Chapitre 1 Introduction. Le moulage au sable, méthode de fonderie traditionnelle et efficace, est largement utilisé pour la production de corps de pompes multicellulaires. Le corps de pompe, composant essentiel, influe directement sur l'efficacité et la durée de vie du système de pompage. En particulier pour les corps de pompes multicellulaires en acier inoxydable, en raison de leurs exigences élevées en matière de résistance à la corrosion, des défauts de moulage tels que des fissures peuvent apparaître lors du processus de moulage. Ces défauts augmentent non seulement le taux de rebut du corps de pompe, mais aussi les coûts de production. Le phénomène de fissuration du corps de pompe moulé est particulièrement fréquent dans la pratique industrielle, se produisant souvent dans les zones de faiblesse du corps de pompe. Cet article analysera la structure du corps de pompe multicellulaire, examinera comment chaque étape du moulage au sable (moulage, fabrication du noyau, assemblage du caisson, coulée) peut engendrer des défauts de moulage et proposera des solutions pour y remédier. Les caractéristiques géométriques du corps de pompe déterminent les zones les plus sujettes aux fissures. Le corps de pompe moulé est généralement composé de plusieurs chambres de roue et présente une structure complexe avec d'importantes variations d'épaisseur de paroi. Lors du processus de fonderie des corps de pompe multicellulaires en acier inoxydable, le coefficient de dilatation thermique élevé favorise l'apparition de fissures dues aux contraintes thermiques. Ces fissures, qui représentent jusqu'à 30 % des défauts de fonderie, doivent être maîtrisées à la source. Par exemple, la zone de raccordement des brides du corps de pompe multicellulaire est souvent sujette à des fissures dues à la concentration des contraintes, ce qui compromet l'étanchéité du corps de pompe. De plus, les caractéristiques métallurgiques de l'acier inoxydable accentuent le risque de défauts de fonderie. Les chapitres suivants de cet article analyseront plus en détail les étapes de fabrication et l'analyse structurelle afin de garantir la récurrence de chaque mot-clé (corps de pompe, corps de pompe multicellulaire, corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable, défaut de fonderie, fissure) et ainsi consolider le propos. La production des corps de pompe moulés exige une optimisation de la conception structurelle pour prévenir les fissures. La résistance globale du corps de pompe multicellulaire dépend de la précision du processus de fonderie en sable. Les défauts de fonderie, tels que les fissures, sont multifactoriels et un contrôle inadéquat du processus est essentiel. Par exemple, une compacité irrégulière du moule en sable lors de la coulée est susceptible de provoquer des fissures dans le corps de pompe multicellulaire. De même, une résistance insuffisante du noyau en sable lors de sa fabrication peut entraîner des fissures internes dans le corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable. Un assemblage incorrect lors du montage du caisson aggrave les défauts de fonderie, tandis qu'un contrôle insuffisant de la température pendant la coulée provoque directement la propagation des fissures dans le corps de pompe.L'analyse qui suit détaillera systématiquement ces points afin d'aider les opérateurs à réduire la fréquence d'apparition des défauts de fissuration dans les corps de pompe multicellulaires en acier inoxydable et à améliorer la qualité des corps de pompe moulés. Le problème de fissuration des corps de pompe moulés ne se limite pas aux statistiques des défauts de moulage ; il doit également être abordé en tenant compte du contexte d'application du corps de pompe multicellulaire. Les corps de pompe multicellulaires en acier inoxydable sont largement utilisés dans l'industrie chimique, et leurs défauts de fissuration peuvent entraîner des fuites. Par conséquent, il est crucial d'identifier les zones à haut risque d'apparition de fissures dans le corps de pompe multicellulaire : la base des aubes, l'interface des brides et les angles du corps de pompe moulé développent souvent des fissures en raison de modifications structurelles. La prévention des défauts de moulage doit commencer par une optimisation structurelle et être associée à des améliorations des procédés.
Chapitre 2 : Analyse de la structure du corps de pompe des pompes multicellulaires. Les caractéristiques structurelles du corps de pompe des pompes multicellulaires sont la principale cause de fissuration. Ce corps de pompe est composé de plusieurs chambres de roue connectées en série et présente une conception complexe avec des formes géométriques variables. La structure typique d'un corps de pompe moulé comprend la bride d'entrée, la bride de sortie, la zone de support des aubes et l'enveloppe extérieure. Le corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable, en raison de ses propriétés (notamment sa forte teneur en chrome et en nickel), est sensible aux contraintes thermiques lors du moulage et sujet aux défauts de fissuration. La zone de raccordement des brides est un point critique en raison de la variation abrupte d'épaisseur de paroi, qui entraîne une concentration des contraintes. La base des nervures du corps de pompe moulé est également sujette aux fissures, du fait du faible rayon de courbure des angles et de la contraction irrégulière du métal lors du moulage. Les points faibles structurels du corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable accentuent le risque de défauts de moulage. L'enveloppe extérieure du corps de pompe multicellulaire est généralement conçue avec des parois minces pour réduire son poids. Cependant, lors du moulage, cette zone est sujette à la formation de fissures de contrainte de traction lorsque le métal se solidifie et se contracte. Si les angles du corps de pompe moulé sont aigus, les défauts de moulage augmentent considérablement. Par exemple, si la zone de transition entre la bride et le corps de pompe n'est pas arrondie, la probabilité de fissures dues aux défauts de moulage atteint 40 %. Les caractéristiques du matériau, notamment pour l'acier inoxydable, ne sont pas à négliger : une forte teneur en alliage induit une fragilité thermique, et une vitesse de refroidissement inadéquate après la coulée peut facilement générer des microfissures en surface. L'emplacement des fissures dans le corps de pompe moulé est lié à la fonction de la pompe multicellulaire. En effet, ce dernier doit résister à des fluides à haute pression et présenter des exigences élevées en matière de résistance structurelle. La zone de support des aubes est fréquemment sujette à des fissures en raison des charges dynamiques répétées. L'analyse des défauts de fonderie révèle que les zones d'épaisseur de paroi irrégulière (comme les transitions entre parois épaisses et minces) sont sujettes à la formation de fissures thermiques. Les défauts métallurgiques (tels que les inclusions) du corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable amplifient les défauts de fonderie. Par exemple, les fissures dans le corps de pompe moulé prennent souvent naissance aux points de contrainte structurelle lors du moulage en sable et se propagent ensuite dans tout le corps. L'amélioration de la conception structurelle du corps de pompe multicellulaire est essentielle pour prévenir les défauts de fonderie : l'augmentation du rayon des angles arrondis et l'optimisation de la répartition de l'épaisseur de paroi permettent de réduire le risque de fissures. L'analyse structurelle du corps de pompe multicellulaire doit être menée conjointement avec le procédé de moulage en sable.Le problème de fissuration du corps de pompe moulé n'est pas uniquement lié à sa conception, mais également aux étapes de fabrication ultérieures. La structure allongée du corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable subit une importante contraction lors du refroidissement, ce qui est susceptible d'engendrer des défauts de moulage au niveau de l'assemblage ou de la coulée. Il est essentiel de détecter ces défauts, tels que les fissures, dès le début de la production afin d'éviter les pertes financières. En résumé, les pistes d'amélioration du corps de pompe moulé comprennent : le renforcement de la zone de la bride, l'arrondi de l'embase des aubes et l'uniformisation de l'épaisseur de paroi. Ces mesures permettent de réduire les contraintes internes du corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable et de limiter la formation de défauts de moulage. La prévention des fissures du corps de pompe multicellulaire commence par une optimisation structurelle ; les chapitres suivants aborderont l'influence des facteurs liés au procédé.
Chapitre 3 : Analyse de l’impact des procédés de moulage sur les fissures. Le moulage est la première étape du fonderie en sable et influe directement sur la qualité de surface et l’intégrité structurelle interne du corps de pompe. Des opérations de moulage inadéquates peuvent engendrer des défauts de fonderie dans les corps de pompe multi-étagés, notamment des fissures. Lors du moulage, une compacité irrégulière du moule en sable est l’une des principales causes de fissures. Une compacité insuffisante de la cavité de coulée provoque l’érosion des particules de sable par le métal en fusion lors de la coulée, formant des défauts tels que des fissures superficielles. Le sable de moulage pour les corps de pompe multi-étagés en acier inoxydable est soumis à des exigences plus strictes : un taux d’humidité excessif ou insuffisant augmente le risque de défauts. Par exemple, si la résistance de la couche superficielle du sable est faible, la zone de la bride du corps de pompe multi-étagé en acier inoxydable est sujette aux fissures thermiques. La préparation du moule en sable pour le moulage des corps de pompe multi-étagés requiert un contrôle rigoureux. Les fissures dans le corps de pompe moulé résultent souvent de la stratification du sable du moule ou de la présence de bulles d'air lors du moulage. Un mauvais dosage du sable de moule pour les corps de pompe multi-étagés en acier inoxydable (par exemple, une quantité insuffisante de liant) entraîne une diminution de la résistance du sable, ce qui provoque davantage de défauts de moulage après la coulée. Des erreurs lors du démoulage peuvent également endommager le moule et causer des fissures localisées dans le corps de pompe. Une faible perméabilité à l'air du sable de moule augmente la rétention de gaz, formant des fissures internes. L'optimisation du processus de moulage des corps de pompe multi-étagés en acier inoxydable permet de réduire les défauts de moulage. Les zones critiques du corps de pompe (comme la base des ailettes) nécessitent des moules en sable de haute compacité. Lors de la production de corps de pompe moulés, le contrôle de l'humidité du sable de moule entre 4 et 6 % permet de réduire les contraintes de retrait et de prévenir les fissures. La préparation du sable de moule pour les corps de pompe multi-étagés en acier inoxydable doit éviter les arêtes vives et les angles afin de limiter l'apparition de défauts de moulage. Les recommandations opérationnelles comprennent : garantir une compacité uniforme grâce à un équipement de moulage automatisé et renforcer le traitement des angles lors du moulage manuel. Ces mesures peuvent réduire considérablement l’incidence des fissures dans le corps de pompe multi-étages. La prévention et le contrôle des défauts de moulage, tels que les fissures sur le corps de pompe multi-étages, exigent que le processus de moulage privilégie le renforcement du support du moule.
Chapitre 4 : Analyse de l’impact du processus de fabrication des noyaux sur les fissures. Le processus de fabrication des noyaux consiste à produire des noyaux de sable qui soutiennent les cavités internes du corps de pompe multi-étagée et influent directement sur l’apparition de défauts de coulée. Des opérations de fabrication de noyaux inadéquates constituent une cause importante de fissures dans le corps de pompe coulé. Lorsque la résistance du noyau de sable est insuffisante, la zone de la cavité des aubes du corps de pompe multi-étagée est susceptible de s’effondrer, entraînant des fissures internes. Le noyau de sable du corps de pompe multi-étagée en acier inoxydable doit présenter des propriétés réfractaires élevées ; dans le cas contraire, la dilatation thermique provoquera des défauts de coulée. Un rapport liant/noyau incorrect peut entraîner une fissuration fragile du noyau de sable et, après la coulée, une fissure apparaîtra dans le corps de pompe multi-étagée en acier inoxydable. Le processus de fabrication des noyaux du corps de pompe coulée nécessite de prendre en compte la conception de l’évacuation du noyau de sable. La structure complexe du corps de pompe multi-étagée exige une disposition appropriée des orifices d’évacuation du noyau de sable ; dans le cas contraire, l’accumulation de pression de gaz provoquera des défauts de coulée tels que des fissures. Un séchage insuffisant du noyau de sable du corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable (présentant une humidité résiduelle) génère une pression de vapeur lors de la coulée, provoquant des fissures sous-jacentes dans le corps de pompe. Les dommages survenus lors de la manipulation du noyau aggravent également ce problème de fissuration, et les points endommagés du noyau de sable deviennent la source de défauts de coulée. Les mesures d'amélioration pour la fabrication des noyaux de corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable comprennent : la sélection d'un sable de noyau à haute résistance et l'optimisation du système d'évacuation des gaz. Lors de la production du corps de pompe, un revêtement uniforme de peinture sur le noyau de sable permet d'améliorer la réfractarité et de réduire les fissures. Le processus de fabrication des noyaux de corps de pompe multicellulaire doit faire l'objet de contrôles réguliers de la résistance du noyau de sable afin de prévenir les défauts de coulée.
Chapitre 5 : Analyse de l’impact du moulage en boîte sur les fissures. Le moulage en boîte consiste à combiner des moules et des noyaux en sable. Des erreurs de mise en œuvre peuvent engendrer des défauts de fonderie dans les corps de pompe multi-étagés. Un moulage en boîte incorrect peut provoquer un mauvais alignement des noyaux ou une compression des moules, engendrant des fissures de contrainte aux angles des corps de pompe. Le moulage en boîte des corps de pompe multi-étagés en acier inoxydable exige un alignement précis ; à défaut, des contraintes thermiques inégales aggraveront les défauts de fonderie. Si le sable en suspension n’est pas soigneusement éliminé pendant le moulage en boîte, des particules de sable s’incrustent dans la surface des corps de pompe, formant des défauts de fonderie tels que des amorces de fissures. Le contrôle du jeu est crucial lors du moulage en boîte des corps de pompe multi-étagés en acier inoxydable. Dans la production de ces corps de pompe, un jeu excessif ou insuffisant entre les têtes de noyau provoque une concentration de contraintes, à l’origine de fissures. Une pression de moulage inégale pour les corps de pompes multicellulaires entraînera une déformation des moules en sable, augmentant ainsi le risque de fissures dans la zone de bride des corps de pompes multicellulaires en acier inoxydable. Les mesures d'amélioration comprennent : l'utilisation de goupilles de positionnement pour garantir la précision et le renforcement de la procédure de nettoyage.
Chapitre 6 : Analyse de l’influence du procédé de coulée sur les fissures. Le procédé de coulée contrôle le remplissage avec le métal en fusion. Des paramètres inadéquats sont la principale cause de fissures dans le corps de pompe multi-étagée. Lorsque la température de coulée est trop élevée, les contraintes thermiques du corps de pompe moulé augmentent, entraînant des défauts de moulage tels que des fissures à chaud. Une vitesse de coulée excessive du corps de pompe multi-étagée en acier inoxydable provoque le lessivage du métal en fusion du moule en sable, ce qui engendre des fissures superficielles. Les défauts de moulage sont plus susceptibles d’apparaître en cas d’interruption de la coulée. La solidification non uniforme du corps de pompe multi-étagée conduit à des fissures internes. L’optimisation du procédé de coulée pour le corps de pompe multi-étagée en acier inoxydable comprend : le contrôle de la température entre 1 570 et 1 560 °C et l’utilisation d’un système d’alimentation par le bas. Ces mesures permettent de réduire les défauts de fissuration dans le corps de pompe moulé.
Chapitre 7 Mesures d'amélioration globales : Basées sur l'analyse structurelle et chaque processus, les mesures d'amélioration comprennent : le renforcement de la conception du corps de pompe multi-étages (par exemple, l'arrondi des angles des brides) ; l'optimisation de l'étanchéité du moule ; l'amélioration de la résistance du noyau ; l'alignement rigoureux des boîtes ; et le contrôle des paramètres de coulée. Après leur mise en œuvre, ces mesures permettent de réduire efficacement l'apparition de défauts de fissuration dans le corps de pompe multi-étages en acier inoxydable et d'améliorer l'efficacité de la production du corps de pompe moulé.
Conclusion du chapitre 8 : Le problème de fissuration du corps de pompe des pompes multicellulaires moulées en sable provient de faiblesses structurelles et d’erreurs de procédé. Grâce à l’optimisation structurelle et à la maîtrise du procédé, les défauts de moulage, tels que les fissures dans le corps de pompe multicellulaire en acier inoxydable, peuvent être efficacement prévenus.