Brevet FR2163639A1 — publié le 19730727

La présente invention concerne un appareil de détection de fissures par ultra-sons, pour vérifier des soudures de rail L'invention concerne plus particulièrement un appareil de détection de fissures par ultra-sons pour examiner les têtes, les âmes et les talons des rails. Comme on soude les rails pour obtenir aes longueurs données, il est nécessaire de détecter les fissures des soudures On ne connaît aucun appareil de détection automatique des fissures d'une soudure de rail, donnant de bons résultats. La présente invention a pour objet de créer un appareil de détection de fissures aux ultra-sons pour examiner les soudures de rails A cet effet, l'invention concerne un appareil de détection de fissures aux ultra-sons caractérisé en ce qutil comprend deux émetteurs d'ultra-sons, et deux récepteurs d'ultra-sons suivant une direction inclinée, disposés de part et d'autre de la partie soudée du rail ainsi que des moyens pour déplacer ces paires d'éléments d'une longueur donnée, pour la détection des fissures des soudures entre des rails, La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un mode de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels :: - La figure 1 est une vue en perspective simplifiée montrant le fonctionnement de l'appareil de l'invention; - La figure 2 est une vue en plan correspondant à la figure 1; - Les figures 3A à 3D' sont des diagrammes d'onde servant à expliquer le fonctionnement de l'appareil selon l'invention; - La figure 4 est une vue en plan d'un second mode de réalisation de l'invention; - La figure 5 est une vue en perspective simplifiée d'un troisième mode de réalisation de l'invention; - La figure 6 est une vue de coté correspondant à la figure 5;; - La figure 7 est une vue de coté d'un cinquième mode de réalisation de l'invention On décrira après un premier mode de réalisation de l'invention en se reportant aux figures 1 à 3 Dans les dessins, la référence 1 se rapporte à des rails ayant chacun une tête 2, un talon 4 et une åme 3 reliant la tête 2 au talon 4. Dans les dessins, la référence 5 se rapporte à la soudure entre les rails 1. Les références 5a et 5b représentent les deux surfaces transversales de la soudure 5. Dans le cas où il y a une fissure dans la soudure 5 dans la partie correspondant à la tête 2 du rail, on monte un émetteur d'ultra-sons 7a et un récepteur d"ultra-sons 7b des deux côtés 2a et 2b de la tête 2 sur le rail 1 Ces éléments sont disposés dans la direction longi- tudinale et d'un côté (par exemple le côté 6à) par rapport à la soudure 5 comme cela est représenté à la figure 2Q Le montage est tel que le faisceau d'ondes ultra-sonores émis par l'élément 7a est reçu par l'élément 7b après réflexion sur la surface 5a de la soudure 5 Cela est représenté en tiretés sur la figure 2 Dans ce cas,-on déplace les éléments 7a et 7b lé long dtune surface latérale 2a et 2b d'une longueur déterminée par exemple d'une longueur 'l", pour projeter le faisceau dgultra-sons sur toute la surface 5a et pour recevoir dans chaque cas tonde ultra-sonore réfléchie. A cet effet, l'un des éléments 7a et 7b est déplacé dans une direction ou alternativement, à une vitesse relativement faible, par exemple une vitesse donnant un mouvement complet en 2 minutes. Par contre, autre élément est déplacé à une vitesse beaucoup plus importante que le premier élément, c'est-à-dire de l'ordre de quelques multiples et même plusieurs dizaines de multiples. On a par exemple la vitesse de 30 mouvements alternés par période de 2 minutes. Avec l'appareil selon l'in- vention, comme indiqué ci dessus, tonde ultra-sonore est réfléchie par la surface 5a de la soudure 5 puis elle est reçue par le récepteur. L'onde reçue diffère en intensité lorsqu'il y a une fissure, par exemple une fissure transversale, une craquelure ou analogue dans la soudure So I1 en résulte que l'on peut détecter n'importe quelle fissure dans la soudure 5 Selon l'invention, la tête de détection 8 de fissures 8' comprend une autre paire formée par un émetteur d'ultra-sons 8a et un récepteur d'ultra-sons 8bo Cette seconde paire d'éléments a la même structure que la paire 7 comprenant émetteur d'ultra-sons 7a et le récepteur d'ultra-sons 7bo Cette seconde paire est disposée sur les deux côtés 2a et 2b de la tête du rail 1, sur le côté 6b, à savoir le côté opposé au côté 6a, de l'autre côté de la soudure So Ces éléments 8a et 8b sont commandés de la même façon que les éléments 7a et 7bo Dans exemple représenté sur les figures 1 et 2, les émetteurs d'ultra-sons 7a et 8a des têtes de détection de fissures 7 et 8 se trouvent sur le côté 2a de la tête 2 du rail 1 Par contre, les récepteurs d'ultra-sons 7b et 8b des têtes de détection de fissures 7 et 8 se trouvent sur l'autre côté 2b de la tête 2 du rail 1. Dans un tel cas, on peut craindre que les ultra-sons émis par l'un des émetteurs d'ultra-sons 7a et 8a, par exemple l'é- metteur 7a de la tête 7, seront reçus par le récepteur 8b de l'autre tête 8 après passage à travers la soudure S Il pourrait en résulter une certaine confusion entre l'écho normal et l'écho de la fissure. Pour éviter une telle confusion, les deux têtes de détection de fissures 7 et 8 sont commandées à des moments différents comme cela sera décrit ci-après en se rapportant aux figures 3A-3D'. Un élément-émetteur d'ultrasons, par exemple l'élément 7a, est commandé pour émettre de façon répétitive une impulsion ultra sonore Pa à des intervalles Ta comme le montre la figure 3Ao L'autre émetteur d'ultra-sons 8a est commandé pour émettre de façon répétitive une impulsion ultra-sonore Pb à des intervalles Tb(=Ta) et cela au milieu de l'intervalle Ta, par exemple à l'instant l/2 TaO Dans l'intervalle, le récepteur d'ultra-sons 7b est mis en oeuvre par un circuit électrique pour recevoir l'onde ultra-sonore au cours de l'intervalle de temps suivant l'émission de l'impulsion ultra-sonore Pa, mais avant l'é- mission de l'impulsion ultra-sonore Pb, comme cela est représenté à la figure 3Co A cet effet, le circuit électrique peut être un circuit flip-flop (non représenté) utilisant ltimpulsion Pa comme impulsion de déclenchement et l'impulsion Pb comme impulsion de remise à zéro ainsi qu'une porte (non représentée) qui est ouverte par le signal de sortie du circuit flip-flop De plus, un tel circuit électrique comprend un multivibrateur astable (non représenté) qui est déclenché par l'impulsion Pa ainsi qu'une porte pour le recepteur 7b Suette porte est ouverte pendant un intervalle T'a pendant lequel le multivibrateur astable se trouve à l'état astable Dans ce cas, l'intervalle de temps T'a au cours duquel la porte est ouverte est évidemment choisi pour qu'il soit compris entre le temps de formation de l'impulsion Pa et celui de l'impulsion Pb comme représenté à la figure 3C'. L'autre récepteur 8b de la tête de détection 8 est commandé de la même façon à l'exception de la période de réception ultrasonore du récepteur 8b qui ne peut se faire que pendant une période comprise entre la formation de ltimpulsion Pb et celle de l'impulsion Pa (voir figure 3D).La porte du récepteur 8b est ouverte pendant une période Ttb inférieure à la précédente période comme cela est représenté à la figure 3D'0 La description détaillée de ces courbes n'a pas été faite pour ne pas allonger lexposéo Grâce à l'invention décrite ci-dessus, on évite ltinconvénient consistant à recevoir par erreur dans un récepteur ultra-sonore de l'une des têtes de détection de fissures 7 et 8, l'onde ultra-sonore émise par émetteur de l'autre tête. De cette façon, on peut détecter efficacement toute fissure dans la soudure 5 On décrira ci-après un autre exemple de réalisation de l'invention en se reportant à la figure 4.Dans cette figure 4, on a repris les mêmes références que dans les figures 1 et 2 pour désigner les mêmes éléments. Dans l'exemple de la figure s l'émetteur d'ultrasons 7a de la tête 7 et le récepteur d'ultra-sons 8b de l'autre tte 8 sont par exemple disposés sur une surface 2a de la tete 2 du rail 1 alors que le récepteur d'ultra-sons 7b et l'émetteur d'ultra-sons 8b sont disposés sur l'autre surface 2b de la tête 2 du rail lo Dans l'exemple décrit ci-dessus, même si des ondes ultra-sonores émises par les émetteurs 7a et 8a passent à travers la soudure 5, ces ondes ne sont pas reçues par les récepteurs des autres têtues Il en résulte que l'on peut détecter sans erreur toute fissure0 Dans les exemples représentés aux figures 2 et 4, les références 9 et 10 se rapportent à des coupleurs ou des mécanismes d'entrainement qui relient deux éléments placés sur les surfaces 2a et 2b de la tête 2 du rail 1 pour les déplacer simultanément Ces coupleurs 9 et 10 peuvent toutefois être supprimés sans que cela ne change le résultat. Les exemples précédents concernent le cas où la tête de la soudure est détectée aux ultrasons pour déterminer toute fissure. Il est évident que l'on peut détecter de la meme façon les fissures de la soudure 5 au niveau du talon 4 du rail On décrira ci-après un autre exemple d'un dispositif selon l'invention en se reportant aux figures 5 et 6 dans lesquelles les mêmes éléments que ceux des exemples précédents portent les mêmes références Dans cet exemple, l'émetteur ultra-sonore incliné 7a et le récepteur ultra-sonore 7b incliné sont placés sur la surface de roulement 2a' et sur la surface du talon 2b' du rail 1, d'un côté, par exemple du coté 6a de la soudure So L'autre émetteur ultra-sonore incliné et l'autre récepteur 8a, 8b sont disposés sur la surface de roulement 2tb et sur la surface du talon 2ta du rail 1, sur le coté bb par rapport à la soudure So Dans ce cas, l'onde ultra-sonore émise par l'un des émetteurs, par exemple l'émetteur 7a, est réfléchie au niveau des fissures F1 et F2 dans la soudure 5 L'écho de cette onde est reçu respectivement par les récepteurs 7b et 8bo Pour envoyer une onde ultra-sonore sur toute la surface de la soudure 5 et pour recevoir l'onde ultra-sonore réfléchie par la surface, comme dans l'exemple précédents on déplace l'un des émetteurs, par exemple l'émetteur 7a et les récepteurs 7b et 8b le long des surfaces 2a" et 2bf sur une longueur prédéterminée 1 Cela signifie que l'un des éléments 7a et 7b se déplace alternativement à faible vitesse, par exemple à la vitesse d'un mouvement alternatif pour une période de 2 mlnutes, alors que ltautre élément se déplace alternativement à une vitesse plusieurs fois, voire plusieurs dizaines de fois, supérieure à la vitesse de ltélément précédent, par exemple en effectuant trente mouvements alternés en 2 minutes0 Les éléments 7b et 8b se déplacent alternativement de la même façon A l'aide du mode de réalisation représenté aux figures 5 et 6, s'il y a une fissure, par exemple la fissure F1 dans la soudure 5, l'impulsion de l'écho de tonde ultra-sonore renvoyée par la fissure F1 est reçue par le récepteur 7b S'il existe une fissure F2, l'impulsion d'écho de l'onde ultra-sonore renvoyée par la fissure F2 est reçue par l'autre récepteur 8b On détecte ainsi respectivement les fissures F1 et F20 Toutefois dans ce cas, il est possible de déplacer les récepteurs 7b et 8b pour recevoir onde ultra-sonore réfléchie, en provenance de l'émetteur 7a, en choisissant la même vitesse que la vitesse de déplacement de l'élément 7a Dans l'exemple selon les figures 5 et 6, la détection de fissures se fait également sur l'autre côté 6b de la soudure 5, de la même façon que pour le côté ba. Cela signifie que tonde ultra-sonore émise par l'émetteur d'ultra-sons 8a est également reçue respectivement par les récepteurs d'ultra-sons 7b et 8bo Dans ce cas, Si l'on désire détecter les positions, formes, etc.. des fissures F1 et F2, il suffit de commander à des moments différents les émetteurs d'ultra-sons 7a et 8a.En d'autres termes, on commande l'émetteur 8a pour émettre une impulsion ultrasonore, de façon répétitive au milieu de l'intervalle entre deux impulsions ultra-sonores successives émises par l'autre émetteur 7a, de façon répétitive comme indiqué ci-dessuso On décrira ci-après un autre exemple de ltinventionen reportant à la figure 7 Dans cette description, les mêmes organes que ceux des exemples précédents porteront les mêmes références Dans cet exemple, les émetteurs et récepteurs dtultra-sons lla et 12a se trouvent sur la surface de roulement 2a" (ou surface du talon 2b') alors que les récepteurs d'ultra-sons îlb et 12b se trouvent sur la surface 2b ' du talon du rail (ou sur la surface de roulement 2a')0 On déplace ces éléments sur une longueur 1 de façon analogue à ce qui a été indiqué ci-dessus, pour détecter les fissures dtune soudures Cependant, dans ce cas, l'émetteur et le récepteur d'ultra-sons lIa, 12 a sont commandés pour émettre et recevoir des ultra-sons de façon alternées Cela signifie que pendant que l'élément lla émet une onde ultra-sonore, l'autre élément 12a sert de récepteur d'ultrasons en même temps que le récepteur îlb. Par contre, pendant que l'élément 12a émet une onde ultra-sonore, l'élément 11a agit comme récepteur d'ultra-sons en même temps que l'élément 12bo A l'aide de ce dispositif, on peut détecter les fissures de la même façon que dans les exemples précédents. Dans les exemples représentés aux figures 6 et 7, les éléments 7a et 8b ainsi que les éléments lla et 12a sont disposés sur la surface de roulement 2a'. Un mécanisme d'entraînement 9 les déplace sur une longueur lo Les éléments 7b et 8a et les éléments llb et 12b sont également déplacés sur la même longueur 1 par un mécanisme d'entrainement 10 analogue au précédent o Dans ce cas, les éléments, par exemple 7a et 8b, sont déplacés symétriquement par rapport à la soudure 5 par le mécanisme 9o En d'autres termes, lorsque l'élément 7a se rapproche de la soudure, l'élément 8b se rapproche également de cette soudure. L'autre mécanisme 10 commande de façon analogue les éléments 7b et 8a. Comme indiqué ci-dessus, grâce à la présente invention, la soudure 5 subit simultanément une détection des fissures sur ses deux surfaces 5a et 5bs On peut ainsi détecter sans grand frais une fissure dans une soudure. Pour cette raison, la présente invention peut facilement s'adapter à un transporteur et à un dispositif à grande vitesse, en ne nécessitant que peu de travails Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Appareil de détection de fissures par ultra-sons, caractérisé en ce qu'il comprend des émetteurs et des récepteurs d'ultra-sons disposés sur un rail, de part et d'autre deune soudure, dans la direction longitudinale du rail, ainsi que des moyens pour entrainer ces éléments de façon qu'un faisceau dtultra-sons émis par ltun des émetteurs d'ultra-sons soit reçu par deux récepteurs dBultra-sons après avoir été réfléchi par la soudures 20) Appareil de détection de fissures aux ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sont commandés pour émettre une onde ultra-sonore sur toutes les surfaces de la soudure et pour recevoir l'onde sonore réfléchie par la fissure de la soudure. 30) Appareil de détection de fissures aux ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments prévus d'un côté de la soudure sont commandés chronologiquement de façon différente des éléments disposés de autre côté de la soudure 4 ) Appareil de détection de fissures aux ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sont constitués par des émetteurs et des récepteurs d t ultra-sons inclinés. 50) Appareil de détection de fissures aux ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que émetteur et le récepteur d'ultra-sons sont disposés de part et d'autre de la soudure 60) Appareil de détection de fissures aux ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sont disposés sur la surface de roulement -et sur la surface du talon d'un rail, de part et d'autre de la soudure 70) Appareil de détection de fissures aux ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sont disposés sur des surfaces latérales de la tete du rail, de part et d'autre de la soudure 84) Appareil de détection de fissures aux ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sont disposés sur les surfaces latérales du talon du rail, sur les deux côtés de la soudure.