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RÉSUMÉ
La soudure aluminothermique constitue la dernière étape permettant de réaliser une voie continue à partir des LRS (longues barres soudées) électriquement. Le procédé est simple de mise en oeuvre, exige peu de personnel, mais du personnel qualifié. Il permet une remise en service provisoire ne ralentissant les circulations que peu de temps après son exécution, ceci étant particulièrement apprécié dans le cas de soudage de coupons de réparation. Le procédé consiste à fabriquer de l'acier liquide, formé par la réaction chimique entre de l'aluminium et des grains d'oxydes de fer, coulé entre des abouts de rails distants de 25 millimètres et des moules latéraux étanches, en matière réfractaire. Le lingot, après solidification, a refondu les deux extrémités des rails et les a rendus solidaires.
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Raymond DEROCHE : Ingénieur des mines de Nancy - Ex chef de produit rail à Sacilor-Unimetal
INTRODUCTION
La soudure aluminothermique constitue la dernière étape permettant de faire une voie continue à partir des LRS, longues barres soudées électriquement.
Le procédé est simple de mise en œuvre, exige peu de personnel, mais du personnel qualifié.
Il permet une remise en service provisoire de la voie, ne ralentissant les circulations que peu de temps après son exécution ; cela est particulièrement apprécié dans le cas de soudage de coupons de réparation.
Le procédé consiste à couler de l'acier liquide, formé par la réaction chimique entre de l'aluminium et des grains d'oxydes de fer, entre des abouts de rails distants de 25 mm et des moules latéraux étanches, en matière réfractaire. Le lingot, après solidification, a refondu les deux extrémités des rails et les a rendus solidaires.
Cette soudure, pratique et souple, est d'une bonne qualité quoique encore sensiblement inférieure à celle de la soudure électrique, et nécessite un minimum de surveillance en voie.
Sa facilité de mise en œuvre lui a valu un succès mondial depuis des décennies.
Il convient de préciser qu'avec le développement de la soudure électrique et son application aux barres longues, le champ d'application de la soudure aluminothermique se développe sur les voies utilisant des rails courts (25 m comme aux États-Unis, Canada, Chine, Australie), en général des voies minières nécessitant également de plus nombreux coupons de rails de réparation pour éliminer des défauts non tolérables.
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MOTS-CLÉS
rails de chemins de fer creuset moule surchauffe abouts basalte
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Matières premières
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1. Réaction chimique de base
On fait réagir de l'aluminium en grains fins avec des oxydes (calamine de laminage à chaud) en grains fins ; deux réactions sont possibles :
-
la première se fait entre l'aluminium et le monoxyde de fer :
Le taux d'oxydation, c'est-à-dire oxygène/aluminium, est TO = 3 × 16 / 2 × 27 = 0,888 ;
-
dans la mesure où l'oxyde de laminage contient aussi du Fe3O4 , on également la réaction suivante :
Le taux d'oxydation est alors TO = 12 ×16 / 8 × 27 = 0,888.
Les deux TO sont donc identiques.
Il est intéressant de noter que les ajouts d'oxygène, et donc d'oxydes, produisent les deux réactions. En pratique, un TO = 0,888 suffit tout juste à réduire l'oxyde, et il convient de le majorer et d'utiliser une légère suroxydation avec un TO variant de 0,900 à 0,930 (ce dernier très fréquemment).
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Réaction chimique de base
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BENARD (J.) - Oxydation des métaux. - Tome 1 (1962).
-
(2) - LEVENSPIEL (O.) - Chemical reaction engineering. - Illinois Institute of Technology, Dpt. of Chemical Engineering (1965).
-
(3) - STEFANESCU (D.M.) - Behaviour of insoluble particles at the solid/liquid interface. - Metal Handbook, 9th Edition, vol. 15.
-
(4) - POPPMEIER (W.) - Contribution to the problem of columnar crystallisation during solidification of steel. - Kapfenberg works (1966-1967).
-
(5) - HURTUK (D.J.), TSAVARAS (A.A.) - The effect superheat and chemistry on steel solidification structure. - Republic Steel, USA.
-
(6) - CAMPBELL (J.) - Solidification technology in the foundry and casthouse. - Metal Society (1980).
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