Brevet FR2310566A1 — publié le 19761203

La présente invention est relative a un appareil d'essai magnétique d'un feuillard de métal. Plus particulièrement, bien que non exclusivement, l'invention est applicable aux essais de contrôle effectués magnériquement dans la ligne de fabrication, d'un feuillard d'acier continu, pendant le traitement de celui-ci, par exemple après laminage a froid ou avant son enroulement. Le terme "essai magnétique" peut être entendu, aux fins de la présente description, comme désignant tout procédé d'essai dans lequel un paramètre magnétique associé une caractéristique magnétique du métal sur lequel sont effectués les essais est mesuré ou capté, soit directement soit comme une indication de quelque autre propriété du feuillard.Par exemple, l'essai magnétique du feuillard d'acier peut être utilisé pour donner une indication sur la composition chimique de l'acier, la dimension du grain, la dureté physique ou magnétique, le degré de recuit ou la présents de défauts ou d'occlusions. Un procédé connu pour effectuer des essais magnétiques en vue de contrôler la dureté d'un feuillard d'acier en mouvement consiste à enregistrer magnétiquement un signal ou " marque n sur le feuillard au moyen d'une tête d'excitation alimentée de façon appropriée, et de contrôler ensuite le signal enregistré, au moyen de la tête d'un capteur qui est espacée vers l'aval de la tête de l'excitateur, par rapport au sens de déplacement du feuillard. La puissance du signal contrôlé qui est prélevé à la tête du capteur peut être liée par exemple à la dureté de ce dernier et peut en conséquence être traitée de façon appropriée pour fournir une indication continue de la dureté du feuillard ou d'un autre paramètre de ce dernier qui est réfléchi dans une variation des caractéristiques magnétiques. Dans un procédé connu pour la mise en oeuvre de ce procédé d'essai, les têtes de l'excitateur et du capteur sont suspendues au-dessus du feuillard qui se déplace de façon continue, habituellement à grande vitesse. I1 n'est pas exceptionnel qu'une irrégularité en forme d'onde ou des ondulations se déplaçant a grande vitesse se forment dans le feuillard qui avance. Jusqu'à présent, pour éviter des détériorations des têtes par un choc avec de telles irrégularités, il a été nécessaire de suspendre les têtes sur des supports mobiles qui sont agencés pour être déplacés automatiquement hors du trajet des irrégularités, sous la commande de moyens de détection appropriés situés en amont de ces têtes.Avec un tel agencement, il n'est pas pratique de maintenir un intervalle priée cis entre les têtes magnétiques et le feuillard. De même, de légères déformations du feuillard, tout en étant trop faibles pour provoquer une rétraction des tetes, introduisent invariablement des erreurs dans les mesures. On a décrit et représentE au brevet britannique n- 1.311.907 un appareil pour l'essai magnétique d'un feuillard de métal en mouvement, qui évite l'inconvénient des procédés d'essai de la technique antérieure décrits ci-dessus. Dans cet appareil, les têtes de l'excitateur et du capteur sont disposées dans un rouleau en métal qui présente une fenêtre magnétique permettant un couplage par induction, aux fins de mesure, entre les têtes et le feuillard en déplacement qui est tendu en travers d'un secteur de la surface externe du rouleau. Pour assurer un essai continu du feuillard en mouvement, la fenêtre magnétique est constitudepar un anneau d'une matière non ferro-magnétique, qui est de façon appropriée à base d'amiante, et qui est maintenue rigidement entre des parties axiales d'un rouleau en laiton qui est monté rotatif sur des tourillons appropriés. Ce type de fenêtre doit être continu circonférientellement autour de l'axe du cylindre, afin de permettre un accès ininterrompu entre les têtes situées à l'intérieur du cylindre, et le feuillard en cours d'essai. L'essai magnétique en ligne du feuillard au moyen de ce procédé est particulièrement rude pour le rouleau et l'on a constaté qu'il produisait une usure excessive non seulement sur les parties du rouleau non métalliques qui réalisent la fenêtre magnétique, mais également sur les parties métalliques, aux endroits où elles sont réalisées en une matière relativement molle telle que du laiton. Non seulement cette difficulté implique un entretien long et coûteux, mais augmente également le temps d'arrêt de l'appareil, pendant lequel celui-ci n'est pas disponible pour effectuer les mesures.De plus, du fait que les considérations dues à l'usure nécessitent qu'une partie principale du rouleau doive être en métal, l'étendue de la fenêtre magnétique qui peut être réalisée en travers de la largeur du feuillard est relativement faible, et ceci augmente la probabilité de ne pas détecter des défauts de la matière. L'invention, de façon générale, est basée sur la découverte du fait qu'un couplage magnétique adéquat peut être obtenu entre un dispositif de contrôle monté sur un rouleau en acier qui présente des caractéristiques ferro-magnétiques, et un feuillard en cours d'essai, pourvu que la perméabilité magnétique de la matière du rouleau soit maintenue au-dessous d'une valeur choisie. L'invention a pour objet un appareil pour l'essai magnétique d'un feuillard de métal en mouvement, caractérisé en ce qu'il comprend un rouleau creux, des moyens de contrôle qui sont sensibles à des variations d'une caractéristique magnétique du feuillard et qui sont montés dans le rouleau, au voisinage du secteur de la surface externe du rouleau sur lequel le feuillard est tendu, le rouleau étant en une matière présentant des caractéristiques ferromagnétiques et ayant une perméabilité magnétique choisie de façon à permettre un couplage par induction entre les moyens de contrôle et un feuillard suffisant pour permettre de détecter les variations voulues de la caractéristique magnétique. On remarquera que la limite supérieure de la perméabilité magnétique de la matière constituant le rouleau dépend du niveau de la variation de la caractéristique magnétique, par exemple la perméabilité magnétique, qui doit être détectée. Si par exemple l'appareil est utilisé pour effectuer des essais pour détecter de grosses inclusions non magnétiques, des variations relativement importantes de la perméabilité se produisent au moment de la cotn- cidence entre les moyens de contrôle et la région défectueuse du feuillard. Dans ce cas, la perméabilité de la matière constituant le rouleau peut être relativement élevée, par exemple 1,5 p ou audessus, sans réduire la sensibilité ou le rapport signal-bruit de la sortie du dispositif de contrôle jusqu'au point où une mesure significative ne peut être effectuée. Dans le cas où l'appareil est destiné à mesurer des zones localisées de contraintes dans un feuillard d'acier laminé à froid une perméabilité magnétique pouvant s'élever jusqu'd 1,5 P a été trouvé satisfaisante et est assurée de façon commode par un rouleau d'un acier inoxydable d'une qualité appropriée. Une qualité appropriée est la qualité 321 telle que définie suivant la norme américaine ASTM (Spécial Technical Publication de 1950) L'utilisation d'acier inoxydable assure au rouleau des caractéristiques d'usure qui sont comparables et peut être meilleures que celles des rouleaux en acier de qualité classique; elle évite la nécessité de prévoir des fenêtres magnétiques dans le rouleau et en conséquence permet la mesure des caractéristiques magnétiques en travers de la totalité de la largeur du feuillard en mouvement qui doit être essayé. Les moyens de contrôles peuvent être du type impliquant l'utilisation pour l'excitateur et le capteur de têtes séparées espacées radialement, à peu près comme décrit dans le brevet britannique NO 1 311 907, et ils peuvent être espacés, à l'intérieur du rouleau, sur à peu près la totalité de la longueur axiale de celui-ci afin d'étendre la capacité de mesure transversalement au feuillard indépendamment de la largeur de celui-ci. En variante, les moyens de contrôle peuvent être constitués par un dispositif excitateur et capteur d'une seule pièce. On a constaté que des zones localisées de contraintes dans un feuillard d'acier laminé à froid sont produites par un étirage sélectif du feuillard qui se produit dans le sens de l'arrivée du feuillard en cours de travail. L'effet de magnétostriction d'un tel étirage induit, dans la zone localisée, une variation de la perméabilité dans le sens de l'étirage avec une très faible variation à angle droit par rapport à cette direction. En conséquence, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de contrô- le est adapté pour être sensible à la variation relative de la perméabilité magnétique suivant deux directions de coordonnées dont l'une est, de façon appropriée, la direction de l'arrivée du feuillard. Un dispositif de contrôle approprié est constitué par une chape ou armature ferro-magnétique adaptée pour exciter magnétiquement le feuillard dans une région de contrainte locale, et capable de réaliser avec cette région des circuits magnétiques, respectivement dans les directions de coordonnées suivant lesquelles se produisent des variations relatives de la perméabilité induites par les contraintes. D'une façon commode, les parties de la chape comprises dans les circuits magnétiques comportent des bobinages capteurs qui sont efficaces pour détecter les variations relatives de la perméabilité. Dans un agencement préféré, la chape comprend trois branches dont les extrémités libres se terminent aussi près que possible de la surface interne du rouleau afin de diminuer la réluctance magnétique au maximum et à procurer une sensibilité opérationnelle optimale. De préférence, les branches du capteur sont disposées symétriquement par rapport à la branche de l'excitateur et sont pourvues de bobinages capteurs agencés en série et en phase. Dans la plupart des cas, une branche de capteur est décalée par rapport à la branche de l'excitateur suivant la direction de l'arrivée du feuillard, l'autre branche étant décalée transversalement par rapport à cette direction. La branche d'éxcitateur est, d'une façon bien connue dans la technique, pourvue d'un bobinage approprié qui peut être excité pour assurer une excitation qui est de façon appropriée d'environ 1 KHz. La sensibilité du dispositif de contrôle aux contraintes locales dépend de la zone délimitée par les branches de la chape et celle-ci peut être réglée par un choix approprié de dimensions pour la chape. Avec une zone totale de chape relativement faible 2 d'environ 1,5 cm , on peut obtenir un pouvoir de résolution d'envi- ron l,Ocm et ceci supporte favorablement la comparaison avec un pouvoir de résolution maximal d'environ 10 cm qui représente la limite obtenue au moyen des dispositifs de contrôle antérieurs de ce type.Le niveau élevé du pouvoir de résolution obtenu par le dispositif de contrôle suivant l'invention, ajouté à sa faible dimension, permet d'espacer un certain nombre de tels dispositifs sur la totalité de la largeur du feuillard en cours d'essai et diminue de façon notable toute probabilité de passer sans la détecter sur une zone de contrainte locale. D'une façon commode, la sortie de chaque dispositif de con trôle est traitée au moyen d'un filtre passe-haut qui agit pour rejeter des signaux indicateurs de variations relativement lentes de la perméabilité magnétique qui ne sont pas représentatives de zones de contrainte locale. Le point de coupure du filtre dépend bien entendu de la vitesse du feuillard en cours d'essai et est choisi en conséquence. Le signal provenant du filtre peut être contrôlé de façon appropriée, par exemple sur un oscilloscope, ou peut être utilisé pour une correction automatique de forme, par exemple en étant agencé de façon à commander les cylindres d'un laminoir effectuant la réduction à froid. On remarquera que tandis que la sensibilité de l'appareil aux variations de la perméabilité magnétique peut être utilisée pour détecter des régions latente30u réelles de forme défectueuse, elle peut également être utilisée pour détecter de gros défauts magnétiques tels que des inclinaisons non magnétiques ou des fissures et autres discontinuités dans le feuillard ou sur les bords de celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparateront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel -la Fig.l est une vue latérale d'un appareil suivant l'invention; -la Fig.2 est une vue en bout de l'appareil représenté à la Fig.l; -la Fig.3 est une vue schématique d'un dispositif de con trôle utilisé dans l'appareil représenté aux Fig.l et 2. En se référant aux Fig.1 et 2, l'appareil comprend un rouleau 2 relativement massif qui est soutenu à rotation au moyen de tourillons appropriés (non représentés) sur un axe creux stationnaire 4. Le diamètre hors tout du rouleau et en particulier son épaisseur dépendent des caractéristiques du feuillard 6 en cours d'essai, qui, comme représenté à la Fig.l, est tendu par -dessus un secteur de la surface externe du rouleau, et dépendent également de la perméabilité magnétique de la matière constituant le rouleau. Dans une certaine mesure, l'épaisseur du rouleau et sa perméabilité sont liées entre elles en ce qu'une augmentation de l'épaisseur du rouleau, qui peut être rendue nécessaire par une augmentation de la tension du feuillard, peut à la limite du rapport signal-bruit, nécessiter l'utilisation d'une matière ayant une perméabilité magnétique plus faible. Suivant le mode de réalisation représenté, le rouleau, qui présente une longueur d'environ 1,20m et un diamètre d'environ 20 cm, est fabriqué à partir d'un acier inoxydable de qualité 321 (ATSM) ayant une perméabilité magnétique de 1,02 p et a une épaisseur d'environ 9,5mm. Cette épaisseur est suffisante pour supporter la tension moyenne du feuillard tout en procurant un couplage inductif adéquat entre le feuillard et une série de dispositifs de contrôle espacés sensibles à la perméabilité et désignés dans leur ensemble par la référence 8 à la Fig.2. En se référant plus particulièrement à la Fig.3, chaque dispositif de contrôle 8 comprend une chape 10 ferro-magnétique ayant trois branches parallèles espacées 12, 14, 16 dont les extrémités libres se terminent au voisinage immédiat de la surface interne du rouleau afin de réduire à un minimum l'espacement et ainsi la réluctance magnétique avec le feuillard 6 tendu en travers du secteur du rouleau. La réluctance minimale est obtenue partiellement en arrondissant les extrémités libres des branches suivant un rayon correspondant à la forme de la surface interne du rouleau. La branche centrale 14 comporte un bobinage 18 d'électro aimant adapté de façon appropriée à une source de 1 kHz capable d'exciter magnétiquement la région adjacente du feuillard. Les branches 12, 16 sont d'une façon analogue pourvues de bobinagesindépendants 20, 22 qui sont enroulés en série et en phase de façon à pouvoir détecter toute différence de niveau de flux dans les branches pouvant être causée par des zones de contrainte locale dans le feuillard. On pense qu'une telle contrainte locale se produit à la suite d'une différence de tension du feuillard pendant le laminage et produit par magnétostriction une variation de la perméabilité magnétique qui est en général limitée à la direction d'arrivée du feuillard.Dans ce-cas, une différence de perméabilité existe dans la zone de contrainte entre la direction d'arrivée du feuillard (comme représenté par la flèche aux Fig.l et 3) et la direction normale et les paires de branches 12, 16 sont disposées respectivement pour réaliser un des circuits magnétiques dans ces directions à angle droit afin de permettre de détecter des différences au moyen des bobinages capteurs et de les afficher au moyen de l'un quelconque des dispositifs bien connus dans la technique. Pour assurer une sensibilité appropriée, la zone d'action de 2 la chape 10 est limitée à environ 1,5 cm , bien qu'une zone totale plus grande soit apportée au rouleau par le boîtier 22 non magnétique dans lequel les branches sont enrobées dans une résine appropriée 24. Les dispositifs de contrôle sont fixés sur l'arbre stationnaire 4 au moyen du boîtier, les conducteurs des bobinages étant conduits à la source d'excitation et ou aux détecteurs à travers l'espace interne creux 26 de l'arbre. Comme représenté à la Fig.2, une série de dispositifs de contrôle espacés s'étend en travers de la largeur de n'importe quel feuillard pouvant être tendu en travers du rouleau. Dans un agencement, la chape est réalisée en une ferrite appropriée, avec l'électro-aimant accordé en résonance de la fréquence d'excitation afin d'augmenter la sensibilité. De plus, et comme décrit dans le brevet britannique précité, un courant d'air ou autre gaz de refroidissement peut être envoyé à travers le rouleau, qui est de façon appropriée pourvu d'aimants aux extrémités d'entrée et de sortie afin de capturer toute particule ferro-magnétique qui pourrait être entrainée par le courant d'air et le contaminer. On remarquera que tandis que l'invention a été décrite en se référant à la détection de contraintes locales dans un feuillard tendu en travers du rouleau, elle peut également être appliquée à la détection d'inclusions non magnétiques ou de fissures, de lamel les ou autres discontinuités ou défauts qui peuvent être rencon très dans les feuillards. La nature des défauts peut bien entendu nécessiter des formes de dispositifs de contrôle différentes de celles représentées au dessin. On remarquera également que bien que l'invention ait été décrite en se référant à une source d'excitation de 1 kHz, on peut utiliser différentes fréquences d'excitation, avec l'un quelconque des types de dispositifs d'affichage qui sont particulièrement appropriés pour la recherche des défauts particuliers considérés. REVENDICATIONS 1. Appareil pour effectuer des essais par voie magnétique sur un feuillard de métal en mouvement, caractérisé en ce qu'il comprend un rouleau creux, des moyens de contrôle qui sont sensibles à des variations d'une caractéristique magnétique du feuillard et qui sont montés à l'intérieur du rouleau, au voisinage du secteur de la surface externe du rouleau par-dessus lequel est tendu le feuillard , le rouleau étant réalisé en une matière présentant des caractéristiques ferromagnétiques et ayant une perméabilité magnétique choisie de façon à permettre un couplage par induction entre les moyens de contrôle et un feuillard suffisant pour permettre de détecter les variations voulues de la caractéristique magnétique du feuillard. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la perméabilité magnétique de la matière constituant le rouleau n'excède pas 1, 5 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la matière constituant le rouleau est de l'acier inoxydable. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'acier inoxydable est de la qualité 321 suivant la norme américaine ASTM. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comprennent un excitateur pour aimanter le feuillard avec un capteur pour détecter les variations dans le niveau de l'excitation. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'excitateur et le capteur sont séparés. 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'excitateur et le capteur sont maintenus à un espacement angulaire fixe au voisinage de la surface interne du rouleau. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'excitateur et le capteur sont réalisés d'une seule pièce. 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comprennent une chape ferro-magnétique ayant trois branches dont les faces d'extrémité libres sont disposées adjacentes à la surface interne du rouleau, l'une des branches comportant un bobinage d'excitation, les deux autres branches comportant des bobinages en série et en phase pour assurer la détection. 10. Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les branches formant le capteur dont disposées symétriquement par rapport à la branche d'excitation. 11. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les branches formant le capteur sont décalées dans des directions perpendiculaires par rapport à la branche d'excitation, une branche de capteur étant décalée par rapport à la branche d'excitation dans la direction de l'arrivée du feuillard sur le rouleau. 12. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une série de dispositifs de contrôle espacés est disposée sur la longueur axiale du rouleau de façon à assurer l'essai sur la totalité de la largeur du feuillard passant sur le rouleau. 13.Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rouleau comporte des moyens permettant l'écoulement d'un courant d'air de refroidissement ou d'un autre gaz de refroidissement à travers l'intérieur du rouleau. 14. Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce que des aimants sont prévus pour capturer des particules ferromagnétiques présentes dans le courant d'air ou autre gaz de refroidissement s'écoulant à l'intérieur du rouleau.