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"PROCEDE POUR LA SOUDURE D'ABOUTS DE RAILS ET D'AUTRES ELEMENTS ' METALLIQUES"
Dans les superstructures des voies ferrées, on s'efforce de remplacer les joints de rails à éclisses utilisés jusqu'ici, par des joints. soudésA cet effet, on a appliqué divers procédés de soudure et établi divers systèmes, de joints de rails soudés.
Toutefois, seul le procédé de soudure Thermite a pria une grande extension.
Le principal défaut de ce dernier procédé - lequel est dispendieux par suite de l'emploi de matières coûteuses qu'il nécessite - réside dans le fait que la qualité de la soudure ne peut pas être contrôlée lors de l'opération et que, de plus, les joints de rails sont souvent aigres, ce qui donne facilement lieu à,des ruptures de rails.
L'électrosoudure par résistance exige, notamment là où l'on
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ne dispose pas de courant, des machines coûteuses et pesantes de grande puissance, circonstance qui, en raison des frais d'investissement élevés, rend ce procédé anti-économique.
L'électrosoudure à l'arc et la soudure autogène au chalumeau sont également coûteuses, car, si les dépenses de prernier éta- blissement sont moins élevées que dans les procédés décrits plus haut, il n'en est pas moins vrai que les matières utilisées, à savoir, les électrodes et le gaz et, éventuellement, les éclisses, augmentent sensiblement les frais. Un désavantage important de telles soudures, dans lesquelles il est fait usage le plus souvent d'éclisses d'assemblage, réside dans la modifica- tion brusque de la section transversale du joint, ainsi que dans le fait que le métàl reste soumis, pendant un temps prolongé, à l'action d'une température élevée, ce qui diminue la solidité de telles soudures, de sorte qu'il y a danger de rupture de rails notamment en présence d'efforts dynamiques.
Dans le cas de l'électrosoudure à l'arc, le refroidissement brusque a pour' effet que le métal devient cassant par endroits, ce qui peut également provoquer des ruptures de rails.
Dans le procédé de soudure suivant l'invention, qui sera décrit dans la suite, tous les inconvénients précités se trouvent éliminés. De plus, ce procédé ne nécessite pas de matières auxi- liaires coûteuses, ni n'implique des frais d'achat élevés pour des installations spéciales. Il ne fait pas usage d'éclisses.
Etant donnée la courte durée de l'opération, le métal des rails n'est que peu exposé à l'attaque par la chaleur ; conséquent, les joints de rails établis conformément à ce procédé sont supérieurs, au point de vue de la solidité, à ceux réalisés jusqu'ici.
Le procédé suivant l'invention est exécuté comme suit :
Les abouts de rails à réunir subissent, sur leurs faces en
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bout, un mécanisage préparatoire connu en soi, après quoi les surfaces métalliques polies appelées à être réunies, sont serrées l'une contre l'autre à l'aide des dispositifs connus en soi, afin que ces surfaces s'appliquent l'une contre l'autre; à joint aussi parfait que possible. On réchauffe ensuite tout le pourtour de la surface-manteau des abouts de rails de part et d'autre du jointe à proximité de celui-ci, à savoir, au voisinage immédiat et jusqu'à une distance de 70-140 mm, de ce joint, à l'aide d'une ou de plusieurs flammes, ce qui, en raison de la conductibilité thermique du métal des rails, a également pour effet de réchauffer toute la section à souder.
La dilatation due à la chaleur a pour effet d'augmenter la pression mutuelle des abouts des rails ; parconséquent, les joints se resserrent davantage, de sorte qu'une pénétration de gaz ou d'autres matières entre les surfaces à réunir est rendue impossible, excluant ainsi toute transformation, chimique qui pourrait nuire à la qualité de la soudure, telle que l'oxydation par exemple, ce qui permet d'obtenir un contact métallique pur.
Ce réchauffage indirect - basé sur la conductibilité thermique du métal des rails est appliqué jusqu'à ce qu'on atteint une température inférieure à celle du solidus (1300 C. par exemple, suivant la composition du métal), la soudure s'ef- fectuant alors par l'interpénétration de la structure cristalline des abouts.
Le réchauffage s'effectue de préférence à l'aide de flammes à haute température, par exemple à la flamme oxy-acétylique, procédé grâce auquel il suffit, pour obtenir une soudure absolu- ment parfaite, de réchauffer une zone étroite pendant un temps court. De ce fait, le réchauffage et le soudage: s'effectuent très rapidement, étant donné que les pertes de chaleur dues, d'une part, au rayonnement et, d'autre part,. à la conduction, sont faibles par rapport à la chaleur fournie. Des expériences
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faites avec des flammes à basse température ont démontré que, dans ce cas, il était nécessaire de prévoir une zone de réchauf- fage plus large et un temps de réchauffage plus long et que, de plus, ce temps de réchauffage plus long influençait défavorable- ment les caractéristiques du joint soudé.
Il existe même une limite inférieure de température au-dessous de laquelle la sou- dure des abouts des rails ne peut plus être réalisée, étant donné que les pertes de chaleur absorbent toute la quantité de chaleur fournie.
Du fait que la chaleur est apportée aux surfaces à réunir, par conduction depuis les surfaces-manteaux, la température de ces dernières sera toujours supérieure à celle des dites surfaces à réunir.
La température des surfaces-manteaux, et, par conséquent, la température de soudure, de même que la répartition de la quantité de chaleur fournie, peuvent être influencées par le guidage et le déplacement des flammes et par la variation de l'intensité de ces dernières. L'observation de la température sur le pourtour des surfaces-manteaux permet un réchauffage uniforme, tout en évitant des surchauffes- locales et les détério- rations de la structure, qui en résulteraient. La répartition uniforme de la température sur toute la surface à souder est favorisée par l'effet compensateur de la conduction et constitue une condition pour l'obtention de joints soudés d'une qualité et d'une sécurité aussi élevées que celles qui peuvent être assurées par le procédé suivant l'invention.
La matière constitutive des rails se dilate en cours de réchauffage et la pression due au serrage réciproque initial des abouts croît jusqu'à ce qu'on atteint la température du ramollissement, à partir de laquelle. la pression commence à décroître. Il est avantageux d'agir à l'encontre de la chute
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de la pression en renforçant le serrage, ce qui favorise l'inter- pénétration (soudure) des structures, laquelle commence déjà avec l'incandescence:.
La pression peut aussi être maintenue à une valeur uni- forme élevée pendant tout le processus de réchauffage, à l'aide d'un dispositif approprié, par exemple une presse hydraulique.
La durée de l'opération de, soudage est relativement réduite, à savoir 2-10 minutes environ. Les essais de résistance et l'examen microscopique du joint soudé montre que la matière du joint se distingue à peina- de la matière de base, ce qui explique la qualité inégalée- jusqu'ici des soudures réalisées suivant l'invention et qui valent la matière de. base.
Il y a lieu de remarquer ce qui suit :
Dans les procédés de soudure connus jusqu'ici par des brevets, les couches de contact des surfaces à souder sont portées à une température supérieure à celle du solidus, et tout au moins jusqu'à celle de commencement de fusion, la structure cristalline étant ainsi dissociée. Ceci s'applique au soudage bien connu au feu de forge, à la température caractérisée par la projection de flammèches. C'est également le cas pour le procédé Therrnite, (de Goldschmidt), pour l'électrosoudure par résistance et pour les autres procédés connus comme procédés de soudure sous pres- sion.
Pour réaliser une soudure suivant ces procédés, on presse l'un contre l'autre les abouts à souder, afin. d'expulser par pression les parties ramollies et liquides,. ce qui permet de chasser également les parties interposées et qui ont subi une transformation chimique - par exemple une. oxydation due au réchauffage - jusqu'à ce que les couches saines de la structure de basa des deux abouts viennent directement en contact et se soudent l'une à l'autre.
Toutefois, la qualité d'une telle soudure dépend toujours du
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fait, à savoir, si l'on réussit à expulser de la zone de soudure, la totalité de la matière dont la structure a été détériorée par le ramollissement ou la fusion, expulsion qui est d'autant plus difficile que les dimensions des surfaces à souder sont plus importantes et que leur forme est plus compliquée. Les inclusions de telles matières dans la soudure influencent défavorablement la qualité de l'ensemble du joint soudé. Or, les procédés de soudure appliqués jusqu'à présent ne pouvaient pas être réalisés sans réchauffer la totalité de la surface à souder jusqu'au-dessus du solidus et tout au moins jusqu'à la fusion.
Du fait que le mode de réchauffage pratiqué jusqu'à présent ne pouvait pas assurer sur toute la surface à souder une température aussi uniforme que cela est nécessaire pour souder au-dessous du solidus, on a méconnu la possibilité d'une telle soudure. Dans les procédés de soudure connus jusqu'ici, il est impossible d'éviter des inclusions présentant une structure détruite en raison des surchauffes locales, et qui influencent défavorable- ment la qualité du joint soudé, si l'on ne dépasse pas la tempé- rature du solidus dans une mesure telle, que la matière entre en fusion,. tout au moins à la surface, les dites inclusions étant alors expulsées par pression.
Ceci apparaît de la façon la plus caractéristique dans le cas de l'électrosoudure par résistance où, même lorsque les sur- faces à souder s'appliquent l'une contre l'autre à contact par- fait, la résistance présente inévitablement des valeurs différentes en divers points de ces surfaces, provoquant ainsi des différences de température locales dont l'effet préjudiciable est corrigé dans la mesure du possible par une élévation appropriée de la @@température au-dessus du solidus et, par conséquent, par une fusion des couches limitrophes des deux abouts, avec expulsion
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subséquente, par pression, des parties à structure détruite. La surface polie de tels joints soudés fait apparaître nettement le sens dans lequel s'est opérée l'expulsion.
Dans le procédé suivant l'invention, on applique la nouvelle notion suivant laquelle-les surfaces à souder pressées l'une contre l'autm se soudent à la suite d'un réchauffage. à une tem- pérature inférieure à celle du solidus, sans dissociation de la structure cristalline, l'interpénétration des textures cristalli- nes étant telle qu'une surface polie du joint soudé ne fait appa- raître aucun.plan de séparation., Grâce à cette façon de procéder, on évite la destruction de la texture; d'une partie quelconque de la zone soudée, ainsi que des inclusions réduisant la résistance du joint. C'est ainsi seulement que s'explique le fait que les soudures suivant l'invention possèdent une qualité et une sécurité supérieures à celles de toutes les autres soudures.
La texture cristalline de la nouvelle soudure- ne fait apparaître aucun plan de délimitation, ni des lignes marquant la direction dans laquelle s'est opéré le refoulement des inclusions. Les textures cris- tallines des surfaces soudées s'interpénètrent mutuellement dans la zone-limite, autrement dit les réseaux cristallins de ces surfaces ne présentent pas de solution de continuité dans cette zone, alors que, dans les procédés connus jusqu'ici,, les couches; extrêmes, à structure détruite, des abouts,. sont refoulées et "exprimées" comme telles et sont remplacées par des couches plus profondes, à structure saine, ces dernières couches étant appelées à s'unir dans la zone de soudure, pour autant au'elles ne renfer- ment pas d'inclusions à structure détruite, susceptibles de diminuer encore la qualité de la soudure.
On voit donc clairement que la qualité d'une telle soudure dépend du hasard dans une mesure sensiblement plus grande que la soudure suivant l'inven- tion, étant donné que, d'une part,. la température n'est pas
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uniformément répartie sur toute la section et, d'autre part, l'expulsion, par pression, des parties détruites ne s'opère pas avec certitude.
Le procédé suivant l'invention permet également de souder ré- deux surfaces juxtaposées en une seule opération de/chauffage.
Ceci se présente par exemple lorsqu'il s'agit de souder des rails dans une voie existante, dans le cas où, afin d'éviter la pose ou la rectification de rails ou de traverses, on intercale des tronçons de rails intermédiaires entre les abouts existants.
Pour abaisser le coût du procédé, on peut opérer un pré- chauffage des extrémités des rails avec des flammes moins coû- teuses et n'employer la flamme plus coûteuse que dans la suite.
Si nécessaire, on peut également utiliser de telles flammes au- xiliaires pour appliquer un traitement thermique complémentaire.
Le procédé suivant l'invention permet également de souder d'autres objets eh aciar fondu, tels que poutrelles, tubes, etc..
Ce procédé est en outre applicable à d'autres métaux soudables.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé pour la soudure d'abouts de rails et analogues, caractérisé en ce que les surfaces à réunir, polies par mécani- sage et juxtaposées à contact intime,de ces abouts, sont pressées l'une contre l'autre, après quoi les surfaces-manteaux-visibles de l'extérieur et voisines des dites surfaces à réunir, sont réchauffées sur la totalité de leur pourtour à l'aide d'une ou de plusieurs flamnes, avec application simultanée de la pression, ce réchauffage étant tel que les surfaces à réunir, pressées l'une contre l'autre, sont portées à une température inférieure à celle du solidus, et se soudent ensuite l'une à l'autre.