FR2824766A1 - Procede et dispositif pour un brasage sans martensite - Google Patents

Abstract

Nouveau procédé, et dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé, pour fixer par brasage un élément de connexion en matière électriquement conductrice, par exemple en métal, sur une surface métallique à l'aide d'un nouveau type de brasage à régulation de température grâce à quoi, pour certains types de matière, par exemple l'acier, on obtient un brasage sans martensite, c'est à dire un brasage sans modification défavorable de structure (formation de martensite), le brasage obtenu étant entièrement exempt de martensite sous l'assemblage brasé, par exemple sur une voie de chemin et fer et/ ou dans une conduite.

Description

moteur électrique et un moyen à vis-écrou.

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR UN BRA SAGE SANS MARTENSITE

La présente invention est relative à un nouveau procédé pour braser, par exemple, un élément de connexion en matière électriquement conductrice, par exemple en métal, sur une surface métallique à l'aide d'un nouveau type de brasage à régulation de température, grâce auquel, pour certains types de matière, par exemple l'acier, on obtient un brasage sans martensite, c'est à dire qu'il est produit un brasage sans modification défavorable (formation de martensite) de la structure. On obtient un brasage qui, sous le joint brasé, est complètement exempt de formation de 0 martensite, par exemple sur une voie ferrée (des rails) et/ou dans des conduites. La

présente demande décrit également un dispositif pour mettre en _uvre le procédé.

L'évolution du trafic ferroviaire implique des vitesses touj ours plus élevées et des charges à l'essieu toujours plus grandes. Cela impose à son tour des exigences croissantes quant à la résistance mécanique des voies ferrées et à leur aptitude à résister à l'usure, aussi les rails sont-ils fabriqués en acier plus fortement allié afin de répondre à ces exigences plus strictes. La matière dont sont faits les rails est sensible à des influences thermiques susceptibles de provoquer des modifications de structure

appelées formation de martensite (effet de trempe).

La formation de martensite risque d'aboutir à la formation de fissures dans la matière des rails et, en raison des plus fortes charges, le rail risque de se casser, avec des conséquences catastrophiques pour le trafic ferroviaire. Par conséquent, il est très important de braser les fils et les câblages de signalisation et autres d'une manière solide sur le rail en utilisant un procédé qui ne provoque pas la formation de

martensite dans le rail.

Jusqu'à aujourd'hui, il n'a été possible que de limiter la formation de martensite ou les modifications de structure à l'aide d'un procédé de brasage à - baguette, décrit dans le brevet suédois 9003708-6 (469319). Jusqu'à présent, aucun procédé de brasage par baguette n'a permis de supprimer entièrement la formation de martensite dans les connexions pour contacts électriques servant à assembler deux

objets ou davantage par une connexion électrique.

Le problème le plus grave dans les procédés actuels employés sur les voies ferrées réside dans la grande quantité de chaleur produite sous le joint de brasage, cette chaleur étant provoquée par l'arc électrique généré au cours du processus de brasage et qui provoque une modification de structure ou une formation de

martensite qui est défavorable.

Un autre problème a porté sur l'électrode elle-même utilisée dans le procédé, laquelle est déchargée à partir d'une baguette de brasage. La baguette de brasage contient à la fois un fondant et un métal de brasage et, au début du processus, un arc électrique s'allume et le fondant s'écoule depuis la baguette de brasage jusqu'au joint s de brasage et nettoie ce dernier. Ensuite, la brasure s'écoule depuis la baguette de brasage jusqu'au joint de brasage. Enfin, la baguette de brasage est enfoncée dans la brasure en fusion et pénètre dans le joint de brasage. Pour créer une connexion entre la surface métallique présente sur le rail/la conduite et la cosse de câble, une cosse de câble est actuellement pourvue d'une ouverture afin que le fondant et la brasure o puissent passer depuis la baguette de brasage à travers la cosse de câble puis braser solidement la cosse de câble à la surface métallique plane ou incurvée. Au début du brasage, l' arc électrique agit directement sur le rail et produit une température locale très élevée qui est ensuite transmise indirectement par l'intermédiaire de la brasure en fusion et génère des températures élevoes directement dans le rail, ce qui a un effet défavorable sur ce dernier. I1 y a également le risque d'une formation d'alliage de la matière de l ' électro de lor s du bras ag e à l ' ai de de système s de bras age par baguette selon la technique antérieure, ce phénomène ayant des effets préjudiciables à la fois pour le brasage et pour la pièce. L'étape finale du brasage par baguette actuellement employé comporte un enfoncement de la baguette de brasage dans le joint brasé puis

un sectionnement de la baguette, ce qui a un effet négatif sur le joint brasé lui-même.

Un autre problème pratique posé par les procédés de brasage classiques réside dans la mauvaise mise à la terre des pièces, ce qui abouti à une grande quantité de brasages ratés. Avec le brasage par baguette selon la technique antérieure, le rail constitue le pôle ou la borne opposé à l' électro de. Cela néces site des pro cédures spéciales et des équipements séparés. C'est pourquoi il est souhaitable de pouvoir

apporter des modifications au procédé de brasage.

En outre, un inconvénient des procédés de brasage actuels réside dans la cosse de câble, qui est fixée à l'aide de baguette de brasage contenant un fondant ainsi que de la brasure. Les cosses de câble actuellement employées ont une extrémité plate avec un trou qui permet à la brasure de passer par celui-ci depuis la face supérieure de la cosse de câble puis de fixer cette dernière à une surface métallique. Comme le brasage se produit rapidement, il faut beaucoup de chaleur, laquelle est transmise à la pièce/au rail depuis l'arc électrique par l'interrnédiaire de la brasure. Le problème a été qu'un brasage suffisarnment sûr doit être réalisé en même temps sans provoquer de modification de structure sous le joint brasé. Jusqu'à présent, il a seulement été possible de limiter la formation de martensite à l'aide du

procédé décrit dans le brevet suédois 9003708-6.

La présente invention est relative à un nouveau procédé de brasage dans l equel, en évitant d' utili ser de s c ombinai sons de div ers pro cédé s connus dans la technique antérieure, il a été possible d'inventer un nouveau procédé de brasage sans martensite qui produit un résultat final voulu mais qui n'a pas pu étre obtenu à l'aide

de procédés de brasage connus jusqu'à présent.

En France, en Italie, en Suisse, en Espagne et en Allemagne, il est actuel lement interdit d' utili ser le bras age p ar baguette sur une vo ie ferrée en raison de

o la formation de martensite.

Certains autres pays dans lesquels le brasage par baguette sur voie ferrée est actuellement permis sont en train de modifier leurs exigences et, par conséquent, il ne sera plus autorisé, à l'avenir, d'utiliser les procédés de brasage par baguette existants. La présente invention est relative à un nouveau procédé de brasage à régulation de température ainsi qu'à un dispositif pour mettre en _uvre ledit procédé, dans lesquels le problème de la formation de martensite qui affectait les autres

procédés est résolu.

La présente invention vise à générer un arc électrique par l'intermédiaire d'une électrode en carbone afin de réaliser un brasage sans que l'arc électrique ne

vienne directement au contact du rail.

Un auke objectif est que l'électrode en carbone elle-méme produise une résistance électrique lors du brasage, la longueur, le diamètre et la forme de l'électrode en carbone influençant la résistance électrique dans le procédé et

influençant donc également l'intensité du courant et la tension au cours du brasage.

Un avantage du nouveau procédé de brasage est que de la poudre de carbone provenant de l'électrode en carbone est libérce pendant le brasage et se dépose sur la surface supérieure de la pièce de connexion électriquement conductrice, par exemple une cosse de cable, et empéche la formation d'une cavité dans la cosse de câble pendant le brasage. En outre, l'arc électrique est établi entre deux poles en carbone, ce qui a un effet stabilisant sur l' arc électrique et contrarie la tendance à la variation du courant au fil du temps. Par ailleurs, les propriétés d'isolation thermique du carbone ont une fonction de répartition de la température. La poudre de carbone provenant de l'électrode en carbone agit aussi, par conséquent, comme matière tampon en empêchant de ce fait une température trop élevée, par exemple dans le

rail, au cours du brasage.

L'arc électrique produit également une résistance électrique lors du brasage, au cours duquel la longueur de l'arc électrique, c'est à dire la distance entre l'électrode et le pôle opposé, peut être modifiée dans certaines limites. Avec une grande hauteur de levage, la tension chute et l'arc s'éteint, tandis qu'avec une faible hauteur de levage l'intensité du courant augmente et une petite hauteur de levage s'accompagne également d'un risque accru de court-circuit. L'électrode en carbone assure une ma^trise optimale de la longueur de l'arc pendant le brasage, car le o carbone est une matière plus résistante que la matière d'une éleckode en métal en fusion et, par conséquent, l'électrode en carbone subit un changement de longueur négligeable. Le présent procédé de brasage vise en outre à empêcher l'arc électrique de venir directement au contact de la pièce, cet objectif étant atteint si la connexion du contact électriquement conducteur est constituée par une plaque massive en matière compacte, électriquement conductrice, par exemple du cuivre. Le présent procédé de brasage ne comporte pas l'utilisation de fondant ou de brasure provenant d'une baguette de brasage formant une électrode. Il n'est pas nocessaire que toute la brasure passe à travers la cosse de câble jusqu'à la pièce située au-dessous. Dans le présent procédé de brasage, du fait de la construction de la cosse de câble, le fondant et la brasure se trouvent sous la connexion de contact électrique elle-même, par exemple une co sse de câble. L' ensemble de la plaque en matière compacte, électriquement conductrice, par exemple en cuivre, forme un tampon qui empêche qu'une température excessive n'agisse par exemple sur le rail et ne provoque la formation de martensite. Dans le présent pro cédé, l' électrode n'est pas finalement plongée dans la

brasure et il n'y a pas de risque d'effet défavorable sur le joint brasé.

La présente invention vise également à corumander l'intensité du courant pendant le processus. Le fait de lever l'électrode accro^t la longueur de l'arc. Cela aboutit à son tour à une forte chute de tension sur l'arc et à une diminution de l'intensité du courant dans le circuit électrique. La longueur de l'arc ne peut pas être accrue d'une manière entièrement arbitraire, car, après une certaine longueur, l'arc s'effondre du fait que la résistance devient trop forte. Un petit espacement entre l'électrode et la pièce, ce qu'on appelle la hauteur de levage, empêche de manière fiable l'extinction de l'arc au cours du brasage. Il est très avantageux d'avoir une faible intensité de courant pendant le processus, car cela empêche la formation de martensite. Jusqu'à présent, le procédé classique consiste à employer un anneau de garde en matière céramique, lequel remplit encore une fonction dans certaines s situations. Dans la présente invention, il est préférable d'utiliser un anneau de garde en métal, mais un anneau de garde constitué par une combinaison des deux matières est également préféré, car un effet de combinaison accroît la protection conférée au

pistolet de brasage.

Du point de vue de la consommation d'énergie, la matière et la conception o de l'anneau de garde jouent un rôle important. Des anneaux de garde constitués par une matière compacte électriquement conductrice, par exemple un métal, sont concus pour avoir une bonne capacité de rétention de chaleur au cours du brasage et pour être résistants tout en conservant leur forme et leur fonction pendant tout le déroulement du brasage. La chaleur absorbée par l'anneau de garde est conduite s jusqu'à la cosse de câble. Globalement, il en résulte une consommation relativement moindre d'énergie etlou d'électricité au cours du processus pour réaliser un brasage

sans martensite.

L'anneau de garde, conjointement avec le manchon de serrage, empéche aussi l'opérateur de venir au contact de l'arc lui-même ou au contact des gaz brûlants formés. Cela réduit la nocessité d'équipements protecteurs pour l'opérateur. Cela supprime aussi le risque de blessures oculaires et autres de l'opérateur, dans le cas o

il vient à regarder l'arc au cours du brasage.

Un autre avantage de ce nouveau procédé de brasage est qu'il n'est pas nécessaire de mettre le rail à la terre pendant le brasage. Au cours du brasage, l'électrode constitue un premier pôle de l'arc, l'auke pôle étant formé par la pièce de connexion électriquement conductrice, par exemple une cosse de câble. Dans ce cas, la pièce de connexion électriquement conductrice forme le pôle négatif, ordinairement appelée la connexion dans la terminologie de mise à la terre. Dans le présent procédé de brasage, l'électrode peut former le pôle positif ou le pôle négatif, ou encore le pôle positif/négatif. I1 est avantageux de ne pas utiliser le rail comme pôle, car des arcs secondaires peuvent se former entre la cosse de câble et le rail, ce qui risque d'avoir un effet négatif sur le rail, se traduisant par la formation de martensite. De plus, en excluant le rail du circuit électrique fermé, on élimine la

cause d'éventuels signaux parasites dans le rail et le dispositif connecté à celui-ci.

L'utilisation de la cosse de câble comme premier pôle supprime également une étape s de travail et, dans certaines situations, les équipements de mise à la terre associés au brasage. La cosse de câble peut 8tre connoctée au circuit électrique par l'intermédiaire de l' anneau de garde dans le pistolet de brasage ou par l' intermédiaire

du câble connocté à la cosse de câble.

s Les caractéristiques de la présente invention sont présentées dans les

revendications annexées.

La présente invention va maintenant être décrite plus en détail en référence aux de s sins annexé s, qui illustrent une forme préférée de ré ali s ation de l ' invention et sur lesquels: o la Fig. 1 représente schématiquement les grandes lignes du procédé de brasage; la Fig. 2 est une vue latérale du pistolet de brasage; la Fig. 3 représente une vue de face du pistolet de brasage; les Figs. 4A, 4B et 4C sont des coupes transversales du pistolet de brasage; la Fig. 5 représente une opération de brasage sur un rail; la Fig. 6 représente une opération de brasage sur un tron,con de conduite; la Fig. 7 représente un joint brasé entre les jantes des roues extérieures et intérieures d'un wagon de chemin de fer; la Fig. 8 représente une pièce de connexion électriquement conductrice sous o la forme d'une cosse de câble, vue latéralement; la Fig. 9 est également une vue latérale d'une cosse de câble; la Fig. 1 OA représente une vue de dessus d'une cosse de câble; la Fig. 10 B est une coupe suivant A-A de la Fig. 1 OA; la Fig. 11 représente une pince en brasure; :5 la Fig. 12 est un diagramme de tension/intensité du procédé de brasage; les Figs. 13A, 13B et 13C représentent des photographies, à une échelle agrandie, de connexions brasées; la Fig. 14 est un organigramme de commandes et de régulation du procédé de brasage; et la Fig. 15 est une coupe transversale de la partie avant du pistolet de brasage. La Fig. 1 représente schématiquement les organes nécessaires et le pro c e s sus de brasage proprement dit, la source d' électricité normalement utilisée étant une batterie 1 depuis laquelle le courant est acheminé jusqu'à un système électronique 2. Le système électronique 2 traite des données re, cues du pistolet de brasage 5 par l'intermédiaire de son câble d'alimentation électrique et de son câble de signaux, ainsi que les données provenant de la source d'énergie extérieure. Le système électronique 2 traite toutes les informations et régule l'alimentation en courant et en tension du pistolet de brasage 5, par exemple en régulant le niveau de s tension et/ou une ou plusieurs rési stances et, par la ré gulation de s a ré si stance supplémentaire, le temps et la consommation de courant peuvent êke commandés pendant le brasage et, de la sorte, un brasage satisfaisant peut êke réalisé, avec une consommation minime d'énergie, jointe à une régulation de la température dans la

matière de base/la pièce.

o Lorsque le disjoncteur 3 ferme le circuit électrique comprenant un aimant de levage dans le pistolet de brasage 5, l'électrode 6 en carbone située dans le support 7 d'éleckode met le circuit initialement en courtcircuit avec la cosse 10 de câble, de façon que lorsque, ensuite, l'électroaimant soulève l'électrode 6 en carbone au-dessus de la cosse 10 de câble pour allumer un arc électrique 8 protégé par un ou plusieurs anneaux de garde 9, ceux-ci agissent sur la surface plane compacte d'une cosse 10 de câble, la cosse de câble formant un premier pôle et l'électrode 6 en carbone formant l'auke pôle. De la chaleur est transmise par l'intermédiaire de la cosse 10 de câble et active le fondant enke la cosse 10 de cable et une brasure 12 et prépare et nettoie la surface en vue d'un brasage enke la brasure 12 et la cosse 10 de câble et, lorsque la brasure chauffe, elle active le fondant 13 sur la pièce 14 et un joint brasé est formé par la brasure 12 sur la pièce 14. Par conséquent, la cosse 10 de câble est solidement brasée sur la pièce 10 sans que l'arc éleckique 18 ne vienne directement au contact de ladite pièce 14. En outre, il ne se produit pas d'étincelles arc indésirables entre le rail 14 et la cosse 10 de câble, car la connexion électrique est formée par l'intermédiaire s du câble de la cosse 10 de câble ou par l'intermédiaire de l'anneau de garde 9 et non par la pièce 14 elle-même. Dans le nouveau procédé de brasage, la totalité de la plaque en matière compacte, électriquement conductrice, par exemple en cuivre, forme un tampon qui empêche que des températures élevées n'affectent par exemple le rail et n'aboutissent à la formation de martensite. De la poudre de carbone est libérée pendant le brasage et se dépose sous la forme d'une mince couche sur la pièce de connexion élechiquement conduchice situce au-dessous, par exemple une cosse de câble, et empêche la formation d'une cavité dans la cosse 10 de câble pendant

le brasage.

Par ailleurs, l'arc électrique est maintenu entre deux pôles en carbone, ce qui 3s a un effet stabilisant sur l'arc et contrarie la tendance du courant à diminuer au fil du temps. Comme le carbone possède une propriété d'isolation thermique, il assure une fonction de répartition de la température. La poudre de carbone provenant de l'électrode 6 en carbone sert par ailleurs de matière tampon, si bien que la température n'est pas trop élevée lorsque, par exemple, le rail est soumis au processus

s de brasage.

Du point de vue de l'énergie, l'anneau de garde 9 en matière électriquement

conductrice, par exemple en métal, joue un rôle important pendant le brasage.

L' anneau de garde 9 est formé de facon à présenter une bonne fonction d' isolation thermique. Si l'anneau de garde 9 est en matière céramique comportant un bord o inférieur denté, les gaz brulants qui se forment durant le brasage sont déchargés radialement. Si l'anneau de garde est en métal, les gaz quittent l'anneau de garde dans la direction axiale et, par conséquent, davantage de chaleur est transmise à l'anneau de garde 9. L'anneau de garde 9 conserve sa forme et sa fonction et est stable pendant tout le processus de brasage. La chaleur absorbée par l'anneau de garde est conduite jusqu'à la cosse 10 de cable. I1 en résulte une moindre consommation d'électricité et/ou d'énergie pendant le processus de brasage, et un brasage sans martensite se produit. La Fig. 2 est une vue latérale du pistolet de brasage 5, à l'avant duquel on peut voir l' électro de 6 en carbone. Avant de commencer le brasage, on appuie vers le bas le pistolet 5, conjointement avec l'électrode 6 en carbone, contre la cosse 10 de câble, grâce à quoi l'électrode 6 en carbone est poussée au ras contre le bord inférieur

de l'anneau de garde 9. L'anneau de garde 9 est fixé dans un support 15 d'anneau.

Lorsqu'on appuie sur le disjoncteur ou le bouton de démarrage 3, le circuit est mis en court-circuit, à la suite de quoi l'aimant de levage lève l'électrode 6 jusqu'à une certaine hauteur au-dessus de la pièce de connexion électriquement conductrice 10 et un arc 8 est allumé. L'anneau de garde 9 et un manchon de serrage 18 protègent l'opérateur contre les effets du processus. La figure représente également une vis 16 pour éjecter l'anneau de garde et une vis 17 pour éjecter l'électrode. Pendant le brasage, l'anneau de garde 9 peut servir de borne lors d'une opération de mise à la terre. La Fig. 3 représente une coupe du pistolet de brasage 5 vu de face, sur laquelle le disjoncteur 3 peut être vu, et au centre de l'embouchure du pistolet se trouve l'électrode 6 en carbone dans le support 7 d'électrode conjointement avec le

support 1 S d'anneau et le manchon de serrage 18.

- - - - - -

La Fig. 4A est une coupe transversale du pistolet de brasage 5 et représente l'électrode 6 en carbone dans le support 7 d'électrode et l'anneau de garde 9 en métal dans le support 15 d'anneau conjointement avec le manchon de serrage 18 et la vis 16 pour expulser l'anneau de garde et la vis 17 pour expulser l'électrode, conjointement s avec le disjoncteur 3. Un organe très important dans le procédé de brasage est l'électrode en carbone, qui forme une résistance électrique et dans laquelle la longueur, le diamètre et la forme de l'électrode en carbone influencent la résistance électrique au cours du processus et donc également le disjoncteur et la tension au

cours du brasage.

o La Fig. 4B représente le même pistolet de brasage que sur la Fig. 4A, sauf

que l'anneau de garde 9 est en matière céramique.

La Fig. 4C représente le même pistolet de brasage que sur la Fig. 4A, mais dans ce cas l'anneau de garde 9 est en métal, bien qu'il y ait également un anneau de garde supplémentaire 9B en matière céramique, lequel est placé à l'intérieur de

i5 l'anneau métallique. Les deux anneaux de garde produisent un effet combiné.

La Fig. 5 représente un pistolet de brasage 5 utilisé sur un rail 14. Un élément électriquement conducteur 10 sous la forme d'un serre-câble fixé solidement par brasage au champignon du rail. Le brasage peut également être effectué sur l'âme

ou le patin du rail.

La Fig. 6 représente un pistolet de brasage 5 utilisé sur une pièce 14 sous la forme d'un troncon de conduite. Un élément de connexion électriquement conducteur

sous la forme d'une cosse de câble est fixé solidement par brasage à la conduite.

Des exigences skictes s'appliquent par-dessus tout aux conduites des centrales nucléaires, o le brasage doit être effectué sans provoquer de modification de structure de la matière des conduites, ce qui pourrait provoquer la formation de fssures. Dans le cas o les conduites sont remplies de gaz ou de pétrole, et également lorsqu'elles sont remplies d'une matière sensible à la température, par exemple dans l'industrie chimique, il importe de pouvoir travailler à des températures

basses lors du brasage.

Lorsque des conduites thermiquement isolantes sont mises à la terre à l'aide de l'anneau de garde 9, on réalise une forte économie sur la maind'_uvre et les coûts, car aucune isolation ne doit être réalisée d'une manière spécifique pour la mise

à la terre.

La Fig. 7 représente une roue de wagon de chemin de fer. Une roue intérieure 20 est fixée à l'essieu 21 de roue et entre la roue intérieure et la j ante d'une roue extérieure, ce qu'on appelle la bande de roulement, est disposé un amortisseur 23, par exemple en matière du type caoutchouc. La figure illustre la marière dont un élément de connexion 22 en matière de connexion électriquement conductrice réunit la roue intérieure 20 à la j ante 19 de la roue extérieure de façon qu'un courant puisse s passer depuis le wagon de chemin de fer jusqu'à la voie ferrée. Compte tenu du risque de formation de martensite et de la fissuration qui en résulte, on n'a jusqu'à présent pas cherché à employer le brasage par baguette dans ce contexte. Le présent procédé de brasage supprime cependant la formation de martensite et permet

d'effectuer le brasage également dans ce domaine.

o La Fig. 8 est vue latérale d'une cosse 10 de câble, une pièce de connexion en matière électriquement conduchice, figure sur laquelle on peut voir une connexion 24 de borne avec le circuit électrique. La connexion de la borne est fixée à une connexion électrique 25 aboutissant à la cosse 10 de câble, dont l'autre côté est constitué par une plaque massive 26 en matière compacte. Autour de cette plaque S continue 26 en matière compacte est disposée une pince de brasage 27 qui est appuyée contre la plaque 26 de la cosse 10 de câble elle-même, et entre la cosse 10 de câble et la pince de brasage 27 se trouve un fondant 28 qui est activé pendant le

processus de brasage.

La Fig. 9 est également une vue latérale d'une cosse 10 de câble o le brasage lui-même est effectué sur une plaque compacte continue plane 26 de la cosse de câble à l'aide du pistolet de brasage 5 et o on peut voir la pince de brasage 12 appuyée contre la cosse 10 de cable, un fondant 11 étant chauffé entre la face inférieure de la cosse 10 de câble et la pince de brasagel2. Un autre fondant 13 est présent entre la pièce 14 et la pince 27 et est activé lorsque la pince de brasage 27 est 2s chauffée et commence à nettoyer la pièce 14 avant le brasage de la pièce de

connexion électriquement conduchice 10.

La pince de brasage 12 a une épaisseur uniforme avant sa mise en place sur la pièce à laquelle on la fixe. Une fois que la brasure a été fondue par la chaleur appliquée à travers la plaque compacte 26 de la cosse 10 de câble, la tension superficielle dans la matière en ffision mouillant la plaque compacte 26 et la pièce 14 provo que un changement d' épais seur en ce s ens que la distance entre la plaque compacte 26 et la pièce, c'est à dire la région occupée par la brasure, est réduite, en assurant ainsi une liaison ferme et une bonne conductivité électrique et thermique enhe la plaque compacte 26 et la pièce. Le fondant 11 et 13 remplit les fonctions ci 3s après et a les propriétés suivantes: 1) il nettoie les surfaces, 2) il supprime les oxydes éventuellement présents, 3) il empêche la reprise de l'oxydation, 4) il est déplacé par la brasure, 5) il sert de conducteur électrique lorsque la cosse 10 de câble est mise à la terre par l'intermédiaire du rail, 6) il facilite la dissipation de chaleur en raison de sa bonne

s conductivité thermique et 7) il mouille les surfaces à assembler.

Une autre exigence est que le fondant 28 et 29 doit être activé dans des limites de températures spécifiques. Le fondant, la brasure et le processus de brasage doivent étre compatibles. Le fondant est déjà activé au début du processus de brasage et restera actifjusqu'à ce que le brasage ait été réalisé.; o Un brasage effectué à une température supérieure à environ 500 C est appelé brasage fort, à la différence du brasage tendre qui a lieu a des températures plus basses. La brasure utilisée lors du brasage est destince à un brasage fort. Le fondant destiné au brasage fortne convient pas pour le présent procédé, car le procédé se déroule trop rapidement, en environ 2 secondes. Dans le présent procédé de brasage, on utilise un fondant 10 qui convient pour le brasage tendre et qui est donc activé à une température plus basse mais qui ne se désagrège pas, en raison de

la brièveté de l'opération.

Pour atteindre une température de brasage nocessaire mais en utilisant le moins d'énergie possible, il faut un gros apport d'énergie pendant un court laps de o temps. Une voie ferrée, des conduites à parois épaisses et des profilés métalliques similaires constituent des puits de chaleur efficaces. Un gros apport d'énergie crée un front de chaleur qui progresse par l'intermédiaire de la cosse de câble jusque dans le rail, o la température devient adéquate pour un brasage fort mais ne provoque pas la

formation de martensite.

La cosse 10 de câble est un tampon empêchant la surchauffe locale et produit une répartition relativement régulière de la température sur toute la surface en fusion. Un échauffement indirect se produit par l'intermédiaire d'une électrode 6 en carbone. Un arc éleckique 8 se forme enhe l'électrode 6 en carbone et la cosse 10 de cable. Cela est différent du brasage par baguette selon la technique antérieure dans

so lequel un arc agit directement sur le rail etlou la brasure en fusion sur le rail.

La Fig. lOA est une vue de dessus d'une cosse 10 de câble avec la plaque compacte 26, o on peut voir une pince de brasage 27 appuyée contre la cosse 10 de câble et o on peut voir deux trous 30 et 31 qui servent à un verrouillage en place lorsque la pince de brasage 27 est appuyée conhe la cosse 10 de câble. D'après les 3s figures, on peut également voir que la pince de brasage 27 est formée de facon à être plus grande que la cosse 10 de câble elle-même et qu'elle dépasse sur le côté de cette dernière. Cela crée un assemblage plus sûr et plus complet de la cosse 10 de câble et de la pièce 14 tout en empêchant également l'eau de pénétrer sous l'action de forces de capillarité entre la cosse 10 de câble et la pièce 14 située au-dessous, et en empêchant la corrosion. L'eau qui pénètre peut avoir un effet négatif sur la résistance mécanique du joint brasé. En outre, l'eau risque de nuire à l'assemblage mécanique et aux propriétés électriques de la connexion. Comme la pince de brasage 27 est plus grande que la cosse 10 de câble, il est formé une surface d'assemblage plus grande,

ce qui crée une plus faible résistance au passage de l'électricité.

o Dans le cas de systèmes de signalisation ferroviaire et de systèmes de protection cathodique fonctionnant avec des tensions et des intensités faibles, il est particulièrement important d'avoir une résistance de passage globale faible dans les

joints brasés afin d'empêcher les interférences dans le système.

Avec des intensités et des tensions fortes, une forte résistance de passage produit de la chaleur dans le joint brasé, ce qui risque d'endommager et/ou de faire fondre ce dernier. C'est pourquoi il importe d'avoir une faible résistance de passage dans le joint brasé, car la connexion doit également faire face à des courants de retour de forte intensité dans le système ferroviaire. Pour une raison similaire, il importe également que la résistance de passage soit faible dans les mises à la terre de protection. La Fig. lOB est une vue en coupe suivant A-A de la Fig. lOA et représente la pince de brasage 27 et un trou 31 dans lequel la matière électriquement conductrice située au-dessous fait saillie vers le haut depuis la plaque compacte continue plane 26 et forme une fixation enke la pince de brasage 27 et l'élément de

connexion 10.

La Fig. 11 représente seulement une pince de brasage séparée 27, qui a été formée après avoir été appuyée contre une cosse 10 de câble, et on peut également y voir deux kous 30 et 31 sur la face supérieure de la pince de brasage 27 et la surface

biseautée spéciale 32 à l'autre extrémité de la pince de brasage 27.

La Fig. 12 est un diagrarume de tension/intensité du procédé de brasage. En comparaison du brasage par baguette selon la technique antérieure, il n'y a pas de forte pointe d'intensité similaire lorsque se produit un court-circuit. Les deux courbes de tension et d'intensité sont relativement plus constantes dans le temps. Le diagramme montre que la présente invention assure une commande optimale du processus de brasage. Par conséquent, les températures au cours du processus de brasage peuvent également être régulées et commandées, ce qui constitue une

condition préalable à l'obtention d'un brasage sans martensite.

La Fig. 13A est une photographie d'un joint brasé, à un grossissement x 200.

La photographie représente un brasage sans martensite.

Les Figs. 13B et 13C représentent des photographies, à une échelle

agrandie, de connexions brasées.

La Fig. 14 représente un organigramme de régulation et de commande du

processus de brasage.

La Fig. 15 est une coupe de la partie avant du pistolet de brasage 5 avec un 0 manchon de serrage 18 en position de retrait, et un moyen d'expulsion 40 d'électrode est représenté avec une vis 16 pour un moyen d'expulsion d'anneau de garde et une vis 17 pour le moyen d'expulsion d'électrode. L'électrode 6 en carbone expulsce et

l'anneau de garde expulsé 9 sont également représentés.

Le principe de la présente invention consiste à combiner des fonctions et des procédés divers de manière à ce qu'ils participent conjointement à un nouveau pro cédé de brasage. Le résultat de cette co opération est un procédé de brasage entièrement nouveau, exempt de changements de structure ou de formation de martensite. On emploie dans le procédé de brasage une électrode en carbone dont la longueur et le diamèhe influencent la résistance dans le circuit électrique et dans laquelle la poudre de carbone libérce depuis l'électrode en carbone s'accumule sous la forme d'une mince couche sur la cosse de câble située au-dessous et sert de tampon de température et de moyen de répartition de chaleur. En outre, l'arc électrique est entretenu entre deux pôles en carbone, ce qui a un effet stabilisateur sur l'arc et

contrarie la tendance à la variation des courants au fil du temps.

Une cosse de câble a au moins une extrémité lisse en matière compacte, électriquement conductrice, sur laquelle agit l'arc électrique produit par l'électrode en carbone. La face inférieure de la cosse de câble comporte une pince en brasure, qui est fxée pendant la fabrication. La brasure crée un joint brasé d'une grande surface, ce qui provoque une plus faible résistance globale de passage de l'électricité. Un fondant est présent entre la cosse de câble et la pince de brasage et un fondant est également présent entre la pince de brasage et la pièce, le fondant, la brasure et le procédé de brasage étant avantageusement compatibles les uns avec les autres. La brasure convient pour une brasure tendre et est par conséquent active sur une gamme

de températures basses, en réalisant de ce fait un brasage sans martensite.

Les avantages, dans le procédé de brasage, d'un anneau de garde constitué par exemple de métal ou autre matière similaire sont que l'ensemble du procédé nécessite peu d'énergie, et également que la procédure de mise à la terre est facilitée en comparaison des procédures antérieures. La mise à la terre par l'intermédiaire de s l'anneau de garde supprime la nocessité de contacts de mise à la terre spéciaux, par exemple des bornes de mise à la terre ou des contacts magnétiques de mise à la terre,

ainsi que la nécessité d'une préparation spéciale du conducteur de mise à la terre.

Comme on utilise un anneau de garde neuf dans chaque situation de mise à la terre, il

est toujours garanti que les surfaces de contact sont propres.

o Le dispositif selon l'invention réduit la longueur du circuit de mise à la terre et supprime la résistance supplémentaire au passage ainsi que les sources d'étincelles et d'arcs secondaires entre la cosse de câble et la pièce. La forme de l'anneau de garde, jointe au manchon de serrage, protège l'opérateur conke les arcs électriques et

les gaz brûlants au cours du travail de brasage.

L'utilisation d'anneau métallique de garde influence le procédé de brasage grâce au fait que le procédé utilise une plus grande partie de l'énergie libérée sous la

forme de chaleur et qu'il canalise celle-ci jusqu'à la cosse de câble.

Pour réaliser un brasage satisfaisant du point de vue de la température, il n'est donc pas nécessaire de fournir autant d'énergie électrique pour le processus de brasage. Dans le s pro cé dés selon la technique antérieure, la ré si stance intrinsèque totale dans le circuit peut être considérée comme constante. Une alimentation plus

faible en énergie doit en pratique se traduire par une durée plus courte du processus.

Cependant, le temps devient alors trop court pour réaliser un brasage satisfaisant.

2s Dans le présent procédé nouveau, on commence par une résistance intrinsèque constante dans le circuit, de façon que, lorsque l' arc élec*ique est entièrement formé, la valeur totale de la résistance augmente alors avec une ou plusieurs résistances supplémentaires dans le circuit. La puissance développée est

alors plus faible, aussi le temps augmente-t-il.

En régulant la résistance supplémentaire et/ou en régulant la tension, on peut commander la durée du processus de brasage et on peut ainsi obtenir un brasage satisfaisant, sans martensite, avec une consommation minime d'énergie et, en outre, il est également possible de commander la température dans la matière de base/la pièce. Dans les procédés selon la technique antérieure, on a accepté de grandes marges en ce qui concerne la puissance électrique développée lors du processus ainsi que l'énergie totale émise et également la durée globale du processus. Le courant a été limité soit en ajoutant une résistance électrique fixe dans le circuit, soit également en interromp ant le pro ce ssus lorsque la quantité néc essaire d' énergie émise a été consommée. On n'a pas tenu compte de variations de tension de la batterie en fonction de l'état de charge de la batterie, des caractéristiques de décharge ou autres facteurs, ni de variations de l'intensité pendant une même opération de brasage en fonction du changement de longueur de l'électro de ou de fluctuation de l' arc, ou de o changements d'intensité entre différents cas de brasage selon les variations de la hauteur de levage. Ces variations, ainsi que des dispositifs simples non appropriés pour estimer la quantité d'énergie émise ont abouti à une variation de durce et une variation de production de puissance pour des procédés de brasage par ailleurs comparables, ainsi que des difficultés de régulation de la température dans les matières concernces. Dans le nouveau procédé de brasage décrit plus haut et représenté sur la Fig. 14, la température de brasage et la formation de martensite qui dépend de cette dernière peuvent être ma^kisées en calculant la puissance développée électriquement et en régulant cette dernière en temps réel soit par un procédé analogique soit par un procédé numérique à forte résolution. La puissance développée est calculée en mesurant instantanément l'intensité et la tension, et la puissance réelle est calculée comme produit mathématique de ces grandeurs. Le résultat obtenu par calcul est traité et fourni à un processeur dont le signal de sortie influence un système de régulation de tension. De la sorte, la tension et donc l'intensité sont régulées et la puissance élechique développée est ajustée à une valeur appropriée. Le processeur, qui peut également se présenter sous la forme d'un système séparé ou qui peut être inclus dans le système électronique 2, traite des données sous la forme de valeurs d' intensité et de tension, de s donnces fournie s par des capteurs et des réglage s de fonctionnement, des systèmes à connexion extérieure ainsi que le temps écoulé mesuré, et traite ces données en fonction de structures physiques, mathématiques et logiques de telle manière qu'une régulation appropriée de la puissance développée a

lieu au fil du temps.

Par ailleurs, comme la régulation est indépendante de la résistance du circuit électrique, il n'est pas nécessaire d'avoir une résistance installée fixe, aussi y a-t-il 3s une économie d'énergie, car cette résistance produit de la chaleur perdue. En outre, une plus grande quantité d'énergie peut être tirée des batteries, car à la fin du cycle de décharge les batteries peuvent encore alimenter le processus malgré la chute du niveau de tension, car il n'y a pas de résistance fixe. De plus, la formation de départ au début du processus est facilitée pour deux raisons, d'une part parce que la hauteur de levage de l' électro de et ainsi la longueur de l' arc et donc l'inertie de démarrage qui s'ensuit peuvent être limitées sans aucun risque d'intensités excessives qui, dans les procédés selon la technique antérieure, provoquaient des problèmes de température et des problèmes de technologie de régulation, et d'autre part des valeurs d'intensité et de tension beaucoup plus élevées que celles qui étaient possible jusqu'à présent sont 0 permises au début du processus sans être limitées à une résistance fixe, ce qui permet

donc d'assurer un démarrage fiable du processus.

Dans le nouveau procédé de brasage décrit ci-dessus, le processeur précité traite également des signaux provenant de capteurs extérieurs, par exemple des capteurs de température, ainsi que des réglages de fonctionnement dont les valeurs - agissent sur les données de sortie du processeur. De plus, des signaux fournis par des systèmes extérieurs tels que des chargeurs de batterie, des générateurs et des moteurs sont traités; ces signaux sont également traités dans le processeur lorsque des signaux de commande appropriés sous la forme de données de sortie sont produits

afin de réguler également ce système.

Seules quelques formes de réalisation de l'invention ont été illustrées sur les dessins, mais il faut souligner que de nombreuses autres modifications peuvent être

envisagées dans le cadre des revendications ci-après.

On trouvera ci-après des comptes rendus de laboratoire présentant les résultats de mesures de dureté de la matière constituant des rails, un certain nombre

d'opérations de brasage étant effectuées selon la présente invention.

KOCKUMS COMPTE RENDU DE LABORATOIRE

Département Date N d'enregistrement Page Résistancemécanique 17-04- 01 16/51/13113 1 (2) Compte rendu établi par John Ivarsson Communiqué à Safetrack AB, P1 319, L Molleberga, 245 93 Staffanstorp, T Bâvhammar

384 JOIV

Commandé par Date de commande Date d'essai N de cornmande Satetrack 0604-01 09-04-01 5551 9002 Etude Connexions de câble, USA, champignon Echantillons numérotés: 2, 3, 5, 6, 8 et 10 Sujet de l'étude Mesure de dureté Echantillons reçus par le laboratoire pour mesure de dureté du brasage tout près des zones affectées par la chaleur. Mesures de dureté Vickers et avec une faible charge, HV1.

Estimation de la précision de la mesure: 3%.

N Distance par rapport à la limite de la brasure fondue. mm Dureté HV 1

2 0,06 274

0,19 261

0,36 269

0,88 285

Matière de base 285 )

KOCKUMS COMPTE RENDU DE LABORATOIRE

Compte rendu établi par Date N d'enregistrement Page John Ivarsson 17-0401 16/51/13113 2 (2) N Distance par rapport à la limite de la brasure fondue. mm Dureté HV 1

3 0,06 281

0,18 276

0 37 276

0,87 297

Matière de base 292

0,08 313

0,19 292

0,38 283

0,88 Matière de base 292

6 0,07 267

0,18 271

0 37 288

0,87 288

Matière de base 290

8 0,07 290

0,18 285

0,38 288

0,88 319

Matière de base 295

0,07 255

0,18 276

0,37 295

0,87 305

Matière de base 292

KOCKUMS COMPTE RENDU DE LABORATOIRE

Département Date N d'enregistrement Page Résistance mécanique 17-04- 01 16/51/13114 1 (2) Compte rendu établi par John Ivarsson Communiqué à Saietrack AB, P1 319, L Molleberga, 245 93 Staffanstorp, T Bâvhammar

384 JOIV

Commandé par Date de corumande Date d'essai N de commande Saietrack 0604-01 06-04-01 5551 9002 Etude Connexions de câble, UIC 60 Echantillons numérotés: 13, 21 et 24 Sujet de l'étude Mesure de dureté Echantillons reçus par le laboratoire pour mesure de dureté du brasage tout près des zones affectées par la chaleur. Mesures de dureté Vickers et avec une faible charge, HV1.

Estimation de la précision de la mesure: 3%.

N Distance par rapport à la limite de la brasure fondue. mm Dureté HV1

13 0,76 292

0,18 285

0,38 285

0,89 288

Matière de base 267

KOCKUMS COMPTE RENDU DE LABOR\TOIRE

Compte rendu établi par Date N d'enregistrement Page JohnIvarsson 17-0401 16/51/13114 2 (2) N Distance par rapport à la limite de la brasure fondue. mm Dureté HV1

21 0,07 290

0,17 290

0,38 285

0,87 281

Matière de base 321

24 0,10 249

0,20 251

0,35 258

0,88 274

Matière de base 295

KOCKUMS COMPTE RENDU DE LABORATOIRE

Département Date N d'enregistrement Page Résistancemécanique 17-04- 01 16/51/13128 1 (3) Compte rendu établi par John Ivarsson Communiqué à Safetrack AB, P1 319, L Molleterga, 245 93 Staffanstorp, T Bavhammar

384 JOIV

Commandé par Date de commande Date d'essai N de commande Safetrack 10-0401 17-04-01 5551 9002 Etude Connexions de cable, USA, âme Echantillons numérotés: 1-8 Sujet de l'étude Mesure de dureté Echantillons reçus par le laborato ire pour me sure de dureté du bras age tout prè s de s zones affectées par la chaleur. Mesures de dureté Vickers et avec une faible charge, HV1. Estimation de la précision de la mesure: 3%.; N Distance par rapport à la limite de la brasure fondue. mm Dureté HV1

1 0,09 297

0,18 348

0,38 332

0,89 348

1,30 361

Matière de base 358

KOCKUMS COMPTE RENDU DE LABORATOIRE

Compterenduétablipar Date N d'enregistrement Page John Ivarsson 17-04-01 16/51/13128 2 (3) N Distance par rapport à la limite de la brasure fondue mm Dureté HV1

2 0,09 271

0,20 330

0,37 355

0,89 368

Matière de base 641

3 0,09 345

0,19 358

0,39 355

0,89 355

Matière de base 345

4 0,09 339

0,19 345

0,39 355

0,88 368

Matière de base 355

0,10 319

0,25 355

0,39 361

0,89 386

1,30 341

Matière de base 332

6 0,07 295

0,19 324

0,40 341

0,89 358

Matière de base 336

KOCKUMS COMPTE RENDU DE LABORATOIRE

Compte rendu établi par Date N d'enregistrement Page JohnIvarsson 17-0401 16/51/13128 3 (3) N Distance par rapport à la limite de la brasure fondue. mm Dureté HV1

7 O,09 355

O,20 339

*O,39 332

O,89 365

Matière de base 355

8 O,09 319

O,18 327

O,39 358

O,88 378

Matière de base 358 .

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour fixer par brasage un élément de connexion en matière s électriquement conductrice sur une pièce en matière électriquement conductrice à l' aide d'un procédé de brasage à régulation de température sans provoquer de changements de structure ni de formation de martensite, caractérisé en ce que la température de brasage et la formation de martensite qui dépend de cette dernière sont matrisées en calculant et régulant en temps réel la puissance électrique 0 développée à l'aide d'une procédure analogique etlou d'une procédure numérique à degré élevé de résolution et la puissance développée est également calculée par une mesure instantanée de l'intensité et de la tension, la puissance réelle étant calculée en tant que produit mathématique de l'intensité et de la tension, le calcul étant effectué et le résultat étant appliqué à un processeur dont le signal de sortie influence un système de régulation de tension, et par une régulation de la tension et donc de l'intensité la puissance électrique développée est ajustée à une valeur approprice, le pro ces seur traitant le s données sous la forme de valeurs d' intensité et de tension, de données fournie s par de s capteurs et de s réglages de fonctionnement ainsi que le temps écoulé mesuré, et kaitant ces données par rapport à des structures physiques, mathématiques et logiques de façon qu'une régulation appropriée de la puissance développée puisse se produire dans le temps, des signaux traités étant également fournis par des systèmes extérieurs tels que des chargeurs de batterie, des générateurs et des moteurs, ces signaux étant également traités dans le processeur o des signaux de commande appropriés sont produits sous la forme de données de sortie afin de

réguler également ce processeur.

2. Dispositif pour mettre en _uvre le procédé selon la revendication 1 à l'aide d'un processus à régulation de température pour braser un élément de connexion en matière électriquement conductrice sur une pièce en matière électriquement conductrice sans provoquer de changements de structure ni de formation de martensite, caractérisé en ce qu'une source (1) d'électricité achemine un courant jusqu'à un système électronique (2) dans lequel des données provenant de systèmes différents sont traitées et des données de sortie sont régulées dans le système et, lorsque le disjoncteur (3) ferme le circuit électrique, l'électrode (6) en carbone court-circuite le circuit avec un élément de connexion (10) en matière . électriquement conductrice, de préférence une cosse de câble, après quoi un électroaimant présent dans un pistolet de brasage (5) soulève l'électrode (6) en carbone au-dessus de l'élément de connexion (10) et un arc électrique (8) est allumé et agit sur une surface compacte continue plane (26) de l'élément de connexion (10), s de la poudre de carbone étant libérce par l'électrode (6) en carbone pendant le processus de brasage et s'accumulant sous la forme d'une mince couche sur la surface compacte continue plane (26) de l'élément de connexion (10) situé au- dessous et l'arc électrique (8) étant entretenu entre deux pôles en carbone, ce qui stabilise ledit arc (8) et réparti la température, la partie compacte (26) de l'élément de connexion (10) o empêchant un contact direct entre l'arc électrique (8) et la pièce (14) et formant une couche thermique intermédiaire de répartition de température, la mise à la terre du circuit s' effectuant à l' aide d'un anneau de garde (9) à montage serré, l 'anneau de garde (9) en matière électriquement conductrice autour de l'électrode (6) en carbone absorbant la chaleur générée pendant le brasage et canalisant cette dernière jusqu'à l'élément de connexion (10), la chaleur produite étant transmise par l'élément de connexion (10) et activant un fondant (11) situé entre une brasure (12) et l'élément de connexion (10) et, lorsque le fondant (12) est échauffé, celui-ci activant à son tour un flux (13) situé sur une pièce (14), de préférence un rail de chemin de fer ou une conduite, grâce à quoi un brasage de la brasure (12) sur la pièce (14) a lieu et l'élément de connexion (10) en matière électriquement conductrice est solidement fixé par brasage sur la pièce (14), un fondant approprié pour un brasage tendre, une brasure appropriée pour un brasage fort et le procédé de brasage étant compatibles les uns avec les aukes et le fondant étant activé au début du brasage et continnant à

être efficace jusqu'à ce que le brasage ait été effectué.

2s 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un fondant (28) est mis en place entre l'élément de connexion (10) et la pince de brasage (27) lorsque

ceux-ci sont appuyés l'un contre l'autre.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pince de brasage (27) a une épaisseur uniforme avec une partie biscautée (32) et deux trous (30, 31), et en ce que la pince de brasage (27) est plus grande que l'élément de connexion (10) afin de réaliser une surface d'assemblage plus grande et une

résistance de passage électrique plus faible.

' 1 f S. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'anneau de

garde (9) est en matière céramique.

6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'anneau de garde (9) est constitué par une combinaison d'un anneau en céramique et d'un anneau

en matière électriquement conductrice.

7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'anneau de garde (9), conjointement avec un manchon de serrage (18), protège l'opérateur contre

o l'arc (8) et contre les gaz brulants.

8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une connexion électrique (25) avec l'élément de connexion (10) comporte un pole de connexion (24)

fixé de façon à metke le circuit à la terre.

9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un manchon de serrage (18) expulse par un mouvement longitudinal les éleckodes en carbone usées

(6) et le ou les anneaux de garde (9, 9B).