différents pour relier les parties intermédiaires ou entretoises à la partie médiane en acier au manganèse et aux tronçons en rail au carbone éventuellement traités thermiquement. L'invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'un élément d'un appareil de voie ferroviaire notamment un coeur de croisement ou une pointe d'aiguille comprenant une partie médiane en acier au manganèse avec au moins une branche et au moins un tronçon de rail normalisé en acier au carbone entre lesquels est fixée une entretoise relativement courte délimitée par deux tranches opposées. Ce procédé est remarquable en ce qu'on place le tronçon de rail dans une atmosphère raréfiée, on soude à l'aide d'un faisceau d'électrons l'une des tranches de l'entretoise au tronçon de rail en atmosphère raréfiée, on met à l'air libre le tronçon de rail et l'entretoise soudés l'un à l'autre et on soude par étincelage l'autre des tranches de l'entretoise à la branche de la partie médiane. L'invention a aussi pour objet un élément de voie ferroviaire obtenu selon le procédé exposé auparavant. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où - la Figure 1 est une vue perspective d'un coeur de croisement fabriqué selon l'invention; et - la Figure 2 est une vue latérale partielle du coeur de croisement de la Figure 1. Les appareils de voies ferroviaires et, en particulier, les coeurs de croisement étant bien connus dans la technique ainsi que les techniques classiques pour les fabriquer, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement l'invention. Pour le surplus, l'homme du métier de la technique considérée puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifier un élément homologue quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'exécution. Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un coeur de croisement avant d'en indiquer le procédé de fabrication. Un élément d'un appareil de voie ferroviaire tel un coeur de croisement comprend, essentiellement, une partie 10 médiane avec au moins une branche 11 et pour le mode de réalisation illustré quatre, ainsi qu'au moins un tronçon ou antenne 20 en rail normalisé relié à une branche correspondante 11, par une entretoise 30 délimitée par deux tranches 31, 32 opposées. Chacune des tranches 31, 32 est fixée, comme exposé par la suite, à une face 100, 200 correspondante de la partie médiane 10 et de l'antenne 20, respectivement. La partie médiane 10 est faite en acier au manganèse ou Hadfield et l'antenne 20 est faite en rail classique en acier au carbone. L'entretoise 30 est, de préférence, découpée dans une tôle épaisse de l'ordre de 15-25 mm environ faite en un acier de nuance appropriée. Pour associer l'entretoise 30 d'abord à l'antenne 20 puis à la branche 11 de la partie médiane 10 on utilise deux techniques de soudage différentes, à savoir d'abord un soudage par faisceau d'électrons et ensuite un soudage par étincelage. En opérant ainsi de la sorte, dans cet ordre, on peut faire le soudage par faisceau d'électrons dans des conditions pratiques puisque les constituants à placer sous atmosphère raréfiée ou "sous vide" sont de dimensions relativement modestes et n'imposent pas d'installation démesurées où il est toujours difficile d'obtenir et de maintenir une dépression importante permettant seule d'opérer avec un faisceau d'électrons. En effet, l'antenne a une longueur n'excédant pas quelques mètres, par exemple de l'ordre de 3000 mm environ. Dans une première opération, l'entretoise 30 est soudée par sa tranche 32 à la face 200 de l'antenne 20 par faisceau d'électrons. Cette opération qui se fait sous vide est réalisable parce que les dimensions d'une antenne seule sont relativement modestes étant donné qu'un rail de grand profil s'inscrit dans une section rectangulaire de 180 mm x 160 mm. L'avantage du faisceau d'électrons est qu'il ne consomme pas de matière de l'entretoise 30 dont le coût est élevé, qu'il élimine les opérations ultérieures d'ébavurage et n'affecte pas la structure métallurgique d'un rail éventuellement traité thermiquement. Dans une deuxième opération, l'entretoise 30 est soudée à la branche 11 en acier Hadfield par étincelage. Une autre particularité de l'invention consiste à réaliser l'entretoise 30 non seulement dans une pièce moulée ou forgée longue, mais de préférence dans une tôle dont l'épaisseur est comprise par exemple entre 15 mm et 25 mm environ dans laquelle le profil du rail reproduit est découpé, ce qui élimine les pertes de métal qu'on observe lorsque l'entretoise provient d'une barre forgée ou moulée. L'invention a été décrite à propos d'un coeur de croisement mais il est clair qu'elle convient à d'autres éléments d'appareils de voie ferroviaire, par exemple des pointes d'aiguille. Ce qui précède met bien en lumière les particularités de 1 invention, l'intérêt qu'elle offre et les avantages qu'elle procure. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la fabrication d'un élément d'un appareil de voie ferroviaire notamment un coeur de croisement ou une pointe d'aiguille comprenant une partie (10) médiane en acier au manganèse avec au moins une branche (11) et au moins un tronçon (20) de rail normalisé en acier au carbone entre lesquels est fixée une entretoise (30) relativement courte délimitée par deux tranches (31, 32) opposées, caractérisé en ce qu'on place le tronçon de rail (20) dans une atmosphère raréfiée, on soude à l'aide d'un faisceau d'électrons l'une des tranches de l'entretoise (30) au tronçon de rail (20) en atmosphère raréfiée, on met à l'air libre le tronçon de rail (20) et l'entretoise (30) soudés l'un de l'autre et on soude par étincelage l'autre des tranches de l'entretoise (30) à la branche (11) de la partie médiane (10). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une partie médiane (10) en acier Hadfield. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise une entretoise (30) faite en tôle épaisse découpée. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une entretoise (30) en profil de rail normalisé. 5 - Elément d'appareil de voie ferroviaire caractérisé en ce qu'il est fabriqué conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.