Qu'est-ce que le soudage aluminothermique dans le remplacement des rails ?

La réaction, en une phrase

L'oxyde de fer est réduit par l'aluminium : l'aluminium absorbe l'oxygène, le fer fond et l'alumine restante remonte à la surface du bain sous forme de scories. La réaction étant auto-entretenue une fois amorcée, la coulée dépend davantage de la préparation que des installations : les extrémités des rails sont coupées à angle droit et nettoyées, l'écartement est ajusté selon le plan du moule, ce dernier est étanchéifié pour éviter les fuites d'acier en fusion, les extrémités des rails sont préchauffées à la flamme propane/oxygène, puis le creuset est chargé et enflammé.

Les performances publiées du système de soudage aluminothermique pour rails Molaton TWS indiquent les caractéristiques suivantes : température de réaction ≥ 2 500 °C , temps de refroidissement de la soudure d’environ 5 à 8 minutes selon la température ambiante, et cycle total ≤ 25 minutes incluant le préchauffage, la coulée et le démoulage, pour une résistance de soudure ≥ 95 % de la résistance à la traction du rail de base . Le préchauffage est maintenu entre 350 et 500 °C et régulé par un débitmètre d’oxygène, car un joint froid ou une extrémité de rail surchauffée sont des défauts qui n’apparaissent qu’après la remise en service de la voie.

Où le soudage athermique a sa place — et où il n'en a pas.

Les règles sont explicites et non une question de préférence. Conformément à la norme TB 10082-2017 §8.0.6 , les rails doivent être soudés en usine par étincelage avec des longueurs minimales de 500 m ; le soudage sur site doit également être réalisé par étincelage ; et le soudage aluminothermique peut être utilisé pour la soudure de verrouillage à l’intérieur d’un aiguillage et aux deux extrémités d’un aiguillage lorsque le rail est court, contraint ou déjà intégré à un croisement.

Depuis 2025, la direction à suivre est encore plus clairement définie. Un avis de gestion, publié avec la notification relative aux ruptures de soudures sur les rails courbes d'aiguillage (工电线路电〔2025〕5号), exige que les lignes ferroviaires nouvelles et modernisées remplacent le soudage aluminothermique par le soudage par étincelage et le soudage sous pression de gaz . Les raisons invoquées sont d'ordre technique et économique : une soudure aluminothermique présente une résistance inférieure à celle du rail de base et est sujette aux creux et aux défauts de surface ; de plus, la fréquence des contrôles non destructifs est bien plus élevée que pour les soudures par étincelage ou sous pression de gaz, ce qui entraîne une augmentation constante de la charge de travail d'inspection et de maintenance tout au long de la durée de vie du joint.

Lus ensemble, les deux documents définissent le rôle légitime du soudage aluminothermique : il s’agit de la méthode de fermeture et de connexion pour les positions qui ne peuvent être atteintes avec une machine à souder — soudures de verrouillage d’aiguillage, rails de fermeture courts, emplacements confinés, sections mixtes — et non de la méthode par défaut pour la construction de longues lignes sur une nouvelle ligne.

Contenu du kit

La couverture est plus large que pour les rails simples : rails de 50 kg/m et 60 kg/m, rails rainurés 59R2/60R2 , rails de pont roulant QU70–QU150 et les séries allemandes A/S, japonaises et coréennes CR, britanniques BS et UIC, conformément à la norme TB/T 1632.3-2014 — c’est ainsi que le même procédé est utilisé pour les rails de pont roulant portuaire et pour les barres d’acier cathodique dans les fonderies d’aluminium, où l’environnement est chaud, poussiéreux et magnétiquement bruyant.

Le broyage représente la moitié du travail.

Une soudure aluminothermique finie ne constitue pas un joint fini. Le métal coulé laisse un bourrelet et une bavure qui dépassent de la surface de roulement, et ce bourrelet est précisément le type d'irrégularité due aux ondes courtes qui augmente la charge dynamique sur la roue. Les limites d'acceptation appliquées au joint dressé sont les mêmes que celles utilisées pour le profilage : rugosité de surface Ra ≤ 10 µm , planéité inférieure à 0,3 mm sous une règle de 1 m, absence de brûlure bleue continue , profondeur de rectification ≤ 0,5 mm par passe et homogénéité supérieure à 1‰ .

Comme une soudure aluminothermique crée une zone affectée thermiquement dont la dureté diffère de celle du rail de base, la coupe doit être parfaitement maîtrisée. Une vitesse de rotation de la meule de 1 000 à 3 000 tr/min augmente la rugosité de 6,6 à 8,4 µm et l'épaisseur de la couche blanche d'environ 45 µm à 320 µm . Cette couche blanche présente une dureté d'environ 870 HV0,3, contre 340 HV0,3 pour le métal de base, et se fissure rapidement en service. Des passes superficielles et répétées avec la meule appropriée ne présentent aucun risque pour le joint ; une seule passe trop agressive, en revanche, peut l'endommager.

Cas et données

Une campagne de meulage de rails menée à Liuzhou avec un GMC-96X a permis de retirer 18,72 kilomètres de rails en deux heures d'immobilisation . Un essai réalisé en 2026 sur un train de meulage Loram DM01 a démontré l'absence de brûlure bleue et une rugosité de surface Ra de 1,05 à 9,0 µm, principalement de 2 à 4 µm , toutes inférieures à la limite d'acceptation de ≤ 10 µm . RailwayCare, premier fabricant chinois spécialisé dans la production de meules de meulage de rails depuis 2004 , a élaboré la norme industrielle JB/T 11431 et est certifiée ISO 9001 , ISO 45001 et CRCC . Des tests indépendants réalisés par l'Académie chinoise des sciences ferroviaires ont démontré une usure des meules 1,4 à 2,6 fois inférieure aux spécifications.