Brevet FR2328959A1 — publié le 19770520

L'invention concerne un procédé et un appareil de mesure de la dureté de conduits ou de récipients en acier destinés aux applications pétrolières, aux raffineries, aux usines chimiques, et à d'autres installations dans lesquelles il est difficile d'accéder à un échantillon d'essai, ou bien dans les cas où il est nécessaire de prélever un échantillon pour en déterminer la dureté. La mesure de- la dureté de pièces telles que des plaques, des conduits et des tuyauxsoulève des problèmes qui ntexis- tent pas en laboratoire. La-détermination précise de la dureté exige une surface d'essai lisse et plate, alors que les surfaces présentées par les pièces sur leur lieu d'utilisation sont rugueuses, généralement oxydées ou peintes, et non planes. Un instrument de-laboratoire, mis en oeuvre suivant les processus antérieurs, réalise, sur une pièce d'essai, une empreinte-sous une charge déterminée avec précision, et lXinfor- mation de dureté est obtenue par mesure de la dimension ou de la profondeur de l'empreinte. t'élément formant ltempreinte ou le dispositif frappant la pièce est réalisé en matière dure, par exemple en acier, en carbure de tungstène ou en diamant, de manière qu'il ne se déforme pas au cours de l'essai. Tes instruments antérieurs sont donc destinés à réaliser des mesures de dureté dans des conditions idéales et leur paramètre de commande est généralement le réglage d6 la force d1 impact. L'invention élimine les inconvénients des instruments antérieurs de mesure de dureté par la mise en oeuvre d'un anstru- ment peu volumineux, léger, autonome et portatif. L'instrument selon l'invention comporte un organe destIné à former-une empreinte et présentant une extrémité coniaAue~dent la face périphérique extérieure, qui assume la fonction de butée, conserve les données de dureté pour permettre ensuite leur mesure dans un bureau ou dans un laboratoire, chaque organe à empreinte étant expansible et utilisé une seule fois.Les organes à empreinte sont ia - irrécupérables et utilisés une seule fois.1a mesure deAdéformatbn de l'extrémité conique et la connaissance de la dureté de cette extrémité permettent une détermination aisée de la dureté de la pièce essayée. Un autre avantage présenté par l'instrument selon l'invention par rapport aux instruments antérieurs est que 11 or- gane d'empreinte est d'une dureté connue, comprise dans une plage d'environ 20 à 50 % supérieure à celle de la dureté des pièces à essayer. Un autre avantage de l'instrument selon l'invention est qu'il comporte une petite fraise à coupe en bout, pouvant tourner dans une bague d'alignement pour réaliser une surface plane, circulaire et lisse d'essai permettant la détermination de la dureté.Un autre avantage important de l'instrument selon l'invention est qu'il permet la mesure de la dureté dans le domaine des plaques, des conduits et des tubes, cette mesure étant considérée jusqu'à présent comme impossible ou très conteuse. A cet effet, l'instrument selon l'invention utilise un dispositif de montage pouvant autre fixé et permettant d'effectuer la mesure sans qu'il soit.nécessaire de retirer la pièce de lapsi tion dans laquelle elle est montée. L'invention concerne un instrument portatif de mesure de la dureté d'une pièce d'essai, comprenant un dispositif de montage, un organe déformable et irrécupérable de prise d'empreinte, destiné à frapper la pièce d'essai, et unçdispositif de frappe, porté par le dispositif de montage et maintenant l'organe de prise d'empreinte à son extrémité inférieure. le dispositif de frappe fait porter l'organe de prise d'empreinte contre la pièce d'essai. L'amplitude de la déformation de l'extrémité conique de l'organe de prise d'empreinte constitue une mesure de la dureté de la pièce. L'instrument selon l'invention comprend également un outil de fraisage qui prépare la surface de la pièce de manière à délimiter une aire d'essai plane et perpendiculaire à l'axe de rotation de la fraise après usinage. Cet outil est monté sur une plaque de positionnement que l'opérateur fait simplement tourner pour placer l'organe de prise d'empreinte au-dessus de la surface préalablement usinée et pour maintenir ainsi la perpendicu laité nécessaire à la mesure précise de la dureté. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue en plan de l'instrument portatif de mesure de dureté selon l'invention la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 et représente ltinstrument de de mesure fixé sur une surface plane d'essai la figure 3 est une élévation, avec coupe partielle et à échelle agrandie, d'un organe conique et déformable de prise d'empreinte et, notamment, de l'extrémité conique, de la butée périphérique et de l'évidement de l'extrémité de travail de cet organe la figure 4 est une élévation, avec coupe partielle, de l'organe de la figure 3 après son choc avec la surface d'essai la figure 5 est une élévation, avec coupe partielle, montrant la mesure de la longueur de la pointe conique émoussée de organe de prise dtempreinte, après l'essai de dureté, à l'aide d'un comparateur la figure 6 est un diagramme montrant une courbe d'étalonnage d'un organe de prise d'empreinte en acier, donnant la longueur de la pointe conique après impact en fonction de la dureté de la plaque d'essai la figure 7 est une élévation, avec coupe partielle, d'une variante de organe irrécupérable de prise d'empreinte représenté sur la figure 3 ; et la figure 8 est une élévation, avec coupe partielle, montrant la forme de l'organe de prise d'empreinte de la figure 7 après son choc avec la surface dressai. lies figures représentent une pièce 1-d'essai qui, dans la forme de réalisation décrite, est réalisée en fer, en acier ou autre matière ferromagnétique et présente une surface plane. Cependant,cette pièce 1 peut autre constituée par un récipient ou peut prendre tout autre forme tubulaire, plane ou cylindrique. L'instrument selon l'invention comporte un dispositif 2 de montage, constituant une embase magnétique qui peut autre commandée par rotation d'un levier 3 ou de tout autre élément de commande à bouton-poussoir provoquant ou éliminant la fixation magnétique à la pièce.La rotation du levier 3 aligne les piles d'un aimant permanent puissant placé dans le dispositif 2 et destiné à exercer ainsi la force requise pour plaquer l'instrument contre la pièce et l'immobiliser pendant la préparation d'une petite aire 4 d'essai sur la plus grande surface de la pièce, ou ensuite pendant la mesure proprement dite de la dureté. La surface supérieure 5 du dispositif magnétique 2 est usinée de manière à autre avantageusement plane. Une plaque 6 de positionnement, fixée à cette surface 5, présente des surfaces supérieure et inférieure, dans I'orientation des figures, rectifiées avec précision de manière à Qtre parallèles entre elles.La plaque 6 tourne dans son-propre plan autour d'un axe 7 délimité par une surface cylindrique 8 d'appui d'une vis 9 passant dans un trou taraudé du dispositif ou de l'embase magnétique 2. La vis 9 maintient une plaque supérieure 10 en position. La plaque 6 de positionnement peut tourner sur un angle limité e d'environ 34 , déterminé par un axe 11 et deux butées 12 et 13 présentées par le bord extérieur de la-plaque 6. Lorsque cette dernière est dans l'une ou ltautre~des deux positions estremes dans lesquelles les butées 12 et 13 portent sur l'axe 11, l'un de deux cliquets 14 et 15 de- positionnement, suivant le cas, s'enclenche de manière à empêcher tout mouvement accidentel ou indésirable de la plaque 6 par rapport à sa position fixe.Les cliquets 14 et 15 comprennent chacun une bille d'acier trempé soumise à la force d'un ressort et logée dans la plaque supérieure 10. Cette bille peut se loger dans l'une de deux cavités circulaires et peu profondes de la plaque 6. Cette dernière supporte un outil 16 de fraisage en bout et un outil ou organe 1-7 de formation d'empreinte. La plaque 6 peut être tournée à la main, de manière à placer l'un ou l'autre des outils 16 et 17 directement au-dessus de l'aire 4 dressai, suivant ce que souhaite l'opérateur. La plaque 6 supporte également deux bagues 18 et 19 d'acier trempé, rectifiées avec précision et emmanchées à force dans des trous 26 et 39. L'axe de chacune des bagues 18 et 19 est perpendiculaire au plan de la plaque 6, de sorte que les deux axes de ces bagues sont parallèles. La bague 18 loge étroitement la queue de la fraise 16 tout en permettant, cependant, à cette dernière de tourner librement. L'extrémité supérieure de la fraise 16 comporte un bouton conique moleté 20 permettant de saisir et de faire tourner cette fraise 16. La queue de cette dernière présente également une petite gorge circulaire 21 avec laquelle peut s'enclencher un cliquet 22 à bille et à ressort, destiné à maintenir l'outil de coupe à une certaine distance de la pièce 1 jusqu'à ce que cet outil 16 soit abaissé en position pour être utilisé. Le cliquet 22 empoche également l'outil 16 de tomber de la bague 18 lorsque l'instrument de mesure de dureté est utilisé en position retournée. Lorsque l'outil 16 doit autre mis en oeuvre, la plaque 6 de positionnement est tournée jusqu ce que la butée 15 porte sur l'axe 11. Le cliquet 14 la maintient alors en place, de sorte que l'outil de coupe peut etre placé directement audessus de l'aire 4 devant etre usinée. Cependant, cette dernière opération ntest pas toujours nécessaire, notamment dans le cas où l'aire 4 n'est pas oxydée, rouillée ou couverte d'autres matières étrangères risquant d'affecter la précision de la mesure. B'outil 16 est appliqué avec force contrer'aire 4 et tourné, à l'aide du bouton 20, dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'il est d'un pas à droite. L'outil 16 élimine la peinture ou les oxydes et il réalise par fraisage une surface plane,surune profondeur de quelques centièmes de millimètres, à l'emplacement de l'aire 4 de la surface présentée par le métal. Après que cette surface 4 a été usinée, l'outil 16 est élevé jusqu'à ce que le cliquet 22 s'enclenche avec la gorge 21 et verrouille outil dans cette position.La plaque de positionnement est ensuite tournée de l'angle e jusqu'à ce que la butée 12 porte contre l'axe 11, comme représenté sur la figure 1, de manière à aligner l'axe longitudinal de la bague 19 sur le centre de la surface 4 préalablement préparée par l'outil 16. La bague 19 supporte l'outil 24 d'essai de dureté, dont l'extrémité inférieure porte un organe spécial 23 de formation d'empreinte et dont l'extrémité supérieure comprend un dispositif indépendant d'application de choc, de conception classique et du type "poinçon automatique à centrer", produit par la firme Starrett Company.Ce dispositif contient une masse d'acier qui est soumise à la force d'un ressort et qui peut autre libérée à l'aide d'un mécanisme de déclenchement commandé par une poussée exercée dans le sens indiqué par la flèche 25 sur une distance donnée pour appliquer un choc à une tige 17. Dans une forme avantageuse de réalisation selon l'invention, le poinçon automatique à centrer peut autre mis en oeuvre avec tout élément capable d'appliquer à l'organe 23 de formation d'empreinte une force analogue à celle produite par un petit marteau. La force du choc appliquée par la masse acier est trans- mise à I'organe 23 suivant l'axe longitudinal de la bague 19. La poussée initiale exercée dans le sens indiqué par la flèche 25 provoque le dégagement d'un cliquet 26 à bille dfune gorge circulaire 27 et permet ainsi le coulissement de la surface cylindrique de l'outil 24 dans la bague 19. L'opérateur peut répéter autant de fois qu'il le désire le choc de la pointe 30 de l'organe de formation d'empreinte contre la surface 4.Il suffit seulement d'appliquer à force la pointe deEl'organe contre la surface 4 jusqu'à ce qu'une butée périphérique 29 de l'extrémité de cet organe 23 entre en contact étroit avec ladite surface 4. Un ou deux impacts sont généralement nécessaires à l'entrée en contact de la butée 29 avec la surface 4. Un petit aimant 28 est fixé dans la tige creuse 17 de' l'outil et maintient en position ltorgane 23 par attraction magnétique par l'un de ses piles. Cependant, cet organe 23 peut autre retiré à volonté, car son diamètre extérieur lui permet de coulisser dans l'alésage de la tige 17. La figure 3 représente à échelle agrandie l'organe 23 de formation d'empreinte. L'angle du ctne de sa pointe 30 est avantageusement de 900, et sa hauteur est telle que la distance i o est très voisine de 0,32 mm. La face extrême 29 constitue une butée périphérique qui détermine la distance maximale du rapprochement entre le corps de l'organe 23 et la pièce 1 à essayer sous la force du choc produit par le poinçon automatique et transmis à l'organe 23 par la tige 17. Cette force fait porter la butée périphérique 29 étroitement contre la surface 4 d'essai. Simultanément, la pointe conique 30 forme un creux dans la survace 4 de la pièce 1 et elle se déforme et s'émousse, de sorte que la distance initiale so est ramenée à une valeur Xf (figure 4). Lorsque le diamètre de l'organe 23 est d'environ 6,5 mm, comme c'est le cas dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, il est nécessaire que l'extrémité de cet organe 23 présente lrévidement 31, car la pointe conique 30 subit des déformations plastiques lors du choc avec la surface 4 d'es- sai et l'évidement 31 reçoit alors une certaine partie du volume de cette pointe 30. Dans le cas où le diamètre de l'organe 23 de formation d'empreinte est inférieur au précédent (de l'ordre de 2,5 mm), il n'est pas nécessaire de disposer d'un évidement 31 pour recevoir une certaine partie du volume de la pointe conique déformée. lia figure 7 représente un organe 23' de formation d'empreinte dans lequel le métal est déplacé vers le haut et entre finalement en contact avec une butée 29' lors d'une mesure de dureté. La figure 8 représente cette opération. La précision du procédé selon l'invention de mesure de dureté à l'aide d'un organe déformable dépend principalement du maintien de la longueur ss o de la pointe conique dans des tolérances convenables, et de la dureté de cette meme pointe conique 30. Le contre de ces critères permet d'effectuer des mesures précises de la dureté d'une pièce d'essai à l'aide du procédé et de l'instrument selon l'invention. La figure 6 représente une courbe d'étalonnnge d'un organe de formation d'empreinte de l'instrument selon l'invention. Cette courbe montre la longueur finale f de la pointe conique en fonction de la dureté de la pièce d'essai. Une courbe de ce type est nécessaire à chaque plage de dureté mesurée, car l'instrument selon l'invention utilise un organe de formation d'empreinte d'une dureté d'environ 20 à 50 % supérieure à celle de la pièce. Après que l'organe 23 a été appliqué à force contre la surface 1 à l'emplacement de ltaire 4 et que la butée périphé rique est entrée en contact avec la surface 1, la mesure de la longueur finale S f de la pointe conique 30 permet de déterminer la dureté de la pièce à l'emplacement de cette aire 4. La mesure est effectuée rapidement à l'aide d'un comparateur 34 représenté sur la figure 5. Un raccord métallique 35 est fixé à ce comparateur 34 qui est de fabrication normalisée et dont la plus petite division du cadran est avantageusement de 2,5 micromètres. La figure 5 représente un organe 23 de formation d'empreinte pret à autre introduit dans un trou cylindrique 38 et appliqué vers le bas avec une force suffisante pour mettre en oeuvre le comparateur 34 en faisant porter la pointe conique émoussée 30 contre un plongeur 32 dudit comparateur, afin de mesurer directement la longueur finale sf. En variante, le comparateur peut présenter des graduations qui correspondent à échelle de dureté souhaitée. Une aiguille 36 se déplace en fonction du mouvement du plongeur 32.L'élément ou raccord 35 présente une surface plane 97 sur laquelle porte la butée 29 de l'organe 23 de formation d'empreinte. Létalonnage du comparateur s'effectue par l'introduction dans trou 38 d'une ébauche d'organe 23 dont la face extrême est parfaitement plane. L'aiguille 36 peut autre alignée sllr la valeur 0 pour mesurer la déviation réelle, ou bien, en variante, elle peut autre alignée sur un repère correspondant à une dureté infinie dans le cas où le cadran est gradué en nombres de dureté. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent autre apportées à l'appareil et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention, bien qu'une seule forme d'appareil de mesure de la dureté d'une pièce d'essai à l'aide dlun organe déformable de formation d'empreinte, sur lequel l'information de dureté peut sistre obtenue,aitété décrite.l'invention comprend également différentes variantes du procédé d'application d'une force poussant l'organe 23 contre la surface d'essai. De plus, la plaque de positionnement peut être conçue de diverses manières, par exemple pour glisser plumet que de tourner. Une plaque de positionnement exécutant un mouvement de glissement convient notamment à un instrument de mesure de la dureté des congés de soudure d'angles fixant une plaque perpendiculairement à une autre plaque ou un collet à un conduit. RNI)I CAT IONS 1. Appareil de mesure de la dureté d'une pièce d2es- sai, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de montage, un dispositif d'usinage qui tourne sur le dispositif de mon tage, un dispositif de choc porté également par le dispositif de montage, et un organe à jeter, destiné à la formation dtune empreinte et disposé à une première extrémité du dispositif de choc, cet organe étant d'une dureté connue et supérieure à celle de la pièce d'essai, une première extrémité dudit organe présentant une pointe conique de longueur connue et dépassant une butée périphérique présentée par la meme extrémité, de manière que la déformation de la pointe conique, consécutive à l'entrée en contact de l'organe contre la pièce d'essai jusqu'à ce que la butée porte sur cette dernière, permette une mesure directe de la dureté de ladite pièce. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de montage est un bloc magnétique de forme en V. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'usinage est une fraise à cannelures multiples, travaillant en bout. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dureté de l'organe de formation d'empreinte est supérieure d'environ 20 % à celle de la pièce d'essai. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pointe conique dépasse la butée périphérique d'environ 0,32 mm. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de choc est un poinçon automatique à centrer. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte un élément de positionnement qui donne à l'or- gane de formation d'empreinte la meme position que le dispositif d'usinage après que ce dernier a usiné la pièce pour la préparer à un essai de dureté. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à mesurer la déformation de la pointe conique dudit organe et à convertir ces mesures en une indication de la dureté de la pièce. 9. Procédé de mesure de la dureté d'une pièce dles- sai, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un dispositif de montage au-dessus de la pièce, à verrouiller le dispositif de montage sur ladite pièce, à usiner une petite surface d'essai sur la m8me pièce à l'aide d'un dispositif convenable, à placer un organe de formation d'empreinte, de dureté connue, au-dessus de la surface usinée de la pièce, à introduire l'organe de formation d'empreinte dans ladite surface de la pièce sur une distance connue, à retirer ledit organe du dispositif de montage, et à mesurer l'amplitude de la déformation dudit organe, cette déformation étant une mesure directe de la dureté de la pièce. 10. Appareil demeure de la dureté d'une pièce d'essai, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de montage, un dispositif de choc porté par ce dispositif de montage, et un organe à jeter, destiné à la formation d'une empreinte et disposé à une extrémité du dispositif de choc. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'usinage porté par le dispositif de montage. 12. Organe à jeter, destiné à la formation d'une empreinte pour mesurer la dureté d'une pièce d'essai, caractérisé en ce quril comporte un corps allongé, de dureté connue,et dont une première extrémité est approximativement plane, l'autre extrémité présentant une pointe conique qui dépasse d'une distance connue une butée périphérique située sur la meme extrémité que ladite pointe. 15. Organe selon la revendication 12, caractérisé en ce que sa dureté est d'environ 20 à 50 % supérieure à celle de la pièce dressai. 14. Organe selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'angle du ctne de la pointe est d'environ 900. 15. Organe selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il présente, à la base de la pointe conique, un évidement destiné à recevoir une certaine partie du volume de cette pointe lorsqu'elle subit une déformation plastique due à son choc contre la pièce d'essai. 16. Procédé de mesure de la dureté d'une pièce d1es- sai, caractérisé en ce qu'il consiste à placer, au-dessus de la pièce d'essai, un organe à jeter, destiné à la formation d'une empreinte, à introduire cet organe dans ladite pièce sur une distance connue, et à mesurer l'amplitude de la déformation dudit organe, cette déformation étant une mesure directe de la dureté de la pièce.