Brevet FR2312032A1 — publié le 19761217

La présente invention se rapporte au sondage ultrasonore, par échos, de matériaux perméables aux ultrasons et plus particulierement au sondage a chaud de produits en défilement continu. Pour rappeler brievement le principe de la méthode utilisée, un générateur d'impulsions pilote un émetteur d'impulsions breves et de forte puissance qui transmet ses impulsions a un traducteur électromécanique de type piézoélectrique vibrant a sa fréquence propre et convenablement amorti. Ces vibrations mécaniques émises sont transmises a la pièce sonder par I'intermédiaire d'un licuide de couplage, généralement de l'eau, puis réfléchies à l'intérieur de la pièce par une discontinuité, soit un défaut* soit la paroi opposée de la pièce. Le traducteur convertit les échos en signaux électriques qui sont alors amplifiés avant d'être détectés, sur un oscillographe cathodique par exemple.Le temps de parcours entre l'émission et la réception témoigne du point où s'est faite la réflexion et permet de localiser le défaut. Dans le cas du sondage d'une pièce portée à haute température, soit 11000C à 13000C, il est essentiel de provoquer à sa surface un refroidissement très brusque et localisé de façon à amener sa température superficielle à une valeur assez faible, inférieure au point de caléfaction du liquide de couplage pour que la température de l'élément piézoélectrique reste inférieure a son point de curie (ou point de dépolarisation) et que le liquide de couplage ne puisse bouillir en face du traducteur. Ainsi, le liquide de refroidissement peut assurer sa fonction principale de bon couplage accoustique tout en protégeant la face active du traducteur. Pour cela* il suffit d'établir entre le traducteur et la pièce, une couche de liquide animée d'une vitesse relativement importante et homogène ; cette préoccupation a fait l'objet du brevet n0 1.323.002 au nom de la demanderesse. Mais ce refroisissement brusque risque d'entraîner la formation de tapures à la surface de la pièce. Elles se produisent a basse température, par exemple en-dessous de 4500 C, et sont dues à un refroidissement trop rapide, au passage par les points de transformation du métal. Plus exactement, elles sont liées aux contraintes élevées produites dans le métal par les dilatations différentielles dues a l'irrégularité de température de la pie ce pendant le refroidissement et au fait que les transformations ainsi que les changements de volume qu'elles entraînent, ne sont pas simultanées dans toute la pièce. Le métal est alors généralement inutilisable, et il n'y a pas d'autre remède que d'éviter la formation du défaut, car une tapure entraîne presque toujours le rebut de la pièce. Une température locale trop faible peut aussi provoquer la formation de criques, sortes de déchirures de la première couche solidifiée. De très petites criques, sans gravité, peuvent devenir l'amorce de déchirures beaucoup plus profondes à un stade ultérieur du traitement et de la transformation de la pièce. C'est pourquoi, il est préférable d'éliminer ces défauts a un stade le plus précoce possible ou mieux, d'éviter leur formation. En dehors de ces inconvénients, inhérents au métal, il faut considérer que le sidérurgiste qui exploite la chaleur interne de la pièce à des fins de transformations successives, se trouve gêné dansXson travail par le fait même de refroidissements indésirables dus au fonctionnement des appareillages de contrôle ultrasonore. Par exemple, l'opération de cisaillage devient plus difficile et la durée de vie de la lame de cisaille se trouve raccourcie. Enfin, l'eau de couplage qui s'écoule de façon continue, même en dehors de toute mesure de sondage n'est pas récupérée et peut cependant atteindre des débits d'une dizaine de m3/heure, Des solutions ont été proposées pour essayer de réduire l'écoulement de l'eau de couplage devant la tête de sondage ultrasonore sans toutefois donner de bons résultats. A cet effet, on a cherché à placer la tête de sondage au-dessous de la surface de la pièce à sonder, pour éviter au liquide de se répandre à la surface de celle-ci. Mais, souvent l'infrastructure des installations sidérurgiques et en particulier des convoyeurs de billettes à rouleaux transporteurs interdit pratiquement toute localisation d'appareils de contrôle non destructifs entre lesdits rouleaux, faute de place. Une autre solution consisterait à couper l'alimentation du circuit d'eau de couplage en dehors de toute mesure, par une vanne par exemple. Mais les établisssements et interruptions successifs engendreraient des perturbations dans le régime d'écoulement et la formation de bulles d'air parasites venant gêner la transmission du faisceau ultrasonore. La vanne de commande devant se situer largement en amont de la tête de sondage, le régime d'écoulement serait long à stabiliser et il en résulterait une perte de temps importante pour la mise en oeuvre du dispositif. D'autres solutions telles qu'un obturateur à rideau ou une sphère d'obturation de l'orifice de sortie de l'eau, ne donnent pas satisfaction à cause de difficultés technologiques de localisation, de la présence de ces éléments perturbateurs de l'écoulement l'intérieur de la tête de sondage et des risques de réflexions parasites du faisceau ultrasonore par lesdits éléments. Le but de la présente invention est d'éviter les inconvénientsci-dessus mentionnés, et en particulier d'éviter les écoulements de fluide de couplage sur la surface de la pièce à sonder en dehors de toute mesure ultrasonore, sans altérer la transmission du faisceau ultrasonore pendant le sondage, par les moyens d'obturation. A cet effet, l'invention a pour objet une tête de sondage ultrasonore comprenant un corps creux muni d'un orifice pour l'arrivée d'eau, un traducteur électromécanique maintenu par un support placé sur la face du corps opposée à la surface de la pièce à sonder, le volume intérieur dudit corps constituant une chambre à eau traversée par le faisceau ultrasonore émis par le traducteur, caractérisée en ce que la chambre à eau contient une chambre de couplage concentrique, présentant une cavité de section décroissante suivant l'axe du faisceau et percée en son fond d'un orifice de sortie pour le passage du faisceau ultrasonore et pour l'évacuation de liteau, en ce que la section du traducteur est inférieure à la section d'entrée de la chambre de couplage et supérieure à la section de son orifice de sortie et en ce que des moyens traversant le support et la chambre à eau sont prévus pour faire coulisser le traducteur et la chambre de couplage l'un par rapport à l'autre dans la direction du faisceau ultrasonore, jusqu'à l'obturation de l'orifice de sortie de la chambre de couplage. Dans une réalisation préférée de l'invention, le traducteur est fixe et la chambre de couplage coulisse vers le traducteur au moyen d'au moins un organe moteur fixé sur le support du traducteur, par exemple un vérin. Une particularité avantageuse de l'invention réside dans le fait que la course de la chambre mobile peut être ajustée au moyen de butées. Une autre particularité est que l'extrémité du traducteur venant en contact avec la paroi intérieure de la chambre est équipée à sa périphérie d'une collerette de forme complémentaire à celle de ladite paroi au point de contact. Un autre objet de l'invention est que l'orifice de sortie de la chambre de couplage forme une buse en matière souple dont l'extrémité face à la pièce à sonder présente en coupe et du centre vers la périphérie une arrête vive suivie d'un dégagement arrondi. Comme on le comprend, l'invention améliore considérablement les conditions de mesure par ultrasons des défauts internes de pièces en défilement portées à haute température, en minimisant les risques d'apparition de défauts supplémentaires dus au procédé de sondage lui-mème. La surface de la pièce à sonder est refroidie localement uniquement pendant la durée de la mesure. De la sorte, les propriétés massiques de la pièce, qui garde sa chaleur interne, nten sont pas rodifiées en vue d'un traitement ultérieur. Sur le plan de l'économie, la consommation d'eau de couplage se trouve réduite dans les mêmes proportions que le temps de sondage effectif, si bien que la tête de sondage mobile, objet de la présente invention, peut aussi servir uniquement d'économiseur d'eau dans le cas du sondage à froid. L'inventeur a su combiner de façon simple des éléments mécaniques robustes, remplissant plusieurs fonctions dont certaines sont originales. En particulier, le traducteur électromécanique fait en même temps office de bouchon. Par rapport à une tête de sondage classique fonctionnant sans obturation de lteau de couplage, le temps de mise en oeuvre de la tête de sondage selon l'invention ntest pas sensiblement augmenté puisque la chambre de couplage se plaçant rapidement en position de sondage sous l'effet de l'organe moteur se remplit simultanément en tranquilisant l'écoulement qui la traverse. Cet avantage est particulièrement important pour le sondage de pièces en défilement continu où le temps de mise en oeuvre du dispositif doit être réduit au minimum. L'invention sera bien comprise en se reportant à la description qui suit donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente, en coupe, une vue t'ensemble du dispositif dont la tête de couplage mobile est en position de sondage. - la figure 2 représente la tête de couplage en position haute, obturée par le traducteur ultrasonore. - la figure 3 est une variante dans laquelle le traducteur est entouré d'une collerette. Le dispositif de sondage comprenant essentiellement un corps (1), un traducteur électromécanique (2) et une chambre de couplage (3 est disposé au voisinage de la surface de la pièce à sonder (4). La face active (5) du traducteur électromécanique est constituée de façon connue par une pastille piéioélec- trique, en titanate de Baryum par exemple, émettant des vibrations mécaniques convenablement amorties sur sa face opposée par un bloc (6) de résine rigide. Le tout est contenu de façon étanche dans un cylindre (7) en acier inoxydable constituant le corps du traducteur. Le corps du dispositif de sondage est constitué par deux parois concentriques métalliques, par exemple en acier inoxydable, ménageant entre elles une première chambre (8) dite de "tranquilisation" de l'eau qui pénètre par un orifice (9). Cette première chambre a pour but de façon connue, d'apaiser les tourbillons créés par l'arrivée de l'eau et d'éviter ltentrainement des bulles d'air en suspension sur le trajet du faisceau ultrasonore, ce qui perturberait sa transmission. Les bulles d'air s'échappent à la partie supérieure de la chambre par un orifice (10).Cette chambre de, tranquilisation communique par au moins un orifice de passage (II) largement dimentionné, situé à sa partie supérieure, avec une deuxième chambre (12) dite "d'écoulement tranquille", dans laquelle se trouve l'extrémité sensible du traducteur. C'est dans cette chambre que vont pouvoir s'échapper face au traducteur, le faisceau ultrasonore et l'eau de couplage tranquilisée, par une buse de sortie (13). La buse de sortie constitue en fait le fond d'une chambre de couplage mobile (14), cavité ménagée dans une piece de révolution (15), en caoutchouc synthétique, concentrique intérieurement à la chambre d'écoulement tranquille, que nous appellerons par la suite tête de couplage, et dont la surface intérieure est profilée pour assurer un écoulement homogène. Ladite surface est recouverte d'une couche de produit antiréfléchissant, pour éviter les réflexions parasites du faisceau ultrasonore. Selon l'invention, la tête de couplage (15) peut coulisser en direction de la face active du traducteur au moyen d'au moins un organe moteur (16), par exemple un vérin pneumatique, dont le piston (17) est relié à la tête de couplage (15) par sa face transversale supérieure. Le contact glissant s' opère avec un minimum de frottenents entre la paroi intérieure de la chambre d'écoulement tranquille et la garniture métallique (18) aui recouvre la surface extérieure de la tête de couplage (15). L'organe moteur (16) est fixé sur le couvercle (19) du corps, qui sert en même temps de support au traducteur électronécanique et assure son centrage correct au-dessus de l'orifice de la buse de sortie. A cet effet, un manchon tubulaire (20) prolonge le support à l'intérieur de la chambre d'écoulement tranquille, dans lequel on peut charger une cartouche (21) contenant le traducteur muni de son émetteur d'impulsions, surmonté éventuellement d'un amplificateur pour la réception des échos ultrasonores. La position de cette cartouche dans le manchon, et donc la distance du traducteur par rapport à la pièce à sonder,est ajustée au moyen d'un organe de blocage (22).Ce réglage permet notamment d'ajuster ltépaisseur du milieu de couplage en fonction de la dimension du produit à contrôler (4) dans le sens de propagation du faisceau ultrasonore. On rappelle que cette épaisseur est au moins égale au quart de ladite dimension dans le cas où le produit à sonder est de l'acier. La course de la chambre à eau de couplage est réglable par deux butées haute (23) et basse (24) ajustables par des moyens appropriés. En position basse de la chambre, ou position de sondage, représentée sur la figure 1, la butée basse (24) détermine la distance de la pièce à sonder à l'extrémité de la buse, pour tenir compte de l'état de surface plus ou moins irrégulier de la pièce à sonder. Cette distance doit être suffisante pour que la section de passage de l'eau entre l'extrémité (25) de la buse et la surface de la pièce (4), section représentée par la surface latérale de la couronne de même section que l'orifice de sortie, soit supérieure à la section de l'orifice de sortie. En d'autres termes, c'est la section de l'orifice de la buse de sortie de la chambre de couplage qui détermine la distance à la pièce à sonder. Mais la forme particulière de l'extrémité (25) de la buse, présentant en coupe une arrête vive suivie d'un dégagement progressif, évite les tourbillons à la sortie de l'orifice et permet un jet homogène sur une plus grande distance. Pour une buse dont le diamètre de l'orifice de sortie est de 15 à 24 mm, la distance est réglée entre 4 et 8 trin. La réalisation n'est pas limitée à cette buse de forme particuliere ; on peut envisager Mais transformation inventive une buse dépourvue d'extrémité saillante. De même, le dessin représente une chambre de couplage mobile, coulissant en direction du traducteur fixe ; mais il est bien évident que les fonctions,pourraient être inversées, en restant dans le cadre de l'invention. En position haute de la chambre de couplage, ou position de non-sondage, représentée par la figure 2, la butée haute (23) est ajustée pour obtenir un degré d'étanchéité voulu entre l'extrémité active du traducteur jouant alors le rôle de bouchon et la portion de surface correspondante de ladite chambre. On ne demande pas au dispositif d'obturation une étanchéité parfaite ; au contraire, on maintiendra par le jeu de la butée haute, une fuite d'eau suffisante pour refroidir la buse de sortie de la chambre, qui peut s'échauffer exagérément au voisinage de la pièce. Cependant; si l'on veut appliquer un tel dispositif au sondage à froid, en tant qu'économiseur d'eau, on pourra améliorer l'étanchéité entre les deux éléments précités, comme cela est visible sur la figure 3, par exemple en recouvrant la périphérie de l'extrémité active du traducteur (2) d'une collerette souple annulaire (26) de profil approprié pour coopérer avec la position de surface intérieure correspondante de la chambre de couplage au point de contact. En fonctionnement, nous partons de la chambre de couplage en position de non-sondage, comme représentée sur la figure 2.L'eau arrivant par l'orifice (9) remplit la chambre de tranquilisation (8), puis la chambre d'écoulement tranquille (12) par l'orifice (il). En quelques secondes, l'écoulement est tranquilisé et les bulles d'air s'échappent par l'orifice supérieur (10). Une impulsion de commande est appliquée à l'organe moteur (16) qui abaisse rapidement la tête de couplage (15) pour l'amener dans sa position de sondage, selon la figure 1. Le mouvement de descente crée un appel d'eau qui remplit simultanément la chambre de couplage (14). En fait, la vitesse de descente n'est limitée que par le débit d'eau de l'ordre de 15 m3/heure, à l'entrée du dispositif par la section des orifices d'entrée-sortie (9), (11) et (13) et par la capacité de la chambre de couplage (14). A ce sujet, il ne faut pas considérer sa capacité réelle de l'ordre de 1,5 à 2 litres, mais sa capacité apparente plus réduite, du fait que la chambre de couplage logeait à l'intérieur de la chambre d'écoulement tranquille et donc était déjà partiellement remplie. Dès que la tête de couplage arrive en position de sondage, une mesure peut être effectuée. (Il faut moins d'une seconde pour obtenir le couplage ultrasonore nécessaire au sondage en défilement). A la fin du sondage, la tête de couplage (15) est remontée très rapidement contre le traducteur ultrasonore en laissant volontairement une légère fuite comme cela a déjà été mentionné. Le volume d'eau correspondant à la capacité apparente de la chambre de couplage, de l'ordre du litre, s'échappe par la buse de sortie (13) ; ainsi, les écoulements indésirables sur le produit chaud (4) sont réduits au minimum. La tête de sondage reste alors, en quelque sorte, en position d'attente ; pour la mesure suivante, il suffira d'abaisser la tête de couplage, l'eau dans la chambre supérieure étant déjà prétranquilisée, ce qui n augmente pas sensiblement le temps de mise en oeuvre, par rapport à une tête classique fixe. Dans une opération de sondage, le temps effectif de sondage ne dure qu'une dizaine de secondes, répété toutes les 5 minutes. C'est pourquoi il était particulièrement avantageux, tant pour les propriétés massiques du produit, que pour les économies d'eau réalisées, d d'interrompre rapidement 1 ltécoulement à'eau de couplage grâce au dispositif automatique, objet de la présente invention. Le dispositif est applicable au sondage à chaud de toutes pièces en défilement perméables aux ultrasons et en particulier aux billettes et aux demi-produits, en vue de la détection et du marquage en continu de tous les défauts internes. Le dispositif est également applicable dans le cas du sondage à froid, aux pièces immobiles ou en mouvement, coupe économiseur d'eau. REVENDICATIONS 1- Tête de sondage ultrasonore comprenant un corps creux muni d'un orifice pour l'arrivée d'eau, un traducteur électromécanique maintenu par un support placé sur la face du corps opposée à la surface de la pièce à sonder, le volume intérieur dudit corps constituant une chambre à eau traversée par le faisceau ultrasonore émis par le traducteur, caractérisée en ce que la chambre à eau contient une chambre de couplage* concentrique, présentant une cavité de section décroissante suivant l'axe du faisceau et percée en son fond d'un orifice de sortie pour le passage du faisceau ultrasonore et pour l'évacuation de en en ce que la section du traducteur est inférieure à la section d'entrée de la chambre de couplage et supérieure à la section de son orifice de sortie, et en ce que des moyens traversant le support et la chambre à eau sont prévus pour faire coulisser le traducteur et la chambre de couplage l'un par rapport à l'autre dans la direction du faisceau ultrasonore jusqu a l'obturation de l'orifice de sortie de la chambre de couplage. 2 - Tête de sondage ultrasonore selon la revendication 1, caractérisée en ce que le traducteur est fixe et la chambre de couplage coulisse vers le traducteur au moyen d'au moins un organe moteur fixé sur le support du.traduc teur. 3 - Tête de sondage ultrasonore selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'organe moteur est un vérin. 4 - Tête de sondage ultrasonore selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la course de la chambre mobile peut être ajustée au moyen de butées. 5 - Tête de sondage ultrasonore selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité du traducteur venant en contact avec la paroi intérieure de la chambre est équipée à sa périphérie d'une collerette de forme complémentaire à celle de ladite paroi au point de contact. 6 - Tête de sondage ultrasonore selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'orifice de sortie de la chambre de couplage forme une buse en matière souple dont l'extrémité face à la pièce à sonder présente en coupe et du centre vers la périphérie une arrête vive suivie d'un dégagement arrondi.