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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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8. Structure de solidification
La structure de solidification est intégralement dendritique basaltique (figure 7), ce qui n'est pas la structure idéale. Cela provient des flux de refroidissement imposés par les abouts de rails, en dépit d'un préchauffage oxypropane à 700 oC en surface.
Comme le montre la figure 8 , les grosses inclusions d'hercynite, dont le diamètre est beaucoup plus grand que la distance entre les dendrites secondaires des basaltes, sont repoussées vers l'extérieur du lingot et se retrouvent soit en surface, soit dans le plan de symétrie de la soudure.
La surchauffe par rapport à la température de fusion de l'acier développe énormément le domaine de formation des basaltes (figure 9) ainsi que leur longueur (figure 10).
La teneur en carbone réalisée a en outre l'inconvénient d'augmenter la longueur des basaltes (figure 11) et le taux de ségrégation dans l'axe vertical de la soudure (figure 12) ; avec un carbone moyen de 0,8 % (type Arema) le coefficient de ségrégation est de 2,8, soit une teneur centrale en carbone de 2,24 % (presque une fonte).
La synthèse de tous ces phénomènes métallurgiques est résumée sur la figure 13 :
-
forte ségrégation centrale en carbone, fragile, accompagnée des classiques sulfures de manganèse ;
-
structure dendritique basaltique grossière et fragile ;
-
inclusions d'hercynite repoussées en peau et dans l'axe de symétrie, là où les dendrites d'un côté et de l'autre se rejoignent. Ces hercynites peuvent constituer des sites de concentration de contraintes accompagnées de possibles fissures.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BENARD (J.) - Oxydation des métaux. - Tome 1 (1962).
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(2) - LEVENSPIEL (O.) - Chemical reaction engineering. - Illinois Institute of Technology, Dpt. of Chemical Engineering (1965).
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(3) - STEFANESCU (D.M.) - Behaviour of insoluble particles at the solid/liquid interface. - Metal Handbook, 9th Edition, vol. 15.
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(4) - POPPMEIER (W.) - Contribution to the problem of columnar crystallisation during solidification of steel. - Kapfenberg works (1966-1967).
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(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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