Article de référence | Réf : BM7780 v1

Bilan thermique
Soudage électrique des rails de chemins de fer

Auteur(s) : Raymond DEROCHE

Date de publication : 10 nov. 2013

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Présentation

RÉSUMÉ

Après fabrication, les rails de longueur de 25 à 110 mètres sont expédiés par train ou bateau, vers des ateliers de soudage électrique appartenant en général aux réseaux ferrés utilisateurs. Le soudage électrique permet de réaliser des longues barres soudées (dites «LRS») qui, transportées par véhicules spéciaux (train en général), seront déposées sur des voies, soit en construction neuve, soit sur de longues portions en réparation. Ces LRS constituent des unités élémentaires assez longues (400 mètres) qui seront ultérieurement soudées entre elles par soudure aluminothermique. L'article décrit le principe du procédé électrique, sa réalisation pratique et les quelques rares imperfections inhérentes au processus de soudage. La soudure électrique, sans cesse améliorée, a l'atout majeur d'être conduite à haute température et haute pression (donc avec recristallisation complète), ce qui lui confère une tenue exceptionnelle en voie.

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ABSTRACT

Electric flash butt welding of railways rails

After manufacturing, rails from 25 to 110 meters are shipped by rail or boat to Flash Butt Welding Plants belonging generally to railroad companies. Electric welding allows for the manufacture of long welded rails (so-called "LWR") which, transported by special vehicles (generally trains) are laid down on the tracks, either in new portions or in long repair portions. These LWR are quite long elementary units (400 meters) which are then welded together by thermite welding. This article describes the principle of the electric process, its practical realization and a few imperfections inherent to the welding process. Electric welding, which is constantly improving, has the major advantage of being carried out at high temperature and high pressure (thus with complete recrystallization), which guarantees exceptional performances.

Auteur(s)

INTRODUCTION

Après fabrication, les rails de longueur de 25 à 100-110 m, sont expédiés par train ou bateau vers des ateliers de soudage électrique, appartenant, en général, aux réseaux ferrés utilisateurs.

Les soudures ont depuis longtemps remplacé les éclissages : ces derniers étaient constitués de deux ferrures laminées en sorte qu'elles prennent appui des deux côtés du rail sur la surface de l'âme, la surface inférieure du champignon et la surface supérieure du patin ; l'ensemble était solidarisé par 4 boulons (deux par rail).L'inconvénient majeur de ce dispositif était le matage des abouts de champignon, créant un affaissement local, lui-même cause de surcharges dynamiques au passage des roues ; cette surcharge pouvait entraîner la rupture des rails à partir des trous de boulons dans l'âme et créer des dommages aux roues.(sans compter l'inconfort sonore pour les passagers).

C'est ainsi que vers les années 1930 on a considéré la soudure comme une alternative profitable. La soudure électrique a débuté en 1935 en courant alternatif et a repris plus vigoureusement après guerre.

Le soudage électrique permet de réaliser des longues barres soudées (dites « LRS ») qui, transportées par véhicules spéciaux (train en général), vont être déposées sur des voies, soit en construction neuve, soit sur de longues portions en réparation. Leur intérêt n'a cessé d'augmenter du fait de l'accroissement de la longueur des rails (12 m en 1935 contre 108 à 110 m de nos jours). La productivité de soudeuses électriques a ainsi considérablement augmenté ainsi que celle de la pose en voie.

Néanmoins, dans certains cas particuliers, la soudure n'a pas toujours remplacé l'éclissage, comme dans le cas de la fixation des appareils de voie (aiguillages).

Les efforts sur les bords des trous de l'âme sont tels que les initiations de fissure y sont fréquentes avec propagation conduisant à la rupture de la zone éclissée du rail. Si les voies lourdes sont restées éclissées, la SNCF a remplacé ses éclisses par des soudures aluminothermiques.

Les LRS (Longs Rails Soudés) constituent des unités élémentaires assez longues qui seront ultérieurement ressoudées entre elles in situ par soudure aluminothermique.

Le présent article décrit le principe du procédé électrique, sa réalisation pratique et les quelques rares imperfections inhérentes au processus de soudage.

La soudure électrique, initiée dès 1935, et sans cesse améliorée, a l'atout majeur d'être forgée à haute température et haute pression (donc avec recristallisation complète), ce qui lui confère une tenue exceptionnelle en voie.

Son avenir est assuré par les perfectionnements informatiques à tous les stades des chaînes de soudage et par l'arrivée des unités laminées de 100 m de long, ce qui assure une productivité élevée.

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KEYWORDS

steel   |   flash butt welding   |   overheating

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7780


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5. Bilan thermique

Un rail moyen de 60 kg/m (comme l'UIC 60 utilisé en europe continentale de l'ouest), de dureté 300-320 HB, nécessite, sur machine fixe à courant redressé, pour son seul préchauffage, 7 impulsions de 4,2 s sous 70 000 A et 5 V, soit 10 MJ (millions de joules). La section du rail, déduite de son poids métrique, étant de 7 643 mm2, le ratio énergétique de l'UIC 60 est donc de 1 300 J/mm2. À noter que cette énergie de préchauffage représente 90 % de l'énergie totale fournie pour la soudure.

Des ratios de préchauffage pour d'autres rails sont donnés en exemple dans les tableaux 2, 3 et 4.

Le tableau 2 montre que 90 % de l'énergie de soudage est consommée par préchauffage.

Des mesures de température par thermocouple ont permis de montrer que l'énergie réellement absorbée par la soudure et sa ZAC est de 5,3 MJ.

Le rendement thermique s'établit donc à 53 %. Les plus grosses pertes sont occasionnées par les particules en fusion éjectées pendant les étincelages de préchauffage.

Le profil de température (ZAC) est représenté par le profil de dureté (figure 9) et par l'attaque Stead (figures 10 et 11).

Le fibrage de laminage du rail est très incurvé du côté champignon et du côté patin (figure 11) mais cela n'a aucune incidence sur la tenue de la soudure en voie.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NEBEL (K.) -   Publication pour clients.  -  Schlatter AG (Suisse) (Nebel est l'ex manager de Railway Department).

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