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"FABRICATION D'OBJETS METALLIQUES COMPLEXES"
L'invention concerne un procédé et un appareil de fabrication d'objets métalliques complexes. Elle s'applique particulièrement à un procédé et appareil de fabrication d'objets métalliques complexes comportant une portion de support et une portion formant une surface de protection et qui, en service subit une usure mécanique ou une oxydation aux températures élevées.
Jusqu'à présent, les objets de ce type ont été généralement fabriqués en appliquant à la main une baguette de soudure et faisant agir une source de chaleur à haute température, telle qu'une flamme oxy-acétylénique ou un arc électrique, sur la surface sur laquelle le métal protecteur doit être déposé. Mais ce procédé est assez lent et exige une
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grande habileté de la part de l'opérateur. Il arrive souvent qu'en raison de l'inacessibilité de la surface sur laquelle la couche protectrice doit être déposée, ce procédé à la main est inapplicable sinon difficilement applicable.
Par exemple dans certains types de soupapes ou de coussinets, la surface du siège ou de la portée est située si profondément dans le corps de la soupape ou du coussinet que l'application à la main dans des conditions satisfaisantes d'une baguette de soudure et d'une flamme de soudure serait fortement gênée dans la pratique, sinon impossible.
Un des objets de l'invention consiste donc en un procédé et un appareil destinés à déposer par fusion une ou plusieurs couches de métal protecteur sur une pièce métallique, en obtenant ainsi une couche lisse de ce métal protecteur avec rapidité et sans avoir besoin d'une grande habileté.
Un autre objet de l'invention consiste à rendre plus facile le dépôt d'une couche de métal protecteur sur des portions difficilement accessibles d'une pièce métallique.
En vue d'arriver à ces résultats, ainsi qu'à d'autres, l'invention consiste essentiellement en un procédé de fabrication d'objets métalliques complexes comportant une portion principale et une portion additionnelle appliquée par fusion sur la première et possédant des propriétés différentes de celles de la portion principale dans les conditions auxquelles l'objet complexe peut être exposé en service, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on emploie un dispositif retenant le métal fondu approprié de la portion additionnelle sur une ou plusieurs zones déterminées de la surface de la portion principale ou en combinaison avec cette surface, on place ce métal sous forme solide dans ce dispositif de retenue,
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on fait subir à l'objet ainsi préparé l'action d'une température élevée dans un four pendant un temps suffisant pour former un joint soudé entre la portion principale et la portion d'addition fondue et on solidifie l'objet complexe ainsi obtenu. L'invention consiste aussi en un appareil servant à mettre en pratique le procédé précité et qui comporte comme éléments essentiels une chambre à haute température devant être remplie par une atmosphère non oxydante , une chambre de refroidissement voisine de la chambre à haute température et communiquant avec elle et un dispositif faisant passer les objets de la chambre à haute température dans la chambre de refroidissement.
Sur le dessin annexé qui représente à titre d'exemple quelques objets types fabriqués suivant l'invention et une forme d'un type de four convenant à l'application du procédé de l'invention :
La figure 1 est une vue en perspective d'un siège annulaire de soupape préparé en vue de recevoir le métal protecteur;
La figure 2 est une coupe transversale du siège de soupape faisant apparaître la couche annulaire de métal protecteur formée sur lui après fusion;
La figure 3 est une vue en perspective d'un fragment préparé en vue de recevoir le métal protecteur en employant un bouchon réfractaire;
La figure 4 est une coupe transversale du siège de soupape fini, faisant apparaître la surface du siège formée sur lui par le métal protecteur;
La figure 5 représente un corps de soupape en coupe transversale comportant un siège de soupape situé profondé-
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ment et préparé en vue de recevoir une couche de métal protecteur ;
La figure 6 est une coupe transversale du même corps de soupape fini;
Les figures 7 et 8 sont des coupes transversales respectives d'un coussinet préparé en vue de recevoir une couche intérieure d'un métal protecteur et du même coussinet fini ;
La figure 9 est une coupe transversale d'un coussinet préparé en vue de recevoir une couche intérieure d'un métal protecteur et représente une variante du procédé des figures 7 et 8;
Les figures 10 et 11 sont des coupes transversales respectives d'un arbre préparé en vue de recevoir une surface de portée extérieure en métal protecteur et du même arbre fini;
La figure 12 est une coupe transversale d'une extrémité d'un arbre préparé en vue de recevoir une surface de portée extérieure en métal protecteur et représente une variante du procédé des figures 10 et 11;
Les figures 13, 14 et 15 sont des coupes transversales d'un objet métallique complexe préparé en vue de recevoir un apport de métal protecteur (fig. 13) et du même objet fini (figures 14 et 15);
La figure 16 est une coupe transversale schématique d'un moule réfractaire et d'une tête de soupape placée dans le moule avant de recevoir une couche de métal protecteur et
La figure 17 est une vue en plan schématique d'un four convenant à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
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D'une manière générale l'invention comprend les opérations suivantes :
1) On prépare l'objet à traiter en formant sur lui ou en combinaison avec lui un dispositif destiné à retenir le métal protecteur ;
2) On fait passer l'objet ainsi préparé, de préférence par une opération continue dans une zone à haute température d'un four maintenu à une température de préférence supérieure au point de fusion du métal de base et
3) On fait passer l'objet de la zone à haute température du four dans une ou plusieurs zones de refroidissement de préférence immédiatement adjacentes, pour y refroidir et solidifier l'objet complexe ainsi obtenu.
La température dans le four varie suivant le poids et la composition de l'objet sur lequel le métal protecteur doit être appliqué. Par exemple, si on traite des objets en acier en y appliquant un alliage résistant à l'usure du type cobalt-chrome-tungstène, connu sous le nom de "Stellite", dont le point de fusion est sensiblement plus bas que celui de l'acier, la température du four peut être comprise environ entre 1300 et 1500 .
On peut employer comme couche protectrice, en en retirant des avantages analogues, d'autres métaux, tels que le bronze, le métal "Monel" et l'acier riche en chrome.
Dans le cas de certains alliages, par exemple le bronze, il peut être avantageux de préparer l'alliage constituant le métal protecteur, sur place, en disposant les éléments d'alliage dans le dispositif de retenue et en formant ainsi l'alliage en même temps et par les mêmes opérations qui servent à fabriquer l'objet recouvert de la couche protectrice, qu'on désire obtenir.
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Le four servant à l'application du procédé de l'invention peut être d'un type quelconque approprié. On peut employer un four électrique à enroulement en molybdène, en faisant régner dans la zone à haute température une atmosphère non oxydante, par exemple une atmosphère d'hydrogène, pour empêcher l'oxydation de l'enroulement en molybdène. Avec d'autres types d'éléments de chauffage, on peut employer une atmosphère neutre ou réductrice pour empêcher une formation excessive d'oxyde sur le métal de base de l'objet à traiter.
A titre d'exemple du procédé de préparation des objets suivant l'opération 1) indiquée ci-dessus, la figure 1 représente un siège de soupape 10, dans lequel on forme un évidement 11 par découpage à la machine ou toute autre opération appropriée. On place dans cet évidement des morceaux du métal protecteur 12 et s'il y a lieu une matière formant flux 12, avant d'exposer l'objet à la haute température du four. Lorsqu'on expose l'objet ainsi préparé à cette température élevée, le métal protecteur fond et remplit l'évidement 11 en adhérant en même temps par fusion au métal de base de l'objet. La couche annulaire 14 obtenue est représentée en coupe transversale sur la figure 2. Une fois l'objet complètement refroidi et solidifié, on supprime la paroi de retenue intérieure 15 (fig. 1), par exemple à la meule.
Le siège de soupape fini est représenté sur la figure 4, qui fait apparaître une surface lisse 16 de métal protecteur formant le siège. Au lieu de former l'évidement recevant le métal protecteur dans l'article lui-même, on peut employer une pièce rapportée ou bouchon réfractaire 17, qui, combiné avec le bordtaillé en biseau, forme une gorge de retenue de ce métal (fig. 3). Une fois l'opération de fusion terminée,
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on enlève le bouchon réfractaire, et par une opération de finissage ultérieure on obtient un siège de soupape semblable à celui de la figure 4.
La figure 5 représente la coupe transversale d'un corps de soupape 18, dans lequel le siège de soupape 19 est situé à grande profondeur dans le corps de soupape. Dans ce cas et dans les cas analogues, il est avantageux de forger ou de fabriquer le corps de soupape 18 de toute autre manière, de façon à conserver un noyau 20 solidaire du métal de base du corps de soupape, qui, en combinaison avec une paroi en biseau 21. forme un évidement dans le corps de soupape, recevant le métal protecteur. Une fois ce métal soudé sur le métal de base du corps de soupape dans la zone de haute température d'un four, il constitue une couche 22 annulaire, relativement profonde de métal protecteur.
En faisant disparaître au forêt le noyau 20 et découpant à la machine d'une manière appropriée la surface de métal protecteur, mise à nu par l'opération de perçage, on obtient une surface 23 (fig. 6) formant le siège.
Les figures 7 et 8 représentent à titre d'exemple un procédé permettant de former une surface de portée intérieure en métal protecteur dans un coussinet 24. On conserve un noyau 25 du métal de base dans le bloc constituant le coussinet, en y découpant une profonde rainure annulaire 26, qu'on remplit ensuite de morceaux du métal protecteur de la même manière que ci-dessus. Une fois l'opération de fusion terminée, on enlève le noyau 25 par un forêt et on obtient ainsi une surface de portée intérieure cylindrique 27 de métal protecteur (fig. 8).
Il peut être parfois plus économique de se dispenser de découper la profonde rainure annulaire 26,
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opération qui peut être aifficile. Dans ce cas on découpe un évidement cylindrique 28 (fig. 9) plus facile à obtenir et on place un bout de tube 29,d'un diamètre extérieur approprié et en un métal approprié dans l'évidement cylindrique et à peu près dans le même axe. On forme ainsi une profonde rainure annulaire entre la paroi intérieure de l'évidement cylindrique et la paroi extérieure du tube. S'il y a lieu on peut souder l'extrémité du tube reposant sur le fond 30 de l'évidement 28 sur ce fond, ainsi qu'on peut le voir en 31, pour former un récipient étanche pour le métal protecteur fondu 32.
Une fois l'opération de fusion terminée, on enlève le tube 29 d'une manière quelconque appropriée en mettant ainsi à nu une surface intérieure de métal protecteur, qui, après avoir été usinée, constitue la surface de portée intérieure du coussinet semblable à celle qui est indiquée en gz sur la figure 8.
Le procédé de l'invention s'applique aussi de luimême facilement à la formation d'une surface de portée exté- rieure aux extrémités des arores et similaires. La figure 10 représente une coupe transversale d'un arbre 33 comportant une profonde rainure annulaire 34 à son extrême bout pour recevoir le métal protecteur 35. La paroi de retenue extérieure 36, formée par le métal de base de l'arbre, est enlevée, une fois le métal protecteur 35 convenablement soudé, de façon à laisser découverte une surface 37 de métal protecteur qui, après usinage, constitue la surface de portée cylindrique à l'extrémité de l'arbre (fig. 11). La figure 12 représente une variante de ce procédé.
On découpe une portion en échelon 38 à l'extrémité de l'arbre 33 et on soude en 40 périphériquement un bout de tube de diamètre et en une matière appropriés 39
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sur la surface cylindrique extérieure de l'arbre 33, en formant ainsi un évidement annulaire profond entre la paroi intérieure du tube 39 et la paroi extérieure 41 de l'extrême bout découpé de l'arbre 33. Cet évidement forme un récipient étanche pour le métal protecteur fondu 42. Après avoir enlevé le tube 39 par un moyen quelconque approprié, on obtient une surface de portée extérieure en métal protecteur sur le bout extrême de l'arbre 33, semblable à celle qui ést indiquée en 37 sur la figure 11.
Une autre application avantageuse du procédé de l'invention consiste en la fabrication d'objets complexes à surface rapportée en métal protecteur. La figure 13 est une coupe transversale d'une barre métallique 43 en un métal de base approprié et forgée ou façonnée de toute autre manière, de façon à former au voisinage d'une de ses surfaces deux parois de retenue latérales 44. La cavité peu profonde constituée par ces deux parois et la surface intermédiaire 45 forme un récipient pour le métal protecteur 46 qui doit y être fondu.
Une fois l'opération de fusion terminée, on enlève les parois de retenue 44 et les portions de surface latérale voisine de la barre 43, par exemple à la meule, suivant les traits 47 en pointillé et on obtient un objet comple- xe représenté en coupe transversale sur la figure 14 et formé du bloc initial 43 et de la couche de métal protecteur 46 superposée, qui lui est solidement liée. La figure 15 est une coupe longitudinale de la barre 43 suivant la ligne 15-15 de la figure 14 et représente un procédé suivant lequel la couche protectrice ne s'étend que sur une portion limitée de la surface supérieure de la barre 43 et par suite forme une portion rapportée de métal protecteur 46 solidement liée à la barre.
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La figure 16 représente un procédé de traitement des têtes de soupape, par lequel la tête entière peut être complètement couverte de métal protecteur. On confectionne un moule 48 de forme appropriée, en matière réfractaire ou similaire, comportant un fond intérieur 49 et plusieurs petites saillies 50 réparties sur ce fond de façon à former des supports pour une tête de soupape 51. On introduit du métal protecteur 52 dans le moule, de façon à ouvrir complètement la tête de soupape 51. Puis on introduit le tout dans un four où le métal protecteur fond en formant un bain de métal fondu autour de la surface entière de la tête de soupape 51. Une fois le métal protecteur solidifié, on retire la tête de soupape du moule et on recouvre de métal protecteur par une simple opération à la main les points laissés à nu par les saillies de supports 50.
Enfin on usine la couche de métal protecteur appliquée sur la tête de soupape et on obtient une tête de soupape finie complètement recouverte de métal protecteur.
Pour effectuer l'opération suivant l'invention d'une manière continue, on peut employer une installation de four, telle que l'indique schématiquement la vue en plan de la figure 17. Une courroie sans fin 53 est équipée avec plusieurs plateformes de support 54, disposées horizontalement et destinées à transporter les objets 55 d'une manière continue à travers un four 56 et une chambre de refroidissement adjacente 57. La courroie 53 et les plateformes de support 55 qui y sont disposées, sont construites de façon à maintenir les objets 55 dans une position sensiblement horizontale. La courroie 53 circulant dans le sens de la flèche A, les objets 55 passent d'abord dans la zone à haute température du four
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56 où le métal protecteur fond et se soude sur le métal de base de l'objet.
En sortant de cette zone, l'objet passe direc- tement dans la chambre de refroidissement 57, qui peut être refroidie par circulation d'eau ou par tout autre fluide ré- frigérant approprié. 'Une atmosphère non oxydante ou neutre peut être maintenue dans le four 56 et dans la chambre de refroidissement 22. Après s'être solidifiés en passant dans la chambre 57, les objets continuent leur trajet à travers une autre chambre adjacente 58, dans laquelle ils se refroidis- sent davantage. En sortant de la chambre 58, les objets 55 sont enlevés à la main ou de toute autre manière de leurs pla- teformes respectives 54 pour être remplacés par d'autres objets préparés par un des procédés décrits ci-dessus.
La vitesse de la courroie transporteuse 53 et la température dans le four 56 dépendent dans une large mesure du poids de l'objet sur lequel le métal protecteur doit être appliqué, car l'objet et le métal protecteur doivent être chauffés à peu près à la même température pendant la durée du séjour d'une platefor- me 54 dans le four 56.
Un four continu du type décrit ci-dessus convient particulièrement à la production en série d'objets dans les- quels un certain degré de dilution du métal protecteur par le fer du métal de base n'a pas d'inconvénient. Cependant dans certains cas, il y a avantage à éviter autant que possible cette dilution, par exemple lorsqu'on emploie comme métal pro- tecteur un alliage du type cobalt-chrome-tungstène. Pour empêcher cet alliage de subir une dilution trop forte par le fer du métal de base, il vaut mieux faire sortir l'objet aussi rapidement que possible de la zone à haute température du four.
Une fois l'alliage protecteur fondu, on peut faire sortir rapidement l'objet de cette zone, par exemple en
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employant un ringard ou tout autre moyen approprié qu'on introduit dans le four par son extrémité de chargement et au moyen duquel on pousse automatiquement ou à la main l'objet soudé rapidement dans une zone adjacente du four, de préférence refroidie par l'eau. Une fois cette opération terminée, on retire le ringard et on le ramène à l'extrémité de chargement du four pour faire passer un nouvel objet, non traité, dans la zone à haute température et achever ainsi le cycle d'opération.
Le procédé et l'appareil décrits ci-dessus peuvent subir d'autres variantes et perfectionnements susceptibles d'être raisonnablement englobés entre les limites de la portée de l'invention.
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"MANUFACTURING OF COMPLEX METAL OBJECTS"
A method and apparatus for manufacturing complex metal objects is disclosed. It is particularly applicable to a method and apparatus for manufacturing complex metal objects comprising a support portion and a portion forming a protective surface and which, in service, undergoes mechanical wear or oxidation at high temperatures.
Heretofore, articles of this type have generally been made by applying a solder rod by hand and causing a high temperature heat source, such as an oxy-acetylene flame or an electric arc, to act on the surface. on which the protective metal is to be deposited. But this process is quite slow and requires
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great skill on the part of the operator. It often happens that due to the inaccessibility of the surface on which the protective layer is to be deposited, this manual process is inapplicable if not difficult to apply.
For example in some types of valves or bushings, the seat or seat surface is located so deep in the valve or bushing body that the satisfactory hand application of a weld rod and a welding flame would be seriously hampered in practice, if not impossible.
One of the objects of the invention therefore consists of a method and an apparatus intended to deposit by fusion one or more layers of protective metal on a metal part, thus obtaining a smooth layer of this protective metal quickly and without the need for great skill.
Another object of the invention consists in making it easier to deposit a layer of protective metal on difficult to access portions of a metal part.
In order to achieve these results, as well as others, the invention essentially consists of a process for manufacturing complex metal objects comprising a main portion and an additional portion applied by fusion to the first and having properties. different from those of the main portion under the conditions to which the complex object may be exposed in service, this method being characterized in that a device is employed which retains the appropriate molten metal of the additional portion on one or more determined zones of the surface of the main portion or in combination with this surface, this metal is placed in solid form in this retaining device,
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the object thus prepared is subjected to the action of a high temperature in an oven for a time sufficient to form a welded joint between the main portion and the molten addition portion and the complex object thus obtained is solidified. The invention also consists of an apparatus for carrying out the aforementioned method and which comprises as essential elements a high temperature chamber to be filled with a non-oxidizing atmosphere, a cooling chamber adjacent to the high temperature chamber and communicating with it. it and a device passing the objects of the high temperature chamber into the cooling chamber.
In the appended drawing which shows, by way of example, some typical objects manufactured according to the invention and a form of a type of furnace suitable for the application of the process of the invention:
Figure 1 is a perspective view of an annular valve seat prepared for receiving the protective metal;
Figure 2 is a cross section of the valve seat showing the annular layer of protective metal formed thereon after melting;
Fig. 3 is a perspective view of a fragment prepared for receiving the protective metal using a refractory plug;
Fig. 4 is a cross section of the finished valve seat, showing the seat surface formed thereon by the protective metal;
Figure 5 shows a valve body in cross section having a valve seat located deep
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ment and prepared to receive a protective metal layer;
Figure 6 is a cross section of the same finished valve body;
Figures 7 and 8 are respective cross sections of a pad prepared to receive an inner layer of a protective metal and the same finished pad;
Figure 9 is a cross section of a pad prepared to receive an inner layer of a protective metal and shows a variation of the method of Figures 7 and 8;
Figures 10 and 11 are respective cross sections of a shaft prepared to receive a protective metal outer bearing surface and of the same finished shaft;
Figure 12 is a cross section of one end of a shaft prepared to receive an outer bearing surface of protective metal and shows a variation of the method of Figures 10 and 11;
Figures 13, 14 and 15 are cross sections of a complex metallic object prepared for receiving a protective metal supply (Fig. 13) and of the same finished article (Figures 14 and 15);
Fig. 16 is a schematic cross section of a refractory mold and a valve head placed in the mold before receiving a protective metal layer and
FIG. 17 is a schematic plan view of an oven suitable for carrying out the method according to the invention.
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In general, the invention comprises the following operations:
1) The object to be treated is prepared by forming on it or in combination with it a device intended to retain the protective metal;
2) The object thus prepared is passed, preferably by a continuous operation in a high temperature zone of an oven maintained at a temperature preferably above the melting point of the base metal and
3) The object is passed from the high temperature zone of the oven into one or more cooling zones, preferably immediately adjacent, in order to cool and solidify the complex object thus obtained.
The temperature in the oven varies depending on the weight and composition of the object to which the protective metal is to be applied. For example, if steel objects are treated by applying to them a wear resistant alloy of the cobalt-chromium-tungsten type, known as "Stellite", the melting point of which is significantly lower than that of l 'steel, the temperature of the furnace may be between approximately 1300 and 1500.
Other metals, such as bronze, "Monel" metal and chromium-rich steel can be used as a protective layer, with similar advantages being derived therefrom.
In the case of certain alloys, for example bronze, it may be advantageous to prepare the alloy constituting the protective metal, on site, by arranging the alloying elements in the retainer and thus forming the alloy at the same time. time and by the same operations which are used to manufacture the object covered with the protective layer, which is desired.
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The furnace used for the application of the process of the invention can be of any suitable type. An electric furnace with a molybdenum coil can be used, by causing a non-oxidizing atmosphere, for example a hydrogen atmosphere, to prevail in the high temperature zone to prevent oxidation of the molybdenum coil. With other types of heating elements, a neutral or reducing atmosphere can be employed to prevent excessive oxide formation on the base metal of the object to be treated.
As an example of the process for preparing the articles according to operation 1) indicated above, FIG. 1 shows a valve seat 10, in which a recess 11 is formed by machine cutting or any other suitable operation. Pieces of the protective metal 12 and, if necessary, a flux-forming material 12, are placed in this recess, before exposing the object to the high temperature of the oven. When the object thus prepared is exposed to this high temperature, the protective metal melts and fills the recess 11 while at the same time adhering by fusion to the base metal of the object. The annular layer 14 obtained is shown in cross section in FIG. 2. Once the object has completely cooled and solidified, the internal retaining wall 15 (FIG. 1) is removed, for example with a grinding wheel.
The finished valve seat is shown in Figure 4, which shows a smooth surface 16 of protective metal forming the seat. Instead of forming the recess receiving the protective metal in the article itself, a refractory insert or plug 17 can be used, which, combined with the bevelled edge, forms a retaining groove for this metal (fig. 3). Once the merge operation is complete,
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the refractory plug is removed, and by a subsequent finishing operation a valve seat similar to that of figure 4 is obtained.
Fig. 5 shows the cross section of a valve body 18, in which the valve seat 19 is located at great depth in the valve body. In this and similar cases, it is advantageous to forge or fabricate the valve body 18 in any other way, so as to maintain a core 20 integral with the base metal of the valve body, which, in combination with a bevelled wall 21. forms a recess in the valve body, receiving the protective metal. Once this metal is welded to the base metal of the valve body in the high temperature zone of a furnace, it forms an annular, relatively deep layer 22 of protective metal.
By removing the core 20 from the forest and cutting off the protective metal surface, exposed by the drilling operation, in an appropriate manner, a surface 23 (FIG. 6) forming the seat is obtained.
Figures 7 and 8 show by way of example a method for forming a protective metal inner bearing surface in a pad 24. A core 25 of the base metal is kept in the block constituting the pad, by cutting a deep annular groove 26, which is then filled with pieces of the protective metal in the same manner as above. Once the melting operation is complete, the core 25 is removed by a drill and thus a cylindrical inner bearing surface 27 of protective metal is obtained (FIG. 8).
It can sometimes be more economical to dispense with cutting the deep annular groove 26,
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operation which can be difficult. In this case, an easier to obtain cylindrical recess 28 (fig. 9) is cut and a piece of tube 29, of a suitable outer diameter and of a suitable metal is placed in the cylindrical recess and roughly in the same. axis. A deep annular groove is thus formed between the inner wall of the cylindrical recess and the outer wall of the tube. If necessary, the end of the tube resting on the bottom 30 of the recess 28 can be welded to this bottom, as can be seen at 31, to form a sealed container for the molten protective metal 32.
After the melting operation is complete, the tube 29 is removed in any suitable manner thereby exposing an inner surface of protective metal, which, after being machined, constitutes the inner bearing surface of the pad similar to that. which is indicated in gz in figure 8.
The method of the invention is also easily applicable by itself to the formation of an exterior bearing surface at the ends of aromas and the like. Figure 10 shows a cross section of a shaft 33 having a deep annular groove 34 at its end to receive the protective metal 35. The outer retaining wall 36, formed by the base metal of the shaft, is removed, once the protective metal 35 has been suitably welded, so as to leave exposed a surface 37 of protective metal which, after machining, constitutes the cylindrical bearing surface at the end of the shaft (Fig. 11). FIG. 12 represents a variant of this method.
A stepped portion 38 is cut at the end of the shaft 33 and a piece of tube of suitable diameter and material 39 is welded on the periphery 40.
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on the outer cylindrical surface of the shaft 33, thereby forming a deep annular recess between the inner wall of the tube 39 and the outer wall 41 of the cut end of the shaft 33. This recess forms a sealed container for the shaft. molten protective metal 42. After removing tube 39 by any suitable means, an outer bearing surface of protective metal is obtained on the end end of shaft 33, similar to that shown at 37 in Figure 11.
Another advantageous application of the method of the invention consists in the manufacture of complex objects with an added surface made of protective metal. Figure 13 is a cross section of a metal bar 43 made of a suitable base metal and forged or shaped in any other way, so as to form in the vicinity of one of its surfaces two side retaining walls 44. The cavity little deep formed by these two walls and the intermediate surface 45 forms a container for the protective metal 46 which is to be melted therein.
Once the melting operation is complete, the retaining walls 44 and the adjacent lateral surface portions of the bar 43 are removed, for example with a grinding wheel, along the dotted lines 47 and a complex object represented in cross section in Fig. 14 and formed of the initial block 43 and the superimposed protective metal layer 46, which is firmly bonded thereto. Figure 15 is a longitudinal section of the bar 43 taken along the line 15-15 of Figure 14 and shows a process in which the protective layer extends only over a limited portion of the upper surface of the bar 43 and hence forms an added portion of protective metal 46 securely bonded to the bar.
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Fig. 16 shows a method of treating valve heads, whereby the entire head can be completely covered with protective metal. A mold 48 of suitable shape is made, of refractory material or the like, comprising an inner bottom 49 and several small projections 50 distributed over this bottom so as to form supports for a valve head 51. Protective metal 52 is introduced into the mold, so as to fully open the valve head 51. Then the whole is introduced into an oven where the protective metal melts, forming a bath of molten metal around the entire surface of the valve head 51. Once the protective metal solidified, the valve head is removed from the mold and the points left bare by the support projections 50 are covered with protective metal by a simple operation by hand.
Finally, the protective metal layer applied to the valve head is machined and a finished valve head is obtained completely covered with protective metal.
In order to carry out the operation according to the invention in a continuous manner, a furnace installation can be employed, as shown schematically in the plan view of Fig. 17. An endless belt 53 is equipped with several support platforms. 54, disposed horizontally and intended to convey the objects 55 in a continuous manner through an oven 56 and an adjacent cooling chamber 57. The belt 53 and the support platforms 55 therein are constructed to hold the objects. objects 55 in a substantially horizontal position. With the belt 53 running in the direction of arrow A, the objects 55 first pass through the high temperature area of the oven
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56 where the protective metal melts and welds to the base metal of the object.
On leaving this zone, the object passes directly into the cooling chamber 57, which can be cooled by circulating water or by any other suitable refrigerant. A non-oxidizing or neutral atmosphere can be maintained in furnace 56 and cooling chamber 22. After solidifying as they pass through chamber 57, the objects continue their journey through another adjacent chamber 58, in which they. cool down more. On leaving the chamber 58, the objects 55 are removed by hand or in some other way from their respective platforms 54 to be replaced by other objects prepared by one of the methods described above.
The speed of the conveyor belt 53 and the temperature in the furnace 56 depend to a large extent on the weight of the object to which the protective metal is to be applied, since the object and the protective metal must be heated to approximately the same range. same temperature for the duration of the stay of a platform 54 in the oven 56.
A continuous furnace of the type described above is particularly suitable for the mass production of articles in which a certain degree of dilution of the protective metal by the iron of the base metal is not inconvenient. However, in certain cases, it is advantageous to avoid this dilution as much as possible, for example when an alloy of the cobalt-chromium-tungsten type is used as the protective metal. To prevent this alloy from being too diluted by the iron of the base metal, it is better to remove the object as quickly as possible from the high temperature zone of the furnace.
Once the protective alloy has melted, the object can be quickly removed from this area, for example by
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employing a ring or other suitable means which is introduced into the furnace from its loading end and by means of which the welded object is pushed automatically or by hand rapidly into an adjacent zone of the furnace, preferably cooled by water . Once this operation is complete, the corny is removed and returned to the loading end of the furnace to pass a new, untreated object into the high temperature zone and thus complete the operating cycle.
The method and apparatus described above may undergo further variations and improvements which may reasonably be encompassed within the limits of the scope of the invention.