Le soudage par aluminothermie est un procédé de soudage utilisant la chaleur générée par une réaction chimique exothermique entre les composants de l'aluminothermie (un mélange d'un oxyde métallique et d'aluminium en poudre). Le métal fondu, produit par la réaction, joue le rôle de matériau de remplissage reliant les pièces à usiner après solidification.
1 - Définition du procédé de soudage par aluminothermie
Le soudage aluminothermique (TW : Alumino-thermic welding) est un procédé de soudage par réaction chimique exothermique dans un creuset et par coulée de métal en fusion.
La chaleur nécessaire à la fusion des abouts de rails est obtenue par la réduction de l'oxyde de fer par l'aluminium suivant la réaction chimique suivante :
Fe[SUB]2[/SUB] O[SUB]3[/SUB] + 2 Al donne Al[SUB]2[/SUB] O[SUB]3[/SUB]+ 2 Fe + 181 500 calories
La réaction chimique se produit lorsque une partie du mélange est portée à une température de 1200° à 1300° Celsius par une flamme oxyacétylénique par exemple.
La durée de la réaction dure entre 30 et 90 secondes. La fusion est réalisée dans un creuset à partir d'une charge d'oxydes métalliques et ferriques et d'une fine poudre d'aluminium. Des éléments d'addition peuvent être incorporés à la charge pour améliorer la qualité métallurgique du joint soudé.
Le métal en fusion résultant de cette réaction et qui constitue le métal d'apport est déversé dans un moule de coulée. L'acier liquide fait fondre les abouts de rail et après refroidissement forme une soudure homogène.
Le moule assure la protection du métal fondu lors de sa solidification et son refroidissement. Il est nécessaire de préchauffer les abouts des pièces à souder pour éviter un refroidissement trop rapide de la zone thermiquement affectée et du métal fondu lors de la sortie du creuset.
2 - Photographie d'un creuset pour soudage aluminothermique
3 - Applications du procédé de soudage aluminothermique
[*]Le procédé est principalement utilisé pour le soudage des aciers et permet de souder des pièces de même section ou de sections différentes en atelier ou sur chantier.
[*]Le raboutage des rails des voies de chemins de fers est la première application du procédé et est encore actuellement utilisée.
[*]Le raboutage de câbles, de barres.
4 - Avantages du procédé de soudage aluminothermique
[*] Aucune source d'alimentation externe est nécessaire
[*]Très grandes sections de pièces peuvent être jointes.
5 - Inconvénients du procédé de soudage aluminothermique
[*]Seules les pièces en acier peuvent être soudées
[*]La vitesse de soudage est lente
[*]Processus à haute température qui peut provoquer des distorsions
[*]Les soudures peuvent contenir des défauts comme des poches de gaz et des inclusions de scories.
6 - Les différents types de moule de coulée
[*]Les moules en sable (Silice + argile)
[*]Les moules préfabriqués (Oxyde de fer + sable + silicate)
7 - Le mode opératoire de soudage par aluminothermie
[LIST=1]
[*]Alignement des abouts de rails
[*]Création d'un écartement de 25 à 35 mm avec maintien des rails
[*]Mise en place des moules de coulée
[*]Mise en place de la pâte de scellement des moules
[*]Préchauffage des rails et du moule avec une flamme oxy-propane
[*]Mise en place du creuset avec la charge
[*]Allumage de la réaction
[*]Coulée du métal en fusion dans les moules
[*]Extraction des moules
[*]Meulage de la soudure
[*]Profilage de la rail
8 - Définition des tâches du soudeur par aluminothermie
Le soudeur aluminothermie :
?Transporte le matériel sur lorry et treuil sur rail : chalumeau, tronçonneuse, trancheuse, meuleuse, tronçonneuse
à disque, défonceuse pneumatique, lisseuse à moteur diesel, chevalets, outil fast clip, clé à choc, masse, tranche, coin, cutter, allume gaz,...creuset, pince à creuset, Kit de soudure : (moule spécifique et joints réfractaires, charge métallique (cuivre ou acier), amorce ( magnésium, aluminium'), fourche, bac de corindon.
?Ajuste avec l'aide soudeur les éléments à souder (rail, barre conductrice, barre de guidage ; câbles électriques...) en utilisant des cales, treuils sur rail, (chèvres)
?Pose le moule réfractaire (à base de sable siliceux), le joint réfractaire entre les parties du moule et le bac de
récupération de corindon
?Préchauffe le moule et les abouts de rail au chalumeau, rajoute du joint réfractaire si besoin
?Place le creuset (rempli de magnésium et de la charge métallique, enflamme le mélange à l'aide de l'amorce (900°)) au dessus du moule autour de la zone à souder [La réaction chimique du mélange placé dans le creuset (oxydes métalliques : oxydes de fer et cuivre ? ferro-alliages : manganèse, silicium ? granules d'aluminium) est amorcée à l'aide d'une poudre d'allumage qui permet d'atteindre une température de 1200°C].
?Ouvre le clapet et laisse couler le métal dans le moule par gravité dès que la réaction chimique est terminée dans le
creuset (la très haute température du métal d'apport liquide garantit l'obtention d'une bonne soudure).
?Veille à boucher les fuites avec des bâtons ou des tampons réfractaires.
?Dépose le creuset et le bac de corindon à l'aide d'une pince à creuset après la coulée.
?Entaille le moule à la masse (le moule est récupéré par l'aide soudeur à la fourche), scie les cheminées
?Défonce le bas du moule à la défonceuse pneumatique avec l'aide soudeur.
?Meule la soudure et profile le rail à la lisseuse à moteur diesel (machine roulante) ou à la ponceuse manuelle électrique
9 - Liens Internet utiles
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