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Il est connu, de souder des pièces de forme quelconque, principalement des rails, suivant le procédé aluminothermique à fonte intermédiaire, Avec ce procédé, l'on coule, par exemple en- tre les extrémités préchauffées, placées dans un moule, de rails à souder, un acier produit aluminothermiquement, la fusion de la matière des rails et sa soudure sans pores avec l'acier aluminother- mique ayant alors lieu.
Le procédé à fonte intermédiaire connu, usuel jusqu'à présent, est exécuté, par exemple pour la soudure de rails repré-
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sentée aux figures 1 à 5 annexées, de telle sorte que les deux extrémités des rails 1 et 2 soient entourées d'un moule 3 en deux ou plusieurs parties constituées par du sable réfractaire de mou- lage. Au moyen d'un dispositif de serrage 4, les parties indivi- duelles du moule 3 sont serrées entre elles et simultanément sur les rails 1 et 2.
Dans la chambre 7 du moule 3, l'on introduit, par un canal 8 et au moyen d'un chalumeau 9, un mélange non enflammé de propane (ou de butane, de benzine, de benzol ou autre) avec de l'air, éventuellement avec addition d'oxygène, et ce mélange est brûlé dans le moule. Les gaz de combustion s'échappent par les ca- naux de refoulement 10 et d'autres ouvertures du moule, par exem- ple par les canaux 11 prévus aux patins des rails. Après échauf- fement des extrémités de rails à souder et après séchage et cuis- son du moule 3, le canai 8 est fermé, après en avoir retiré le chalumeau 9, au moyen d'un bouchon 12.
Dans le creuset 17, disposé exactement au-dessus du mou- le 3, la pâte de soudure aluminothermique est mise en réaction et l'acier aluminothermique ainsi produit est retiré en enlevant la goupille de fermeture 13 se trouvant dans le fond du creuset.
L'acier coule, par l'intermédiaire du creux 14,. en forme de pot,se trouvant à la partie supérieure du moule 3, et des deux canaux de refoulement 10,ou par des canaux d'admission 15 séparés de ceux de refoulement, à l'intérieur du moule.
Le laitier liquide apparaissant avec le procédé alumino- thermique coule après l'acier hors du creuset 17 et est recueilli dans l'espace 16 se trouvant à la partie supérieure du moule.
Quelques minutes après la coulée aluminothermique, le moule est retiré et les queues et bourrelets de soudure à la tête des rails sont découpés à l'état chauffé au rouge. Le processus de soudage est alors terminé.
.L'exécution de ce procédé connu nécessite une attention particulière en ce qui concerne le moule utilisa et le processus d'échauffement et de coulée. Jusqu'à présent, le moule était
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presqueexclusivement dammé à l'endroit de la soudure avec du sa- ble réfractaire humide,''sur un modèle. Le sable utilisé doit sa- tisfaire des conditions )ion déterminées en ce qui concerne la qua- lité réfractaire, la teneur en argile et en humidité, la réparti- tion des grosseurs de grains et la perméabilité aux gaz. Des essais de préséchage du moule n'eurent aucun résultat, car lors,du serrage sur les rails des crevasses apparurent qui conduisirent à l'écha- pement de l'acier aluminothermique.
La qualité du combustible est d'une importance particulière pour un échauffement régulier..., L'on ne peut utiliser, d'après l'expérience, que des combustibles ayant une faible vitesse d'inflammation, un point d'inflammation élevé et une température de combustion modérée. Des combustibles tels que l'hydrogène ou l'acétylène, c'est-à-dire ceux ayant un bas point d'inflammation, une vitesse d'inflammation et une tempé- rature de combustion élevées, ne sont utilisables pour ce procédé ni en mélange avec de l'air, ni en mélange avec de.l'oxygène.
.La fermeture ultérieure du canal d'injection par un bou- chon, avant la coulée aluminothermique, entraîne une perte de temps.Pendant ce temps, les rails préchauffés peuvent se refroidir de façon indésirable. Lors de la coulée aluminothermique suivante, la mise en contact de l'acier liquide avec l'extrémité du bouchon de fermeture pratiquement froid peut être la cause de la formation de pores dans la soudure.
Il a maintenant été découvert qu'au moyen d'un nouveau procédé dit "rapide", il est possible de réduire le temps néces- saire pour une soudure à fonte intermédiaire, grâce à une modifi- cation et simplification de l'appareil et une modification du pré- chauffage et du déroulement du processus de soudure.
Au lieu des moules dammés à l'endroit du soudage, l'on utilise,suivant l'invention,des moules préparas en un endroit quel- conque et formés de deux ou plusieurs parties en matière réfractai- re, par exemple préparées suivant le procédé de solidification à
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l'acide carbonique à partir de sable fin de rivière et de silicate de potassium et séchées à haute température ou des moules cuits par exemple en argile réfractaire ou en magnésite, ces moules étant damnés ou comprimés pour des profils déterminés, en série, soit ma- nuelle! ;ent, soit mécaniquement.
Les moules, préparés par exemple suivant le procédé de solidification à l'acide carbonique, sont encastrés, avec un tam- pon de masse souple, par exemple une pâte de sable à mouler, de l'asbeste ou de la laine de verre, dans des châssis de moulage en tôle ou en fonte d'acier, d'une façon telle que la masse souple se trouve entre la paroi du châssis de moulage et le moule. Grâce à la disposition de ce tampon, les moules peuvent être serrés suf- fisamment fort contre les rails à souder. Si des crevasses appa- raissent alors, le tampon se trouvant derrière le raoule empêche l'écoulement de l'acier aluminothermique. Les dos des moules peu- vent être protégés, suivant l'invention, par une glaçure ou un au- tre moyen de protection contre l'eau.
Une autre possi- bilité d'isolement des moules contre l'humidité consiste également, suivant l'invention, à les entourer, avant de les encastrer dans les châssis de moulage, d'une boîte auxiliaire ajustée étroitement autour du moule et fabriquée en tôle d'acier ou autre matière appro- priée. Cette boîte auxiliaire maintient les parties individuelles du moule ensemble et forme simultanément,lors de l'utilisation d'un tampon humide, une protection contre la pénétration de l'eau.
La boîte auxiliaire est retira, après exécution de la coulée, en même temps que le châssis de moulage et peut, tout comme ce dernier, être toujours réutilisée.
Afin de pouvoir utiliser les saoules fabriqués en série, par exemple suivant le procédé de solidification à l'acide carboni- que, même avec des dimensions variables, par exemple pour des rails usés, ils sont divisés suivant 1% Invention à la tête des rails.
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Par un traitement simple, par exemple limage ou râpage, l'on peut modifier leurs dimensions en fonction de l'usure de la tête des rails.
Le moule en deux ou plusieurs parties, fabriqué en ma- tière réfractaire, par exemple en argile.réfractaire calcinée, et possédant une grande stabilité, peut être serré contre les rails à souder, en absence des châssis de moulage ou des boites auxiliai- res décrits ci-avant, sans danger d'une formation de crevasses.
Suivant l'invention, les moules calcinés, ou leurs moi- tiés' ou parties, sont munis de rainures ou de saillies, ou de bords aplatis, dans lesquels, afin d'assurer l'étanchéité par rapport aux rails à souder; des moyens d'étanchéité quelconques, tels qu'u- ne pâte de sable à mouler, du mastic réfractaire, etc., sont dis- posés de-façon connue. L'on peut de même réaliser l'étanchéité au moyen d'un cordon d'asbeste souple à introduire ou à poser.
Les moules réfracaires, qui sont avantageusement forcés de 2 parties latérales identiques, ne peuvent pas, par suite de la forte résistance à l'abrasion de la natière, être traités ou ajus- tés à la forme des rails de la façon décrite ci-avant.
Suivant l'invention, lors de la soudure de rails déjà utilisés, l'on tient compte de l'usure de la tête des rails en.fer- mant partiellement le moule ouvert vers le haut au moyen de pâtes réfractaires ou d'entretoises à guidage latéral, qui s'adaptent dans des rainures ou évidements prévus dans le moule, d'une façon telle que la fermeture du moulecontre la surface de roulement usée de la tête des rails est effectuée par le haut. Suivant le degré drusure existant des rails, les entretoises pénètrent plus ou moins profondément, jusqu'à ce qu'elles reposent sur la surface de roulement. Finalement, les entretoises sont fixées de l'extérieur, pour assurer l'étanchéité, avec du sable collant réfractaire humi- de.
Le d ispositif de serrage, utilisé précédèrent et men- tionné ci-avant, pour le; moule est constitué par plusieurs éléments
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individuels. Sa manipulation prend du temps et nécessite le plus souvent 2 ouvriers. Suivant l'invention, ce dispositif de serrage est remplacé par un dispositif plus simple, utilisable par un seul homme. Suivant l'utilisation à volonté de moules préparés suivant le procédé de solidification'à l'acide carbonique ou autre procédé quelconque, d'une part, et de moules calcinés réfractaires, analo- gues à de la terre cuite, par exemple en argile réfractaire, d'au- tre part, deux formes de réalisation sont utilisées.
Le dispositif de serrage pour les moules fabriqués sui- vant le procédé de solidification à l'acide carbonique ou autre procédé quelconque est constitué par une pièce avec une bride élas- tique. Une moitié du châssis de moulage,avec la boîte auxiliaire et le moule encastré est serrée par un Système à deux points de contact et l'autre par un système à un point de contact, au moyen d'un volant, sur les rails, en un temps très bref.
Le tampon sou- ple entre la paroi arrière du châssis de moulage et le moule pro- cure une répartition uniforme de la pression,appliquée ponctuel- lement, sur la totalité de la surface du moule en contact avec les rails
Le dispositif de serrage pour les moules en matière ré- fractaire, par exemple en argile réfractaire calcinée, est consti- tué par deux parties séparées l'une de l'autre identiques latéra- lement et indépendantes, chaque partie effectuant le serrage d'une moitié de moule sur les rails à souder. Les moules en une ou plu- sieurs parties sont assurés contre un bris éventuel pendant l'é- en tôle d'acier. Ces cadres de .:support chauffement ou la coulée en les plaçant dans des cadres de support/ répartissant la pression de serrage appliquée ponctuellement sur une plus grande surface du moule.
Chaque partie du dispositif de serrage est fixée aux rails au moyen de vis, de coins ou pièces analogues, par exemple à l'aide d'une chape entourant la tête dû rail. Sur le côté de la chape se trouve un bras oscillant disposé à rotation, qui est ra-
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battu devant une moitié du moule. Au moyen d'une vis de pression ou analogue se trouvant à l'extrémité du bras oscillant, le cadre de support, avec le moule, est serré sur le rail. Les deux moules peuvent être serrés l'un après l'autre, de telle sorte qu'un homme peut effectuer tout le travail de préparation pour la soudure.
Les deux dispositifs de serrage présentent, sur leurs chapes de fixation,des saillies ou pattes cylindriques ou de forme quelcon- que, sur lesquelles peuvent être glissés, au choix, la fixation pour le brûleur ou les supports pour le creuset.
Il a en outre été découvert, et ceci constitue une par- tie de l'invention, qu'au moyen d'un mélange acétylène-oxygène ou d'un autre mélange combustible oxygène ou air, l'on peut alors ob- tenir un préchauffage très bref, suffisamment uniforme et remplis- sant toutes les conditions, des extrémités de rails à souder alumi- nothermiquement, lorsque la flamme de préchauffage brûle à partir du haut dans le ou les canaux de refoulement se trouvant au-dessus de la tête des rails dans les moules. L'on utilise avantageusement dans. ce but des brûleurs dits "à douche", dont les ajutages de sortie sont disposés en rangées suivant la forme de la section des canaux de refoulement.
Ce procédé de préchauffage suivant l'invention convient particulièrement bien pour l'utilisation de moules préparés à l'a- vance, par exemple formés de deux ou plusieurs parties. La durée du préchauffage est inférieure, ainsi que des essais poussés l'ont montré, à la moitié du temps usuel.
Un autre avantage est le fait qu'après avoir effectué le préchauffage, il ne faut fermer aucun canal, car les orifices de tous les canaux se trouvent au-dessus dans le moule.
Le processus de coulée est effectué, avec le nouveau procédé, en intercalant un pot de coulée recouvert de matière ré- fractaire et muni d'orifices ou tubes d'écoulement, pot qui se trouve entre le creuset de réaction et le moule et conduit l'acier
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produit aluminothermiquement aux canaux d'injection. L'on obtient, par la disposition du pot de coulée, que le creuset de réaction, puisse être mis en place et son contenu mis en réaction déjà pen- dant le préchauffage. Ainsi, aucune chaleur communiquée au moule lors de l'échauffement n'est perdue.
Le pot de coulée peut être relié au dispositif de ser- rage d'une façon quelconque ou encore être disposé sur le cadre de support décrit ci-avant pour le moule. Il est aussi avantageux, au lieu du pot de coulée, d'utiliser une simple gouttière en for- me de cuvette, réfractaire, et pouvant être fabriquée en série à. bas prix. Elle peut être remplacée aisément lorsqu'elle devient inutilisable.
Afin d'obtenir un déroulement accéléré du processus de soudure, le laitier ou les scories suivant l'acier aluminothermi- que sont immédiatement dérivés, après passage dans le pot de cou- lée, dans un récipient à laitier disposé de façon appropriée sur le dispositif de soudure et sont enlevés avec ce récipient.
L'enlèvement manuel des queues et des bourrelets de soudure, se trouvant sur le dessus et les côtés de la tête des rails, nécessaire jusqu'à présent après achèvement de la soudure, peut être remplacé par un travail de meulage mécanique d'une durée de quelques minutes seulemer.:.., lorsque la queue de coulée se trou- vant au-dessus de la tête du rail est tellement réduite qu'elle n'a plus que quelques millimètres de hauteur.
Ceci est obtenu, sui- vant l'invention, grâce au fait qu'immédiatement avant la coulée de l'acier aluminothermique, c'est-à-dire après enlèvement du brû- leur, l'ouverture supérieure nécessaire pour le préchauffage et servant simultanément d'orifice de refoulement du moule est fermée par un verrou réfractaire, avantageusemant préchauffé, qui a une forme telle que l'acier aluminothermique s'écoulant ne puisse for- mer qu'un faible bourrelet de quelques millimètres d'épaisseur au- dessus de la tête des rails, mais suffisant cependant pour une bon- ne soudure de cette tête.
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Les bourrelets latéraux de la tête sont de même réduits, parce que les espaces creux prévus dans ce but sont déjà réalisés plus petits lors de la fabrication du moule. Il s'est révélé que, malgré ces modifications, le préchauffage n'est rendu ni moins bon, ni plus long. Les buts du canal de 'refoulement de tête maintenant fermé, tels que l'échappement des gaz du moule, l'expulsion de par- ticules libérées du moule, etc., sont repris par les canaux d'in- jection existant dans chaque moitié de moule et qui s'étendent utilement dans toute la moitié de moule. Ces canaux sont disposés au milieu, entre les deux orifices d'air et se terminent sur le bord supérieur du patin des rails. En outre, dans ces canaux, il est prévu une dérivation latérale vers le bord inférieur de la tête des rails.
Le procédé suivant l'invention sera décrit de façon plus détaillée ci-après, en se référant aux figures 6 à 12 des dessins annexés. @
Les deux moitiés sèches de moule, p@@parées à l'avance, constituées éventuellement, par les parties 3a, 3b et 3c et fabri- quées suivant le procédé de solidification à l'acide carbonique ou autre procédé quelconque, sont soit introduits dire, ;
ment avec le tampon 8, en Matière souple, dans les deux demi-châssis de mou- lage 5, soit entourées avantageusement préalablement par les boi- tes auxiliaires'17.Au moyen du dispositif de serrage de moule 4, les demi-châssis de moule 5 sont serrés ponctuellement sur les extrénités de rails 1 et 2, en actionnant le volant 4a. Le tampon souple 9 se trouvant entre la partie de moule 3 et la paroi arriè- re du châssis de moule 5 permet un serrage parfait. Le moule est ensuite rendu étanche par rapport aux rails, de la façon usuelle, avec une pâte de sable de moulage ou de l'argile.
Le brûleur 9 est introduit dans le canal de refoulement 10 @e trouvant au-dessus de la tête des rails: et s'étendant sur toute la largeur de celle-ci. Ce brûleurest @aintenu par un che-
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valet 16 à trois pieds. Deux pieds 16a pénètrent dans des anneaux du dispositif de serrage 4 du moule, tandis que le troisième pied
16b repose sur le rail. L'on obtient ainsi que le milieu du brû- leur corresponde toujours au milieu du canal de refoulement 10.
La flamme sortant du brûleur frappe la tête des rails exactement dans la zone à température la plus élevée. L'âme du rail n'est frappée que par une petite bande de la flamme. L'entièreté de la bande de flamme s'élargit vers le bas et atteint le patin des rails avec une température déjà diminuée. La flamme est ainsi adaptée par zones aux nécessités en chaleur de la section du rail. L'éva- cuation des gaz de combustion hors du moule s'effectue à travers les canaux 11 et 15.
Un peu avant l'achèvement de l'opération de préchauffage, le pot de coulée 6 est amené de la position de préchauffage (en pointillé à la figure 6) à celle de coulée. Le brûleur 9 est reti- ré, tandis que la réaction aluminothermique se termine dans le creu- set 12. L'acier aluminothermique est amené, après achèvement de la réaction, à s'écouler, de façon connue, en retirant la goupille de fermeture 13 du creuset. L'acier liquide parvient, par l'intermé- diaire du pot de coulée 6 et les deux ouvertures d'écoulement 6a, 'aux canaux d'injection 15 et dans l'intérieur 7 du moule 3. Il est également possible, au lieu du pot de coulée 6, d'utiliser un pot de coulée 18,avec conduit d'écoulement, qui est suspendu au châs- sis de moulage 5. L'acier s'écoule alors d'un côté, par l'un des deux canaux d'injection 15, dans l'espace creux 7 du moule 3.
Le laitier s'écoule latéralement dans la boîte à laitier 14, suspen- est due au châssis de moulage 5 et qui/ immédiatement enlevée. Ensuite, le moule 3 est retiré et l'endroit de la soudure est fini d'une façon connue en soi.
Le procédé suivant l'invention, lorsqu'on utilise des moules réfractaires calcinés, par exemple en argile réfractaire, sera décrit de façon plus détaillée en se référant aux figures 13
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à 17 des dessins annexés. Avant la mise en place des moitiés de moule 3a et 3b, les deux parties 22a et 22b du dispositif de ser- rage du moule sont fixées à la tête des rails d'une façon telle que les extrémités des deux bras oscillants rabattus horizontale- ment se trouvent avec les points ou surfaces de pression à peu près au centre de poussée. Après cette mise en place, les bras oscil- lants sont relevés autour de leurs points de rotation se trouvant sur la chape de fixation.
Les deux moitiés de moule 3a et 3b sont alors placées librement dans les deux cadres de support 23a et 23b et sont serrées avec ceux-ci, simultanément ou successivement, sur les rails 1 et 2 à souder en rabattant les. bras oscillants des parties 22a et 22b du dispositif de serrage du moule et en action- nant les vis de serrage. Ensuite, les moitiés de moule sont ren- dues étanches par rapport aux rails par remplissage des rainures d'étanchéité ou des arêtes à pan coupé 26, ou en plaçant un cordon d'asbeste.
Dans les rainures ou évidements, par exemple en queue d'aronde ou autre forme appropriée, se trouvant au-dessus de la tête des rails à l'intérieur du moule, sont glissés des corps ou entretoises 19, en matière réfractaire, qui sont enfoncés plus ou moins profondément, suivant le degré d'usure des rails, dans les moitiés de moule.
La fixation 24 pour le brûleur est ensuite glissée sur les supports de l'une ou l'autre des parties 22a et 22b du dispo- sitif de serrage du moule et est maintenue en place avec des vis de serrage ou d'autres moyens. Sur l'autre partie du dispositif de serrage du moule est fixé d'une façon analogue le support 20 pour le creuset de réaction préparé et mis en place pour la soudure. En- tre le creuset et le moule est disposée la rigole ou gouttière de coulée 25.
Après achèvement du préchauffage, l'ouverture d'intro- duction 10 du brûleur est fermée par un corps ou verrou réfractai- re 21, égalément préchauffe, d'une façon telle qu'il n'existe qu'un espace libre de quelques millimètres de liant entre la surface
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supérieure des rails et le corps mis en place- La quantité d'acier aluminothermique qui y coule suffit cependant pour obtenir'une fusion parfaite de la matière des rails. Au lieu de mettre en pla- ce à la fois une entretoise d'étanchéité 19 et un verrou 21 fer- mant le canal de refoulement, l'on peut également disposer, après achèvement du préchauffage, une pièce de fermeture commune 27.
L'acier aluminothermique s'écoule dans la rigole de cou- lée 25 sur un coté et par l'un des deux canaux d'injection 15 dans le moule, une partie parvenant vers le bas au patin des rails et une autre partie, par le canal de dérivation 15a, en dessous de la tête des rails dans le moule. L'on peut également supprimer la dérivation vers 'le patin des rails. L'acier montant dans le moule remplit également le très petit espace se trouvant au-dessus de la tête des rails entre le corps ou verrou 21 ou la pièce de fermeture 27 et le bord supérieur de la tête des rails, sans qu'il en résulte une queue plus haute à enlever ultérieurement. Les bour- relets latéraux de tête peuvent être meules mécaniquement après une brève période de refroidissement. La possibilité de passage des trains sur la zone soudée existe cependant déjà avant le finis- sage.
Le procédé suivant l'invention convient tout particuliè- rement pour la soudure de rails. Des moules préparés à l'avance, un préchauffage moins long, une simplification et un allégement de l'appareil réduisent, par leur utilisation simultanée, le temps nécessaire pour une soudure à fonte intermédiaire de plus de la moitié, de telle sorte que ces soudures peuvent être effectuées pendant de très courtes pauses du trafic ferroviaire et en outre une amélioration du travail humain.
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