WO2017009569A1 - Procédé et dispositif mettant en oeuvre l'utilisation d'explosifs liquides pour le durcissement par explosion de pièces métalliques - Google Patents

Procédé et dispositif mettant en oeuvre l'utilisation d'explosifs liquides pour le durcissement par explosion de pièces métalliques Download PDF

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WO2017009569A1
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receptacle
explosive
concavity
curing
liquid explosive
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PCT/FR2016/051779
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Inventor
Thibault Derode
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Airbus Safran Launchers Sas
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails

Definitions

  • the invention relates to the field of hardening of metal parts by explosion, and more particularly to deep explosive hardening of massive metal parts or profiles such as rails and cores of railway crossings.
  • Extensive hardening of metal surfaces by explosion is traditionally performed to improve certain mechanical properties and / or longevity of hardened parts.
  • This hardening can be obtained by cold-working, this hardening being traditionally carried out using sheets or plates of plastic explosives (hexogen type, pentrite or a mixture of the two), which are placed in contact with the surface to be hardened and set. fire at one end by a "detonator primer".
  • the detonator primer is defined as a pyrotechnic component whose function is to directly transform an external action (electronic, mechanical, ...) into a shock wave sufficient to initiate a secondary explosive.
  • Applications FR 2 578 857 and GB 765 305 describe processes for hardening manganese steels, in particular in an austenitic form, using such solid explosives used in a flattened conformation.
  • the work hardening to be satisfactory, especially for these manganese steels, must be performed by applying a pressure ranging from 10 to 20 GPa, for a period of 10 ⁇ 4 s minimum.
  • Such hardening must be carried out in using explosives, referred to as "breaking" explosives, that have a high detonation velocity, that is, a velocity greater than 6000 m / s.
  • Plastic explosives that fall into this category of explosive breakers, such as those presented above, are very expensive and it is necessary to be able to get rid of this raw material by having access to alternatives - or even improvements - techniques at lower cost.
  • plastic explosives are delivered in rectangular sheets.
  • the complexity of the shapes to be hardened leads to the need to cut the explosive sheets into suitable shapes: it is a long manual process and generates around 20% loss. of material, moreover the rejects are not usable in the state. Such a process that seems very difficult to automate, is to be avoided in the context of mass production requiring low manufacturing tolerances.
  • the workpieces are at the detonation simply placed on a loose surface (sand, natural ground, etc. .), which induces a rebound and a vibration. Beyond the loss of energy that this lack of clamping and stiffening of the support of the part that this represents, this ultimately induces unacceptable residual deformations that require a delicate operation of cold pressing to find the initial geometry.
  • the invention aims to solve the disadvantages of the prior art and for this purpose concerns a process for the explosive curing of one or more surfaces to be treated of a metal part for the manufacture of a cured metal part, comprising a step contacting a liquid explosive, contained in at least one concavity of a receptacle, with said surfaces to be treated.
  • the solicitation of the surface of the materials to be cured is homogeneous and therefore uniform hardening is achieved on all parts which need to be cured.
  • the method according to the invention is compatible with the hardening of any metallic material capable of undergoing plastic deformation.
  • the process comprises the following steps:
  • filling does not mean that the residual space delimited in the concavity is completely filled with liquid - such filling allows to control the height on the side of the part to be hardened - the explosive can for example fill to two thirds said residual space;
  • step b The clamping means are implemented in a step b '), before filling with the explosive of step c);
  • the method comprises a step a ') occurring before step b) positioning the piece above the receptacle, involving the placement of a firing line in a groove made for this purpose in said receiving receptacle of liquid explosive;
  • the firing cord used in step a ') has a detonation speed greater than the detonation speed of the liquid explosive, and preferably a detonation velocity higher than 6300 m / s, or even greater than 6900 m / s;
  • the liquid explosive comprises at most two components, and comprises nitromethane, or a derivative thereof, and a sensitizer;
  • the sensitizer is a diamine, preferably ethylene diamine
  • said liquid explosive is sterilized, that is to say it incorporates at least one substance capable of inactivating the explosive with time, for security reasons;
  • the metal parts are steel parts
  • the metal parts are manganese steel parts
  • the invention also relates to a device for implementing the method as described above in the context of the invention comprising a base or base, a stiffening frame, a receptacle or mold hardening comprising a concavity for receiving the liquid explosive, a means for holding the workpiece against the stiffening frame, a guiding means and a setting means positioning the base and the frame relative to one another so as to to immerse the liquid explosive of the surface to be treated of the part to be hardened and a clamping means applying the frame on the wedging means.
  • the clamping means of the device according to the invention advantageously comprise spacers and resilient elements which cooperate to operate a flexible clamping between the stiffening frame and the wedging means.
  • the invention also relates to a work hardening receptacle for implementing the method according to the invention, comprising a concavity intended to contain a bath of liquid explosive and shaped to receive one or more surface to be hardened.
  • the material of said receptacle is a cross-linked closed cell polyethylene foam having a density of between 20 and 40 kg / m 3 .
  • the invention also relates to a method of manufacturing the receptacle according to the invention, comprising the following steps:
  • the method comprises a step of producing in said receptacle at least one groove formed furrowing in the bottom of said concavity and opening on at least one of the borders of said receptacle.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an embodiment of the cold-working device according to the invention, the substantially cylindrical elements such as nuts, rods and springs in the axis of the threaded rods have been represented uncut to facilitate reading and interpretation of drawings;
  • FIG. 2 represents a view in longitudinal section of the embodiment of the cold-working device represented in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a top view of a railroad crossing heart as processed according to the method according to the invention
  • FIG. 4 represents a view from above, showing a detail of an embodiment of the receptacle or mold of hardening according to the invention
  • FIG. 5 shows a partial view of the receptacle in the longitudinal sectional plane of the cord along the axis AA 'in dashed lines in Figure 4; and FIG. 6 represents a partial view of the receptacle in the transverse cutting plane of the mold along the dotted line BB 'in FIG.
  • the liquid explosive selected in the context of the invention is advantageously an explosive composed of at most three components (mono-, bi-, or tri-components) and whose combination allows to obtain a liquid explosive.
  • the component (s) that must be associated to achieve the explosion can be consisting of several ingredients each.
  • these category are known single-component liquid explosives, that is to say composed of a single liquid, and liquid explosives in binary composite form, called “bicomponent liquid explosive", or ternary, called " three-component liquid explosive ".
  • liquid explosives such as nitroglycerine, nitroglycerol glycol, or other, which are sensitive to impact and therefore must be insensitized by gelatinization for safety reasons during storage, which makes them lose the character liquid sought in the context of the present invention.
  • liquid explosives such as nitromethane are much less sensitive.
  • the liquid explosive comprises nitromethane.
  • the latter must be sensitized, for example by an amine, to be initiated by conventional operational means (detonator primer or detonating cord). Indeed, it is necessary to sensitize the nitromethane because it is not explosive as such.
  • the sensitizers of choice belong to the chemical class of amines, and preferably they are diamines such as ethylene diamine.
  • the liquid explosive is advantageously a bicomponent liquid explosive comprising nitromethane and an amine, preferably ethylene diamine.
  • the liquid explosive containing the nitromethane used in this context is in the form of a liquid binary explosive, the second component, containing ethylene diamine, must be incorporated just before use (NITROROC TM, SECUBEX TM, etc. ).
  • NITROROC TM, SECUBEX TM, etc. Such explosives based on nitromethane and an amine sensitization have a detonation velocity of the order of 6300 m / s.
  • the liquid explosive incorporates a sterilizer which allows to inactivate after a certain time, typically 24 hours, the ability to explode.
  • a sterilizer performs a safety function by defusing the system to not endanger the operators in case of failure, that is to say if the outbreak of the explosion could not be done properly.
  • the method according to the invention comprises a step of priming the liquid explosive with a detonation detonation cord greater than 6300 m / s used in combination with the liquid explosive based on nitromethane. That is, the detonation velocity of the cord is greater than that of the liquid explosive.
  • the priming step includes a step of placing a firing line in the area where the explosion must be triggered. The presence of such a firing line placed in depth, and over the entire length, concavities of the receptacle, is particularly preferred because it allows to obtain a very homogeneous explosion and is triggered simultaneously on all areas to harden.
  • the cord used is advantageously based on pentrite, the latter has a detonation velocity of 7000 m / s ⁇ 50 m / s, much higher than that of the liquid explosive based on nitromethane and ethylene diamine having a detonation velocity 6300 m / s ⁇ 50 m / s, which makes it possible to have an order of initiation which passes more quickly in the cord than in the liquid explosive itself.
  • the liquid explosive is thus almost primed over the entire action surface, which has the effect of folding the shock front towards the surface to be hardened and thus to have a better curing efficiency than with a simple longitudinal propagation of the shock front (increase of pressure at the explosive interface / metal to harden).
  • the part to be hardened for example a railroad rail, or a crossing center of a railroad, is positioned above the receptacle which must contain the liquid explosive with insertion of the parts to be hardened in the cavity light intended to contain said liquid explosive.
  • the filling of the cavities of the receptacle is done in a precise manner so as to define the immersed surface, and therefore the area to be hardened, of the metal part to be treated.
  • this contact surface comprising a portion intended to occupy a horizontal position and a portion intended to occupy a vertical position when the rail is put into service, typically in a railway line.
  • the hardening receptacle may be made in one or more parts.
  • a seal must be positioned at interfaces between several of the aforesaid parts, or the bond may advantageously be made by heat sealing when the mold material is suitable.
  • the development of such a mold in several parts facilitates the manufacture of the receptacle.
  • the receptacle is advantageously made of machinable plastic foam antistatic and heat-sealable. This foam is compatible with the components of the explosive and perfectly liquid tight.
  • FIG. 1 shows a hardening device 1 adapted to harden a part 8 such as a rail crossing core which comprises surfaces 20a to be hardened, such as that shown in FIG. 3, these surfaces 20a making up the upper face horizontal surfaces on which the trains will roll.
  • the device mainly comprises a base or base 2, a stiffening frame 7, a curing receptacle 3 having cavities for receiving a liquid explosive 1 1 in which will be positioned the surfaces to be hardened of the workpiece.
  • the device further comprises means 9 for holding the workpiece 8 against the stiffening frame 7, guiding means 5 and wedging means 6, 6 'positioning the base and the frame relatively relative to each other and clamping means applying the frame to the wedging means 6 '.
  • the base or base 2 is a solid metal base, on which is fixed the work hardening mold 3 with screws 4;
  • the guide means are composed of threaded rods 5, screwed onto the base 2 and locked by nuts 6 forming first wedging means;
  • the stiffening frame 7, keeps the crossover heart 8 in the returned direction with the holding means 9 constituted by toads fixed on the frame by screws 4;
  • second securing means comprising nuts 6 'for leveling and maintaining the stiffening frame 7 at the desired altitude relative to the base 2, making it possible to ensure the good distribution and the good thickness (which makes it possible to guarantee the curing quality) of the liquid explosive 1 1 in contact with the surface to be hardened;
  • the threaded rods 5 are slidably mounted in the frame 7 by means of holes 12, which allows the frame to be applied to the second wedging means 6 ', without the material exceeding its elastic limit at any point. , so that this tool can not deform permanently.
  • the clamping means are intended to collect the shock of the explosion and to maintain the room during the explosion.
  • they comprise elastic elements 13 consisting of stacks of spring washers, such as Belleville washers, on the threaded rods 5, these stacks forming springs of very high rigidity, same as dissipate a large part of the kinetic energy transferred by the explosion to the stiffening frame 7.
  • the spring washers are, according to embodiments, in accordance with DIN 2093: 2013-12 and / or DIN 2092: 2006-03.
  • the spring washers may be split spring washers, it may also be coil springs.
  • the clamping means comprise abutment nuts 60 and wedge washers 15, and also comprise spacers 14 resting on the aforesaid stacks and which abut on the abutment nuts 60 via the setting washers 15. These spacers 14 allow to postpone the force caused by the explosion over a greater length of threaded rods 5 and thus support the residual kinetic energy while limiting the diameter of the threaded rods 5.
  • the curing device 1 may further comprise rings 16 for handling.
  • the base 2 and the stiffening frame 7 have a thickness of the order of 60 mm
  • the threaded rods 5 have a diameter M30 and slide in the frame 7 in the holes 12 whose diameter is 34 mm to allow sufficient clearance.
  • FIG. 2 is a side view of the device of FIG. 1 and the cold-forming mold or receptacle 3 in which the liquid explosive 1 1 used for carrying out the cold-working process according to the invention is to be placed.
  • Explosive Fluid 1 1 used in the application is a two component comprising nitromethane and ethylene diamine, such as explosives marketed under the reference NITROROC TM 4-24 by the EPC ® company. In order to obtain a sufficient detonation velocity, the thickness of liquid explosive 11 is greater than or equal to 6 mm.
  • the receptacle 3 is made of a consumable material, that is to say that it is destroyed after each use. Such a single use avoids reuse of a damaged receptacle during a previous explosion-curing operation.
  • the material is machinable, it must be possible to provide concavities and various orifices which must allow the retention and filling of liquid explosive, and the positioning of the firing line. The material is, moreover, impermeable and chemically inert with respect to the liquid explosive.
  • the receptacle 3 is made of density antistatic crosslinked polyethylene foam of 20 to 40 kg / m 3, and most preferably 30 kg / m 3, such that the foam sold under the Plastazote ® reference by the company Zotefoams ® .
  • a receptacle 3 which constitutes a retention mold of the liquid explosive, is shown in FIG. 4; this mold is shaped to achieve the hardening of a railway crossing heart 8, as shown in Figure 3, according to the method described in the context of the invention.
  • the receptacle 3 can be made of several parts which will be assembled in a process making the interfaces between the parts sealed.
  • the receptacle 3 seen from above in FIG. 4 is made from a block of foam of dimensions adapted to surround the parts of the part to be hardened and comprises:
  • concavities 19b which are not through, for example machined by milling according to the form necessary to maintain a constant thickness of explosive in contact with the surface of the workpiece 20a, to distinguish surfaces which are not to be hardened 20b;
  • this receptacle 3 because of the dimensions of the part to be hardened is made in several parts, sealing interfaces, for example by heat sealing, or another process;
  • the receptacle 3 is made with a thickness of
  • the geometry of the device for precisely positioning a part with respect to a receptacle 3 and the concavities 19b for receiving the liquid explosive is perfectly adapted to the hardening of many parts.
  • a great flexibility is allowed by the invention which gives great freedom to conform the mold to obtain the volumes of liquid explosive and its precise positioning with respect to the parts of the workpiece to be hardened.
  • Outraged machining the mold can itself be molded to achieve cavities receiving the explosive if sufficient series are expected.
  • the invention is not limited to the example shown and in particular the cavities may be of various shapes and different height to receive more or less liquid explosive or work parts of parts of different height.

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Abstract

Procédé de durcissement par explosion d'une ou plusieurs surfaces à traiter (20a) d'une pièce (8) métallique pour la fabrication d'une pièce métallique durcie, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mise en contact d'un explosif liquide (11), contenu dans au moins une concavité d'un réceptacle (3), avec lesdites surfaces à traiter (20a).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF METTANT EN ŒUVRE L'UTILISATION
D'EXPLOSIFS LIQUIDES POUR LE DURCISSEMENT PAR EXPLOSION DE
PIÈCES MÉTALLIQUES
Domaine technique et état de l'art
L'invention concerne le domaine du durcissement de pièces métalliques par explosion, et plus particulièrement le durcissement en profondeur par explosion de pièces métalliques massives ou de profilés tels que des rails et cœurs de traversées ferroviaires.
Le durcissement en profondeur de surfaces métalliques par explosion est traditionnellement réalisé pour améliorer certaines propriétés mécaniques et/ou la longévité des pièces durcies. Ce durcissement peut être obtenu par écrouissage, cet écrouissage étant traditionnellement réalisé à l'aide de feuilles ou plaques d'explosifs plastiques (type hexogène, pentrite ou un mélange des deux), lesquelles sont disposées au contact de la surface à durcir et mise à feu à une extrémité par une « amorce détonateur ». L'amorce détonateur, se défini comme un composant pyrotechnique dont la fonction consiste à transformer directement une action extérieure (électronique, mécanique, ...) en une onde de choc suffisante pour initier un explosif secondaire. Les demandes FR 2 578 857 et GB 765 305 décrivent des procédés pour durcir des aciers au manganèse, en particulier sous une forme austénitiques, mettant en œuvre de tels explosifs solides utilisés sous une conformation aplatie.
L'écrouissage pour qu'il soit satisfaisant, en particulier pour ces aciers au manganèse, doit être effectué en appliquant une pression variant de 10 à 20 GPa, pendant une durée de 10~4 s au minimum. Un tel écrouissage doit être réalisé en utilisant des explosifs, qualifiés d'explosifs « brisants », qui ont une grande vitesse de détonation, c'est-à-dire une vitesse supérieure à 6000 m/s.
Les explosifs plastiques qui entrent dans cette catégorie d'explosifs brisants, comme ceux présentés précédemment, sont très coûteux et il est nécessaire de pouvoir s'affranchir de cette matière première en ayant accès à des alternatives - voire des améliorations - techniques à moindre coût.
D'autre part, les explosifs plastiques sont livrés en feuilles rectangulaires. Or dans le cadre des cœurs de traversée ferroviaires, la complexité des formes à durcir conduit à la nécessité de découper les feuilles d'explosif aux formes adaptées : c'est un processus manuel long et qui génère de l'ordre de 20% de perte de matière, de plus les rebuts ne sont pas utilisables en l'état. Un tel processus qui paraît très difficilement automatisable, est à proscrire dans l'optique d'une production en grande série exigeant des faibles tolérances de fabrication.
En outre, lorsque des plaques d'explosif plastique de petites dimensions sont utilisées, elles impliquent des discontinuités de l'explosif qui ont pour conséquence l'apparition de ressauts sur la face de roulement du cœur de voie, ce qui n'est pas acceptable. A l'opposé, lorsque des plaques de très grande taille sont utilisées, leur manipulation tend à les déformer (ondulations, plis ...) ce qui rend difficile un parfait plaquage de l'explosif au contact de la surface à écrouir. Ainsi, outre le fait que le modelage de l'explosif plastique soit long et fastidieux comme cela a été dit plus haut, les opérateurs se voient limités par les dimensions des plaques - et donc par les quantités d'explosifs - qu'ils peuvent raisonnablement utiliser aux fins de réaliser un écrouissage approprié de rails ou de cœurs de traversées ferroviaires.
Dans ce cadre, pour une mise en œuvre simple et exploitable à l'échelle industrielle, comme cela est connu de l'art antérieur, les pièces à écrouir sont lors de la détonation simplement posées sur une surface meuble (sable, terrain naturel, etc .), ce qui induit un rebond et une mise en vibration. Au-delà de la perte d'énergie que cette absence de bridage et de rigidification du support de la pièce que cela représente, ceci induit in fine des déformations résiduelles inacceptables qui nécessitent une opération délicate de pressage à froid pour retrouver la géométrie initiale.
Résumé de l'invention
L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin un procédé de durcissement par explosion d'une ou plusieurs surfaces à traiter d'une pièce métallique pour la fabrication d'une pièce métallique durcie, comportant une étape de mise en contact d'un explosif liquide, contenu dans au moins une concavité d'un réceptacle, avec lesdites surfaces à traiter.
Grâce à un tel procédé de durcissement par explosion, la sollicitation de la surface des matériaux à durcir est bien homogène et par conséquent un durcissement uniforme est obtenu sur toutes les parties qui doivent être durcies. Le procédé selon l'invention est compatible avec le durcissement de tout matériau métallique capable de subir une déformation plastique.
Le procédé selon l'invention comporte avantageusement au moins l'une des caractéristiques supplémentaires suivante :
- le procédé comporte les étapes suivantes :
a) positionnement du réceptacle avec ses concavités ouvertes vers le haut ;
b) placement de la pièce au dessus dudit réceptacle tel que la susdite surface à traiter est insérée dans la concavité du réceptacle, sans entrer en contact avec ladite concavité ; et
c) remplissage par l'explosif liquide de la concavité ; le terme remplissage ne signifie pas que l'espace résiduel délimité dans la concavité est entièrement rempli de liquide - un tel remplissage permet de contrôler la hauteur sur le côté de la pièce qui doit être écrouie - l'explosif pouvant par exemple remplir aux deux tiers ledit espace résiduel ;
- la pièce est maintenue en position avant et pendant l'explosion par des moyens de bridage - ce bridage permet d'éviter la déformation résiduelle des pièces obtenues - adaptés à dissiper au moins en partie l'énergie de l'explosion ;
- les moyens de bridages sont mis en place suivant une étape b'), avant le remplissage par l'explosif de l'étape c) ;
- le procédé comporte une étape a') intervenant avant l'étape b) de positionnement de la pièce au dessus du réceptacle, faisant intervenir le placement d'un cordeau d'amorçage dans une rainure pratiquée à cet effet dans ledit réceptacle de réception de l'explosif liquide ;
- le cordeau d'amorçage mis en œuvre à l'étape a') a une vitesse de détonation supérieure à la vitesse de détonation de l'explosif liquide, et de préférence une vitesse de détonation supérieure à 6300 m/s, voire supérieure à 6900 m/s ;
- l'explosif liquide comporte au plus deux composants, et comprend du nitrométhane, ou un de ses dérivés, et un sensibilisateur ;
- le sensibilisateur est une diamine, de préférence de l'éthylène diamine ;
- ledit explosif liquide est stérilisé, c'est-à-dire qu'il intègre au moins une substance apte à inactiver l'explosif dans le temps, pour des raisons de sécurité ;
- les pièces métalliques sont des pièces en acier ;
- les pièces métalliques sont des pièces en acier au manganèse ;
L'invention concerne également un dispositif de mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment dans le cadre de l'invention comprenant un socle ou embase, un bâti raidisseur, un réceptacle ou moule d'écrouissage comportant une concavité de réception de l'explosif liquide, un moyen de maintien de la pièce contre le bâti raidisseur, un moyen de guidage et un moyen de calage positionnant le socle et le bâti relativement l'un par rapport à l'autre en sorte de réaliser une immersion par l'explosif liquide de la surface à traiter de la pièce à durcir et un moyen de bridage appliquant le bâti sur le moyen de calage.
Les moyens de bridage du dispositif selon l'invention comportent avantageusement des entretoises et des éléments élastiques qui coopèrent pour opérer un bridage souple entre le bâti raidisseur et les moyens de calage.
L'invention concerne aussi un réceptacle d'écrouissage pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, comprenant une concavité destinée à contenir un bain d'explosif liquide et conformée pour recevoir une ou plusieurs surface à écrouir.
Avantageusement, le matériau dudit réceptacle est une mousse de polyéthylène réticulée à cellule fermée de densité comprise entre 20 et 40 kg/m3.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication du réceptacle selon l'invention, comportant les étapes suivantes :
- réalisation dans ledit réceptacle d'au moins une concavité; et
- réalisation d'au moins un canal débouchant, d'une part, sur ladite concavité et, d'autre part, sur une bordure dudit réceptacle par un orifice de remplissage.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de réalisation dans ledit réceptacle d'au moins une rainure ménagée sillonnant dans le fond de ladite concavité et débouchant sur au moins une des bordures dudit réceptacle. Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description détaillée est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation du dispositif d'écrouissage selon l'invention, les éléments sensiblement cylindriques tels que les écrous, les tiges et les ressorts dans l'axe des tiges filetées ont été représentés non coupés pour faciliter la lecture et l'interprétation des dessins ;
- la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du mode de réalisation du dispositif d'écrouissage représenté à la figure 1 ;
- la figure 3 montre une vue de dessus d'un cœur de croisement de voie ferrée tel que traité selon le procédé selon l'invention ;
- la figure 4 représente une vue de dessus, montrant un détail d'un mode de réalisation du réceptacle ou moule d'écrouissage selon l'invention ;
- la figure 5 représente une vue partielle du réceptacle dans le plan de coupe longitudinal du cordeau suivant l'axe AA' en pointillés sur la figure 4; et - la figure 6 représente une vue partielle du réceptacle dans le plan de coupe transversal du moule suivant l'axe BB' en pointillés sur la figure 4.
Description de modes de réalisation de l'invention L'explosif liquide retenu dans le cadre de l'invention est avantageusement un explosif composé d'au plus trois composants (mono-, bi-, ou tri-composants) et dont l'association permet d'obtenir un explosif liquide. Le ou les différents composant(s) qui doivent être associés en vue d'obtenir l'explosion peuvent être constitués de plusieurs ingrédients chacun. Dans cette catégorie, sont connus les explosifs liquides mono-composants, c'est-à-dire composés d'un seul liquide, et les explosifs liquides sous forme composite binaire, dénommés « explosif liquide bi- composants », ou ternaire, dénommés « explosif liquide tri-composants ».
II existe des explosifs liquides mono-composants tels que la nitroglycérine, le nitroglycérolglycol, ou autre, qui sont sensibles à l'impact et par suite doivent être insensibilisés par gélatinisation pour des raisons de sécurité durant leur stockage, ce qui leur fait perdre le caractère liquide recherché dans la cadre de la présente invention.
Des exemples d'explosifs liquides tels que le nitrométhane sont beaucoup moins sensibles. De par sa nature liquide, de manière préférée, l'explosif liquide comprend du nitrométhane. Ce dernier doit être sensibilisé, par exemple par une aminé, pour être amorcé par les moyens opérationnels classiques (amorce détonateur ou cordeau détonant). En effet, il est nécessaire de sensibiliser le nitrométhane car il n'est pas explosif en tant que tel. Les sensibilisateurs de choix appartiennent à la classe chimique des aminés, et de préférence il s'agit de diamines telles que l'éthylène diamine.
A cet effet, l'explosif liquide est avantageusement un explosif liquide bi- composant comprenant du nitrométhane et une aminé, de préférence l'éthylène diamine. L'explosif liquide contenant le nitrométhane mis en œuvre dans ce cadre est sous une forme d'explosif binaire liquide, le deuxième composant, contenant l'éthylène diamine, doit être incorporé juste avant l'emploi (NITROROC™, SECUBEX™, etc .). De tels explosifs à base de nitrométhane et d'une aminé de sensibilisation présentent une vitesse de détonation de l'ordre de 6300 m/s.
Avantageusement, l'explosif liquide incorpore un stérilisateur qui permet d'en inactiver au bout d'un certain temps, typiquement 24 heures, la capacité à pouvoir exploser. Un tel stérilisateur remplit une fonction de sécurité en désamorçant le système pour ne pas mettre en danger les opérateurs en cas d'échec, c'est-à-dire si le déclenchement de l'explosion n'a pas pu se faire correctement.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte une étape d'amorçage de l'explosif liquide avec un cordeau détonant de vitesse de détonation supérieur à 6300 m/s utilisé en combinaison avec l'explosif liquide à base de nitrométhane. C'est-à-dire que la vitesse de détonation du cordeau est supérieure à celle de l'explosif liquide. L'étape d'amorçage comporte une étape de placement d'un cordeau d'amorçage dans la zone où doit être déclenchée l'explosion. La présence d'un tel cordeau d'amorçage placé en profondeur, et sur toute la longueur, des concavités du réceptacle, est particulièrement préférée, car elle permet d'obtenir une explosion bien homogène et qui est déclenchée en simultanée sur toutes les zones à durcir. Le cordeau utilisé est avantageusement à base de pentrite, cette dernière présente une vitesse de détonation de 7000 m/s ± 50m/s, bien supérieure à celle de l'explosif liquide à base de nitrométhane et d'éthylène diamine ayant une vitesse de détonation de 6300 m/s ±50 m/s, ce qui permet d'avoir un ordre d'amorçage qui transite plus rapidement dans le cordeau que dans l'explosif liquide lui-même. L'explosif liquide est donc quasiment amorcé sur l'ensemble de la surface d'action, ce qui a pour effet de rabattre le front de choc vers la surface à durcir et donc d'avoir un meilleur rendement de durcissement qu'avec une simple propagation longitudinale du front de choc (augmentation de la pression à l'interface explosif / métal à durcir).
La pièce à durcir, par exemple un rail de chemin de fer, ou un cœur de croisement d'une voie ferrée, est positionnée au dessus du réceptacle qui doit contenir l'explosif liquide avec insertion des parties à durcir dans la lumière de la cavité destinée à contenir ledit explosif liquide. Le remplissage des cavités du réceptacle se fait de manière précise de façon à définir la surface immergée, et donc la zone à durcir, de la pièce métallique à traiter. Dans le cadre d'un rail, il faut durcir la face de contact du rail destinée à être mise en contact avec les roues d'un train, cette surface de contact comprenant une partie destinée à occuper une position horizontale et une partie destinée à occuper une position verticale lorsque le rail est mis en service, typiquement dans une voie ferrée. Ceci signifie que les pièces, telles que le cœur de croisement de voie ferrée représenté à la figure 3, sont retournées pour durcir leur face supérieure, qui doit occuper la position horizontale en service et qui s'étend sur les côtés par des bordures destinées à occuper la position verticale lorsque le rail est mis en service. Cette technique qui permet d'écrouir des surfaces horizontales aussi bien que verticales, permet de répondre aux exigences normatives telles que celles définies par la norme Afnor® NF EN 15689, qui est une norme de référence pour l'écrouissage des surfaces prévues pour faire l'interface entre les roues d'un train et un cœur de croisement d'une voie ferrée.
Le réceptacle de durcissement peut être réalisé en une ou plusieurs parties. Un joint d'étanchéité doit être positionné à des interfaces entre plusieurs des susdites parties, ou bien la liaison peut être avantageusement réalisée par thermosoudage quand le matériau du moule s'y prête. L'élaboration d'un tel moule en plusieurs parties facilite la fabrication du réceptacle. Le réceptacle est avantageusement réalisé en mousse plastique usinable antistatique et thermosoudable. Cette mousse est compatible avec les composants de l'explosif et parfaitement étanche aux liquides.
La figure 1 montre un dispositif de durcissement 1 adapté au durcissement d'une pièce 8 telle qu'un cœur de croisement de rails qui comporte des surfaces à durcir 20a saillantes, comme celui représenté à la figure 3, ces surfaces 20a composant la face supérieure horizontale des surfaces sur laquelle vont rouler les trains. Le dispositif comporte principalement un socle ou embase 2, un bâti raidisseur 7, un réceptacle 3 de durcissement comportant des cavités de réception d'un explosif liquide 1 1 dans lequel vont se positionner les surfaces à durcir de la pièce. Le dispositif comporte en outre des moyens de maintien 9 de la pièce 8 contre le bâti raidisseur 7, des moyens de guidage 5 et des moyens de calage 6, 6' positionnant le socle et le bâti relativement l'un par rapport à l'autre et des moyens de bridage appliquant le bâti sur les moyens de calage 6'.
Dans cet exemple:
- le socle ou embase 2 est un socle métallique massif, sur lequel est fixé le moule d'écrouissage 3 à l'aide de vis 4 ;
- les moyens de guidage sont composés de tiges filetées 5, vissées sur le socle 2 et bloquées par des écrous 6 formant des premiers moyens de calage ;
- le bâti raidisseur 7, maintient le cœur de croisement 8 dans le sens retourné avec les moyens de maintien 9 constitués par des crapauds fixés sur le bâti par des vis 4 ;
- des seconds moyen de calage comportant des écrous 6' de mise à niveau et de maintien du bâti raidisseur 7 à l'altitude voulue par rapport au socle 2, permettant d'assurer la bonne répartition et la bonne épaisseur (qui permet de garantir la qualité du durcissement) de l'explosif liquide 1 1 au contact de la surface à durcir ;
- les tiges filetées 5 sont montées coulissantes dans le bâti 7 grâce à des perçages 12, ce qui permet au bâti de s'appliquer sur les seconds moyens de calage 6', et ce, sans que le matériau dépasse en aucun point sa limite élastique, de façon que cet outillage ne puisse se déformer de façon définitive.
Les moyens de bridage sont destinés à encaisser le choc de l'explosion et à maintenir la pièce pendant l'explosion. Ils comprennent selon l'exemple de réalisation illustré sur les figures 1 et 2 des éléments élastiques 13 consistant en des empilages de rondelles ressort, telles que des rondelles Belleville, sur les tiges filetées 5, ces empilements formant des ressorts de très forte rigidité, à même de dissiper une grande part de l'énergie cinétique transférée par l'explosion au bâti raidisseur 7. Les rondelles ressorts sont, suivant des modes de réalisations, conformes à la norme DIN 2093:2013-12 et/ou DIN 2092:2006-03. Les rondelles ressort peuvent être des rondelles ressort fendue, il peut également s'agir de ressorts boudins.
Les moyens de bridage comportent des écrous 60 de butée et des rondelles de calage 15, et comprennent aussi des entretoises 14 s'appuyant sur les susdits empilages et qui viennent en butée sur les écrous 60 de butée via les rondelles de calage 15. Ces entretoises 14 permettent de reporter l'effort causé par l'explosion sur une plus grande longueur de tiges filetées 5 et donc de supporter l'énergie cinétique résiduelle tout en limitant le diamètre des tiges filetées 5. En effet, ces tiges sont dimensionnées dans le domaine élastique, de façon à ce que la contrainte maximale ne dépasse pas leur limite élastique σβ/εβ - pour une tige filetée de longueur L, de section S, l'énergie maximale supportable est E = ½oe8eLS - par conséquent, pour une même énergie à supporter, et sans dépasser la limite élastique, la longueur doit être d'autant plus grande que la section est faible.
Le dispositif de durcissement 1 peut en outre comporter des anneaux 16 pour la manutention.
Pour donner un ordre d'idée des dimensions qui permettent de ne pas déformer l'outillage lors de l'opération d'explosion, dans le cadre de la présente application à un cœur de croisement, le socle 2 et le bâti raidisseur 7 ont une épaisseur de l'ordre de 60 mm, les tiges filetées 5 sont de diamètre M30 et coulissent dans le bâti 7 dans les perçages 12 dont le diamètre est de 34 mm pour laisser un jeu suffisant.
Lors du montage du dispositif 1 , les écrous 60 sont simplement amenés au contact des ressorts et des rondelles de calage 15, et ne sont pas serrés afin de maximiser l'énergie absorbable par les ressorts. La figure 2 représente en vue de côté le dispositif de la figure 1 et le moule ou réceptacle 3 d'écrouissage dans lequel doit être placé l'explosif liquide 1 1 utilisé pour la mise en œuvre du procédé d'écrouissage selon l'invention. L'explosif liquide 1 1 utilisé dans l'application est un bi-composants comprenant du nitrométhane et de l'éthylène diamine, tel que l'explosif commercialisé sous la référence NITROROC™ 4-24 par la société EPC®. Afin d'obtenir une vitesse de détonation suffisante, l'épaisseur d'explosif liquide 1 1 est supérieure ou égale à 6 mm.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le réceptacle 3 est réalisé en un matériau consommable, c'est-à-dire qu'il est détruit après chaque utilisation. Un tel usage unique permet d'éviter la réutilisation d'un réceptacle endommagé lors d'une opération de durcissement par explosion précédente. En outre, le matériau est usinable, car il faut pouvoir ménager des concavités et divers orifices qui doivent permettre la rétention et le remplissage en explosif liquide, ainsi que le positionnement du cordeau d'amorçage. Le matériau est, de plus, étanche et chimiquement inerte vis-à-vis de l'explosif liquide. A ces effets, le réceptacle 3 est réalisé en mousse de polyéthylène réticulé antistatique de densité de 20 à 40 kg/m3, et idéalement de 30 kg/m3, telle que la mousse commercialisé sous la référence Plastazote® par la société Zotefoams®. Un tel réceptacle 3, qui constitue un moule de rétention de l'explosif liquide, est représenté sur la figure 4 ; ce moule est façonné pour réaliser le durcissement d'un cœur de croisement 8 de voie ferrée, tel qu'illustré sur la figure 3, selon le procédé décrit dans le cadre de l'invention.
Dans le cas de pièces de grandes dimensions, le réceptacle 3 peut être réalisé en plusieurs parties qui seront assemblées selon un procédé rendant les interfaces entre les parties étanches. Le réceptacle 3 vu de dessus à la figure 4 est réalisé à partir d'un bloc de mousse de dimensions adaptées à entourer les parties de la pièce à durcir et comprend :
- des perçages 19a pour une fixation du moule à la partie inférieure du dispositif ;
- des concavités 19b, non traversantes, par exemple usinées par fraisage selon la forme nécessaire pour maintenir une épaisseur constante d'explosif au contact de la surface de la pièce à écrouir 20a, à distinguer des surfaces qui ne sont pas à écrouir 20b ;
- des rainurages ou rainures 21 réalisées en fond de cavités du réceptacle 3 pour accueillir le cordeau d'amorçage 22. Ce positionnement du cordeau, sur les génératrices de surfaces à écrouir, permet de garantir un parfait amorçage de l'ensemble de l'explosif liquide 1 1 ; et
- des orifices de remplissages 23 et des canaux 24 d'amenée pour le remplissage en explosif liquide 1 1 , éventuellement automatisé.
Un mode de réalisation du procédé d'écrouissage selon l'invention peut en outre comporter les étapes suivantes :
- réglage précis du niveau du socle 2 du dispositif 1 pour garantir une bonne répartition de l'explosif liquide;
- mise en place du réceptacle 3 de rétention de l'explosif liquide sur le socle 2 ;
- si ce réceptacle 3, du fait des dimensions de la pièce à durcir est réalisé en plusieurs parties, étanchéification des interfaces, par exemple par thermosoudage, ou un autre procédé;
- mise en place d'un cordeau d'amorçage 22 dans un des rainurages 21 pratiqués en fond de réceptacle 3 ;
- positionnement de la pièce telle que le cœur de croisement de voie ferrée 8 à écrouir sur le bâti raidisseur 7 ; - mise en place de l'ensemble formé par le cœur de croisement de voie ferrée 8 à écrouir et du bâti raidisseur 7 sur les tiges filetées de guidage 5 cœur de croisement sous le bâti raidisseur;
- réglage du niveau, et de l'altitude précise, de l'ensemble formé par le cœur de croisement de voie ferrée 8 à écrouir et le bâti raidisseur 7 par rapport au socle en fonction de l'épaisseur d'explosif liquide que l'on souhaite mettre au contact de la surface à écrouir et de l'enfoncement des parties à écrouir dans l'explosif;
- mise en place des ressorts, des entretoises 14 et écrous 60 de butée ; - remplissage (coulage) de l'explosif liquide dans le moule 3 via les orifices de remplissage 23 ;
- mise en place de l'amorce détonateur (pentrite) et de la chaîne de mise à feu ;
- mise à feu de la chaîne pyrotechnique.
Les inventeurs rappellent que la manipulation de tels explosifs n'est pas sans danger, et, qu'en tout état de cause de telles étapes doivent être uniquement réalisées par un pyrotechnicien.
Dans l'exemple représenté, le réceptacle 3 est réalisé avec une épaisseur de
50 mm et les cavités sont creusées pour permettre de disposer une épaisseur d'explosif liquide au contact avec la pièce de 6 mm pour obtenir le durcissement voulu.
La géométrie du dispositif permettant de précisément positionner une pièce par rapport à un réceptacle 3 et aux concavités 19b de réception de l'explosif liquide est parfaitement adaptée au durcissement de nombreuses pièces. Une grande souplesse est permise par l'invention qui donne une grande liberté pour conformer le moule pour obtenir les volumes d'explosif liquide et son positionnement précis par rapport aux parties de la pièce à écrouir. Outre l'usinage, le moule peut être lui même moulé pour réaliser les cavités de réception de l'explosif si des séries suffisantes sont à prévoir.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple représenté et notamment les cavités peuvent être de forme variée et de hauteur différente pour recevoir plus ou moins d'explosif liquide ou écrouir des parties de la pièce de différente hauteur.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de durcissement par explosion d'une ou plusieurs surfaces à traiter (20a) d'une pièce (8) métallique pour la fabrication d'une pièce métallique durcie, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mise en contact d'un explosif liquide (1 1 ), contenu dans au moins une concavité (19b) d'un réceptacle (3), avec lesdites surfaces à traiter (20a).
Procédé de durcissement selon la revendication 1 , comportant les étapes suivantes :
a) positionnement du réceptacle (3) avec ses concavités (19b) ouvertes vers le haut;
b) placement de la pièce (8) au dessus dudit réceptacle (3) tel que la susdite surface à traiter (20a) est insérée dans la concavité (19b) du réceptacle, sans entrer en contact avec ladite concavité ; et
c) remplissage par l'explosif liquide de la concavité (19b).
Procédé de durcissement selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la pièce (8) est maintenue en position avant et pendant l'explosion par des moyens de bridage adaptés à dissiper au moins en partie l'énergie de l'explosion.
Procédé de durcissement selon les revendications 2 et 3 prises ensembles, dans lequel les moyens de bridages sont mis en place suivant une étape b'), avant le remplissage par l'explosif de l'étape c).
Procédé de durcissement selon l'une des revendications 2 à 4, comportant une étape a') intervenant avant l'étape b) de positionnement de la pièce (8) au dessus du réceptacle (3), faisant intervenir le placement d'un cordeau d'amorçage (22) dans une rainure (21 ) pratiquée à cet effet dans ledit réceptacle (3) de réception de l'explosif liquide.
Procédé de durcissement selon la revendication 5, dans lequel le cordeau d'amorçage (22) mis en œuvre à l'étape a') a une vitesse de détonation supérieure à la vitesse de détonation de l'explosif liquide (1 1 ). 7 Procédé de durcissement selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel le cordeau d'amorçage (22) mis en œuvre à l'étape a') a une vitesse de détonation supérieure à 6300 m/s.
8 Procédé de durcissement selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le cordeau d'amorçage (22) mis en œuvre à l'étape a') a une vitesse de détonation supérieure à 6900 m/s.
9 Procédé de durcissement selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit explosif liquide (1 1 ) comporte au plus deux composants, et comprend du nitrométhane, ou un de ses dérivés, et un sensibilisateur.
10 Procédé de durcissement selon la revendication 9, dans lequel le sensibilisateur est une aminé.
1 1 Procédé de durcissement selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel ledit explosif liquide (1 1 ) comporte un stérilisateur. 12 Procédé de durcissement selon l'une des revendications 1 à 1 1 , pour lequel les pièces (8) métalliques sont des pièces en acier.
13 Procédé de durcissement selon l'une des revendications 1 à 12, pour lequel les pièces (8) métalliques sont des pièces en acier au manganèse. 14 Dispositif de mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un socle (2), un bâti raidisseur (7), un réceptacle (3) de durcissement comportant une concavité (19b) de réception de l'explosif liquide (1 1 ), un moyen de maintien (9) de la pièce (8) contre le bâti raidisseur (7), un moyen de guidage (5) et un moyen de calage (6, 6') positionnant le socle et le bâti relativement l'un par rapport à l'autre en sorte de réaliser une immersion par l'explosif liquide de la surface à traiter de la pièce à durcir et un moyen de bridage (13, 14, 15, 60) appliquant le bâti sur le moyen de calage (6').
15 Dispositif (1 ) selon la revendication 14, dans lequel les moyens de bridage comportent des entretoises (14) et des éléments élastiques (13) qui coopèrent pour opérer un bridage souple entre le bâti raidisseur (7) et les moyens de calage (6').
Réceptacle (3) de durcissement pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant une concavité (19b) destinée à contenir un bain d'explosif liquide (1 1 ) et conformées pour recevoir une ou plusieurs surfaces à écrouir (20a).
Réceptacle (3) de durcissement selon la revendication 16, pour lequel le matériau dudit réceptacle est une mousse de polyéthylène réticulée à cellule fermée de densité de 20 et 40 kg/m3.
Procédé de fabrication du réceptacle selon l'une des revendications 16 ou 17, comportant les étapes suivantes :
- réalisation dans ledit réceptacle d'au moins une concavité (19b) ; et
- réalisation d'au moins un canal (24) débouchant, d'une part, sur ladite concavité et, d'autre part, sur une bordure dudit réceptacle (3) par un orifice de remplissage (23).
Procédé de fabrication selon la revendication 18, comprenant une étape de réalisation dans ledit réceptacle d'au moins une rainure (21 ) ménagée sillonnant dans le fond de ladite concavité (19b) et débouchant sur au moins une des bordures dudit réceptacle (3).
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