FR2505696A1 - Procede de fabrication de pieces a revetement de metal depose par soudure a l'arc et piece fabriquee en utilisant ledit procede - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNIQUE DE SOUDAGE. LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE COMPORTANT LES ETAPES SUIVANTES : DEPOT A L'ARC ELECTRIQUE DE PLUSIEURS COUCHES DE METAL D'UNE ELECTRODE CONSOMMABLE SUR LA SURFACE DE LA PIECE, USINAGE MECANIQUE ET REVENU, ET EST CARACTERISE EN CE QU'ON EFFECTUE LE DEPOT DE LA PREMIERE COUCHE 8 DE FACON A OBTENIR DES PENETRATIONS PERIODIQUES, SE SUCCEDANT SANS INTERVALLES, DANS LE METAL DE LA PIECE 1, ET EN CE QU'ON UTILISE EN TANT QU'ELECTRODE CONSOMMABLE POUR LE DEPOT DE CETTE COUCHE, UNE ELECTRODE DONT LE METAL PRESENTE UN COEFFICIENT DE DILATATION THERMIQUE INFERIEUR AU COEFFICIENT DE DILATATION THERMIQUE DU METAL DE LA PIECE 1. L'INVENTION PEUT ETRE UTILISEE NOTAMMENT DANS LA PRODUCTION D'ARBRES D'HELICE DE NAVIRE, D'ARBRES ET D'ORGANES DE TRAVAIL DE MACHINES HYDRAULIQUES, ETC.

Description

La présente invention concerne la technique de soudage utilisée pour le

dépôt de métaux par fusion, et a notamment pour objet un procédé de fabrication de pièces à revêtement déposé par fusion de métal, ainsi que les pièces fabriquées en utilisant ledit procédé Le procédé en question et les pièces ainsi obtenues sont utilisés dans les cas o il est nécessaire, pour des raisons de

construction, d'obtenir diverses combinaisons des propri-

étés de la partie centrale et de la zone superficielle du produit fabriqué ou bien lorsque leur emploi est dicté par la nécessité d'utiliser pour la partie centrale d'un produit métallique massif un métal moins coûteux De plus, de tels procédés sont utilisés afin de reconstituer des

pièces métalliques.

L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la production de pièces massives en acier qui doivent satisfaire à des exigences de résistance à la fatigue ainsi que de bon comportement dans des conditions de milieux agressifs, sources de corrosion, d'abrasion ou d'autres types de défauts Parni ces pièces, on peut citer par exemple les arbres d'hélice des navires, les arbres et les organes de travail des machines hydrauliques et des dispositifs de mélange de matériaux agressifs, les vis sans fin servant à transporter des matières abrasives, etc. Sont largement connus d B procédés de fabrication de pièces à revêtement déposé, par dépôt du métal d'une électrode consommable en plusieurs couches au moyen d'un arc électrique, suivie d'une opération d'usinage de la pièce Lors de l'utilisation de ces procédés connus, on préfère faire en sorte que le dépôt dela première couche et des couches suivantes soit exécuté à l'ai 7 de d'une électrode consommable dont le métal présente un coefficient de dilatation thermique approximativement égal à celui du métal de la pièce Suivant les procédés classiques, le dépôt de la première couche est opéré de façon à assurer une forme aussi unie que possible de la surface de séparation entre la base de ladite couche et la pièce, en obtenant ainsi une épaisseur minimale dela zone de leur soudage mutuel Les pièces traitées selon ces procédés présentent une forme unie de la surface de séparation entre la masse principale et le revêtement dans la zone de leur soudage mutuel. On sait que dans la zone de soudage entre la pièce et la couche de métal déposée, sont inévitablement présents, quel que soit le régime de soudage appliqué, des macrodéfauts et des microdéfauts Lorsqu'apparaissent dans la pièce, sous l'effet de sollicitations extérieures, des contraintes de traction qui, dans la plupart d E cas de piècessoumises à des charges, par exemple dans les arbres, atteignent leurs valeurs maximales près de leur surface supérieure, de tels macrodéfauts et microdéfauts sont des causes d'apparition de microfissures Celles-ci peuvent également reproduire au cours d'un revenu ou sous l'action de modifications thermiques survenant lors de l'exploitation de la pièce, modifications qui sont accompagnées de l'apparition de fissures dues à la relaxation Dans des conditions de charges dynamiques, de telles microfissures se développent en entra nant une cassure par fatigue de la pièce revêtue En outre, il se peut que, dans de telles conditions, la présence des microfissures dans le revêtement, près de la surface le

séparant de la pièce, conduise à un émiettement du revête-

ment dans ladite zone D'autre part, étant donné la forme unie de la surface de séparation entre la pièce et le revêtement déposé, la variation des contraintes se produit dans la zone de transition d'un façon saccadée Ceci donne naissance à des efforts de cisaillement localisés dans le revêtement à l'endroit o celui-ci adhère à la surface de la pièce Dans ces conditions, lorsque la surface de séparation entre la pièce et la couche déposée présente une forme unie, les efforts mentionnés sont de

même sens et donne lieu à des ruptures du revêtement.

Ces phénomènes se manifestent de manière encore plus évidente par suite de l'apparition dans la pièce, après le dépôt d'importantes contraintes résiduelles qui, dans la zone de soudage entre la pièce et le revêtement, sont

dans la plupart des cas des contraintes de traction.

On connait en particulier un procédé de fabrication de pièces à revêtement déposé, qui permet une réduction notable des contraintes résiduelles Suivant ce procédé, après le dépôt à l'arc électrique de plusieurs couches de métal d'une électrode consommable sur la surface de la pièce et l'usinage ultérieur de cette dernière, on

procède à un revenu (Froumine I I, "Rechargement automa-

tique à l'arc électrique" éd "Métallourguizdat", 1961, p 374) Le procédé en question peut être considéré comme

le plus proche de celui faisant l'objet de l'invention.

Or, en-utilisant ce procédé connu, on effectue l'opération de dépôt du métal de l'électrode consommable sur la surface de la pièce de la même manière que dans les procédés conventionnels décrits précédemment, de sorte que la surface de séparation entre la pièce et le revêtement présente une zone de soudage d'épaisseur minimale et se

caractérise par un profil uni En conséquence, la résis-

tance mécanique d'une telle pièce est influencée par tous

les facteurs défavorables énumérés plus haut.

La présente invention vise donc un procédé de fabrication de pièces à revêtement déposé, ainsi que les pièces revêtues conformément audit procédé, en faisant en sorte qu'une exécution appropriée de l'opération de dépôt de la première couche permette d'obtenir une pièce

dans laquelle la présence des macrodéfauts et des micro-

défauts dans la zone de soudage entre la pièce et le revêtement n'affecte pas la résistance mécanique du

produit fabriqué.

Ce problème est résolu grâce à un procédé de fabrice-

tion de pièces à revêtement déposé, comportant les étapes de dépôt à l'arc électrique de plusieurs couches du métal d'une électrode consommable sur la surface de la pièce, d'usinage mécanique de celle-ci et de revenu, dans lequel, suivant l'invention, on effectue le dépôt de la première couche de manière à obtenir des pénétrations périodiques, se succédant sans intervalles dans une direction au moins, de la base de ladite couche dans le métal de la pièce, en utilisant en tant qu'électrode consommable pour le dépet de cette couche une électrode dont le métal présente un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui

du métal de la pièce.

Le produit fini fabriqué par un tel procédé, qui est

constitué par une pièce sur laquelle est déposée un revê-

tement métallique conformément au procédé de l'invention, une forme en relief de la surface de séparation dans la zone de soudage entre la pièce et le revêtement, cette surface étant formée par des creux et des proéminences alternant continuellement au moins dans la direction des efforts les plus dangereux apparaissant dans la pièce pendant son utilisation; en outre, les contraintes de traction résiduelles sont réparties dans la même direction au moins dans les limites de l'épaisseur de laditezone

de soudage.

Les contraintes de compression résiduelles naissent dans la zone de soudage entre la pièce et le revêtement au cours du revenu du produit, leur nature compressive étant due au fait que le coefficient de dilatation thermique du métal du revêtement dans la zone de soudage est inférieur au coefficient de dilatation thermique du

métal de la pièce sur laquelle est déposé ledit revêtement.

D'autre part, compte tenu de la forme en relief de la surface de séparation entre la pièce et le revêtement, on obtient une variation progressive du coefficient de dilatation thermique dans la zone de soudage de ceux-ci, ce qui entratne une diminution sensible des efforts dus aux déformations thermiques, efforiz qui prennent naissance, en particulier, durant l'opération de revenu Grâce à l'existence des contraintes de compression résiduelles dans la zone de soudage, les macrodéfauts et les microdéfauts qui s'y trouvent à l'état comprimé ne donnent-pas naissance à des microfissures, En outre, ces contraintes de compression résiduelles augmentent considérablement la résistance mécanique du produit fabriqué dans la zone de soudage, car les contraintes de traction apparaissant sous l'effet de sollicitations extérieures diminuent d'une valeur égale auxdites contraintes de compression; de plus, en cas de valeuiz importantes desdites contraintes de compression résiduelles, il arrive que le métal du produit fini dans ladite zone ne soit pas soumis à des efforts de

traction au cours de l'exploitation dudit produit.

La forme en relief de la surface de séparation entre la pièce et le revêtement, due à la pénétration de la base de la première couche déposée dans le métal de la pièce permet de supprimer la modification par-à-coups des contraintes lors de la transition du métal de la pièce à celui du revêtement Ceci réduit considérablement les efforts de cisaillement existant dans le revêtement près de la surface de la pièce, malgré le fait que les coefficients de dilatation thermique des métaux de la

pièce et de la première couche déposée sont différents.

D'autre part, la forme en relief développée de la surface de séparation entre la pièce et le revêtement déposé, qui est constituée par des creux et des proéminences alternés, provoque un changement continu du sens des efforts de cisaillement exercés sur le revêtement près de la ligne le séparant de la pièce, ce qui conduit à une adhésion plus forte du revêtement au métal de la pièce Tout cela contribue à un accroissement de la résistance mécanique, en particulier de la résistance à la fatigue de la pièce revêtue réalisée conformément à l'invention par rapport

aux pièces obtenues par les procédés antérieurs.

Les pénétrations de la base de la première couche dans le métal de la pièce peuvent être obtenues par usinage de la surface de la pièce à recouvrir suivi du dépôt du métal de l'électrode consommable dans les creux exécutés lors dudit usinage Divers genres d'usinage sont possibles, y compris la coupe, l'extrusion, etc. Les formes de réalisation des creux peuvent, elles aussi, être très variées, par exemple: rainures, points ronds et ainsi de suite Toutefois, lesdits creux doivent se succéder sans interruption et sans être trop profonds, en assurant la pénétration uniquement de la base de la première couche déposée, alors que la surface extérieure

de cette couche reste relativement unie.

Une telle réalisation de la présente invention peut

être avantageuse pour la fabrication de pièces à revête-

ment particulièrement sujettes aux macrodéfauts, micro-

défauts et déformations thermiques au cours de l'opération de dépôt En effet, après usinage, le dépôt de la première couche avec pénétration de sa base peut être opéré à des

régimes d'arc électrique ne s'accompagnant pas du dégage-

ment d'une quantité de chaleur importante.

Les pénétrations de la base de la première couche dans le métal de la pièce peuvent être obtenues en déposant ladite couche au moyen d'une électrode consommable en fil suivant une même direction des cordons de métal déposés, le pas relatif desdits cordons dans la couche déposée étant égal au coefficient de remplissage de la superficie de leurs parties saillantes On entend ici par "pas relatif" des cordons de métal déposés dans la couche, le rapport de la distance entre ceux-ci à leur largeur, alors que le "coefficient de remplissage" de la superficie des parties

saillantes de ces cordons est le rapport de l'aire effec-

tive de leurs parties saillantes à l'aire d'un rectangle dont l'une des dimensions est égale à la largeur des cordons, tandis que l'autre est égale à la hauteur de

leurs parties saillantes.

Cette variante de réalisation, sans usinage préalable, permet d'obtenir une régularité relative de la surface

externede la première couche déposée, ainsi qu'uneconfi-

guration ondulée de la surface de séparation entre la pièce et le revêtement déposé, obtenue grâce aux pénétrations de la base de ladite couche dans le métal de la pièce Une telle réalisation est extrêmement simple du point de vue technologique et est rendue possible en utilisant un matériel bien connu Il est à noter qu'une telle technique convient principalement pour des pièces dans lesquelles les efforts les plus dangereux qui apparaissent pendant le fonctionnement agissent dans une même direction Selon cette technique, en déposant la première couche avec pénétrations de sa base dans le métal de la pièce, on dispose les cordons de métal transversalement à la

direction de l'action desdits efforts.

La pénétration de la base de la première couche dans le métal de la pièce peut être obtenue en déposant cette couche au moyen d'un fil à souder de façon à assurer le croisement des cordons de métal d 4 posés, le pas relatif des cordons, s'étendant dans une direction donnée

dans ladite couche, étant égal au coefficient de remplis-

sage de la superficie de leurs parties saillantes.

Une telle réalisation des pénétrations sans usinage préalable permet d'obtenir, tout comme dans la variante précédente, une surface supérieure relativement unie de la première couche déposée avec des pénétrations de sa base

dans le métal de la pièce qui se succèdent sans intervalles.

Par ailleurs, en disposant les cordons de métal déposés de façon qu'ils soient croisés, on obtient une configuration plus developpée de-la surface de séparation entre la pièce et la couche déposée avec alternances continre des

creux et des proéminences dans toutes les directions.

Pour cette raison, un tel mode de réalisation est recom-

mandé pour des pièces à forme spatiale compliquée de Ja charge, lorsque les efforts dangereux agissent dans des

sens différents.

Selon encore une autre variante, les pénétrations de la base de la première couche dans le métal de la pièce peuvent être faites en exécutant un dépat par points de cette couche avec une distance entre les centres des points adjacentes du métal déposé de 0,30 à 0,68 fois

le diamètre de ces points sur la surface de la pièce.

De mêeme que dans la variante précédente, cette solution permet d'obtenir, sans avoir à effectuer l'usinage préalable, une forme développée de la surface de séparation entre la pièce et la couche déposée, la technique de dépôt par points contribuant à l'obtention de la configuration la plus développée de ladite surface

de séparation.

Le dépôt par points de la couche de métal peut être réalisé en amenant l'électrode consommable en fil à la surface de la pièce à une vitesse périodiquement variable, la vitesse de déplacement relatif de ladite électrode le long de la surface de la pièce étant inchangée et la caractéristique externe de la source d'altmentation étant suffisamment stable L'une des variantes particulières d'exécution d'un tel dépôt par points consiste en ce que l'amenée du fil à souder à la surface de la pièce s'opère pas à pas, ce qui est rendu possible, par exemple, par l'utilisation de moteurs électriques pas à pas ou de galets entraîneurs profilés employés dans le dispositif

de commande d'amenée du fil à souder.

Selon une autre modification, le dépôt par points de la première couche de métal peut être effectué en régime de variation périodique de la caractéristique externe de la source d'alimentation, l'électrode consommable en fil étant amenée à la surface de la pièce de manière continue et se déplaçant le long de ladite surface à une vitesse relative constante Cette modification est utile au cas o l'on dispose d'un système de réglage des paramètres de la décharge d'arc, auquel système peut être associé un autre

système appelé à faire varier périodiquement la caractéris-

tique externe de la source d'alimentation.

Dans chacune des variantes de mise en oeuvre du procédé de dépôt de la première couche sur la surface de la pièce, il est avantageux d'effectuer ledit dépôt à l'aide d'une électrode consommable en fil, en plusieurs passes Lors de la r 4 elisation dea pnétrations de la base de la première couche dans le métal de la pièce, un tel dépôt en plusieu= passes permet d'affaiblir l'effet défavorable de la grande quantité de chaleur, due aux régimes de dépôt pendant ladite opération de réalisation des pénétrations sur le

caractère des déformations thermiques et les phases struc-

turales du métal dela pièce A noter que le nombre de passes est choisi de façon à assurer le régime thermique

optimal du dépôt dans les limites d'un rendement économi-

quement rationnel.

En outre, dans n'importe quelle variante de déposi-

tion de la première couche sur la surface de la pièce, il est préférable de déposer les couches de métal recouvrant la première couche, qui adhère directement à la surface de la pièce, à des régimes exerçant une influence thermique aussi faible que possible sur la zone de soudage entre le

métal dela pièce et celui de la première couche déposée.

Ceci permet de maintenir la forme en relief de la surface de séparation entre la pièce et la première couche déposée. Ceci peut être réalisé en réduisant le pas relatif des cordons de métal déposés dans la couche, en diminuant

le courant de soudage, en employant une électrode consom-

mable en bande ou un fil bourré de flux, etc.

La pièce fabriquée conformément à la solution princi-

pale proposée dans la présente invention peut comporter diverses combinaisons des métaux de la pièce et du

revêtement déposé.

En cas de fabrication de pièces à partir d'un acier de construction perlitique au carbone ou faiblement allié avec un revêtement anticorrosif, il est souhaitable de réaliser au moins la couche déposée directement sur la

surface de la pièce en un acier à haute teneur en chrome.

Les pièces fabriquées en aciers de construction perlitiques au carbone ou faiblement alliés trouvent la plus large application-dans des machines et mécanismes en tant qu'éléments transmettant les efforts et sujets à l'action de sollicitations dynamiques Quant à l'acier à haute teneur en chrome, il présente par rapport auxdits aciers

de constructionperlitiques, un moindre coefficient de dilata-

tion thermique, ce qui permet d'assurer une résistance à la fatigue élevée grâce à l'obtention de contraintes de compression relativement élevées tant dans la zone de soudage entre la pièce et le revêtement qu'au sein du revêtement lui-même Par ailleurs, les aciers à taux de chrome élevé possèdent une résistance mécanique et une plasticité plus élevées, par suite de quoi le produit fini, obtenu selon le procédé proposé, a une durée de service plus prolongée Les couches de revêtement déposées au-dessus de la couche en acier à haute teneur en chrome peuvent être réalisées en tout métal convenable, y compris en le même acier à taux de chrome élevé constituant la première couche

et possédant de bonnes propriétés anticorrosives.

Les revêtements des pièces réalisés selon l'invention

peut être constitués de couches réalisées en divers métaux.

Dans ce cas, il est avantageux de donner aux surfaces de séparation dans la zone de soudage de telles couches, une forme en relief afin d'obtenir une variation progressive du coefficient de dilatation thermique suivant l'épaisseur du revêtement Il est raisonnable, en cas de fabrication d'une pièce

en acier de construction perlitique au carbone ou faible-

ment allié avec un revêtement dont la première couche est

réalisée en acier à taux de chrome élevé, de souder au-

dessus de ladite couche des couches d'acier austénitique inoxydable Grâce à la réalisation de cette couche externe en acier austénitique inoxydable, on réussit à améliorer

la protection anticorrosive des pièces fabriquées.

Il est avantageux, en cas de fabrication de telles pièces, de procéder, après le dépôt des couches en acier inoxydable austénitique, à un galetage de la surface externe de la pièce en vue de comprimer lesdites couches

en acier inoxydable austénitique.

Lorsque les pièces fabriquées selon l'invention sont pourvues d'éléments porteurs glissants, ces derniers peuvent être avantageusement placés sur le revêtement déposé sur la pièce Lesdits éléments peuvent être fixés sur le revêtement à la presse, par soudage ou par tout autre moyen approprié En fabriquant une pièce revêtue selon l'invention, il n'est plus nécessaire, comme c'était le cas dans les procédés classiques, de joindre de façon continue lesdits éléments porteurs glissants au corps principal de la pièce, car la concentration des contraintes sur les bords de ces éléments n'influence pas la résistance à la fatigue de l'ensemble du produit D'autre part, une telle réalisation de la pièce permet d'utiliser les différents métaux pour le revêtement et les éléments porteurs glissants en vue d'assurer l'obtention des

propriétés optimales du premier et des seconds.

Il est avantageux de réaliser les éléments porteurs glissants sous forme d'un revêtement en métal antifriction

soudé au revêtement déposé sur la pièce Une telle réalisa-

tion permet de diminuer la consommation de matière antifric-

tion ainsi que d'unifier la technologie de la fabrication.

La présente invention peut être utilisée de préférence pour les arbres d'hélice des navires, qui sont des organes très massifs et fonctionnent dans des conditions de transmission d'importants efforts dynamiques et d'action

hautement corrosive de l'eau de mer.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la

lumière de la description explicative qui va suivre de

différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatifs, avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: la figure 1 représente une installation servant à déposer un revêtement sur un arbre suivant le procédé de l'invention; les figures 2 a à 2 d illustrent les étapes successives du dépôt de la première couche sur l'arbre, avec usinage mécanique; la figure 3 représente l'arbre avec la première couche déposée sur lui, obtenu après exécution de toutes el I, OT Eclxe Sn Td 13 T U 05133: UT Op eouep-ç &g m qj 4 i:qm Op 4 uellquued qqlcll B-'FO SOICIMB:îè SOI 7 lT 4 n Og 7 l OP l 9 TO Gll 00

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9695 OSZ

l'idée de l'invention est d'illustrer les meilleures

variantes de sa réalisation.

Exemple 1

Cet exemple a trait à la fabrication d'un arbre de 250 mm de diamètre et de 4000 mm de long, à revêtement anticorrosif épais de 5 mm L'arbre à traiter a été fabriqué en acier de construction perlitique au carbone, à teneur en carbone d'environ 0,3 %, commercialisé en URSS sous la dénonciation "acier 30 N Cet acier présente un coefficient de dilatation thermique de 14 10-61/OC La composition détaillée de cet acier, ainsi que celle des autres mentionnés dans les exemples, sont données dans le

tableau 1 reporté plus loin.

L'arbre 1 qui doit être soumis au traitement est placé dans une machine à déposer par fusion (figure 1) dont le chariot 2 est équipé d'une tête de dépôt 3 pour l'amenée d'un fil de soudage, ainsi que d'unréchauffeur à induction et d'un porte-outil 6. Après la mise en place de l'arbre 1, réalisé sous forme d'une pièce forgée, on effectue son dégrossissage sur sa surface externe jusqu'à obtention du diamètre

nécessaire pour le dépôt du revêtement.

Ensuite on fixe dans le porte-outil 6 un outil de

coupe 7 servant à exécuter un filet triangulaire équilaté-

ral Ceci fait, on fait tourner l'arbre 1 et on déplace le chariot 2 le long de l'axe de celui-ci pour réaliser des rainures profondes de 5 mm à angle au sommet égale à 60 (figure 2 a) Le rainurage est effectué en deux passes suivant des spirales d'une même direction, le pas de chacune des spirales étant de 13 mm La distance entre

les bords adjacents des spirales constitue environ 1,5 mm.

Le rainurage terminé, on met en circuit le réchauffeur à induction 5 afin de chauffer l'extrémité de l'arbre 1 à par ir de laquelle on veut commencer le dépôt jusqu'à la température de 1060 C sur une longueur de 250 mm Puis on enlève ou on écarte le réchauffeur à induction pour

préparer le dépôt de la première couche.

On utilise en qualité d'électrode consommable un fil à souder de 2 mm de diamètre, réalisé en acier à haute teneur en chrome, contenant environ 0, 12 % de carbone et 1,3 % de chrome et commercialisé en Union Soviétique sous dénomination CB-12 x 13 Le matériau à partir duquel est réalisé un tel fil à souder présente un coefficient de dilatation thermique de 10 1061/e C La composition détaillée de ce matériau, ainsi que de ceux utilisés pour les autres

fils mentionnés plus loin, est donnée dans le Tableau 2.

Le flux utilisé renferme 32 % de bioxyde de silicium, 3 % d'oxyde manganeux, 20 % d'oxyde d'aluminuum, 3 % d'oxyde de calcium, 17 % d'oxyde de magnésium, Jusqu'à 1 % d'oxyde ferreux et 24 % de bifluorure de calcium Ce flux est

commercialisé en URSS sous la dénomination AH-26 On choisit le régime de dépôt suivant: vitesse de dépôt, environ 25

m/heure; tension d'arc, 30 volts,

courant d'arc 200 ampères.

On amène la tète de dépôt 3 au point initial et on dispose le fil à souder exactement au centre de l'une des

rainures exécutées, après quoi on peut procéder à l'opéra-

tion de dépôt.

Le métal de l'électrode consommable est déposé en deux passes suivant des spirales (figure 2 b) dont le pas est égal à celui des rainures déjà réalisées, en utilisant le môme rapport de la vitesse de rotation de l'arbre 1 à celle de déplacement du chariot 2 le long de l'axe de ce dernier, que celui appliqué pour le rainurage Avec le régime de dépôt, lesdites rainures sont entièrement remplies par le

métal de l'électrode consommable en une seule passe.

Ceci fait, on réalise des rainures analogues aux rainures exécutées en premier (figure 2 a), mais ayant une direction opposée des spirales (figure 2 c), après quoi

on dépose dans ces nouvelles rainures le métal de l'élec-

trode consommable de la même manière qu'au cours du dépôt précédent (figure 2 b), les spirales déposées étant cependant dirigées dans le sens opposé (figure 2 d),

correspondent à celui doe nouvelles rainures.

A la suite de cette opération, les intervalles de 1,5 mm entre les rainures se trouvent remplis de métal, le métal de l'arbre 1 étant mélangé avec celui du fil à souder 4 Ainsi, toute la surface de l'arbre 1 se trouve recouverte par le métal de l'électrode consommable qui constitue la première couche 8 (figure 3),

La figure 3, sur laquelle on voit une coupe longitudi-

nale de l'arbre 1 avec la première couche 8 déposée sur

lui, met en ividence la structure de la surface de sépa-

ration S entre ceux-ci On peut voir que ladite surface présente une configuration en relief constituée de creux et de proéminence alternés, s'étendant au moins suivant la longueur de l'arbre 1, c'est-à-dire dans le sens de l'action des efforts particulièrement dangereux agissant

au cours de l'utilisation de l'arbre.

Le dépôt de la première couche terminé, on procède à la réalisation des couches suivantes jusqu'à obtention de l'épaisseur nécessaire du revêtement compte tenu de la

surépaisseur à enlever.

Le dépôt des couches suivantes est effectué sans usinage préalable, en utilisant le mème fil à souder et

le même flux que dans le cas du dép 6 t de la première couche.

Le régime du dépôt reste essentiellement le même, à cette exception près que le courant de soudage est diminué de 20 % et est égal à 160 A. Le dépôt de chacune des couches consécutives est réalisé par la technique ordinaire, en une seule passe suivant une spirale avant un pas relatif des cordons de

métal déposés de 0, 35.

Apres avoir obtenu l'épaisseur requise du revêtement on fait refroidir l'arbre sans interruption de sa rotatioa et on procède à l'usinage du revêtement déposé Jusqu'à obtention des dimensions requises compte tenu de la

sur 6 paisseur de finition égale à 1-1,5 mm.

Ensuite on effectue un revenu de l'arbre avec son revêtement en le plaçant dans un four à cuve en position verticale Le traitement thermique de l'arbre 1 avec son revftaent,9 s'opère au régime suivant: vitesse de chauffage de 80 C par heure Jusqu'à la température de 630 e C, maintien à cette température pendant 4 heures et

refroidissement conjointement avec le four à cuve.

La figure 4 représente l'épure de la répartition des contraintes résiduelles suivant la section de l'arbre 1 pourvu du revêtement déposé 9, réalisé selon la technique qui vient d'être décrite Cette épure a été obtenue en utilisant la méthode eax connue, en d'autres termes, en effectuant un alésage et un tournage d'une éprouvette, suivis de la mesure des déformations et du calcul des

contraintes résiduelles à partir des résultats des mesures.

Il ressort de la figure 4 que dans l'arbre 1 avec son revêtement déposé 9, réalisé par le procédé décrit, les contraintes résiduelles ayant lieu dans la zone de soudage entre l'arbre 1 et le revêtement 3 sent constituées par des contraintes de compression de 98 U Pa environ, la valeur de ces contraintes dansa la région périphérique dudit

revêtement atteignant approximativement 245 X Pa.

Uemple 2 Cet exemple est relatif à la fabrication d'un arbre d'hélice de navire de 400 mm de diamètre, avec une

longueur de sa partie cylindrique à traiter égale à 6000 m.

L'arbre doit être recouvert d'un revêtement anticorrosif sur toute la longueur de la partie cylindrique, ainsi que d'un revêtement antifriction sur deux pertions, aux endroits o se trouvent les appuis tournants L'arbre à traiter a été fabriqué en acier de construction perlitique au carbone, à teneur en cet élément égale à environ 0,4 %; commercialise en URSS sous la dénomination "acier 409 " Le coefficient de dilatation thermique de cet acier est de 14 10-61/e C. On emploie pour fabriquer un tel arbre revêtu la même machine de dépôt que dans le procédé décrit dans l'exemple

1 ci-dessus.

Avant de déposer la première couche, on effectue le tournage de la surface cylindrique de la pièce forgée de départ jusqu't obtention du diamètre permettant de procéder

au dépôt.

Ensuite on procède a la préparation de l 'opération de dépôt de la première couche En tant qu'électrode consommable on utilise un fil à souder du type CB-12 x 13 de 2 mm de diamètre, identique à celui mentionné dans l'Exemple 1, et en tant que flux, un flux du type AN-26 c comme dans l'Exemple 1 Le régime du dépôt est le suivant: vitesse de dép Ot 28 m/heure, tension d'arc de 34 volts, courant de soudage 250 ampères On met en marche le réchauffeur à induction et on chauffe l'une des extrémités

de l'arbre jusqu'à 250 C.

Ceci fait, on procède au dépôt de la première couche.

Cette opération est éxécutée suivant une spirale en une seulepasse (figure 5 a), de sorte que les cordons 10 de métal déposés aient une même direction Le pas relatif pour le dépôt de ladite première couche 8 est choisi égale au coefficient Y de remplissage de la superficie des parties saillantes des cordons 10 de métal déposé de l'électrode consommable Ce coefficient est déterminé à partir de la relation suivante;

= ( 1)

B.h o Fa est la superficie effective de la section de la partie saillante des cordons 10 de métal déposé do 1 ' électrode consommable, B est la largeur des cordons 10, h est la hauteur de la partie saillante desdits

cordons 10 (figure 5 b).

Au régime indiqué de dépôt de la première couche, la largeur B des cordons déposés 10 sera égale à 14 mm et le coefficient Y de remplissage de la supérficie de leurs parties saillantes sera de 0,55 On sait que le pas relatif oc se présente comme le rapport de la distance m entre les cordons à leur largeur B, c'est-à-dire que 0 m ( 2)

B

d'o: ( 3) m = o B et pour satisfaire à l'égalité o = ', la distance m entre les cordons de la couche déposée doit être égale à 7,7 mm Le pas H d'une spirale réalisée en une passe unique est déterminé suivant l'expression: Dm ( 4)

o D est le diamètre de l'arbre.

Comme la valeur de m est sensiblement inférieure au diamètre D de l'arbre 2, on peut considérer le pas H de la spirale exécutée par dépôt en une seule passe, avec une précision suffisante à des fins pratiques, égal à la distance m entre les cordons déposés, autrement dit, à

7, 7 mm en l'occurrence.

Une fois la première couche déposée, on procède au dépôt des couches suivantes Jusqu'à ce que soit atteinte l'épaisseur requise du revêtement compte tenu de la surépaisseur d'usinage Ces couches sont déposées au moyen du même fil à souder et du même flux, au même régime de dépôt que lors du dépôt de la première couche, la seule différence consistant en ce que la valeur du pas relatif o, des cordons déposés est choisie égale A

0, 35.

Ensuite on effectue l'usinage mécanique de la surface du revêtement de l'arbre et son revenu Ces opérations sont exécutées de la même manière que dans

l'exemple 1.

Ceci fait, on place aux endroits appropriés des appuis de rotation des chemises 11 (figure 6) en alliage

de cuivre antifriction, par exemple en un alliage cont,-

nant 10 % d'étain, 2 % de zinc, le reste étant du cuivre,

cet alliage étant commercialisé en URSS sous la dénomina-

tion 6 p 0 10-2 Puis on usine la surface des chemises pour obtenir les dimensions etla classe de finition

nécessaires.

Comme on peut le voir sur la figure 5 b, la surface de séparation S entre l'arbre 1 et la première couche 8 déposée sur celui-ci présente une configuration en relief à creux et proéminences alternant dans la direction longitudinale L'épure des contraintes résiduelles dans l'arbre 1 pourvu du revêtement 9 et des chemises 11 et fabriqué par le procédé qui vient d'être décrit, a la même allure que dans le cas des arbres à revêtement

fabriqués suivant le procédé de l'exemple 1.

Exemple 3

Cet exemple porte sur la fabrication d'une chemise de protection résistant à la corrosion pour un arbre d'hélice de navire de 300 mm de diamètre et de 1200 mm de long Afin d'économiser le métal résistant à la corrosion, la chemise est fabriquée en déposant un tel revêtement sur un métal de base, en acier au carbone par le procédé

faisant l'ob Jet de l'invention.

La chemise est fabriquée en tôle d'acier de construc-

tion perlitique au carbone, à teneur en cet élément de 0,35 %, commercialisé en Union Soriétique sous la dénomination "acier en tôles 35 " Cet acier présente un coefficient de dilatation thermique de 14 10 6 l/O,l L-4 paisseur des tôles servant à la fabrication des chemises est de 16 mm On plie une tôle de dimensions appropriées dans une cintreuse à rouleaux et on soude ses bords par une soudure longitud Snale, en obtenant ainsi un

cylindre creux.

Ensuite on met en place la chemise dans la machine

de dépôt représentée sur la figure 1.

Après immobilisation de la chemise dans les mandrins de la machine de dépôt, on effectue son tournage intérieur en laissant une surépaisseur de 3 à 4 mm au-delà de la dimension voulue, ainsi qu'un tournage suivant sa surface externe afin d'en enlever la couche grossière restant

après le laminage.

Puis on procède à la préparation de l'opération du dépôt de la première couche, en appliquant le môme régime que dans l'exemple 2 précédent On utilise la même électrode consommable et le môme flux que dans l'Exemple 2, et on chauffe préalablement la chemise Jusqu'à la température de 200 e C.

Le dépôt de la première couche est effectué, contrai-

rement à l'Exemple 2, en trois passes suivant une spirale d'une même direction (figure 7) Le pas relatif o des

cordons déposés dans la couche est réglé à 0,55, c'est-à-

dire à la valeur du coefficient t de remplissage de la

superficie des parties saillantes des cordons, correspon-

dant aux régimes établis Avec un tel pas relatif O; le pas Mn de chacune des spirales déposées est: Hm = B &< N ( 5) o N est le nombre de passes, et on peut donc écrire

Hm = 14 0,55 3 = 23,1 amm, alors que leur espacement 'a est.

exprimé par la relation: a = Nm ( 6) n c'est-à-dire que a = 23 1 = 7,7 mm Après dépôt de la première couche, on passe à la réalisation des couches suivantes, Jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée du revêtement compte tenu de la surépaisseur à enlever Le dépôt de ces couches est exécuté de la même façon que celui de la première couche en spirales d'une même direction en trois passes, mais le

pas relatif o J est dans ce cas, choisi égal à 0,3.

Ensuite on effectue l'usinage mécanique de la chemise pourvue du revêtement sur sa surface extérieure pour

obtenir les dimensions réquises avec une certaine surépais-

seur de finition.

Après l'usinage, on procède au revenu en plaçant la chemise revêtue dans un four à cuve en position verticale et en appliquant le régime suivant: chauffage Jusqu'à 630 C à la vitesse de 100 e C par heure, maintien pendant

3 heures et refroidissement en même temps que le four.

Puis on effectue l'usinage de la chemise revêtue

jusqu'à obtention des dimensions nécessaires de son dia-

mètre intérieur et de ses face en bout, en prenant corne base le diamètre extérieur La fixation de la chemise sûr l'arbre d'hélice est réalisée d'une manière omeeansoipar exemple par emmanchement à la presse à chaud Ceci fait, on opère le tournage définitif suivant le diamètre extérieur

de la chemise.

Dansla chemise fabriquée par le procédé décrit, la forme de la surface de séparation S entre le métal de base et le révôtement déposé et l'allure de l'épure des contraintes résiduelles sont les mêmes que dans le cas de

l'arbre 1 à revêtement 9 décrit dans l'Exemple 2.

Exemple 4

Cet exemple se rapporte à la fabrication d'un arbre de mm de diamètre et de 2000 mm de longueur,-pourvu d'un

revêtement anticorrosif déposé d'une épaisseur de 6 mm.

L'arbre à traiter a été fabriqué en acier de construction perlitique au carbone, à teneur en carbone d'environ 02 %,

* commercialisé en URSS sous la dénomination "acier 20 ".

Cet acier présente un coefficient de dilatation thermique

de 14 10 i 6 1/ C.

On emploie, pour la fabrication d'un tel arbre revêtu, la meme machine de dépôt, et on applique sensiblement le

même régime de dépôt que dans les exemples précédents.

Cependant, étant donné le diamètre relativment faible et la longueur importante de cet arbre, on effectue le dépôt de la première couche du métal de l'électrode consommable en

plusieurs passes suivant des spirales croisées, conformé-

ment à l'invention.

En tant qu'électrode consommable on utilise un fil à souder de 2 mm de diamètre, renfermant environ 0,06 % de carbone et 1,4 % de chrome, commercialisé en URSS sous la

dénomination CB-06 x 14 e fil à souder présente un coeffi-

cient de dilatation thermique de 10 1 o 6 1/ C Le flux

utilisé est celui connu sous la dénomination AH-26 c.

Après immobilisation de l'arbre sur là m achine de dépôt, on établit le régime suivant: vitesse de dépôt ,5 m/h, tension d'arc 32 V, courant de soudage 220 A. Dans ces conditions, le cordon de métal déposé a une largeur B = 14 mm et un coefficient T de remplissage de la partie

saillante égal à 0,6.

Pour réduire l'effet thermique exercé sur l'arbre au cours du dépôt de la première couche, on choisit un

nombre de passes des spirales des deux directions égal à 8.

Si l'on tient compte de la condition de l'égalité du pas relatif o O ' des cordons déposés d'une même direction dans la couche donnée et du coefficient t de remplissage de la superficie de leurs parties saillantes, il est aisé de déduire que le pas Hm de chacune des spirales des deux directions doit être: = 2 -r Dn B 1 '

F 7

\F 2 D 2 4 (n B Nt)2 o N est le nombre de passes des spirales d'une même direction. La formule ci-dessus sert à calculer le pas d'une spirale à plusieurs passes dans le cas d'un grand nombre de passes Dans le cas envisagé, le pas des spirales constitue

,4 mm.

Après le chauffage de l'extrémité de l'arbre jusqu'à 2000 C, effectué de la môme manière que dans les exemples précédents, on opère le dépôt suivant l'une des spirales, par exemple à droite, le pas Hm de la spirale étant égal à

,4 mm Une fois le cordon de métal de l'électrode consom-

mable déposé suivant laditespirale, on effectue le dépôt de la seconde spirale dans le sens opposé gauche dans le cas considéré, figure 8) Avant de commencer le dépôt de cette seconde spirale, on fait tourner l'arbre 1 autour de son axe d'un angle de 1800 par rapport à l'origine de la

première spirale.

La seconde spirale déposée, on procède à la réalisation de la troisième spirale, de même direction que la première, mais décalée par rapport à celle-ci, le long de l'axe de l'arbre, d'une valeur a = HM n

on a donc a = 1354 16,8 mm.

Ensuite on effectue de la môme manière et suivant l'ordre de succession indiqué, le dépôt des spirales

suivants de la première couche du revêtement.

9 _OLOOL op jse japnos u I Tj go op enb Tmae-q: UOTI-,eq-,el Tp op 1UGTOT Tj:eoo au " LXZ ED Uo Ti,eul:ulou 9 p 'ai snos SM ue as T-e Toaemmoz 'emoaqo op % lk ie ouoqjeo op ç % ZéO uoi T Aue 1:uiaejuai cealam-e Tp op mm Z op aapnos 1 7 lTT un 1-uemoq-e Aea np q-gdgp janod es T-l,ç:n uo ze Tou ue lse iofk Tail m aiqmi-J -mur 9 op S"pclg e Tso- WOOTIM i "man Su OT GP mm 009 Z GP 49 a-ziq-qum Tp op mm 00 op oiqm un janb Tiqej: op 4 Tftis II Oç -elqem -mosuoo apoailzalg T op jul-gm np S 4 u Tod aud 49 d 9 p mdanuelqo :se elqonoo oaq Tmaad ml el Tenbe-l suip Igsodgp Wamail O &ea lq -i-iq-M unp uo Tq,eo Tiqlaj: el ej:snllç eldwexe 1 e D 9 01 amaxa çz 004 uappogad soldmexe sel I:ue &-çnsl sagnb Tiqaj: _,uemaqq Aoa -q seoe-çd sel inod enb amqm al 499 aldmexe l,eo -q kuam 9 mx Oj:uoo pub Tiq-9 j: eaqje&-l sump sa-lTenp Tsgx seilii Tailuoo sep a-mdgil op eanlluil esq,uepgogad se Tdwaxe sel sump eûb uoô-e Z emgme- l op lxoepqo Ozd oz ue N 4 e Aea azqau,7 l op nue Aej el ja enbpoeoglu egau Tsn,7 l enloej Te uo 4 agnocllpp s Toj eun aqonoo ejq T=ep ml *y 09 L 'Q' 1929 lse 19 % ('a op svo go Moep quu Tm'çp:se e 2 eptios op jmanoo el Ils To Zellno 1 exn T j el ce a 9 pnos 1 Iç;: el enb emgm 9 k op 11 elqonoo aiq-çmaid ul op lgdgp el jumpved enb em 9 z al: il-se qgdgp op am-g Sga el -selqonoo ses eunomiqo inod sessed 4 Tnq ue'uol:qoei- çp emgm eunp selez Tds sep Im.&Tne sagsoclgp 1 uos saqxoe &Tns selqonoo sel sei:noj, ea.ftu Tsnip amassées B-E op nuel aldzoo luemaqeàel np Ok oalmsseogu anoss Tedg,,l op uo Ti:uelqo -ainbon si 64 m &Tns selqonoo sel esçlega uo 'elqonoo eaq Toead el op i:gdqp el sqady 11 (q ean 2 Tj:) ja Z sal:dmexg sel suup sl I Tzogp sgpgooad sel a Bd enue 4 qo S uo TI Ba Bdgs op eoe Zans ml eûb egcldole Agp snicl jse je Tlea ue a oejuns a 7 lTOI OUJI -OX 9 190 op -inol-nenb 0-1 q-Mil OP -1 mi 7 l GP BUOT el 4 UE 1 SODUGUTWO-id op xneao op anuj:luoo eou-euaegl-e aun oed agnl -pls UOO JG Ti G 1 ue Uo Ti eam S Tj=oo aun -e To çn-rao ans agsodpp 96 9- qonoo GJQ Tmad 'el lje L ejqaeil Moque uo T Iuiedgs op aoujans ml

9695 OSZ

utilisé est celui commercialisé sous la dénomination AH-26 c.

Pour déposer le revêtement, on se sert d'une machine de dépôt essentiellement du mnême type que dans les exemples précédents Toutefois, en vue de réaliser le dépôt par points de la première couche avec une caractéristique externe stable de la source d'alimentation de l'arc de

soudage, on prévoit une amenée pas à pas du fil à souder.

A cette fin, on utilise dans le mécanisme d'amenée du fil à souder, un galet entraîneur consistant en un galet profilé 12 (figure 9) pourvu de méplats 13, et on introduit un limiteur 14 de déplacement du galet entra né 15 pressé contre le galet entraîneur 12, de manière que l'amenée du fil à souder 4 soit arrêtée lorsque les méplats 13 se trouventea face du galet entra Iné 15 Les dimensions des méplats sont choisies de façon que le rapport de la durée d'amenée du fil à souder à la durée de son immobilisation

soit de 0,55 à 0,75.

Le régime de dépôt de la première couche est le suivant: vitesse de dépôt 26 m/heure, tension d'arc 30 à 32 V, courant de soudage 200 à 220 A Quand ces conditions sont satisfaites, la vitesse d'amenée du fil à souder vers la surface de l'arbre 1 doit être égale, pour assurer la

stabilité de l'arc de soudage, à 156 m/heure.

Avant de commencer le dépôt de la première couche, on chauffe au moins la portion initiale l'arbre sur une longueur de 300 mm, Jusqu'à la température de 220 C, en utilisant le même réchafffeur à induction que dans les exemples précédents Ceci fait, on procède au dépôt de la première couche Pour ce faire, on met en rotation l'arbre 1 et on déplace le chariot 2 avec la tète de dépôt 3, en parcourant ainsi l'arbre suivant une spir ale (figure 10), tout comme dans les exemples décrits plus haut Le dépôt de la première couche est réalisée en une seule passe et avec un pas relatif c 4 = 0,85 des cordons déposés (conventionneieint contins) dans cette couche D'après les données ep 4 aoextales 1, un tel pas relatif co assure, au régime indiqué, le recouvrement des zones de soudage mutuel des

points dans les spires voisines de la spirâe.

Au cours de l'amenée du fil à souder 4, qui est effectuée en assurant le contact, avec celui-ci, de la partie circulaire de la surface du galet entraîneur profilé 12, l'arc électrique qui en résulte assure le dépôt d'un point de métal de l'électrode consommable Au régime indiqué, la durée d'amenée du fil à souder à la surface de l'arbre 1 est de 0,5 à 0,6 S et le diamètre du point déposé de métal de l'électrode consommable constitue 15 à 16 mm Le galet entraîneur profilé 12 continuant de tourner, l'un de ses méplats 13 arrive en regard du fil à souder Alors, bien que le galet 12 continue de tourner, l'amenée du fil à souder cesse, de sorte qu'il se produit au début une courte période d'allongement de l'arc électrique, égale, au régime considéré, à 0,20-0,25 s, cet allongement étant causé par l'accroissement de l'intervalle d'arc, et puis, lorsque

ledit intervalle atteint une valeur critique, l'arc s'éteint.

Après la rotation du galet entraîneur profilé 12 d'un angle permettant à la partie circulaire de sa surface de reprendre contact avec le fil à souder, l'amenée de ce dernier recommence Comme la durée d'interruption de l'arc de soudage au régime considéré de dépôt de la première couche a une valeur inférieure à 0,8 s, l'extrémité du fil à souder, après le recommencement du mouvement d'amenée de son mouvement d'amenée, reste en face de la zone de laitier fondu et ionisé qui s'est formé au cours du dépôt du point précédent Dans ces conditions, la stabilité de l'arc électrique est assuréeet le processus de dépôt du point

suivant de métal de l'électrode consommable commence.

Ensuite l'opération de dépôt se répète, l'intervalle de temps entre le dépôt des points successifs de métal de l'électrode consommable étant de 1,4 S et la distance entre les centres des points successifs sur la surface de l'arbre étant de 10 mm, c'est-à-dire de 0,63 à 0,66 du diamètre de

ces points sur la surface de l'arbre.

Une fois déposée la première couche, on actionne le mécanisme usuel d'amenée du fil à souder à la surface à traiter à une vitesse constante Le dépôt des couches suivantes est réalisé au même régime de l'arc de soudage et à la même vitesse de dépôt que dans le cas de dépôt des

couches suivantessuivant l'Exemple 4.

Après le dépôt de toutes les couches nécessaires, on soumet l'arbre ainsi revêtu à un usinage, et un revenu

opérés de la même manière que dans les exemples précédents.

La surface de séparation S entre l'arbre 1 et la première couche 8 du revêtement 9 déposé sur celui-ci présente une configuration en relief très développée, à structure en nids d'abeilles L'allure de l'épure des contraintes résiduelles de l'arbre revêtu obtenu par le procédé décrit est la même que pour les arbres revêtus

fabriqués suivant les Exemple 1 à 4.

Dans l'Exemple 5 qui vient d'être décrit, on n'a mentionné qu'un seul moyen d'assurer le dépôt par points, qui consiste à utiliser un galet entraîneur profilé dans le mécanisme d'amenée du fil à souder Etant donné que les moyens de réalisation du dépôt par points n'entrent pas directement dans le cadre de l'invention, aucun autre exemple n'est décrit Il est cependant évident que d'autres modes de réalisation du dépôt par points sont possibles, par exemple l'emploi, dans le mécanisme d'amenée du fil à souder, d'un galet entraîneur sous la forme d'une came ayant une surface dont la forme assure la variation de la vitesse d'amenée du fil à souder dans la plage correspondant à un maintien stable de l'arc de soudage, ou bien de moteurs électriques pas à pas, ou encore d'une commande à vitesse périodiquement variable, l'emploi d'une course d'alimentation de l'arc de soudage à caractéristique externe périodiquement variable, la combinaison des moyens énumérés, etc Quant aux régimes de dépôt de la première couche et au rapport entre les durées de maintien et d'interruption de l'arc de soudage, ils doivent rester essentiellement les mêmesque ceux indiqués dans l'Exemple 5 afin d'assurer la formation de la première couche par dépôt de points dont les centres sont séparés par une distance dont la valeur est comprise entre 0, 30 et 0,68 du diamètre desdits points sur la

surface de l'arbre.

Les Exemples 1 à 5 décrits ci-dessus portent sur la fabrication d'arbres à revêtement réalisé en un seul métal Maintenant on va considérer deux exemples d'exécution d'arbres à revêtement réalisé à partir de

métaux différents.

Exemple 6 Cet exemple est relatif à la fabrication d'un arbre à revêtement déposé, dont les couches extérieures sont

réalisées en acier austénitique inoxydable.

L'arbre à traiter est le mtme que dans l'Exemple 4.

On dépose sur cet arbre une première couche en acier haute teneur en chrome, de la m Sme manière que dans l 'Exemple 4 cité, en réalisant des spirales en sens croisés.

Après le dépôt de la première couche et le refroidis-

sement de l'arbre, on effectue l'usinage de sa surface

Jusqu'à obtention de la classe de finition nécessaire.

Ceci fait, on procède à la préparation du dépôt du revêtement en acier austénitique inoxydable On utilise en tant qu'électrode consommable un fil à souder de 2 mm de diamètre, contenant environ 0,04 % de carbone, 1, 9 %

de chrome, 1,1 %de nickel et 3 % de manganèse, commercia-

lisé en URSS sous la dénomination CB-04 X 19 H 11 M 3 La matière utilisée pour la fabrication d'une telle électrode présente un coefficient de dilatation thermique de 160 fro 1/o C. Le régime de dépôt de la première couche et des couches suivantes est le suivant: vitesse de dépôt 25 m/h, tension d'arc 32 V, courant de soudage 40 A Le dépôt de toutes les couches en acier austénitique est exécuté suivant des spirales d'une m Ime direction en huitpasses comme déja décrit dans l'Exemple 5, et avec les mêmes

paramètres de l'arc de soudage.

Une fois la dernière couche déposée, on opère un usinage mécanique et un revenu de la même manière que

dans l'Exemple 5.

L'arbre 1 ainsi fabriqué possède un revêtement dont les couches extérieures 16 (figure 11) sont en acier aust 6- nitique inoxydable, ces couches 16 étant séparées du métal de l'arbre 1 par une couche sousjacente intermédiaire 8

an acier à taux de chrome élevé.

Afin de transformer en contraintes de compression les contraintes de traction résiduelles apparaissant dans les couches en acier austénitique inoxydable, l'arbre revêtu peut être soumis à une opération de galetage Dans ce cas, l'épure de répartition des contraintes résiduelles peut avoir la même allure que dans le cas des arbres fabriqués

suivant les Exemples 1 à 5.

Exepli 7 Cet exemple est relatif à la fabrication d'un arbre en acier à revêtement déposé dont les couches extérieures, épaisses de 12 am, sontréalisées en bronze pour être protégées contre la corrosion et l'usure dans les paliers d'appui. L'arbre à traiter, d'un diamètre de 300 mm et d'une

longueur de 5500 m, était en acier 35.

On dépose sur la surface dudit arbre une couche en

acier à haute teneur en chrome on réalisant les pénétra-

tions de la base de cette couche dans le métal de l'arbre conformément à la présente invention Le dépft peut être exécuté de l'unedes manières décrites dans les Exemples 1 à 5, en particulier en déposant le métal de l'électrode consommable suivant une spirale en une seule passe, comme

cela est décrit dans l'Exemple 2.

Après le dép Ot de la première couche et le refroidis-

sement de l'arbre, on procède à l'usinage de la surface de ladite couche jusqu'à obtention de la classe de finition

requise.

Ceci fait, on procède à la préparation du dépôt du revêtement en bronze En qualité d'électrode consommable on emploie un fil à souder de 2 mm de diamètre en bronze

silicée, commercialisé en Union Soviétique sous la dénomi-

nation K Mu 3-1 Ce bronze contient de 2,75 M à 3,5 % de silicium et de 1, 0 à 1, 5 % de manganèse, le reste étant du cuivre La vitesse de dépôt est réglée à 18 m/heure. Pour l'opération de déôt du bronze, on fait appel à la technique de soudage à l'arc par impulsions sous argon, en appliquant le régime suivant: courant de l'arc pilote A, tension d'arc pilote 22 V, courant d'impulsions 650 A,

1 o durée de l'impulsion de courant 1,8 ms, fréquence de répé-

tition des impulsions 50 Hertz.

Le dépôt de toutes les couches de bronze est effectué suivant une spirale en une seule passe, le pas relatif des

cordons de métal déposés dans chaque couche étant de 0,55.

Après le dépôt d'un revttema de bronze d'épaisseur nécessaire compte tenu de la surépaisseur à enlever, on procède à l'usinage mécanique et au revenu de l'arbre ainsi revêtu Le revenu est opéré dans un four à cuve en y plaçant l'arbre en position verticale et en appliquantle régime thermique suivant: chauffage à la vitesse de 1200 C/h jusqu'à 6300 C, maintien à cette température pendant 3,5 h,

refroidissement en même temps que le four.

Le traitement thermique terminé, on effectue un

usinage définitif pour obtenir la classe de finition voulue.

L'allure de l'épure de répartition des contraintes résiduelles dans l'arbre à revêtement déposé de la manière décrites ci-dessus est la même que dans le cas de l'arbre à revêtement en acier austénitique inoxydable n'ayant pas

subi de galetage.

Tous les exemples de réalisation qui viennent d'être décrits ont été essayés pour diverse combinaisons des métaux de l'arbre et des couches déposées Les tableaux 1 et 2 reportés plus loin indiquent les compositions chimiques détaillées des métaux de l'arbre et des couches déposées,

respectivement, mentionnés au cours de la description

ci-dessus ou ayant subi des essais.

Les pièces à revêtement déposé conformément à la présente invention et de la manière décrites dans les exemples de réalisation ci-dessus, ont une forme en relief de la surface de séparation S dans la zone de soudage entre le métal de la pièce 1 et celui de la première couche 8 déposée Dans ladite zone ainsi que dans la couche 8 elle-même, agissent des contraintes de compression résiduelles Grâce au procédé proposé, on obtient dans la zone de soudage une variation progressive du coefficient de dilatation thermique et l'absence de tout changement

saccadé des contraintes.

En conséquence dans une telle pièce, les macrodéfauts et les microdéfauts dans la zone de soudage sont à l'état comprimé et ne sont pas soumis à des efforts de traction importants au cours de l'exploitation De tels efforts peuvent même ne pas se produire du tout, si les contraintes de compression résiduelles sont suffisamment élevées- Dans ces conditions, l'apparition de microfissures dans la zone

de soudage et leur développement sont très peu probables.

D'autre part, la configuration en relief de la surface de séparation S et l'absence de variations saccadées des contraintes dans la zone de soudage permettent de réduire

considérablement la probabilité de ruptures du revêtement.

La résistance à la fatigue et la résistance à la fatigue sous corrosiondse pièces à revêtement déposé conformément à l'inventi Qn ont été déterminées sur des échantillons fabriqués à partir des métaux de la pièce et du revêtement indiqués plus loin, y compris pour les pièces pourvues d'éléments porteurs glissants Le diamètre des échatillons était de 60 à 70 mm Les essais ont été conduits sur une installation assurant la mise en charge de l'échantillon en flexion simple à une fréquence de 1000

à i 750 /minute Au cours de la détermination de la résis-

tance à la fatigue sous corrosion on a utilisé, en tant que milieu agressif, de l'eau de mer synthétique constituée par une solution à 3 % de chlorure de sodium La base des essais de fatigue constituait 10 x 106 cycles, alors que les essais de fatigue sous corrosion ont été menés sur la

base de 50 x 106 à 80 x 106 cycles.

Les essais effectués ont montré que la résistance à la fatigue des échantillons était de 196 à 235 M Pa et que la résistance à la fatigue sous corrosion sur la base de 10 x 106 cycles était comprise dans les limites de 176 à 206 M Pa Les essais de fatigue des échantillons à revêtement déposé et chemise en bronze ont mis en évidence le fait que la chemise en bronze n'altère pas la résistance des échantillons à la fatigue Cette résistance à la fatigue n'est pas non plus affectée par les défauts

apparaissant au cours du dépft du revêtement, en particu-

lier par les inclusions gazeuses ou de scorie et les criques superficielles qui étaient apparues dans les

échantillons pendant leurs essais.

La fabrication des échantillons et leurs essais ont

été opérés suivant une méthode qui a assuré une extrapola-

tion justifiée des résultats des examens sur les produits

particuliers appropriés.

Tout cela à rendu possible une large application de la présente invention, en obtenant les avantages précités, à la fabrication de pièces massives qui sont généralement sujettes à des sollicitations dynamiques importantes et fonctionnent dans des milieux agressifs L'invention prolonge la durée de service de telles pièces tout en réduisant le coût de fabrication grâce à l'économie de

métaux difficilement disponibles et onéreux.

L'une des applications directes de l'invention est son utilisation pour les arbres d'hélice de navire, présentant un rapport élevé entre leur longueur, atteignant plusieurs mètres, et leur diamètre, et

fonctionnant dans des conditions de transmission d'impor-

tants efforts et d'action de l'eau de mer.

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Claims (8)

R E V E N D I C A T I O N S

1 Procédé de fabrication de pièces à revêtement déposé, du type comportant les étapes suivantes: dépôts à l'arc électrique de plusieurs couches de métal d'une électrode consommable sur la surface de la pièce; usinage mécanique et revenu, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt de la première couche ( 8) de façon à obtenir des pénétrations périodiques, se succédant sans intervalles, dans au moins une direction, de la base de ladite couche dans le métal de la pièce ( 1), et en ce qu'Cn utilise en tant qu'électrode consommable pour le dépôt de cette couche, une électrode dont le métal présente un coefficient

de dilatation thermique inférieur au coefficient de dila-

tation thermique du métal de la pièce ( 1) -

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise les pénétrations de la base de la première couche ( 8) dans le métal de la pièce ( 1) par usinage de la surface de la pièce suivi du dépôt du métal

de l'électrode dans les creux exécutés lors dudit usinage.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise les pénétrations de la base de la première couche ( 8) en déposant ladite couche au moyen d'une électrode consommable en fil suivant une même direction des cordons de métal déposé, le pas relatif desdits cordons dans la couche déposée ( 8) étant égal au coefficient de remplissage de la superficie de leurs

parties saillantes.

4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise les pénétrations de la base de la première couche ( 8) dans le métal de la pièce ( 1) en déposant cette couche au moyen d'une électrode en fil de manière à assurer le croisement des cordons de métal déposés, le pas relatif des cordons ayant une direction donnée dans ladite couche étant égal au coefficient de remplissage de la superficie

de leurs parties saillantes.

Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise les pénétrations de la base de la première couche ( 8) dans le métal de la pièce ( 1) en exécutant un dépôt par points de cette couche, avec une distance entre le les centres des points adjacents du métal déposé de 0, 30 à 0,68 fois le diamètre desdits points sur la surface de

la pièce.

6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt par points de la première couche de métal ( 8) en amenant l'électrode consommable en fil à la surface de la pièce ( 1) à une vitesse périodiquement variable, la vitesse du déplacement relatif de ladite électrode le long de la surface de la pièce ( 1) étant constante et la caractéristique externe de la source

d'alimentation étant stable.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on obtient la variation périodique de la vitesse d'amenée de ltélectrode consommable en fil en effectuant

une amenée pas à pas de ladite électrode.

8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt par points de la première couche de métal ( 8) en régime de variation périodique de la caractéristique externe de la source d'alimentation, l'électrode consommable an fil étant amenée à la surface de la pièce ( 1) de manière continue et étant déplaçée le

long de ladite surface à une vitesse relative constante.

9 Procédé selon l'une des revendications 1 à 8,

caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt de la première couche de métal ( 8) en utilisant une électrode consommable

en fil en plusieurs passes.

Procédé selon l'une des revendications 1 à 9,

caractérisé en ce qu'on dépose les couches de métal recouvrant la première couche ( 8) à des régimes exerçant une influence thermique aussi faible que possible sur la zone de soudage entre le métal de la pièce ( 1) et le

métal de la première couche ( 8) déposée sur elle.

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