FR2472435A1 - Procede de surfacage ou rechargement sous laitier - Google Patents

Abstract

L'APPAREIL COMPREND UNE SOURCE 11 DE COURANT ALTERNATIF POLYPHASE DE TENSION CONSTANTE AYANT EN SORTIE, UN MONTAGE EN ETOILE DONT LE POINT NEUTRE EST BRANCHE SUR LA PIECE 10 A SURFACER, VIA UN COLLECTEUR 45, UN MOULE 17 DELIMITANT UN ESPACE DE SURFACAGE, UNE SERIE D'ELECTRODES12 DE GRANDE SECTION TRANSVERSALE, UNE CUVE DE COULEE 18 ET DES MOYENS POUR FAIRE TOURNER LE MOULE 17 ET LA PIECE 10 A SURFACER AUTOUR DE SON AXE GEOMETRIQUE. APPLICATION AUX CYLINDRES DE LAMINOIRS POUR LA FABRICATION DU FER.

Description

PROCEDE DE SURFACAGE SOUS LAITIER A ELECTRODES

CONSOMMABLES POUR PIECES A SURFACE CYLINDRIQUE

ET APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE

La présente invention se rapporte au surfaçage à électrodes sous laitier, de pièces présentant une surface cylindrique, telles qu'une pièce en forme de colonne ou un élément cylindrique comme par exemple un cylindre ou un manchon, cette opération de surfaçage étant capable de traiter des pièces de grand diamètre ou de déposer une couche épaisse de métal de surfaçage. L'invention vise également un appareil mettant en oeuvre ce procédé, pour le surfaçage

de pièces présentant une surface cylindrique.

Le soudage sous laitier, dont fait partie le surfaçage sous laitier, repose sur le même principe de fusion que la refonte sous laitier, qui est connue comme un procédé de fabrication de métaux de haute qualité. De façon précise, dans le soudage sous laitier, on plonge une électrode consommable dans une couche de laitier à l'état fondu, cette couche protégeant l'air ambiant, la poche de métal sous-jacente; on fournit à la couche de laitier fondu un courant électrique de grande intensité par l'intermédiaire de l'électrode consommable; cette électrode consommable et la surface du métal de base fondent par effet Joule sous l'action de la chaleur du laitier et il se produit un dépôt de métal sur le métal de base, tandis qu'un lingot se formé verticalement

vers le haut en fonction de l'usure de l'électrode. Par consé-

quent, dans le soudage sous hitier, l'oxygène et l'azote de l'air ambiant ne peuvent pénétrer dans le métal-en cours de solidification qu'en quantitéslimitées et l'on peut s'attendre

à des réactions métallurgiques sous l'effet du laitier fondu.

On peut obtenir de la sorte un métal solidifié de haute qua-

lité. Le dépôt de métal sur le métal de base est excellent étant donné que la fusion complète de ce métal de base est garantie. C'est la raison pour laquelle le soudage sous laitier

a servi à souder des plaques ou pièces épaisses.

La tendance très forte à augmenter le débit de fabrication des usines modernes a provoqué une dégradation des conditions de travail dans ces usines et l'augmentation de l'épaisseur et de la teneur en alliages des pièces utilisées dans ces usines. Le surfaçage sous laitier attire de plus en plus l'attention comme moyen de remise en état et de fabrication

de matériels pour les usines modernes.

Parmi les matériels des usines modernes, le cylindre de laminoir pour la fabrication de fer est un matériel auquel il y a tout avantage à donner une structure composite ou

qu'il convient de remettre en état du point de vue de l'éco-

nomie d'énergie et d'une meilleure utilisation des ressources naturelles. L'ouvrage intitulé 'Electroslag Welding" (2ème édition) de B.E. Paton, traduit et publié par l'lAmerican Welding Society, Inc. (pp.148-151) décrit un nouveau procédé de fabrication ou de remise en état d'un cylindre par surfaçage sous laitier et montre qu'il y a intérêt à faire tourner le

cylindre en vue d'obtenir un dépôt de qualité régulière.

La demande de brevet japonais n'9095/1969 décrit un procédé de surfaçage sous laitier pour cylindres, procédé suivant lequel on fait tourner en même temps la pièce à traiter et un moule, ce moule étant seul animé d'un mouvement

de descente au cours de la rotation.

La demande de modèle d'utilité japonaise n'15238/1970 décrit un moule pour surfaçage sous laitier, ce mỏule étant divisé en une partie rotative et une partie non rotative

entre lesquelles s'est intercalé un joint d'étanchéité.

Lorsque l'on applique des procédés de surfaçage sous laitier exposés cidessus à des procédés de fabrication de cylindres composites ou de remise en état de cylindres d'un diamètre de par exemple 700 à 1200 mm avec un dépôt d'une épaisseur comprise par exemple entre 50 et 100 mm, il faut augmenter le nombre des électrodes ou leur longueur à un point tel que la pénétration par fusion excessive du

métal de base rend ces procédés inapplicables.

Dans la technique antérieure décrite dans les demandes de brevets et de modèles d'utilité cités plus haut, les moyens d'étanchéité de l'eau de refroidissement qui doit alimenter un moule ne sont pas suffisants pour empêcher les fuites d'eau et ce moule, qui est de construction complexe,

augmente le coft de l'installation.

En raison même du principe du soudage sous laitier expliqué plus haut, la vitesse de refroidissement du métal déposé après soudage est si faible qu'il ne se produit aucune

fissuration du métal de soudage sous l'effet du durcissement.

De ce point de vue, le soudage sous laitier convient très bien pour déposer un acier fortement allié à forte teneur

en carbone sur un revêtement ou un cylindre par surfaçage.

Toutefois, en raison du fait que du métal déposé et solidifié se forme progressivement et de façon continue, verticalement, les inconvénients cités à propos de la figure 1 se présentent dans le cas o le métal de base et le métal de surfaçage

d'éléments composites sont différents l'un de l'autre.

Sur la figure 1, une bande 2 en cuivre est disposée de manière à délimiter avec une pièce 1 à traiter, l'intervalle de soudage désiré (rayon de surfaçage). Une électrode consommable 4, dont on a préalablement réglé la composition, alimente de façon continue le bain 3 de laitier au cours de l!opération de surfaçage. Etant donné que la pièce 1 à traiter a une teneur en carbone et en alliages plus faible que celle des électrodes consommables 4, le point de fusion du métal de base est normalement élevé. Lorsque le métal 7 à l'état fondu tombe de la pièce 1 à usiner dans la poche de métal6 en vue du surfaçage, ce métal fondu 7 se solidifie immédiatement, ou bien même s'il ne se solidifie pas immédiatement, sa viscosité devient si faible qu'il ne peut pas se diffuser de façon satisfaisante dans cette poche de métal. Lorsqu'une telle diffusion satisfaisante du métal fondu 7 ne se produit pas, ce métal se solidifie sous la forme représentée en 8 et donne naissance à une structure hétérogène 9-1. Etant donné qu'une

diffusion sensible a lieu même si la diffusion est peu satis-

faisante, il se produit une ségrégation de telle sorte que les teneurs en carbone et en alliages du métal déposé sont plus faibles au voisinage de la pièce à traiter. Le métalfondu-7 tombe de façon intermittente et, par suite, la structure hétérogène 9-1 prend la forme de couches 9-2 qui peuvent

s'étendre jusqu'à la face recouverte de la pièce à traiter.

Dans une opération de laminage avec des cylindres de structure hétérogène, la rugosité superficielle des cylindres s'accélère

ce qui nuit aux propriétés superficielles de la pièce à traiter.

En outre, il peut se produire des fissurations sous l'effet de la chaleur en raison d'une telle structure hétérogène

lorsque le cylindre est utilisé pour le laminage à chaud.

L'invention vise à résoudre les difficultés qui se présentent dans le surfaçage vertical et périphérique d'une pièce ayant un grand diamètre, de 700 mm ou davantage,

avec une couche de dépôt d'une épaisseur de 50 mm ou davan-

tage. De telles difficultés concernent les points suivants (1) quel type d'électrode faut-il utiliser pour alimenter le laitier avec un courant de forte intensité et (2) comment empêcher de se produire, au cours d'un surfaçage épais, une pénétration excessive par fusion du métal de base qui aurait pour inconvénient d'augmenter l'admission de chaleur et de diminuer la vitesse de soudage ou d'augmenter la vitesse

de montée de la poche de métal.

L'invention vise également un procédé de soudage vertical sous laitier avec électrodes, pour la fabrication ou la remise en état d'un cylindre composite de haute qualité par surfaçage du corps de ces cylindres, avec un matériau différent de celui

qui constitue ce corps.

L'invention vise.encore un appareil de surfaçage sous laitier d'une pièce présentant une surface cylindrique, ce procédé permettant de traiter une pièce de grand diamètre

et de déposer une couche épaisse d'un métal de qualité élevée.

L'invention vise enfin un appareil de surfaçage sous laitier, comportant un dispositif d'arrivée et de sortie

pour l'eau de refroidissement, capable d'alimenter convenable-

ment en eau de refroidissement un moule rotatif par l'inter-

médiaire d'un joint rotatif et à l'abri des effets de la chaleur

de soudage.

De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé pour le surfaçage vertical sous laitier d'une pièce présentant une surface cylindrique, caractérisé par le fait qu'il consiste à alimenter du laitier en courant alternatif polyphasé par l'intermédiaire d'une série d'électrodes consommables ayant la forme de barres et de grande section transversale et à procéder au surfaçage tout en faisant tourner une pièce et en ajoutant

de façon continue du métal fondu à la surface du bain de laitier.

Les caractéristiques du procédé selon l'invention seront exposées ciaprès: en premier lieu, on fait appel à des électrodes consommables pour résoudre le problème de l'alimentation

du laitier en un courant de forte intensité, par l'intermé-

diaire d'électrodes. En dehors du matériau des électrodes consommables, aucun matériau n'est en mesure de résister au passage d'un courant de forte intensité dans une électrode. Si, pour la confection des électrodes, on utilise du carbone, matériau type pour les électrodes non consommables, les oxydes inférieurs comme par exemple SiO2 et MnO, dans le laitier, se mettent à réagir avec ce carbone et l'oxyde carbonique résultant de la réaction recouvre la surface libre du laitier sous la forme de bulles. Le pouvoir de soudage est diminué et, en outre, le réglage de la pénétration de la fusion se complique, étant donné que la distance entre les électrodes et la pièce à traiter varie sous l'effet de l'usure de l'extrémité des électrodes et, par conséquent, d'une modification de la forme des électrodes, cette usure étant provoquée par la réaction indiquée plus haut qui se produit dans le laitier et par l'oxydation des électrodes par l'air atmosphérique. Si c'est un métal à point de fusion élevé (par exemple du tungstène ou du molybdène) que l'on utilise au lieu de carbone pour les électrodes non consommables, l'usure sous l'effet de l'oxydation est encore plus importante de telle sorte que ces électrodes ne sont pas capables de supporter une forte intensité électrique. D'une façon générale, c'est de l'acier allié ou du fer ayant une teneur en carbone de 1 % ou davantage, que l'on utilise pour le surfaçage de pièces telles que des cylindres de laminoirs, qui sont l'objet de l'invention, de telles pièces devant posséder une forte

résistance à l'usure et aux fissurations par la chaleur.

Dans le cas du dépôt d'un acier allié ou de fer ayant une teneur en carbone de 1 % ou davantage et, par conséquent, un point de fusion élevé, par surfaçage sous laitier, on ajoute habituellement du SiO2 ou du MnO ou des corps analogues au fondant à point de fusion élevé utilisé dans le cas du dépôt d'un acier à faible teneur en carbone, de façon à abaisser le point de fusion de ce fondant. Par conséquent, la réaction entre les électrodes non consommables et le SiO2 ou le MnO s'accélère, dans le cas du dépôt d'un acier à forte teneur en carbone, par rapport au cas du dépôt d'un acier à faible teneur en carbone. Les électrodes utilisées dans l'invention sont donc des électrodes consommables et l'invention permet d'empêcher la formation de bulles dans le laitier, et d'obtenir un soudage stable tout en conservant la forme des électrodes.

En second lieu, on fait appel à des électrodes consom-

mables ayant la forme d'une barre pour fournir un courant d'in-

tensité élevée compris entre 10000 et 100000 ampères, au bain de laitier. Si l'on fait appel à des électrodes sous forme de fils métalliques, qui sont les électrodes les plus couramment utilisées pour le soudage sous laitier, pour fournir un courant d'intensité élevée comme indiqué plus haut, il faut employer 20 électrodes ou davantage, ce qui présente l'inconvénient de compliquer l'installation, le fonctionnement

et l'entretien du matériel servant au surfaçage sous laitier.

L'emploi des électrodes sous la forme de fils métalliques est peu commode mais, de plus, l'opération de surfaçage présente un inconvénient particulièrement grave dans le cas o on utilise, pour la fabrication des électrodes, de l'acier allié ou du fer ayant une teneur en carbone de 1 % ou davantage, un tel matériau étant avantageusement utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. De façon plus précise, il est difficile d'enrouler en hélice l'acier ou le fer indiqué plus haut, en raison de leur dureté ou de la difficulté d'usinage. Dans le cas o les métaux alliés à l'acier ou au fer sont le nickel ou le molybdène, nécessaire pour un revêtement dur, il est impossible de donner au fer ou à l'acier une forme en hélice. Le demandeur a alors envisagé des électrodes en feuillard formant une hélice. De telles électrodes en feuillard doivent être en nombre relativement élevé et le travail pour donner au feuillard la forme d'une hélice est très complexe. Le demandeur a ensuite imaginé une électrode en fil métallique à âme de fondant, par exemple une électrode constituée par une gaine en acier doux, remplie d'un mélange d'une poudre à forte teneur en carbone et une poudre d'alliages,laomposition globale de l'électrode étant réglée de manière à correspondre à un acier ou à un fer allié ayant une teneur en carbone de 1 % ou davantage. Lorsque l'on fait fondre une telle électrode par fusion sous laitier, l'un des produits à point de fusion élevé de cette électrode est transporté, à l'état non fondu, dans le métal déposé étant donné que la gaine à forte teneur en carbone et le remplissage fortement allié ont respectivement un point de fusion bas et un point de fusion élevé. Même si le constituant à point de fusion élevé fond, il se solidifie dans la poche de métal qui, est à une température plus basse que celle du laitier et qui est située au-dessous de ce laitier, avec pour conséquence, la formation d'une structure non uniforme c'est-à-dire d'une ségrégation. Une électrode en fil métallique à âme de fondant ne peut donc pas être utilisée en raison de la baisse de qualité. Pour remédier aux inconvénients propres aux électrodes en fils métalliques en forme d'hélice, aux électrodes en feuillard en forme d'hélice et aux électrodes en fils métalliques à âme de fondant, il faut couler ou laminer de l'acier ou du fer allié ayant la composition voulue, pour en faire des électrodes ayant la forme d'une barre de grande longueur. A ce propos, si les électrodes en forme de barre ont une section transversale de faible surface, ce qui est par exemple le cas de barres d'acier de faible diamètre, il faut alors faire appel à un grand nombre d'électrodes, comme dans le cas des électrodes en fil métallique ou en feuillard. De plus, si l'on veut obtenir une répartition régulière des températures dans le laitier à l'aide des électrodes de faible section transversale, il faut, non seulement, disposer les électrodes en cercle mais, de plus, prévoir un très grand nombre d'électrodes, à chaque position voisine de la pièce à traiter et du moule, et également à mi-distance entre cette pièce à traiter et le moule. La difficulté de disposer un grand nombre d'électrodes comme indiqué ci-dessus, interdit de procéder au surfaçage sous laitier, aussi bien en ce qui concerne l'installation que le fonctionnement. Les électrodes en forme de barre doivent donc

avoir une section transversale de grande surface.

En-troisième lieu, conformément à l'invention, en plus du fait qu'il faut utiliser un grand nombre d'électrodes consommables en forme de barre à grande section transversale, il faut que la pièce à traiter soit mise en rotation pour les raisons suivantes: grâce à la rotation de la pièce à traiter, l'alimentation en courant électrique par électrode augmente et, par conséquent, on peut réduire considérablement le nombre des électrodes, ce nombre pouvant être d'environ dix ou même moins. A la condition que la pièce à traiter tourne en cours de fonctionnement avec des électrodes identiques, du courant électrique peut être fourni de façon satisfaisante au bain de laitier au voisinage du moule et de la pièce à traiter en raison de la rotation de cette pièce, et de la sorte, on est certain d'une fusion complète du métal de base et du dépôt de métal, ainsi que de l'obtention d'une bonne pellicule de métal déposé sur la face du moule. L'un des objets de la rotation de la pièce à traiter est d'assurer une répartition périphérique régulière de la température dans le laitier, même si le nombre des électrodes est faible. Une telle température périphérique uniforme est assurée par la rotation périphérique du laitier provoquée par la rotation de la pièce à traiter; quant à la répartition uniforme de la température dans la direction radiale, elle est obtenue grâce à la grande surface de la section transversale des électrodes en

forme de barre.

En quatrième lieu, on expliquera ci-après de quelle manière l'invention empêche une pénétration excessive par fusion du métal de base. Si l'on fait appel à des électrodes ayant la forme d'une barre de grande section transversale, le métal de base peut avoir une forte pénétration par fusion, qui peut aller de 50 à 100 mm de profondeur. Par rapport au soudage classique sous laitier, de plaques épaisses, la vitesse de soudage est faible et l'élévation de température de la pièce à traiter est grande dans le procédé de surfaçage classique sous laiter, pour les raisons suivantes: le diamètre (ou de façon plus exacte, le rayon) de la pièce à traiter que l'on veut surfacer, qui est équivalent à la largeur de la plaque qui doit être soudée sous laitier, est fini et faible; la chaleur se concentre de la périphérie vers l'intérieur de la pièce à traiter; et, la radiation thermique de cette pièce est faible. Par conséquent, la pénétration par fusion du métal de base devient extrêmement profonde, de telle sorte que, même si l'on utilise des électrodes en forme de barre ayant une grande section transversale la distance entre les électrodes et la surface à l'état fondu de la pièce à traiter se trouve considérablement augmentée. Cela provoque, à son tour, une baisse de la température du laitier au voisinage de la surface fondue de la pièce à traiter et la variation de la pénétration de fusion due à une variation même faible des conditions de soudage, par exemple de l'intensité du courant, de sa tension, etc... Il devient ainsi difficile de régler la pénétration de fusion et cette pénétration s'effectue sous une forme si irrégulière que l'on ne peut pas obtenir une

ligne de soudage bien droite. Cela a pour conséquence d'endom-

mager des pièces telles que des cylindres qui sont soumises à forte charge sur leuzs.faces raccordées en raison de la concentration de contraintes due à une contrainte résiduelle

ou à une structure non uniforme.

La fabrication de pièces composites par surfaçage sous laitier doit faire face à un inconvénient encore beaucoup plus grave de ségrégation, résultant du fait que le métal de base, dont la composition est différente de celle du métal de

surfaçage, fond par quantités variables au cours du surfaçage.

En outre, un grave inconvénient réside dans le fait que, si la pénétration de fusion est plus grande, des défauts du laitier dans la zone à l'état de fusion, comme par exemple des retassures et des occlusions, risquent beaucoup plus de se produire pour les raisons exposées plus haut à propos de la pénétration profonde de fusion et, par suite, la qualité peut baisser. Afin d'empêcher des inconvénients liés à une pénétration excessive de la fusion de se produire, il faut élever la température du laitier et diminuer la profondeur de la pénétration de la fusion par rapport au cas du surfaçage classique sous laitier. On y parvient grâce à une caractéristique

importante de l'invention, à savoir que l'on élève la tempé-

rature du laitier au voisinage de la pièce à travailler à l'aide des électrodes à grande section transversale indiquée

plus haut et que l'on maintient à une valeur faible l'absorp-

tion de chaleur par chaque ligne de soudage de h pièce en

ajoutant du métal fondu dans la poche de métal tout en mainte-

nant la température du laitier à une valeur élevée. La pénétration de fusion est de 30 mm au maximum et elle doit être de préférence de 15 mm ou moins. En raison d'une pénétration aussi peu profonde de la fusion, la température du laitier au voisinage de la zone de fusion de la pièce à usiner, peut demeurer assez élevée (la répartition des températures dans le laitier est améliorée) ce qui permet de supprimer des inconvénients indiqués plus haut. Etant donné que la pièce à travailler est en rotation, comme on l'a signalé précédemment, le métalà l'état fondu, qui est ajouté à la poche de métal même en un seul endroit de cette poche, le métal et sa chaleur se répartissent périphériquement de façon régulière. L'adjonction d'une grande quantité de métal fondu provoque une montée trop rapide du métal dans le bain ou de la vitesse de soudage, avec cet inconvénient qu'une masse solidifiée de métal déposé dans la zone centrale est rendue plus rugueuse et qu'il se forme un plus grand nombre de retassures ou de cavités dans la couche déposée. L'addition de métal à l'état fondu contribue fortement à diminuer les dimensions globales de l'appareil de surfaçage qui peut, de la

sorte, être plutôt ramassé.

Si l'on n'ajoute pas de métal fondu tout en utilisant des électrodes consommables ayant la forme d'une barre, la longueur d'usure des électrodes est déterminée par le quotient de la surface de la section transversale de ses électrodes, par la surface de la section transversale du surfaçage, de telle sorte que plus la surface de la section transversale des électrodes est grande, plus les électrodes peuvent être courtes. Etant donné que l'on peut augmenter la surface de la section transversale des électrodes jusqu'à 30 % par rapport à la surface de la section transversale de surfaçage, les électrodes doivent avoir une longueur d'au moins trois fois la longueur du surfaçage. Il faut donc des électrodes d'au moins

6 m de long pour une longueur de surfaçage de par exemple 2 m.

Or, un surfaçage faisant appel à des électrodes aussi longues devient difficile à exécuter, à la fois en ce qui concerne sa mise en oeuvre et son installation, même si l'on ajoute une portion d'électrodes en forme de colonne à une portion d'électrodes en forme de colonne pendant l'opération de surfaçage. Etant donné que, conformément à l'invention, on ajoute du métal fondu à la poche de métal, l'électrode peut avoir une longueur à peu près égale à la longueur de surfaçage, avec cette conséquence que l'ensemble de l'installation de surfaçage est de faible hauteur et que l'opération de surfaçage est relativement simple par rapport à un surfaçage

effectué sans addition de métal fondu.

La vitesse avec laquelle on ajoute du métal fondu de façon continue joue un rôle bien défini sur la pénétration de la fusion dans la pièce à traiter. Par conséquent, il convient de déterminer le débit selon lequel on ajoute du métal fondu à une, vabur bien définie, en fonction de la profondeur désirée de la pénétration de la fusion et, si la nécessité de régler la pénétration de la fusion se présente au cours de l'opération de surfaçage, ce n'est pas le débit du métal fondu ajouté mais l'intensité et la tension du courant qu'il convient de régler pour régler la pénétration de la fusion. Par conséquent, le métal fondu doit être ajouté de façon continue sous un débit constant et l'interruption de cette addition de métal fondu ne peut durer que moins

d'une minute. Si cette interruption dure une minute ou davan-

tage, non seulement la profondeur de pénétration de la fusion varie mais il se produit des défauts métallurgiques comme par exemple l'endommagement de la pellicule de métal coulé

et une structure non uniforme du métal.

En cinquième lieu, on expliquera comment l'invention résout le problème de l'alimentation pour un courant de forte

intensité tandis que la pièce à traiter est en rotation.

A ce propos, si une installation à collecteur de grande dimension est nécessaire pour prélever sur la pièce à traiter qui est en rotation, un courant d'une intensité comprise entre 10000 et 100000 ampères, une telle installation n'est pas d'une utilisation pratique. L'une des caractéristiques de

l'invention réside dans l'utilisation, comme énergie élec-

trique de surfaçage, d'une source de courant alternatif polyphasé avec montage en étoile, l'énergie électrique de chaque phase alimentant chaque électrode et, de plus, la pièce à traiter étant raccordée au point neutre. L'intensité renvoyée par la pièce à traiter à la source de courant électrique peut être maintenue aux environs de 2 à 3 % (c'est-à-dire de 100 à 10000 ampères), au maximum, de l'intensité totale et, par conséquent, le prélèvement de courant électrique dans la pièce à traiter est très facile, en dépit du fait que cette pièce tourne. L'expression 'courant alternatif polyphasé" désigne en pratique le courant triphasé couramment utilisé dans l'ensemble de l'industrie. Dans-le courant alternatif triphasé, les phases sont décalées les unes des autres de 120 et, à tout instant, l'intensité résultante et la tension résultante sont nulles. Pour un courant alternatif

diphasé et un courant quadriphasé, les déphasages sont respec-

tivement de 180 et de 90 . La source de courant alternatif polyphasé comporte un montage en étoile et la pièce à traiter est branchée sur le point neutre, étant donné que l'intensité du courant électrique de chaque phase est équivalente à une intensité en courant monophasé et ne dépend pas des autres phases de ce montage. Autrement dit, on peut régler la tension et l'intensité d'une phase indépendamment des autres phases et l'intensité non équilibrée de chaque phase peut être transmise au moyen d'une boucle de réaction, par lintermédiaire de la pièce à travailler, au point neutre de la source de

courant électrique, conformément au branchement selon l'inven-

tion. L'intensité non équilibrée au point neutre est au maximum de 1000 ampères. La source de courant alternatif polyphasé peut avantageusement stabiliser l'opération de surfaçage si l'on utilise une installation à forte intensité, étant donné que l'on peut empêcher la baisse d'impédance, la diminution du facteur de puissance et le chauffage de

l'installation sous l'effet des fuites de flux magnétique.

L'invention a également pour objet un appareil pour le surfaçage sous laitier d'une pièce présentant une surface cylindrique, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend une source de courant alternatif polyphasé de tension constante présentant à sa sortie un montage en étoile, la pièce à traiter étant branchée électriquement au point neutrede ce montage en étoile, un collecteur servant à relier cette pièce au point neutre dudit montage en étoile; un moule servant à délimiter un espace de surfaçage, ce moule étant disposé au voisinage de cette pièce à traiter et étant conçu pour monter au fur et à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; une série d'électrodes consommables ayant chacune la forme d'une barre de grande section transversale; un moyen d'entraînement des électrodes servant à faire monter et descendre toutes lesdites électrodes consommables d'un seul bloc; une cuve de coulée servant à ajouter du métal à l'état fondu, cette cuve étant disposée au-dessus de l'espace de surfaçage, et étant conçue pour monter au fur et à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; et un moyen de rotation en synchronisme servant à faire tourner ledit moule et ladite pièce à traiter autour de l'axe géométrique de cette pièce au cours de la montée de cette

cuve de coulée et de ce moule.

D'autres caractéristiques et avantages del'invention

ressortiront de la description qui va suivre, faite en

regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation de

l'appareil selon l'invention avec des variantes.

Sur ces dessins, la figure 1 illustre, comme indiqué plus haut, un procédé connu de surfaçage sous laitier; la figure 2 est une vue schématique, en partie en coupe

transversale, d'un appareil de surfaçage sous laitier permet-

tant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention la figure 3 est une vue en plan de dessus de cet appareil; la figure 4 représente le montage des électrodes d'un appareil selon l'invention; la figure 5 représente une installation d'alimentation en courant électrique utilisée dans la présente invention; la figure 6 est un tableau indiquant la relation entre le rapport de pénétration (P/G + P) et un rapport de poche de métal (D/G + P); sur ce tableau, la flèche F1 désigne des conditions favorables et la flèche F2 désigne les conditions les meilleures; la figure 7 représente également un tableau des relations entre le quotient de pénétration et le quotient de la poche de métal la figure 8 donne une série de courbes représentant les variations du rapport de la poche de métal (D/G + P) en fonction de la proportion M/ (en %) de métal ajouté; la figure 9 est un graphique représentant les variations de la densité (A/cm2) de l'intensité du courant dans un bain de laitier en fonction de la proportion n de métal ajouté; la figure 10 est une vue avant, en partie en coupe transversale, d'un appareil de surfaçage sous laitier selon une forme de réalisation de l'invention la figure 11 est une vue en plan des parties essentielles de cet appareil; la figure 12 est une vue avant, en partie en coupe, d'une installation de surfaçage sous laitier selon une forme de mise en oeuvre de l'invention; la figure 13 est une coupe faite suivant la ligne A-A de la figure 12; et les figures 14 et 15 sont analogues à la figure 12 et correspondent à une autre forme de réalisation de

l'invention.

L'appareil de surfaçage sous laitier, tel que représenté sur les figures 2 et 3, est destiné à la fabrication d'un cylindre composite que l'on obtient par surfaçage périphérique

de la partie cylindrique d'une pièce 10 de petit diamètre.

Cette pièce est montée verticalement au centre de la plaque tournante 19; un moule en cuivre 17 refroidi par de l'eau est disposé de telle manière qu'un espace vide ayant pour épaisseur le rayon de surfaçage soit délimité par le pourtour extérieur de la pièce cylindrique à traiter et par ce moule, l'épaisseur de cet espace étant égale à la différence entre le rayon intérieur du moule et le rayon de la pièce cylindrique à traiter. Avant de procéder au soudage sous litier, on suspend des électrodes consommables 12 en forme de barre en les disposant périphériquement le long de la pièce cylindrique 10 à traiter et au centre de l'espace compris entre cette pièce et le moule 17. On introduit du laitier 14 à l'état fondu dans l'espace délimité par un tube de départ 20, le moule 17 et la pièce cylindrique à traiter 10, puis on procède au

soudage sous laitier.

Les électrodes consommables 12 en forme de barre ont une section transversale de grande surface, de forme rectangulaire ou circulaire. La distance, comptée suivant la direction radiale, des électrodes consommables 12 en forme de barre entre la surface de la pièce cylindrique 10 à traiter et la surface intérieure du moule 17 doit être inférieure à 30 mm et cette distance doit être maintenue autour du moule 17,sur

une longueur d'au moins 10 % du pourtour du moule 17.

On expliquera cette condition imposée à la distance en donnantun exemple, selon lequel, le diamètre de la pièce

cylindrique 10 à traiter est de 700 mm et le rayon de surfa-

çage (c'est-à-dire la distance entre le moule et la pièce cylindrique) est de 100 mm. Dans cet exemple, le moule 17 a un diamètre intérieur de 1000 mm. Les'électrodes consommables 12 en forme de barre, de section carrée et cqui sont disposées

au centre de l'intervalle entre le moule et la pièce cylin-

drique à traiter, doivent avoir une épaisseur d'au moins mm c'est-à-dire la différence entre le rayon de surfaçage et deux fois 30 mm. De plus, les électrodes consommables 12 doivent avoir une largeur totale égale au moins à 300 mm,

c'est-à-dire 10 % de la longueur du pourtour du moule 17.

Si les électrodes consommables 12 en forme de barre sont au nombre de six, la largeur de chacune des électrodes doit être

supérieure à 50 mm.

Si la section transversale des électrodes consommables 12 en forme de barre est circulaire, il faut employer un nombre relativement important d'électrodes pour satisfaire à cette condition que les électrodes doivent avoir la forme et la position voulues le long de l'espace de surfaçage

sur uhe longueur dépassant 10 % de la longueur du pourtour.

Par conséquent, il est préférable d'utiliser des électrodes à section transversale rectangulaire ou carrée, au lieu d'électrodes de section circulaire et le mieux est d'employer des électrodes à section transversale en forme de rectangle

dont les grands côtés sont incurvés et dont le rayon corres-

pond à celui de l'espace de surfaçage (rayon de surfaçage).

Si l'on utilise des électrodes consommables 12 en forme de barre de 50 mm x 80 mm pour l'opération de surfaçage indiquée à l'exemple ci-dessus, il faut faire passer un courant d'une intensité comprise entre 2000 et 5000 ampères dans chacune des électrodes consommables 12 en forme de barre et, par conséquent, il suffit de faire passer le courant ayant l'intensité voulue dans dix électrodes au maximum, --ce qui présente l'avantage de simplifier l'opération de surfaçage. Comme on le voit clairement sur la figure 3, l'invention fait appel à plusieurs électrodes consommables 12. en forme de barre. Du fait que l'on utilise plusieurs électrodes,

on peut faire appel à une source de courant alternatif poly-

phasé, la source de chaleur étant répartie sur tout le pourtour de l'espace de surfaçage, et on peut ajouter au bain de laitier du métal à l'état fondu, par les espaces compris entre les diverses électrodes. La répartition de la source de chaleur et la rotation de la pièce à traiter indiquée par la flèche sur la figure 3 assurent une répartition régulière de température du laitier sur tout le pourtour du bain de laitier

fondu 14.

Au début de l'opération de soudage, on fait tourner la pièce cylindrique 10 à traiter. Lorsque la température du métal de base a atteint une valeur telle que la surface de cette pièce cylindrique 10 se mette à fondre, on ajoute du métal fondu ayant la même composition que les électrodes consommables 12 de façon continue sur le bain de laitier fondu 14, par une buse située à la partie inférieure de la cuve de coulée 18. Puis, ce métal fondu 13 traverse le bain de laitier fondu 14 et se mélange au métal formé par fusion des électrodes consommables 12, de telle sorte qu'il se forme une poche de métal 15. Cette poche de métal est refroidie par le moule 7 à refroidissement par eau et par suite, elle se

solidifie en constituant une masse 16 de métal déposé, l'opé-

ration de surfaçage sous laitier progressant en fonction du

dépôt de métal.

Il convient de régler la vitesse d'adjonction du métal fondu 13 en fonction de la vitesse de montée du bain de métal, de manière telle que la vitesse de montée à la minute tombe à une valeur comprise entre 7 et 25 % de l'intervalle entre le moule 17 et la pièce cylindrique 10 à traiter. Si la vitesse de montée, c'est-à-dire la vitesse de soudage, est inférieure à 7 mm à la minute dans le cas o la distance entre le moule et la pièce à traiter eÉt de 100 mm, il est difficile de maintenir la profondeur de pénétration de la fusion à une valeur inférieure à 30 mm. Au contraire, si la vitesse de soudage est supérieure à 25 mm à la minute, il risque de se former des retassures au milieu de la couche de métal déposée et on ne peut plus obtenir une couche de métal déposée exempte de défauts. On détermine la gamme des valeurs de la vitesse de soudage en fonction de l'intervalle entre le moule et la pièce à traiter, pour les raisons suivantes

de façon précise, si l'on diminue la largeur de cet inter-

valle, la quantité de laitier et la quantité de chaleur contenue dans ce laitier diminuent, de telle sorte que la profondeur de pénétration de la fusion diminue. En outre, sous l'effet d'une diminution de la largeur de l'intervalle, la poche de métal 15 tend à prendre une forme convexe et des cavités ou de très petites retassures risquent de se former dans le métal déposé. m1faut donc diminuer la vitesse d'addition du métal en fonction de la diminution de la largeur de l'intervalle, afin d'adapter la vitesse de soudage à la faible profondeur de pénétration de la fusion et pour que

la poche de métal demeure peu profonde.

A mesure que progresse le soudage, le moule 17 et la cuve de coulée 18 montent simultanément. Au cours du soudage, la pièce cylindrique 10 à traiter et le métal 16 déposé sur cette pièce 10 dont il devient solidaire, tournent dans un seul sens. La poche de métal 15 et le bain de laitier fondu 14 sont mis en rotation par la rotation de la pièce cylindrique 10 avec le métal déposé 16. Il est préférable de faire tourner le moule 17 en synchronisme avec la pièce à traiter, de manière à éviter

des frottements entre le moule 17 et le métal déposé 16.

Les électrodes consommables 12 en forme de barre doivent

être abaissées à une vitesse proportionnelle à leur usure.

On règle l'intensité et la tension du courant de soudage de manière à obtenir une gamme de valeurs de la profondeur de pénétration de la fusion, cette gamme étant compriseentre et 15 mm. La quantité des constituants des électrodes consommables 12 transportée dans le métal déposé 16 est

déterminée par le rendement des constituants correspondants.

La composition des électrodes consommables 12 est par suite modifiée par rapporta celle du métal déposé 16, compte tenu du rendement. Si le carbone, qui est l'un des constituants indiqués ci-dessus, se trouve sous la forme de graphite, ce graphite réagit avec les oxydes inférieurs du laitier. Il faut donc que le carbone soit présent dans les électrodes sous la forme de sémentite chimiquement stable. L'opération de soudage est achevée lorsque l'on a obtenu une longueur

donnée de surfaçage.

Les figures 4 et 5 représentent une installation d'alimentation en courant électrique pour l'appareil selon

l'invention. La référence 21 désigne les enroulements secon-

daires du transformateur d'une source de courant triphasé de soudage à tension constante. Les lettres u, v et w désignent les diverses phases de ce courant triphasé. Les bobinages

secondaires 21 sont réunis suivant un montage en étoile.

Du courant électrique alimente neuf électrodes en tout, d'une manière telle que les phases u, v et w passent successivement dans les électrodes qui sont disposées sur le pourtour de la pièce cylindrique 10 à traiter. Cette pièce cylindrique 10

est branchée sur le point neutre du montage en étoile.

Suivant une forme de réalisation du procédé selon l'invention pour le dépôt sur une pièce d'un métal différent de celui de cette pièce, on ajoute de façon continue le métal fondu 13 dont la composition correspond à celle du métal de surfaçage, sur la surface libre du laitier fondu 14 et le rapport n (%) de métal ajouté, défini par le quotient de la quantité de métalfondu ajoutée par la quantité totale de métal de remplissage a pour valeur n 1 98 - 4,3 p désignant l'intensité du courant, en ampère/cm2 dans le bain

de laitier.

Avant de donner des explications à propos des figures 6 à 9, on donnera des explications à propos du rapport (n)

de métal ajouté.

En premier lieu, le demandeur a procédé à des expériences

visant à obtenir une poche de métal importante et de tempé-

rature élevée. Dans ces expériences, et afin de renforcer l'agitation ou pouvoir de diffusion de la poche de métal, on a maintenu cette poche de métal à une profondeur importante, tout en maintenant la profondeur de pénétration de la fusion à une valeur faible, de façon à obtenir une fusion peu importante du métal de base. Avant de procéder aux recherches ' le demandeur a cherché à savoir comment l'intensité et la tension du courant de soudage, qui sont les paramètres essentiels de fonctionnement (conditions de soudage) influencent le soudage sous laitier. Il a obtenu les

réponses suivantes: la profondeur de la poche de métal aug-

mente considérablement avec l'intensité du courant de soudage; la profondeur de pénétration de la fusion augmente, elle aussi, avec l'intensité du courant de soudage et il n'est pas possible d'obtenir une pénétration convenable de la fusion, d'une profondeur comprise entre 10 et 20 mm, si la tension du courant n'a pas une valeur extrêmement faible. Une diminution de la tension du courant de soudage est beaucoup plus efficace pour diminuer la profondeur de pénétration de fusion, qu'une diminution de l'intensité du courant de soudage. La profondeur de la poche de métal est fâcheusement diminuée sous l'effet d'une diminution de l'intensité du courant de soudage, tandis qu'elle n'augmente pas de façon appréciable sous l'effet d'une diminution de h tension de soudage. Le

demandeur a donc constaté que l'on ne peut pas obtenir simul-

tanément une poche de métal profonde et une faible profondeur de pénétration de fusion par réglage de l'intensité et de la tension du courant de soudage, sauf si l'intensité du courant de soudage est extrêmement élevée et si la tension de ce courant de soudage est extrêmement faible. Autrement dit, si la densité de courant est de 23 A/cm2 ou plus dans la poche de laitier et si la tension de soudage est de 15 V ou moins, on peut obtenir une poche de métal de 100 mm ou davantage et une profondeur de pénétration de fusion d'une épaisseur d'environ 10 mm et, par conséquent, la structure du métal déposé est exempte de tout défaut d'homogénéité. Mais, pour que l'on puisse effectuer le soudage dans de telles conditions

de tension et d'intensité, il faut que la conductivité élec-

trique du laitier soit très forte. Toutefois, un tel laitier possède un faible rendement en raison de la faible quantité de chaleur qui s'y dégage et il peut provoquer la formation

de défauts tels que des retassures ou des occlusions.

Une augmentation de la vitesse de soudage contribue fortement à augmenter la profondeur de la poche de métal conformément à l'augmentation de l'intensité du courant de soudage expliquée ci-dessus. Le taux d'usure des électrodes et, par suite, l'intensité du courant de soudage augmentent

avec l'intensité du courant de soudage Etant donné que l'é-

lectrode se déplace verticalement par rapport au métal déposé dans le soudage sous laitier, l'électrode peut être considérée comme étant une source de chaleur à déplacement vertical qui provoque un gradiant de température dans la poche de métal. Si la vitesse de déplacement est faible, le gradiant

de température est faible et la poche de métal est profonde.

Une diminution de la vitesse de déplacement de l'électrode peut donc provoquer une augmentation de la vitesse de soudage. En second lieu, le demandeur a effectué des expériences pour augmenter la vitesse de soudage, afin d'augmenter la profondeur de la poche de métal et il a poursuivi la mise en oeuvre du procédé en utilisant un matériau de remplissage autre

que des électrodes consommables. Dans cette forme de réalisa-

tion de l'invention, étant donné qu'en plus du réglage des paramètres de base de.fonctionnement, à savoir l'intensité et la vitesse du soudage, on peut régler le métal fondu, il est possible de choisir très Jibrement les conditions du procédé de soudage par rapport aux conditions reposant sur le réglage des paramètres de base du fonctionnement. En outre, dans cette forme de réalisation de l'invention, on peut

obtenir des dépôts de formes diverses.

Si l'on considère la figure 6, on voit que le rapport de la poche de métal défini par le quotient de la profondeur de cette poche de métal par la somme de la profondeur P de pénétration de la fusion et du rayon G du surfaçage, est porté en abscisses, tandis que le quotient de pénétration défini par le rapport de la profondeur P de pénétration de fusion, par la somme de cette profondeur P et du rayon G de surfaçage, est porté en ordonnées. La forme du métal déposé et sa qualité (formation d'une structure hétérogène) ont été étudiées sous diverses conditions et la figure 6 représente les résultats

obtenus. Sur cette figure, les croix désignent du métal-

déposé parfaitement indésirable résultant de couches d'une structure hétérogène allant de la pièce à traiter jusqu'au milieu de la masse de métal déposé. Les petits cercles correspondent au cas o il n'y a pas, ou peu, de couches d'une structure hétérogène. Ces couches ont une longueur si faible qu'elles ne présentent aucun inconvénient lorsque, l'on utilise les objets surfacés. Les signes constitués par deux petits cercles concentriques correspondent au cas o il n'y a

aucune formation d'une structure hétérogène.

Comme on le voit d'après la figure 6, les zones dans lesquelles se trouvent ces trois sortes de notations, sont nettement distinctes les unes des autres. Pour un rapport de poche de métal de 0,6 ou davantage, il n'y a pas formation d'une structure hétérogène ou, en tous cas, s'il y a une structure hétérogène, cette dernière ne présente pratiquement aucun inconvénient. En outre, pour un rapport de poche de métal supérieur à 0,6 et un rapport de pénétration inférieur à 0,2, il n'y a pas du tout de formation d'une structure hétérogène. Ces faits justifient cette idée du demandeur qu'il faut à la fois une faible profondeur de pénétration de la

fusion et une poche de métal profonde pour empêcher la forma-

tion d'une structure hétérogène.

On expliquera maintenant les conditions de soudage nécessaires pour obtenir un rapport de pénétration supérieur à 0,6. On voit, sur la figure 7, que les données de la figure 6 sont reproduites et que cette figure 7 montre les conditions

de soudage en ce qui concerne le métal de remplissage, c'est-

à-dire le surfaçage avec ou sans addition de métal fondu et la quantité de métal fondu ajoutée. Sur la figure 7, les croix correspondent au procédé classique sans addition de métal fondu tandis que les petits cerclés correspondent au procédé de surfaçage avec addition de métal fondu. Les valeurs numériques

désignent le quotient 4 de métal ajouté.

Comme cela ressort de la figure 7, la majeure partie des données indiquant un rapport de poche de métal inférieur à 0,6 sont celles du procédé classique sans addition de métal fondu et un certain nombre des données avec addition de métal

fondu présentent un quotient de poche de métal inférieur à 0,6.

Toutes les données présentant un rapport de métal fondu d'au moins 0,6 sont celles qui correspondent à une addition de métal fondu. Il ressort de la figure 7 que les données figurant tout à fait à la droite et en bas de la figure, ont tendance à avoir un rapport n d'addition de métal plus élevé. -Le demandeur a analysé les données des figures 6 et 7 ainsi que les données d'autres expériences, en ce qui concerne les conditions de soudage, y compris l'intensité et la tension du courant de soudage. Les résultats de ces expériences sont reportés sur la figure 8. Cette figure fournit les indications suivantes: la profondeur de la poche de métal est déterminée par le quotient de l'intensité du courant de soudage par le rapport n du métal ajouté et le quotient du métal ajouté est déterminé par la densité du courant dans le bain de laitier et le rapport Ti de métal ajouté. On obtient la

densité de courant dans le bain de laitier en divisant l'in-

tensité du courant de soudage par la surface de l'intervalle de surfaçage qui, elle-même, est définie par la plus faible valeur de la surface de la section transversale de l'espace délimité par la surface de la pièce à traiter et la surface du moule. Les résultats de cette étude montrent que l'influence de la tension du courant de soudage sur le rapport de la

poche de métal et sur le rapport n du métal ajouté est négligea-

ble. Comme le montre la figure 8,le rapport de la poche de métal augmente avec le rapport (n) du métal ajouté et avec la densité de courant (A/cm2) dans le bain de laitier. Pour que le rapport de la poche de métal ne soit pas inférieur à 0,6, il faut choisir la densité de courant dans le bain de laitier et le rapport (n.) de métal ajouté de façon que les courbes de la figure 8 se trouvent sur ou au-dessus de la ligne en trait interrompu. La densité de courant et le rapport (n) de métal ajouté ainsi choisis sont représentés sur la figure 9, sur laquelle on voit que, lorsque le rapport () en % n'est pas inférieur à 98 - 4,3p (n - 98 - 4,3p), la condition d'un rapport de poche de niétal non inférieure à 0,6, qui permet d'effectuer un surfaçage composite sans donner lieu à la formation d'une structure hétérogène, est satisfaite. En ce qui concerne la figure 9, il faut attacher de l'importance au point suivant, à savoir qu'une valeur faible du rapport () de métal ajouté ne provoque pas la formation d'une structure hétérogène, même si l'on maintient la densité du courant dans le laitier à une valeur élevée. Toutefois, il est nécessaire d'utiliser un laitier spécial, comme expliqué plus haut, et la densité maxima du courant utilisé pour le surfaçage sous laitier peut être de 20 A/cm2. Si la densité de courant dans le laitier est élevée, par exemple de 20 A/cm, et si la tension de soudage est de 20 V ou davantage, les conditions nécessaires pour l'obtention d'un soudage de qualité satisfaisante sont lès suivantes utilisation d'un laitier spécial et addition de métal à l'état

fondu,par exemple dans la proportion d'au moins 10 %.

Les conditions de soudage en ce qui concerne le rendement du fonctionnement et la bonne qualité sont avantageusement les suivantes: une densité de courant dans le bain de laitier comprise entre 7 et 15 A/cm2 et un rapport de métal ajouté

non inférieur à 45 %.

La position de la surface du bain de laitier sur laquelle on ajoute ou on projette du métal à l'état fondu, est de préférence très voisine du centre, par rapport à la direction radiale de l'espace de surfaçage. On ne peut pas obtenir le rapport voulu de la poche de métal de 0,6 ou davantage si une telle position est très voisine de la pièce à traiter ou du moule. L'espace compris entre les électrodes voisines peut être de l'ordre de 100 mm dans la direction périphérique,

ce qui est suffisant pour permettre le passage du métal fondu.

Dans le procédé selon l'invention, la vitesse de rotation de

la pièce à traiter ne dépend pas du diamètre de cette dernière.

De façon avantageuse, cette vitesse de rotation doit être telle que la vitesse périphérique, ou au milieu de l'intervalle

de surfaçage, soit au moins de 1 mètre à la minute.

L'appareil de surfaçage sous laitier selon l'invention tient compte des techniques simplifiées de soudage, de fabrication de lingots et de moulage, pouvant être facilement mises en oeuvre et il permet une fabrication stable de produits

de qualité élevée.

En premier lieu, en ce qui concerne l'installation d'ali-

mentation en énergie, l'énergie électrique peut être fournie à chacune des électrodes consommables 12 en forme de barre (figures 2 et 3) par l'installation d'alimentation équipant

chacune des électrodes, ce qui techniquement ne présente au-

cune difficulté sauf dans le cas d'installations très importantes et d'un fonctionnement complexe. Etant donné que l'on ne recherche pas des installations de grande dimension ni d'un fonctionnement complexe, l'énergie est fournie d'un seul bloc par une unique source d'alimentation, à tout l'ensemble des électrodes consommables 12, conformément à

l'une des caractéristiques de l'invention.

D'une façon générale, il existe deux sortes de source d'énergie pour alimenter les électrodes consommables destinées au soudage ou à la refonte sous laitier, à savoir des sources d'énergie à tension électrique constante et à intensité électrique constante. Lorsque la source d'énergie possède une caractéristique extérieure de tension constante, la position de l'extrémité des électrodes consommables en forme de barre demeure constante dans le bain de laitier fondu 14 et les opérations peuvent s'effectuer de façon stable à la condition que le taux d'alimentation des électrodes conserve une valeur constante qui est fonction de la valeur de l'intensité du

courant. La tension du courant dépend de la source d'énergie.

Lorsque cette source d'énergie possède des caractéristiques extérieures d'intensité constantes, on peut obtenir un fonctionnement stable en réglant le taux d'alimentation des électrodes de manière à maintenir une tension constante qui est réglée par l'intermédiaire d'une boucle de réaction, qui transmet une tension de fonctionnement à l'installation

d'alimentation des électrodes.

En vue d'obtenir un fonctionnement stable, tout en -

utilisant une source de courant polyphasé et en alimentant d'un seul bloc tout l'ensemble des électrodes consommables par du courant, il faut utiliser une source d'énergie électrique à la tension constante et, de plus, brancher le

point neutre "O"-(figure 4) de cette source d'énergie sur-

la pièce cylindrique 10 à traiter (figures 2 et 3). Les raisons de cette nécessité, dans le cas o l'on fait appel

à une source de courant polyphasé, sont expliquées en compa-

raison avec le cas o on utilise une source de courant monophasé. S'il s'agit d'effectuer un soudage avec plusieurs électrodes en faisant appel à une source de courant monophasé, les électrodes doivent être branchées en parallèle. Or, si les électrodes branchées en parallèle fondent à des vitesses différentes d'une électrode à l'autre, la profondeur d'immersion des électrodes varie d'une électrode à l'autre. Par suite, la tension del'une ou d'un certain nombre des électrodes profondément immergées dans le laitier fondu, augmente

et dans ces électrodes, passe un courant de plus forte inten-

sité que dans les autres électrodes, avec pour conséquence qu'il se produit une égalisation des tensions dans toutes les électrodes. La profondeur d'immersion des électrodes est, par suite, la même pendant le fonctionnement sous diverses vitesses de fusion, en dépit du fait que toutes les électrodes sont alimentées d'un seul bloc. En outre, les différences d'intensité et de tension du courant sont supprimées par les variations de la profondeur d'immersion des électrodes, ce qui permet d'effectuer de façon stable les opérations de surfaçage. Mais, si l'on utilise une source de courant polyphasé, ce ne sont pas toutes les électrodes de chacune des phases mais simplement certaines des électrodes d'une phase donnée qui sont branchées en parallèle et, de plus,-les électrodes d'une phase ne sont pas branchées en parallèle avec les électrodes des autres phases. Ce phénomène d'égalisation expliqué plus haut ne se présente que dans les électrodes d'une phase donnée et non pas dans toutes les électrodes. La caractéristique de tension constante de la source de courant polyphasé est donc

nécessaire pour provoquer ce phénomène d'égalisation, c'est-à-

dire pour faire passer un courant d'intensité élevée dans les électrodes qui sont sous une tension faible et une intensité faible dans les électrodes sous tension élevée en utilisant la caractéristique de la source d'énergie électrique. L'intensité

non équilibrée entre les phases u, v, w (figure 4) est trans-

mise par l'intermédiaire de la pièce cylindrique 10 à traiter

* (figure 5) au point neutre "O" de la source d'énergie.

Le nombre des électrodes consommables peut être égal au nombre des phases de la source de courant électrique ou un multiple de ce nombre. De façon avantageuse, la disposition périphérique des électrodes coïncide avec l'ordre des phases

du courant polyphasé.

En second lieu, on donnera des explications sur la cuve de coulée utilisée pour ajouter du métal à l'état fondu. Le métal fondu est ajouté, de façon continue, à l'aide de cette

cuve, au bain de laitier, de préférence sous un débit constant.

C'est le procédé d'utilisation de cette cuve de coulée qui permet d'ajouter de façon continue et commode, du métal à

l'état fondu, dans le bain de laitier, sous un débit constant.

On peut obtenir le débit désiré de ce métal fondu en choisissant convenablement le diamètre de la buse disposée à

la partie inférieure de la cuve de coulée. La vitesse d'addi-

tion du métal fondu doit être comprise entre 5 et 30 kg/mn et elle est beaucoup plus faible que la vitesse obtenue par les procédés classiques,comme par exemple un procédé à trop-plein, avec une poche de coulée basculante ou un procédé faisant appel à une pompe électromagnétique. Si l'on fait appel à ces procédés classiques pour régler la vitesse d'addition du métal fondu entre 5 et 30 kg/mn, le métal fondu se solidifie au droit du bec de la poche ou bien, s'il ne se produit pas de solidification, la vitesse d'introduction du métal fondu varie considérablement au cours de l'arrivée de ce métal. En outre, des installations comportant une poche basculante ou une pompe électromagnétique ont de grandes

dimensions et leur fonctionnement est compliqué.

On donnera ci-après un exemple de diamètre de buse permettant d'obtenir la vitesse d'addition du métal fondu indiquée plus haut; le diamètre de la buse est compris entre 3 et 6 mm et la profondeur du métal fondu dans la cuve de coulée est comprise entre 200 et 500 mm. On peut obtenir une vitesse d'addition pratiquement constante (par exemple de 15 kg/

mn) avec une buse d'un diamètre de 5 mm en réglant la tempé-

rature du métal fondu. Lorsque le niveau de la surface libre du

métal fondu dans la cuve de coulée baisse en raison de l'opé-

ration de surfaçage, on peut ajouter de façon continue du métal à l'état fondu à une vitesse constante dans le bain de laitier en introduisant un complément de métal fondu dans la cuve de coulée. En troisième lieu, un collecteur est nécessaire pour brancher électriquement le point neutre de la source de courant multiphasé sur la pièce à traiter qui tourne, de préférence en synchronisme avec le moule. Le raccordement entre le point neutre de la source de courant électrique et la pièce à traiter est nécessaire pour alimenter ou déplacer toutes les électrodes d'un seul bloc. De plus, un tel branchement est indispensable pour le retour des intensités non équilibrées de chaque phase, y compris l'intensité non

équilibrée des électrodes d'une phase donnée, par l'intermé-

diaire du branchement avec la source de courant électrique.

Etant donné que l'intensité non équilibrée est en général de

quelques centièmes de l'intensité totale du courant (c'est-

à-dire de 200 à 400 A de l'intensité totale qui est de 20000 A), l'installation du collecteur dans l'appareil de surfaçage sous laitier selon l'invention est facile. On peut réaliser simplement le branchement avec les pièces fixes et les pièces rotatives équipées d'un ou de plusieurs collecteurs

en cuivre et quelques curseurs en carbone.

En quatrième lieu, un moule mobile est indispensable pour la mise en oeuvre du procédé de surfaçage sous laitier selon l'invention. Le niveau de la surface libre du bain de laitier doit être maintenu au voisinage de l'extrémité supérieure du moule.Par conséquent, pour maintenir le niveau de la surface libre du laitier, il faut prévoir un mécanisme servant à soulever le moule ou à faire descendre la pièce à

traiter en fonction de la marche des opérations de soudage.

Au cours de la montée du moule ou de la descente de la pièce à traiter, la distance entre la cuve de coulée et le niveau de la surface libre du bain de laitier doit être-maintenue constante de manière à empêcher toute variation de la position d'addition du métalfondu.Il faut donc que cette cuve de coulée se déplace et s'arrête en synchronisme avec le moule, afin

de maintenir constante la distance par rapport à ce moule.-

On donnera ci-après des explications sur les formes de réalisation de l'appareil selon l'invention représentées sur

les figures 10 à 14.

Si l'on considère la figure 10, on voit que quatre colonnes 34 de maintien reposent sur le plancher fixe 31 et supportent par leur extrémité supérieure, la plate-forme 35. Une plaque tournante 19 est installée sur le plancher fixe 31 et un moyen supérieur de blocage 32 est relié fonctionnellement à cette plate-forme 35. La pièce cylindrique 10 à traiter est maintenue en position verticale et bloquée entre le moyen supérieur de blocage 32 et cette plaque tournante 19 (moyen

inférieur de blocage).

Un plancher 34 mobile verticalement, permettant de soule-

ver le moyen d'entraînement décrit plus loin, est guidé le long des colonnes de maintien 34 et il comporte une ouverture pour l'installation du moule 17. Cet organe

d'entraînement consiste en un moteur 18 situé sur la plate-

forme 35. Sous l'action de ce moteur 18, le moule 17 qui occupe le pourtour intérieur de la pièce cylindrique 10 à

traiter, et la cuve de coulée 18 montent ou descendent en-

semble.

Les électrodes consommables 12 en forme de barre sont fixées à un même bras 43 (figure 11) mobile verticalement,

suspendu aumoyen de quatre fils métalliques 25 à la plate-

forme 35. Ce bras 43 de retenue des électrodes monte ou descend sous l'action des fils métalliques et d'un moyen

d'entraînement représenté par le moteur 48 monté sur la plate-

forme 35.

Une source il de courant polyphasé, est installée sur

le plancher fixe 31 et elle comporte un montage en étoile.

Chacune des phases u, v et w de ce courant triphasé est fournie par des barres omnibus 42 en forme d'anneau et par des câbles souples 44 à chacune des électrodes. La plate-forme 35 est isolée des conduites d'alimentation en courant électrique et le courant ne peut pas passer entre les électrodes

consommables 12 par les bras 43 de retenue des électrodes.

Le point neutre "O".de la source de courant 11 est raccordé

à la pièce 10 à traiter au moyen d'un câble 47 et d'un collec-

teur 45 en acier, fixé sur le pourtour de la plaque tournante 19.

L'énergie électrique est transmise de la pièce cylindrique 10 à traiter au point neutre "O" par l'intermédiaire d'un curseur

46 en carbone.

La cuve de coulée 18 est installée en haut et à droite de la figure 10, de telle sorte que le métal fondu 13 peut s'écouler de la buse vers le centre de la masse 14 de laitier fondu. On peut déplacer cette cuve de coulée 18 dans la direction horizontale à l'aide d'un mécanisme qui n'est pas représenté sur la figure 10. Lorsque la quantité de métal fondu 13 contenue dans cette cuve de coulée 18 devient trop faible, on déplace horizontalement cette cuve dans la direction

radiale, par rapport à l'axe géométrique de la pièce cylin-

drique 10 à traiter, de façon à maintenir à un niveau constant la position du métal du bain de laitier grâce à un faible

déplacement horizontal de la cuve de coulée.

Un moyen de rotation en synchronisme servant à faire tourner la pièce cylindrique 10 et le moule 17, moyen que l'on appellera ci-après le moyen de rotation en synchronisme, est constitué par des moteurs d'entraînement distincts 21 et 26 qui tournent en synchronisme à la même vitesse sous

l'action de selsyns 22.

Si l'on se reporte à la figure 11, on voit que le moyen 43 de maintien des électrodes se présente sous la forme d'un cercle dont la partie ouverte représente un quadrant complet du cercle. La cuve de coulée 18 ne gêne donc pas le moyen

43 de maintien des électrodes en raison de cette ouverture.

En outre, on peut facilement déverser du métal à l'état fondu à l'aide d'une poche de coulée (non représentée) dans la cuve 18. Suivant une autre forme de réalisation correspondant aux figures 12 et 13, l'appareil selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend un plancher fixe, une plaque tournante, installée sur ce plancher fixe et portant une pièce à traiter montée verticalement, une source de courant alternatif polyphasé de tension constante, comportant à sa sortie un montage en étoile, la pièce à traiter étant branchée électriquement au point neutre de ce montage en étoile, un collecteur servant à relier -cette pièce à traiter au point neutre de ce montage en étoile, un moule servant à délimiter un espace de surfaçage, ce moule étant situé au voisinage de la pièce et étant conçu pour monter à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage, une série d'électrodes consommables

dont chacune a la forme d'une barre de grande section trans-

versale, un moyen d'entraînement des électrodes servant à soulever et à faire descendre toutes lesdites électrodes consommables d'un seul bloc, une cuve de coulée servant à

ajouter du métal à l'état fondu, cette cuve étant disposé au-

dessus de l'espace de surfaçage et étant conçue pour monter à mesure que se produit l'opération de surfaçage; un moyen servant à conserver la chaleur de la pièce surfacée, un plancher mobile verticalement, sur lequel sont montés ce moule, ladite cuve de coulée et ledit moyen de chauffage; et un moyen de rotation en synchronisme servant à faire tourner ladite pièce à traiter, ledit moule et ledit moyen de chauffage autour de l'axe géométrique de cette pièce à traiter au cours de la montée de la cuve de coulée et du moule, ledit moyen de rotation en synchronisme étant installé sur ledit plancher mobile verticalement et ayant pour rôle de synchroniser électriquement les vitesses de rotation de la pièce à traiter

du moule et de ce moyen de chauffage.

Si l'onconsidère la figure 12, on voit que la pièce 50 à traiter qui est de forme cylindrique, est maintenue en position verticale à l'aide d'un moyen supérieur de blocage 66 et d'une plaque tournante 61 (qui constitue le moyen inférieur de blocage). Cette plaque tournante 61 est installée de manière à pouvoir tourner sur le plancher fixe 70 et elle provoque la rotation de la pièce cylindrique 5O.La plate-forme 60 à laquelle est assujetti le moyen supérieur de blocage 66, est supportée par quatre colonnes 59. La force d'un moteur d'entraînement 54-1 est transmise à la plaque tournante 61 par un engrenage réducteur 57-1 à vis sans fin et par un pignon de transmission 57-2. Le moteur d'entraînement 54-1 est muni d'un tachymètre 54-2 et d'un dispositif 65 de

rotation synchrone.

Le moule 52, dont la surface intérieure entoure la pièce cylindrique 50 à traiter, et le dispositif de chauffage 53

servant à maintenir chaud le métal déposé, constituent avanta-

geusement un corps d'un seul bloc avec une table de raccorde-

ment 72. Le moule 52 et le-dispositif de chauffage 53 sont suspendus au plancher 64 mobile verticalement qui se compose d'un plancher pour l'opérateur et d'un plancher qui porte le moteur d'entraînement 55-1. En outre, le moule 52 et le

dispositif de chauffage 53 sont coaxiaux à la pièce cylindri-

que 50. Le plancher 64 mobile verticalement peut monter et

descendre sous l'effet des déplacements d'un poids d'équi-

librage 69 qui est relié à ce plancher 64 mobile verticale-

ment à l'aide de chaînes 68 qui passent sur des roues dentées 67. La force d'entraînement du moteur 55-1 se transmet au moule 52 et au dispositif de chauffage 53 par l'intermédiaire de l'engrenage réducteur 58-1 à vis sans fin et du pignon de transmission 58-2,ce qui provoque la rotation du moule 52 et du dispositif de chauffage 53. La rotation du moteur d'entraînement 55-1 réglée par le tachymètre 58-2 est liée électriquement à la rotation du moteur 54-1 et ces deux rotations sont réglées en synchronisme à l'aide du dispositif

de rotation synchrone.

L'une des caractéristiques de l'appareil représenté sur la figure 12 et que l'on décrira ci-après réside dans la transmission d'une force extérieure d'entraînement à la fois à la pièce à traiter et au moule, et dans la rotation de cette pièce à traiter en synchronisme avec ce moule. On décrira ci-après un dispositif d'alimentation en eau de refroidissement qui constitue une autre des caractéristiques de l'appareil

selon l'invention.

Ce n'est pas en raison de l'invention que le moule 52 alimenté en eau de refroidissement, est divisé. En fait, ce moule est divisé de façon connue en une partie supérieure et une partie inférieure, dont l'une estmobile, et l'on utilise une garniture pour fermer hermétiquement l'espace compris entre ces deux parties. Etant donné que cette garniture se trouve au voisinage d'une source de chaleur de soudage, l'étanchéité devient vite insuffisante pour empêcher les fuites d'eau, en raison par exemple des déformations thermiques. En outre, l'installation du moule prend beaucoup de place et est coûteuse

pour assurer l'alimentation classique en eau de refroidissement.

Dans l'appareil représenté sur la figure 12, un joint rotatif 62 et un joint fixe 63 sont disposés au-dessous de la pièce cylindrique 50 à traiter, qui est maintenue en position verticale. Etant donné que ces joints 62 et 63 qui comportent des conduites d'eau (non représentées) sont situés à une certaine distance de la source de chaleur de soudage, ilsne sont pas soumis à des effets fâcheux sous l'effet de la

chaleur et l'ensemble de l'appareil est très peu volumineux.

La rotation en synchronisme du moule 52 et de la pièce cylindrique 50 à traiter peut être assurée par un même moteur, mais elle est assurée de préférence par des moteurs distincts (55-1 et 54-1) qui permettent d'entraîner en synchronisme

respectivement ce moule 52 et cette pièce cylindrique 50.

Si l'on fait appel à un moteur unique, il faut assurer la synchronisation de la rotation du moule 52 et de la pièce

cylindrique par des procédés mécaniques. Mais cela est diffi-

cile lorsqu'il s'agit de surfacer des pièces de grande lon-

gueur, du fait que, en raison de l'obligation de chauffer la partie à surfacer de la pièce au cours de l'opération de surfaçage, le moule se soulève au cours de cette opération de surfaçage. Si l'on veut synchroniser la rotation par des moyens électriques, on peut utiliser soit un réglage des angles de phase des trois phases à l'aide d'un selsyn, soit régler b vitesse de rotation à l'aide d'un générateur d'impulsions. La rotation en synchronisme doit être telle que la différence entre les vitesses de rotation de la pièce à traiter et du moule soit de 0,1 % ou moins, ce que l'on

obtient avantageusement par synchronisation électrique.

Sur les figures 12 et 13, pour simplifier, on n'a représenté ni la cuve. de coulée, ni la source de courant polyphasé ni le collecteur, bien que tous ces éléments soient indispensables pour l'appareil de surfaçage. Leurs fonctions et leurs relations avec d'autres éléments de l'appareil représenté sur les figures 12 et 13 se comprendront aisément

d'après les figures 10 à 13.

On décrira ci-après une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention correspondant aux figures 14 et 15. Cette forme de réalisation est caractérisée par le fait qu'elle comprend un plancher fixe, un joint rotatif monté de façon rotative sur ce plancher fixe et présentant des ouvertures pour l'arrivée et l'échappement de l'eau de refroidissement; une source de courant alternatif polyphasé à tension constante, présentant à sa sortie un montage en étoile, une pièce à traiter de forme cylindrique étant branchée électriquement au point neutre dudit montage en étoile; un collecteur servant à relier la pièce à traiter au point neutre de ce montage en étoile; un moule servant à délimiter un espace de surfaçage ce moule étant disposé au voisinage de cette pièce et étant conçu pour monter à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; une série d'électrodes consommables dont chacune a la forme d'une barre de grande section transversale; un moyen d'entraînement d'électrodes servant à faire monter et descendre d'un seul bloc toutes lesdites électrodes consommables; une cuve de coulée servant à ajouter du métal à l'état fondu, cette cuve étant disposée au-dessus de l'espace de surfaçage et étant conçue pour monter à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; des tuyaux souples qui peuvent s'allonger lorsque le moule se soulève et qui font communiquer ce moule avec les ouvertures dudit joint rotatif; et un moyen de rotation en synchronisme servant à faire tourner la pièce à traiter et le moule autour de l'axe géométrique de cette pièce à traiter, pendant la montée

de ladite cuve de coulée et de ce moule.

Si l'on considère la figure 14, on voit que la pièce cylindrique 50 à traiter est maintenue verticale et en rotation entre le moyen supérieur de blocage 66 et le moyen inférieur de blocage 96. Ces deux moyens de blocage sont

fixés rigidement au moyen d'un câble constitué par la plate-

forme 60, par le plancher fixe 70 et par quatre colonnes 59 de maintien. Le moule 52 (figure 15) qui entoure cette pièce cylindrique 50 par sa surface intérieure de forme annulaire, est refroidi par de l'eau et il comporte un joint d'alimentation 83 et un joint de vidange 84. Ce joint d'alimentation et ce jôint de vidange ainsi que la chemise d'eau 86 qui communique avec ces deux joints, sont montés sur une plate-forme de support 87. Cette plate-forme présente une partie 87-1 en saillie, qui lui est fixée sur son pourtour, et elle est disposée de façon à pouvoir tourner sur les cylindres horizontaux 88 par l'intermédiaire de la portion horizontale de la partie en saillie 87-1. Au cours de la rotation, la plate-forme de support 87 est guidée par les et un corps rotatif intérieur 63-1 munis d'une admission d'eau 108 et d'une sortie d'eau 109. Il est prévu un joint d'étanchéité mécanique (non représenté) pour empêcher des fuites d'eau de se produire au cours de la rotation du joint rotatif 63. Le corps rotatif intérieur 63-1 est fixé au moyen inférieur de blocage 96 et ce corps tourne sous l'action du mécanisme d'entraînement 100. Le boîtier extérieur 63-1 est attaché au plancher fixe 70. Le moyen inférieur de -blocage 96 est porté de façon à pouvoir tourner sur le socle 111 par l'intermédiaire de paliers de butée 112 et un palier radial 113, disposé sur le boîtier extérieur 63-2, est en prise avec le corps rotatif intérieur 63-1, ce qui permet à

la pièce cylindrique 50 de tourner sans à-coups.

Le mécanisme d'entraînement du moyen de rotation synchrone désigné dans son ensemble par la référence 120, est constitué par des pignons de transmission 57-2, par un engrenage réducteur 57-1 à vis sans fin, par un moteur d'entraînement

79-1 et par un selsyn 80-1.

Le fonctionnement de l'appareil de surfaçage représenté sur les figures 14 et 15 est le suivant: la pièce cylindrique 50 à traiter est mise en rotation par le mécanisme d'entraînement 120 qui, en même temps, assure la rotation des bobines, ou dévidoirs, 104-1, 104-2 fixées à la plaque de support 106. Tandis que la pièce cylindrique 50 tourne de la manière indiquée plus haut, le moule 52 est mis en rotation par le mécanisme d'entraînement 100 à une vitesse qui est synchronisée électriquement avec la vitesse de rotation de la pièce cylindrique 50 à traiter. Le moule 52 est non seulement mis en rotation, mais entraîné vers le haut, tandis que de l'eau de refroidissement est introduite dans ce moule au moyen des tuyaux souples au cours de l'opération

de surfaçage.

On donnera ci-après quelques exemples du procédé de

surfaçage sous laitier selon l'invention.

Exemple 1 On procède au surfaçage sous laitier avec une pièce à traiter telle que décrite ci-après et fonctionnant dans les conditions suivantes: A. Pièce cylindrique à traiter

cylindres verticaux 89 qui limitent les déplacements hori-

zontaux de la portion verticale de la partie en saillie 87-1.

On peut régler la position des cylindres verticaux 89 à l'aide d'une vis 121. Le mécanisme d'entraînement des moyens de rotation synchrone, désigné dans son ensemble par la référence 100, est constitué par un moteur d'entraînement 79-2, par un engrenage direct réducteur.78-2 à vis sans fin, par un pignon de transmission 85 et par un selsyn 80-2 qui sont reliés fonctionnement les uns aux autres de manière à

faire tourner le moule 52.

Le plancher 69 pour l'opérateur peut être situé, ou non, au voisinage du plancher 90 sur lequel sont installés des organes 79-2, 78-2, 85 et 80-2 cités plus haut. On peut soulever le plancher 90 à l'aide d moteur 56 (figure 14) qui transmet sa force d'entraînement à ce plancher 90, par l'intermédiaire de la roue dentée 67 et de la chaîne

68 à laquelle est attaché le poids d'équilibrage 69.

Le moyen inférieur de blocage 96 (figure 4) a son axe confondu avec l'axe de rotation de la pièce cylindrique 50 à traiter et il est installé sur le plancher fixe 70 par l'intermédiaire du joint rotatif 63 qui est coaxial au moyen inférieur de blocage 96. L'appareil de surfaçage représenté sur la figure 15, comporte avantageusement des bobines, ou dévidoirs, 104 pour les tuyaux souples 105, ces bobines 104 tournant en synchronisme avec la pièce à traiter. Ces bobines 104 sont assujetties au moyen inférieur de blocage 96 par l'intermédiaire d'une plaque de support 106. Les tuyaux souples font communiquer le moule 52 avec l'entrée 108 d'eau de refroidissement et avec la sortie 109 du joint rotatif 63, par l'intermédiaire (a) de joints rotatifs 107-1 et 107-2 situés à l'extrémité des colonnes 105 qui supportent les bobines, ou dévidoirs, 104-1 et 104-2; (b) de la chemise 86 et (c) des joints d'alimentation et de vidange 83 et 84 respectivement. Les tuyaux souples 105 se déroulent des bobines 104-1 et 104-2 ou s'enroulent dans ces bobines sous l'effet des déplacements verticaux du moule 52, de préférence à l'aide de ressorts (non représentés) disposés dans ces bobines 104-1

et 104-2.

Le joint rotatif 63 consiste en un boîtier extérieur 63-2 K. Profondeur de pénétration de la fusion dans la pièce cylindrique à traiter

environ 10 mm.

L. Qualité de surface du métal déposé Lisse sans aucune irrégularité. On découpe la pièce cylindrique composite ainsi obtenue de façon à en connaître la structure et cette opération révèle qu'il y a un dépôt complet de métal, qu'il n'y a pas de ségrégation dans le métal déposé et qu'il n'y a aucun défaut. On peut donc obtenir un cylindre composite d'excellente

qualité par un soudage de durée très faible.

Exemple 2 (exemple comparatif) On effectue le surfaçage sous laitier.dans les conditions suivantes d'état de la pièce à traiter et de fonctionnement A. Pièce cylindrique à traiter Le diamètre et la longueur du corps de la pièce cylindrique à surfacer sont respectivement de 280 mm et de 1500 mm. L'ensemble de la pièce cylindrique à traiter a une longueur de 2600 mm. La pièce cylindrique à traiter a la composition suivante: 0,4 % de carbone, 1 % de nickel, et 0,5 % de molybdène,le solde étant constitué essentiellement

par du fer.

B. Moule Le diamètre intérieur du moule est de 400 mm et,

par conséquent, le rayon de surfaçage est de 80 mm.

C. Electrodes On utilise quinze électrodes à âme de fondant, d'un diamètre de 3,2 mm et ayant la composition suivante 1,2 % de carbone, 1 % de nickel, 1 % de chrome, le solde étant

du fer.

D. Métal fondu

On fait venir du métal fondu ayant la même composi-

tion que les électrodes, sur la couche de laitier, en un endroit de cette couche. La vitesse d'arrivée de ce métal

fondu est de 9 kg/mn.

E. Fondant (laitier)

Les constituants principaux sont: CaF2 - CaO -

SiO2 et TiO2 F. Quantité de courant Le diamètre du corps de la pièce cylindrique à

surfacer est de 700 mm et sa longueur est de 1800 mm.

Cette pièce cylindrique est en JIS S 45C (acier au carbone).

B. Moule Le diamètre intérieur du moule est de 900 mm et,

par conséquent, le rayon de surfaçage est de 100 mm.

C. Electrodes Chacune des neuf électrodes a une section de 50 mm x mm et une longueur de 2500 mm. La composition des électrodes moulées est la suivante: 1,7 % de carbone, 0,3 % de silicium, 0,7 % de manganèse, 2,0 % de chrome, 2,5 % de nickel et

0,7 % de molybdène, le solde étant surtout du fer.

D. Métal fondu On ajoute du métal fondu à la température de 15000C, avec un débit de 15 kg/mn. Ce métal fondu a la composition suivante: 1,7 % de carbone, 0,3 % de silicium, 0,7 % de manganèse, 1,9 % de chrome, 2,4-% de nickel et 0,8 % de

molybdène, le solde étant surtout du fer.

E. Intensité du courant Les neuf électrodes transmettent un courant d'une intensité de 2000 à 2200 ampères x 9, à savoir de 18000 à

19800 ampères.

P. Tension du courant de 30 à 35 volts (on règle l'intensité et la tension

dans les gammes respectives indiquées plus haut).

G. Vitesse de rotation de la pièce cylindrique à traiter 1 tour/minute Les résultats de l'opération de surfaçage servant à former un cylindre composite dans les conditions indiquées ci-dessus, sont les suivants: H.Vitesse de soudage mm/minute I. Rapport r de métal ajouté (c'est-à-dire quotient

de la quantité de métal ajoutée/quantité de matériau de remplis-

sage)) % J. Durée de -l'opération de soudage

minutes.

400 ampères x 15 électrodes.

G. Tension volts à chaque électrode H. Vitesse de rotation de la pièce cylindrique à traiter,

2 tours/minute.

Les résultats de l'opération de surfaçage destinée à fournir une pièce composite dans les conditions indiquées ci-dessus sont les suivants I. Densité du courant dans le bain de laitier 6,6 A/cm2 J. Vitesse de soudage 17 mm/minute K. Rapport n du métal ajouté

75 %

L. Durée du soudage minutes M. Profondeur de pénétration de la fusion dans la pièce cylindrique à traiter environ 35 mm, ce qui correspond à un rapport de pénétration de 0,30 N. Profondeur de la poche de métal mm, ce qui correspond aux 7/10e du rapport de la poche de métal On découpe le cylindre composite ainsi obtenu de façon à en connaître la structure et cette opération révèle qu'il n'y a pas eu formation d'une structure hétérogène au cours

du surfaçage.

Exemple 3

On procède à une opération de surfaçage sous laitier dans les conditions suivantes de l'état de la pièce à traiter et

de son fonctionnement.

A. Pièce cylindrique à traiter le diamètre et la longueur du corps de la pièce cylindrique à traiter sont respectivement de 685 mm et de 2200 mm. L'ensemble de la pièce cylindrique à traiter a une longueur de 4500 mm. La pièce cylindrique à traiter a la composition suivante: 0,8 % de carbone, 1 % de chrome,

et 0,3 % de molybdène, le solde étant essentiellement du fer.

B. Moule Le diamètre intérieur du moule est de 872 mm et

par conséquent, le rayon de surfaçage est de 92 mmn.

C. Electrodes Chacune des six électrodes a une section transversale de 50 mm x 80 mm. La composition de ces électrodes est la suivante: 1,6 % de carbone, 2,0 % de c hrome, 3 % de nickel et 1 % de molybdène, le solde étant constitué surtout par

du fer.

D. Métal fondu On ajoute du métal fonduayant la mime composition que les six électrodes, avec un débit de 20 kg/mn, en un seul

endroit de la couche de laitier.

E. Fondant (laitier)

Les constituants principaux en sont: CaF2 - CaO -

SiO2 et TiO2 F. Quantité de courant 2600 ampères x 6 électrodes G. Tension du courant volts H. Vitesse de rotation de la pièece cylindrique à traiter 1 t/minute Les résultats de l'opération de surfaçage visant l'obtention d'une pièce cylindrique composite dans lee tions indiquées ci- dessus sont les suivants: I. Densité du courant dans le bain de laitier 7, 0 A/cm2 J. Vitesse de soudage 13 mn/minute K. Rapport n de métal ajouté 84 %. L. Durée de l'opération de soudage 17 minutes M. Profondeur de pénétration de la fusion dans pièce cylindrique à traiter environ 10 mmn, ce qui correspond à 16/100e du de pénétration N. Profondeur de la poche de métal

s condi-

s la rapport 81 mm, ce qui correspond à un rapport de poche

de métal de 1,1.

On découpe la pièce cylindrique composite ainsi obtenue, de façon à en connaître la structure et cette opération indique qu'il n'y a pas eu formation d'une structure hétéro-

gène au cours du surfaçage.

Les caractéristiques de l'invention telle que décrite ci-dessus, permettent d'appliquer industriellement cette

invention en particulier dans les cas suivants.

A. Des procédés de surfaçage sous laitier de pièces cylindriques ont été décrits dans un grand nombre de brevets et d'autres documents, mais ces divers procédés présentaient des difficultés en ce qui concerne la fabrication à l'échelle

industrielle de pièces cylindriques, en raison principalement -

du fait que la qualité assurée par ces procédés classiques est en général insuffisante pour satisfaire aux conditions strictes d'utilisation de ces pièces. On peut remédier à la difficulté en ce qui concerne la qualité en donnant à l'appareil de surfaçage sous laitier une forme complexe et de grande dimension (ce qui bien entendu le rend conteux) mais un tel appareil ne peut pas être utilisé de façon économique. La présente invention supprime toutes les difficultés indiquées plus haut et elle fournit un procédé de surfaçage sous laitier et un appareil d'utilisation industrielle, destiné en particulier à la fabrication et à la refonte

de cylindres de laminoirs pour la métallurgie.

B. Des pièces cylindriques composites d'une qualité excellente peuvent être obtenues par l'application du procédé de surfaçage selon l'invention et utilisation de l'appareil

correspondant.

C. L'une des caractéristiques de l'invention, à savoir une faible profondeur de pénétration de la fusion que l'on peut régler à une valeur minima, peut avantageusement être mise à profit pour la refonte et la réparation d'une pièce cylindrique composite. Conformément à l'invention, on peut régler la profondeur de pénétration de la fusion dans la pièce à traiter à une valeur inférieure à l'épaisseur de la couche de surfaçage qui a été déposée sur cette pièce et l'on dépose sur cette pièce le même métal que celui de ladite couche, tout en réglant la profondeur de pénétration de

la fusion de la manière indiquée plus haut.

Claims (27)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour le surfaçage vertical sous laitier d'une pièce présentant une surface cylindrique, caractérisé par le fait qu'il consiste à Alimenter du laitier en courant alternatif polyphasé par l'intermédiaire d'une série d'élec- trodes consommables ayant la forme de barres et de grande section transversale et à procéder au surfaçage tout en faisant tourner une pièce et en ajoutant de façon continue du métal

fondu à la surface du bain de laitier.

2. Procédé pour le surfaçage vertical sous laitier selon la revendication 1, permettant de déposer sur une pièce à traiter un métal d'un type différent de celui de cette pièce, caractérisé par le fait que l'on ajoute ledit métal fondu dont la composition correspond à celle du métal de surfaçage de façon continue sur la surface du laitier à l'état fondu, le rapport d'addition de métal n <%) défini par la proportion de ce métal fondu par rapport à la quantité totale de métal de remplissage ayant pour valeur: n b 98 - 4,3P, désignant la densité de courant

en ampères/cm2 dans le bain de laitier.

3. Procédé de surfaçage vertical sous laitier selon l'une

quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait

que la forme et la position desdites électrodes consommables satisfont à cette condition que la dimension, comptée suivant la direction radiale de chaque électrode consommable entre la surface de la pièce à traiter et la surface intérieure

dudit moule est inférieure à 30 mm.

4. Procédé de surfaçage vertical selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite condition est satisfaite autour du moule sur une longueur d'au moins 10 % de la longueur

du pourtour de ce moule.

5. Procédé de surfaçage vertical selon l'une quelconque

des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'on règle

la vitesse d'addition dudit métal fondu en fonction de la vitesse de montée du bain de métal, de manière que la vitesse de montée à la minute descende à une valeur comprise entre 7 et 25 % de

l'intervalle entre ledit moule et ladite pièce à traiter.

6. Procédé de surfaçage vertical selon l'une quelconque

des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on fait

tourner ce moule en synchronisme avec la pièce à traiter.

7. Procédé de surfaçage vertical selon l'une quelconque

des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les-

dites électrodes consommables ont une section transversale de forme rectangulaire.

8. Procédé de surfaçage vertical selon la revendication 7 caractérisé par le fait que les grands cotés du rectangle de la section transversale desdites électrodes 'consommables sont incurvées,leur rayon de courbure correspondant à celui

dudit intervalle.

9. Procédé de surfaçage vertical selon l'une quelconque

des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que

lesdites électrodes consommables ont une section transversale

de forme circulaire.

10. Procédé de surfaçage vertical selon la revendication 2 caractérisé par le fait que lesdites électrodes consommables sont en un alliage de fer ou d'acier dont la teneur en carbone

n'est pas inférieure à 1 %.

11. Procédé de surfaçage selon l'une quelconque des

revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la vitesse

d'addition du métal fondu est comprise entre 5 et 30 kg/mn.

12. Appareil de surfaçage sous laitier à électrodes consommables pour pièces à surface cylindrique, caractérisé par le fait qu'il comprend une source 11 de courant alternatif polyphasé de tension constante présentant à sa sortie un montage en étoile, la pièce 10 à traiter étant branchée électriquement au point neutre de ce montage en étoile, un collecteur 45 servant à relier cette pièce 10 au point neutre dudit montage en étoile; un moule 17 servant à délimiter un espace de surfaçage, ce moule étant disposé au voisinage de cette pièce 10 à traiter et étant conçu pour monter au fur et à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; une série d'électrodes consommables 12 ayant chacune la forme d'une barre de grande section transversale; un moyen d'entraînement des électrodes servant à faire monter et descendre toutes lesdites électrodes consommables d'un seul bloc; une cuve de coulée 18 servant à ajouter du métal à l'état fondu, cette cuve étant disposée au-dessus de l'espace de surfaçage et étant conçue pour monter au fur et à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; et un moyen de rotation en synchronisme servant à faire tourner ledit moule 17 et ladite pièce à traiter 10 autour de l'axe géométrique de cette pièce au cours de a montée

de cette cuve de coulée 18 et de ce moule 17.

13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il comprend un plancher fixe 31, des colonnes de maintien 34 reposant sur ce plancher fixe, une plate-forme supportée par les extrémités supérieures desdites colonnes 34, une plaque tournante 19 montée de façon rotative sur

ce plancher fixe 31 et un moyen de blocage 32 relié fonction-

nellement à laditeplaque tournante et ayant pour rôle de main-

tenir verticale ladite pièce à traiter 10 entre ce moyen de

blocage et cette plaque tournante.

14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'l comprend un plancher 33 mobile verticalement, guidé le long desdites colonnes de maintien 34 et ayant pour rôle d'assurer le déplacement vertical dudit moule 17 et de ladite cuve de coulée 18 d'un seul bloc; et un moyen

d'entraînement 18 dudit plancher vertical mobile 33.

15. Appareil selon la revendication 14 caractérisé par le fait que ledit moyen d'entraînement 18 est monté sur ladite

plate-forme 35-.

16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé par le fait qu'il comprend un unique moyen mobile verticalement de retenue, des électrodes auquel toutes lesdites électrodes

consommables sont fixées.

17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé par

le fait qu'il comprend un moyen d'entraînement servant à dépla-

cer verticalement ledit unique moyen de retenue des électrodes,

ce moyen d'entraînement étant monté sur ladite plate-forme.

18. Appareil selon la revendication 16, caractérisé par le fait que ledit collecteur 45 est fixé sur le pourtour de

ladite plaque tournante 19.

19. Appareil selon la revendication 18, caractérisé par

le fait que ladite cuve de coulée 18 peut se déplacer horizon-

talement dans la direction radiale par rapport à l'axe géomé-

trique de la pièce 10 à traiter.

20. Appareil pour le surfaçage vertical sous laitier d'une pièce présentant une surface cylindrique, caractérisé par le fait qu'il comprend un plancher fixe 70, une plaque tournante 61 installée sur ce plancher fixe 70 et portant une pièce 50 à traiter montée verticalement, une source de courant alternatif polyphasé de tension constante, comportant à sa sortie un montage en étoile, la pièce à traiter 50 étant branchée électriquement au point neutre de ce montage en étoile, un collecteur servant à relier cette pièce à traiter au point neutre de ce montage en étoile, un moule 52 servant à délimiter un espace de surfaçage, ce moule étant situé au voisinage de la pièce 10 et étant conçu pour monter à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage, une série d'électrodes consommables

dont chacune a la forme d'une barre de grande section trans-

versale, un moyen d'entraînement des électrodes servant à soulever et à faire descendre toutes lesdites électrodes consommables d'un seul bloc, une cuve de coulée servant à

ajouter du métal à l'état fondu, cette cuve étant disposée au-

dessus de l'espace de surfaçage et étant conçue pour monter à mesure que se produit l'opération de surfaçage; un moyen servant à conserver la chaleur de la pièce surfacée, un plancher 64 mobile verticalement, sur lequel sont montés ce moule 52, ladite cuve de coulée et ledit moyen de chauffage et un moyen de rotation en synchronisme servant à faire tourner ladite pièce à traiter, ledit moule et ledit moyen de chauffage autour de l'axe géométrique de cette pièce à traiter au cours de la montée de la cuve de coulée et du moule, ledit moyen de rotation en synchronisme étant installé sur ledit plancher mobile verticalement et ayant pour rôle de synchroniser électriquement les vitesses de rotation de la pièce à traiter

du moule et de ce moyen de chauffage.

21. Appareil de surfaçage selon la revendication 20, caractérisé par le fait qu'il comprend un joint rotatif 62 formé d'un joint supérieur et d'un joint inférieur, comportant des

conduites d'eau, ladite pièce à traiter étant montée verticale-

ment sur ledit joint supérieur.

22. Appareil sebn la revendication 21, caractérisé par le fait que ledit moyen de rotation en synchronisme est constitué par des moteurs distincts servant à entraîner ce moule et la pièce à traiter, ces moteurs étant synchronisés électriquement.

23. Appareil de surfaçage sous laitier pour pièces à surface cylindrique, caractérisé par le fait qu'il comprend un plancher fixe 70, un joint rotatif monté de façon rotative sur ce plancher

fixe 70 et présentant des ouvertures pour l'arrivée et l'échap-

pement de l'eau de refroidissement; une source de courant alternatif polyphasé à tension constante, présentant à sa sortie un montage en étoile, une pièce à traiter de forme cylindrique étant branchée électriquement au point neutre dudit montage en étoile un collecteur servant à relier la pièce 50 à traiter au point neutre de ce montage en étoile un moulé 52 servant à délimiter un espace de surfaçage, ce moule étant disposé au voisinage de cette pièce 50 et étant conçu pour monter à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; une série d'électrodes consommables dont chacune a la forme d'une barre de grande section transversale; un moyen d'entraînement d'électrodes servant à faire monter et descendre d'un seul bloc toutes lesdites électrodes consommables: une cuve de coulée servant à ajouter du métal à l'état fondu, cette cuve étant disposée au-dessus de l'espace de surfaçage et étant conçue pour monter à mesure que s'effectue l'opération de surfaçage; des tuyaux souples 105 qui peuvent s'allonger lorsque le moule 52 se soulève et qui font communiquer ce moule 52 avec les ouvertures dudit joint rotatif; et un moyen de rotation en synchronisme servant à faire tourner la pièce 50 à traiter et le moule 52 autour de l'axe géométrique de cette pièce à traiter, pendant la montée

de ladite cuve de coulée et de ce moule.

24. Appareil selon la revendication 23, caractérisé par le fait qu'il comprend unmoyen de blocage inférieur 96 dont l'axe géométrique est confondu avec l'axe de rotation de la pièce 50 à traiter, ce moyen de blocage étant monté sur ledit plancher fixe 70 par l'intermédiaire dudit joint rotatif.

25. Appareil selon la revendication 24, caractérisé par le fait qu'y comprend des bobines ou dévidoirs 104 pour les tuyaux souples 105, ces bobines tournant en synchronisme avec la pièce 50 à traiter

26. Appareil selon la revendication 25, caractérisé par le fait que ces bobines 104 sont fixées audit moyen inférieur

de blocage.

27. Appareil selon la revendication 26, caractérisé par

le fait que ledit joint rotatif se compose d'une botte exté-

rieure et d'un corps rotatif intérieur, ce corps rotatif étant assujetti audit moyen de blocage inférieur et étant mis en

rotation par ledit moyen de rotation en synchronisme.