BE438294A - - Google Patents

Description

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  "FABRICATION D'OBJETS   METALLIQUES   COMPLEXES" 
L'invention concerne un procédé et un appareil de fabrication d'objets métalliques complexes. Elle s'applique particulièrement à un procédé et appareil de fabrication d'objets métalliques complexes comportant une portion de support et une portion formant une surface de protection et qui, en service subit une usure mécanique ou une oxydation aux températures élevées. 



   Jusqu'à présent, les objets de ce type ont été généralement fabriqués en appliquant à la main une baguette de soudure et faisant agir une source de chaleur à haute température, telle qu'une flamme oxy-acétylénique ou un arc électrique, sur la surface sur laquelle le métal protecteur doit être déposé. Mais ce procédé est assez lent et exige une 

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 grande habileté de la part de l'opérateur. Il arrive souvent qu'en raison de l'inacessibilité de la surface sur laquelle la couche protectrice doit être déposée, ce procédé à la main est inapplicable sinon difficilement applicable.

   Par exemple dans certains types de soupapes ou de coussinets, la surface du siège ou de la portée est située si profondément dans le corps de la soupape ou du coussinet que l'application à la main dans des conditions satisfaisantes d'une baguette de soudure et d'une flamme de soudure serait fortement gênée dans la pratique, sinon impossible. 



   Un des objets de l'invention consiste donc en un procédé et un appareil destinés à déposer par fusion une ou plusieurs couches de métal protecteur sur une pièce métallique, en obtenant ainsi une couche lisse de ce métal protecteur avec rapidité et sans avoir besoin d'une grande habileté. 



  Un autre objet de l'invention consiste à rendre plus facile le dépôt d'une couche de métal protecteur sur des portions difficilement accessibles d'une pièce métallique. 



   En vue d'arriver à ces résultats, ainsi qu'à d'autres, l'invention consiste essentiellement en un procédé de fabrication d'objets métalliques complexes comportant une portion principale et une portion additionnelle appliquée par fusion sur la première et possédant des propriétés différentes de celles de la portion principale dans les conditions auxquelles l'objet complexe peut être exposé en service, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on emploie un dispositif retenant le métal fondu approprié de la portion additionnelle sur une ou plusieurs zones déterminées de la surface de la portion principale ou en combinaison avec cette surface, on place ce métal sous forme solide dans ce dispositif de retenue,

   

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 on fait subir à l'objet ainsi préparé l'action d'une température élevée dans un four pendant un temps suffisant pour former un joint soudé entre la portion principale et la portion d'addition fondue et on solidifie l'objet complexe ainsi obtenu. L'invention consiste aussi en un appareil servant à mettre en pratique le procédé précité et qui comporte comme éléments essentiels une chambre à haute température devant être remplie par une atmosphère non oxydante , une chambre de refroidissement voisine de la chambre à haute température et communiquant avec elle et un dispositif faisant passer les objets de la chambre à haute température dans la chambre de refroidissement. 



   Sur le dessin annexé qui représente à titre d'exemple quelques objets types fabriqués suivant l'invention et une forme d'un type de four convenant à l'application du procédé de l'invention :
La figure 1 est une vue en perspective d'un siège annulaire de soupape préparé en vue de recevoir le métal protecteur;
La figure 2 est une coupe transversale du siège de soupape faisant apparaître la couche annulaire de métal protecteur formée sur lui après fusion;
La figure 3 est une vue en perspective d'un fragment préparé en vue de recevoir le métal protecteur en employant un bouchon réfractaire;
La figure 4 est une coupe transversale du siège de soupape fini, faisant apparaître la surface du siège formée sur lui par le métal protecteur;

  
La figure 5 représente un corps de soupape en coupe transversale comportant un siège de soupape situé profondé- 

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 ment et préparé en vue de recevoir une couche de métal protecteur ;
La figure 6 est une coupe transversale du même corps de soupape fini;
Les figures 7 et 8 sont des coupes transversales respectives d'un coussinet préparé en vue de recevoir une couche intérieure d'un métal protecteur et du même coussinet fini ;
La figure 9 est une coupe transversale d'un coussinet préparé en vue de recevoir une couche intérieure d'un métal protecteur et représente une variante du procédé des figures 7 et 8;
Les figures 10 et 11 sont des coupes transversales respectives d'un arbre préparé en vue de recevoir une surface de portée extérieure en métal protecteur et du même arbre fini;

  
La figure 12 est une coupe transversale d'une extrémité d'un arbre préparé en vue de recevoir une surface de portée extérieure en métal protecteur et représente une variante du procédé des figures 10 et 11;
Les figures 13, 14 et 15 sont des coupes transversales d'un objet métallique complexe préparé en vue de recevoir un apport de métal protecteur   (fig.   13) et du même objet fini (figures 14 et 15);
La figure 16 est une coupe transversale schématique d'un moule réfractaire et d'une tête de soupape placée dans le moule avant de recevoir une couche de métal protecteur et
La figure 17 est une vue en plan schématique d'un four convenant à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. 

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   D'une manière générale l'invention comprend les opérations suivantes :
1) On prépare l'objet à traiter en formant sur lui ou en combinaison avec lui un dispositif destiné à retenir le métal protecteur ;
2) On fait passer l'objet ainsi préparé, de préférence par une opération continue dans une zone à haute température d'un four maintenu à une température de préférence supérieure au point de fusion du métal de base et
3) On fait passer l'objet de la zone à haute température du four dans une ou plusieurs zones de refroidissement de préférence immédiatement adjacentes, pour y refroidir et solidifier l'objet complexe ainsi obtenu. 



   La température dans le four varie suivant le poids et la composition de l'objet sur lequel le métal protecteur doit être appliqué. Par exemple, si on traite des objets en acier en y appliquant un alliage résistant à l'usure du type cobalt-chrome-tungstène, connu sous le nom de "Stellite", dont le point de fusion est sensiblement plus bas que celui de l'acier, la température du four peut être comprise environ entre 1300 et 1500 . 



   On peut employer comme couche protectrice, en en retirant des avantages analogues, d'autres métaux, tels que le bronze, le métal "Monel" et l'acier riche en chrome. 



   Dans le cas de certains alliages, par exemple le bronze, il peut être avantageux de préparer l'alliage constituant le métal protecteur, sur place, en disposant les éléments d'alliage dans le dispositif de retenue et en formant ainsi l'alliage en même temps et par les mêmes opérations qui servent à fabriquer l'objet recouvert de la couche protectrice, qu'on désire obtenir. 

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   Le four servant à l'application du procédé de l'invention peut être d'un type quelconque approprié. On peut employer un four électrique à enroulement en molybdène, en faisant régner dans la zone à haute température une atmosphère non oxydante, par exemple une atmosphère d'hydrogène, pour empêcher l'oxydation de l'enroulement en molybdène. Avec d'autres types d'éléments de chauffage, on peut employer une atmosphère neutre ou réductrice pour empêcher une formation excessive d'oxyde sur le métal de base de l'objet à traiter. 



   A titre d'exemple du procédé de préparation des objets suivant l'opération 1) indiquée ci-dessus, la figure 1 représente un siège de soupape 10, dans lequel on forme un évidement 11 par découpage à la machine ou toute autre opération appropriée. On place dans cet évidement des morceaux du métal protecteur 12 et s'il y a lieu une matière formant   flux 12,   avant d'exposer l'objet à la haute température du four. Lorsqu'on expose l'objet ainsi préparé à cette température élevée, le métal protecteur fond et remplit l'évidement 11 en adhérant en même temps par fusion au métal de base de l'objet. La couche annulaire 14 obtenue est représentée en coupe transversale sur la figure 2. Une fois l'objet complètement refroidi et solidifié, on supprime la paroi de retenue intérieure 15 (fig. 1), par exemple à la meule.

   Le siège de soupape fini est représenté sur la figure 4, qui fait apparaître une surface lisse 16 de métal protecteur formant le siège. Au lieu de former l'évidement recevant le métal protecteur dans l'article lui-même, on peut employer une pièce rapportée ou bouchon réfractaire 17, qui, combiné avec le bordtaillé en biseau, forme une gorge de retenue de ce métal (fig. 3). Une fois l'opération de fusion terminée, 

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 on enlève le bouchon réfractaire, et par une opération de finissage ultérieure on obtient un siège de soupape semblable à celui de la figure 4. 



   La figure 5 représente la coupe transversale d'un corps de soupape 18, dans lequel le siège de soupape 19 est situé à grande profondeur dans le corps de soupape. Dans ce cas et dans les cas analogues, il est avantageux de forger ou de fabriquer le corps de soupape 18 de toute autre manière, de façon à conserver un noyau 20 solidaire du métal de base du corps de soupape, qui, en combinaison avec une paroi en biseau 21. forme un évidement dans le corps de soupape, recevant le métal protecteur. Une fois ce métal soudé sur le métal de base du corps de soupape dans la zone de haute température d'un four, il constitue une couche 22 annulaire, relativement profonde de métal protecteur.

   En faisant disparaître au forêt le noyau 20 et découpant à la machine d'une manière appropriée la surface de métal protecteur, mise à nu par l'opération de perçage, on obtient une surface 23 (fig. 6) formant le siège. 



   Les figures 7 et 8 représentent à titre d'exemple un procédé permettant de former une surface de portée intérieure en métal protecteur dans un coussinet 24. On conserve un noyau 25 du métal de base dans le bloc constituant le   coussinet,   en y découpant une profonde rainure annulaire 26, qu'on remplit ensuite de morceaux du métal protecteur de la même manière que ci-dessus. Une fois l'opération de fusion terminée, on enlève le noyau 25 par un forêt et on obtient ainsi une surface de portée intérieure cylindrique 27 de métal protecteur (fig. 8).

   Il peut être parfois plus économique de se dispenser de découper la profonde rainure annulaire 26, 

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 opération qui peut être   aifficile.   Dans ce cas on découpe un évidement cylindrique 28 (fig. 9) plus facile à obtenir et on place un bout de tube 29,d'un diamètre extérieur approprié et en un métal approprié dans l'évidement cylindrique et à peu près dans le même axe. On forme ainsi une profonde rainure annulaire entre la paroi intérieure de l'évidement cylindrique et la paroi extérieure du tube. S'il y a lieu on peut souder l'extrémité du tube reposant sur le fond 30 de l'évidement 28 sur ce fond, ainsi qu'on peut le voir en 31, pour former un récipient étanche pour le métal protecteur fondu 32.

   Une fois l'opération de fusion terminée, on enlève le tube 29 d'une manière quelconque appropriée en mettant ainsi à nu une surface intérieure de métal protecteur, qui, après avoir été usinée, constitue la surface de portée intérieure du coussinet semblable à celle qui est indiquée en gz sur la figure 8. 



   Le procédé de l'invention s'applique aussi de luimême facilement à la formation d'une surface de portée exté-   rieure   aux extrémités des   arores   et similaires. La figure 10 représente une coupe transversale d'un arbre 33 comportant une profonde rainure annulaire 34 à son extrême bout pour recevoir le métal protecteur 35. La paroi de retenue extérieure 36, formée par le métal de base de l'arbre, est enlevée, une fois le métal protecteur 35 convenablement soudé, de façon à laisser découverte une surface 37 de métal protecteur qui, après usinage, constitue la surface de portée cylindrique à l'extrémité de l'arbre (fig. 11). La figure 12 représente une variante de ce procédé.

   On découpe une portion en échelon 38 à l'extrémité de l'arbre 33 et on soude en 40 périphériquement un bout de tube de diamètre et en une matière appropriés 39 

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 sur la surface cylindrique extérieure de l'arbre 33, en formant ainsi un évidement annulaire profond entre la paroi intérieure du tube 39 et la paroi extérieure 41 de l'extrême bout découpé de l'arbre 33. Cet évidement forme un récipient étanche pour le métal protecteur fondu 42. Après avoir enlevé le tube 39 par un moyen quelconque approprié, on obtient une surface de portée extérieure en métal protecteur sur le bout extrême de l'arbre 33, semblable à celle qui ést indiquée en 37 sur la figure 11. 



   Une autre application avantageuse du procédé de l'invention consiste en la fabrication d'objets complexes à surface rapportée en métal protecteur. La figure 13 est une coupe transversale d'une barre métallique 43 en un métal de base approprié et forgée ou façonnée de toute autre manière, de façon à former au voisinage d'une de ses surfaces deux parois de retenue latérales 44. La cavité peu profonde constituée par ces deux parois et la surface intermédiaire 45 forme un récipient pour le métal protecteur 46 qui doit y être fondu.

   Une fois l'opération de fusion terminée, on enlève les parois de retenue 44 et les portions de surface latérale voisine de la barre 43, par exemple à la meule, suivant les traits 47 en pointillé et on obtient un objet   comple-   xe représenté en coupe transversale sur la figure 14 et formé du bloc initial 43 et de la couche de métal protecteur 46 superposée, qui lui est solidement liée. La figure 15 est une coupe longitudinale de la barre 43 suivant la ligne 15-15 de la figure 14 et représente un procédé suivant lequel la couche protectrice ne s'étend que sur une portion limitée de la surface supérieure de la barre 43 et par suite forme une portion rapportée de métal protecteur 46 solidement liée à la barre. 

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   La figure 16 représente un procédé de traitement des têtes de soupape, par lequel la tête entière peut être complètement couverte de métal protecteur. On confectionne un moule 48 de forme appropriée, en matière réfractaire ou similaire, comportant un fond intérieur 49 et plusieurs petites saillies 50 réparties sur ce fond de façon à former des supports pour une tête de soupape 51. On introduit du métal protecteur 52 dans le moule, de façon à ouvrir complètement la tête de soupape 51. Puis on introduit le tout dans un four où le métal protecteur fond en formant un bain de métal fondu autour de la surface entière de la tête de soupape 51. Une fois le métal protecteur solidifié, on retire la tête de soupape du moule et on recouvre de métal protecteur par une simple opération à la main les points laissés à nu par les saillies de supports 50.

   Enfin on usine la couche de métal protecteur appliquée sur la tête de soupape et on obtient une tête de soupape finie complètement recouverte de métal protecteur. 



   Pour effectuer l'opération suivant l'invention d'une manière continue, on peut employer une installation de four, telle que l'indique schématiquement la vue en plan de la figure 17. Une courroie sans fin 53 est équipée avec plusieurs plateformes de support 54, disposées horizontalement et destinées à transporter les objets 55 d'une manière continue à travers un four 56 et une chambre de refroidissement adjacente 57. La courroie 53 et les plateformes de support 55 qui y sont disposées, sont construites de façon à maintenir les objets 55 dans une position sensiblement horizontale. La courroie 53 circulant dans le sens de la flèche A, les objets 55 passent d'abord dans la zone à haute température du four 

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 56 où le métal protecteur fond et se soude sur le métal de base de l'objet.

   En sortant de cette zone, l'objet passe direc- tement dans la chambre de refroidissement 57, qui peut être refroidie par circulation d'eau ou par tout autre fluide ré- frigérant approprié. 'Une atmosphère non oxydante ou neutre peut être maintenue dans le four 56 et dans la chambre de refroidissement   22. Après   s'être solidifiés en passant dans la chambre 57, les objets continuent leur trajet à travers une      autre chambre adjacente 58, dans laquelle ils se refroidis- sent davantage. En sortant de la chambre 58, les objets 55 sont enlevés à la main ou de toute autre manière de leurs pla- teformes respectives 54 pour être remplacés par d'autres objets préparés par un des procédés décrits ci-dessus.

   La vitesse de la courroie transporteuse 53 et la température dans le four 56 dépendent dans une large mesure du poids de l'objet sur lequel le métal protecteur doit être appliqué, car l'objet et le métal protecteur doivent être chauffés à peu près à la même température pendant la durée du séjour d'une platefor- me 54 dans le four 56. 



   Un four continu du type décrit ci-dessus convient particulièrement à la production en série d'objets dans les- quels un certain degré de dilution du métal protecteur par le fer du métal de base n'a pas d'inconvénient. Cependant dans certains cas, il y a avantage à éviter autant que possible cette dilution, par exemple lorsqu'on emploie comme métal pro- tecteur un alliage du type cobalt-chrome-tungstène. Pour empêcher cet alliage de subir une dilution trop forte par le fer du métal de base, il vaut mieux faire sortir l'objet aussi rapidement que possible de la zone à haute température du four.

   Une fois l'alliage protecteur fondu, on peut faire sortir rapidement l'objet de cette zone, par exemple en 

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 employant un ringard ou tout autre moyen approprié qu'on introduit dans le four par son extrémité de chargement et au moyen duquel on pousse automatiquement ou à la main l'objet soudé rapidement dans une zone adjacente du four, de préférence refroidie par l'eau. Une fois cette opération terminée, on retire le ringard et on le ramène à l'extrémité de chargement du four pour faire passer un nouvel objet, non traité, dans la zone à haute température et achever ainsi le cycle d'opération. 



   Le procédé et l'appareil décrits ci-dessus peuvent subir d'autres variantes et perfectionnements susceptibles d'être raisonnablement englobés entre les limites de la portée de l'invention.

Claims (1)

1. RESUME A - Procédé de fabrication d'objets métalliques complexes comportant une portion principale et une portion additionnelle appliquée par fusion sur la première et possédant des propriétés différentes de celles de la portion principale dans les conditions auxquelles l'objet complexe peut être exposé en service, caractérisé par les points suivants ensemble ou séparément :

   1) On emploie un dispositif retenant le métal fondu approprié de la portion additionnelle sur une ou plusieurs zones déterminées de la surface de la portion principale ou en combinaison avec cette surface, on place ce métal sous forme solide dans ce dispositif de retenue, on fait subir à l'objet ainsi préparé l'action d'une température élevée dans un four pendant un temps suffisant pour former un joint soudé entre la portion principale et la portion fondue ajoutée et on solidifie l'objet complexe ainsi obtenu ;

   <Desc/Clms Page number 13> 2) Le métal soudé par fusion sur le métal de la portion principale a un point de fusion plus bas que ce dernier métal ; 3) On forme au moins un évidement à la surface de la portion principale du corps de l'objet métallique pour retenir le métal additionnel à l'état fondu; 4) On juxtapose avec la portion principale du corpsde l'objet métallique un métal résistant à la déf orma- tion et à la décomposition à la température de fusion, de façon à former avec cette portion un dispositif de retenue du métal additionnel à l'état fondu et on enlève le métal précité après solidification de l'objet complexe soudé par fusion ;

   5) On taille en biseau au moins un bord de la portion principale de l'objet métallique et on applique contre ce bord un métal résistant à la déformation et à la décomposition à la température de fusion, de façon à former une auge entre ce bord en biseau et la face du métal résistant située en face du bord, pour retenir le métal additionnel à l'état .fondu;

   6) Pour fabriquer un corps de soupape métallique comportant un siège annulaire intérieur plus dur et de plus forte résistance à l'usure et à l'oxydation à température élevée, on prévoit un bouchon solidaire du corps de soupape métallique au point où la surface du siège doit être formée, on découpe dans ce bouchon un évidement annulaire ayant à peu près la dimension de la surface du siège annulaire à former, on place des morceaux de métal dur et résistant dans cet évidement, puis on enlève ce bouchon au forêt, à la meule, etc., une fois le métal dur et résistant soudé par fusion sur le corps de soupape métallique et <Desc/Clms Page number 14> solidifié, en mettant ainsi à nu une surface continue de métal dur et résistant,

   puis on donne une forme appropriée à cette surface qui constitue ainsi le siège de soupape qu'on désire obtenir ; 7) Pour fabriquer un coussinet comportant un corps principal métallique et une surface intérieure métallique possédant des propriétés différentes de celles du corps principal, on découpe un évidement annulaire dans le corps métallique, dans lequel on place des morceaux d'un métal approprié, qui se soude par fusion sur le corps métallique, on laisse solidifier l'objet complexe métallique ainsi formé et on enlève le noyau cylindrique de métal laissé dans l'évidement annulaire, en mettant ainsi à nu une surface continue du métal ajouté, à laquelle on donne une forme appropriée constituant la surface intérieure du coussinet qu'on désire obtenir.

   8) On découpe dans le corps principal métallique du coussinet un évidement cylindrique et on y introduit un tube cylindrique, ayant à peu près le même axe, et d'un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur de l'évidement, ce tube étant en un métal résistant à l'altération et à la déformation à la température de fusion, puis on introduit des morceaux d'un métal approprié dans l'espace annulaire formé entre la paroi intérieure de l'évidement et la paroi extérieure du tube rapporté, on soude par fusion ce métal sur le corps principal, et après solidification du corps métallique complexe ainsi obtenu on enlève le tube rapporté, en mettant ainsi à nu une surface continue du métal ajouté, à laquelle on donne une forme appropriée constituant la surface intérieure du coussinet qu'on désire obtenir;

   <Desc/Clms Page number 15> 9) Pour former une surface de portée métallique plus dure et de plus forte résistance à l'usure à l'extrémité d'un arbre métallique, on découpe une cavité annulaire à l'extrémité de l'arbre et ayant à peu près le même axe, dans laquelle on introduit des morceaux de métal dur et résistant, on soude par fusion ce métal sur le métal de l'arbre, on refroidit l'extrémité complexe de l'arbre ainsi obtenue et on enlève la paroi métallique extérieure formée par l'évidement, en mettant ainsi à nu une surface continue sensiblement cylindrique de métal dur et résistant, à laquelle on donne une forme appropriée constituant la surface de portée qu'on désire obtenir ;

   10) On découpe un épaulement périphérique à l'extrémité de l'arbre et on entoure la portion de diamètre réduit ainsi'.formée par une paroi de retenue, fixée à la périphérie de l'arbre, ayant à peu près le même axe, et en un métal résistant à la décomposition et à la déformation à la température de fusion et on continue l'opération de la même manière que ci-dessus; 11) Pour rapporter un métal dur et résistant dans la surface d'un corps métallique, on y découpe une portion en retrait de forme appropriée, dans laquelle on place des morceaux de métal dur et résistant et on continue l'opération comme précédemment;

   12) Pour recouvrir la surface d'objets métalliques d'un métal de plus forte résistance à l'usure et à.l'altération dans les conditions de service, on place l'objet métallique dans un récipient en matière réfractaire et à peu près hors de contact avec les parois et le fond du récipient, <Desc/Clms Page number 16> on remplit ce récipient avec des morceaux du métal résistant en quantité suffisante pour recouvrir complètement l'objet lorsque le métal résistant est fondu, on soude par fusion ce métal résistant sur l'objet en faisant subir au tout l'action de la température de fusion dans un four, on refroidit l'objet métallique complexe ainsi obtenu et on lui donne le contour superficiel qu'on désire;

   13) Pour fabriquer d'une manière continue des objets métalliques complexes du type précité, on charge d'une manière continue plusieurs de ces objets convenablement préparés dans un four comportant une zone maintenue à une température assez élevée pour chauffer la portion principale et la portion ajoutée de l'objet complexe jusqu'à un commencement de fusion, on retient les objets dans cette zone pendant un temps suffisant pour former un joint soudé entre la portion principale et la portion ajoutée, on fait passer les objets d'une manière continue de la zone chauffée dans une zone de refroidissement adjacente et on les fait sortir d'une manière continue de la zone de refroidissement;

   14) La vitesse d'avancement des objets complexes dans la zone à haute température du four est choisie de façon à permettre au métal additionnel de former un joint solide avec la portion métallique principale et la vitesse d'avancement des objets dans la zone de refroidissement est choisie de façon que les objets soient solidifiés en en sortant ; 15) Les objets sont maintenus dans une position telle que le métal d'addition reste à l'intérieur des dispositifs de retenue à l'état solide et à l'état fondu;

   <Desc/Clms Page number 17> 16) On fait sortir rapidement l'objet de la zone à haute température pour empêcher une dilution excessive du métal d'addition dans le métal de la portion principale; B - Appareil servant à la mise en oeuvre du procédé précité continu, caractérisé par les points suivants ensemble ou séparément : 1) Il comporte une chambre à haute température, devant être remplie d'une atmosphère non oxydante, une chambre de refroidissement contiguë à la première et communiquant avec elle et un dispositif servant à faire passer les objets de la première dans la seconde chambre ; 2) Un dispositif transporteur supporte plusieurs objets, pendant qu'il circule d'une manière continue et à une vitesse sensiblement uniforme dans la chambre de chauffage et dans la chambre de refroidissement;

   C - Les objets complexes fabriqués par le procédé précité .