Brevet FR2426903A1 — publié le 19791221

La présente invention concerne les procédés de contrôle non destructif de la qualité de la surface des produits métalliques et a notamment pour objet un procédé de détection des défauts superficiels et sous-jacents des produits laminés. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale au contrôle de la qualité de la surface des demiproduits laminés à chaud (blooms ou lingots passés au laminoir dégrossisseur, brames) sans décalaminage de leur surface, ainsi qu'au contrôle de la qualité de la surface des produits laminés de section complexe (rails, poutrelles). A l'heure actuelle, en métallurgie, le contrôle de la qualité de la surface des produits laminés s'effectue en règle générale visuellement. La méthode visuelle, dans laquelle le rôle décisif est joué par l'acuité visuelle et ltexpérience du contrôleur, est subjective, et ne peut donner me idée complète des défauts du produit. Ceci concerne particulièrement le contrôle de la surface des demi-produits couverts de calamine. Pour cette raison, lors du nettoyage des portions défec-leuses de la surface des demi produits il s'avère nécessaire de traiter une surface bien plus grande que celle qui est défectueuse. La sévérité de plus en plus grande des prescriptions présentées par les principales branches de l'industrie à la qualité des produits mélalliques implique un contrôle fiable, tant des produits laminés finis que des demi-produits devant être laminés. La détection et l'élimination opportune des défauts de surface des demi-produits dès les premières étapes de leur fabrication (transformation) est une garantie sûre de l'absence de défauts dans le produit métallique fini. La détection des défauts de surface sur les demiproduits dès les premières étapes de leur transformation permet de ne nettoyer que la surface présentant des défauts et non toute la surface du demi-produit, ce quiataisse les dépenses de main-d'oeuvre pour le nettoyage des demi-produits et réduit les pertes de métal. Dans la pratique mondiale, pour le contrôle automatique de la qualité de la surface des produits laminés, on applique des méthodeslélectromagnétiques . méthode des poudres magnétiques, méthode magnétographique et méthode des courants de Foucault. Les méthodes magnétographiques et des courants de Foucault n'ont que des applications limitées dans la détec tion des défauts, car la surface des demi-produits doit répondre à des prescriptions plus sévères (courbure, rugosité). Ces méthodes requièrent en règle générale le décalaminage, elle n'admettent pas la présence sur les produits d'arêtes vives et de défauts de surface ayant des arêtes vives. De ce fait, les méthodes indiquées permettent de contrôler des demi-produits à surface décapée et ayant subi une préparation préalable. La méthode des poudres magnétiques peut être appliquée à la détection des défauts sur la surface des demi-produits laminés sans décalaminage, mais sa sensibilité est relativement basse. La profondeur minimale des défauts détectés est de 0,5 à 1,0 mm. Dans le contrôle des demi-produits rectangulaires, la méthode des poudres magnétiques a des sensibilités différentes selon que les défauts sont détectés sur les faces ou sur les champs. L'un des principaux inconvénients de la méthode des poudres magnétiques consiste en ce que l'identification et le marquage des défauts est effectuée visuellement par un contrôleur. Ceci abaisse le degré dtobJectivité du contrôle I1 convient aussi de citer parmi les inconvénients de la méthode la nécessité de recourir à l'éclairage ultraviolet pour l'indentification des défauts. L'un des inconvénients communs des méthodes électromagnétiques mentionnées est l'impossibilité de déterminer les défauts sous-jacents dans les produits. On connaît des procédés capillaires (par ressuage) de détection des défauts superficiels sur les produits métalliques. Suivant ces procédés, le produit à contrôler est mouillé avec un liquide colorant (un pénétrant), puis sa surface est lavée et séchée, ensuite un revêtement blanc séchant vite (fond) est appliqué sur sa surface. Le péné.- trant s'étant infiltré dans les défauts superficiels colore en rouge ou en une autre teinte le revêtement, ce qui fait que les traces des défauts deviennent bien visibles sur le fond blanc. On connais un procédé de contrôle des soudures ("Konstr. Elem. Meth.n, 1973, Marz), dans lequel on utilise un revêtement de fond. Un côté de la soudure (du cordon) est enduit avec une solution de chaux ou de craie, puis le revêtement est séché, et le second côté du cordon est enduit avec unliquide à base de pétrole. Les fissures présentées par le cordon sont nettement révélées sur le fond blanc. On connais aussi un procédé de détection des défauts sur les produits (brevet ouest-allemand nO 1 951 947, c1.42K 46/01, 1971), suivant lequel on enduit la surface du produit à contrôler avec un colorant indicateur pénétrant, puis on fait disparaitre ce colorant de la surface du produit et on enduit la surface du produit avec une substance révélatrice adsorbante, dissoute dans un liquide volatil. D'après la présence de taches et de veines colorées sur le fond du révélateur, on juge de la présence de défauts dans le produit. On connatt aussi un procédé de détection des défauts superficiels sur les produits (brevet anglais nQ 1 326 255, cl. GiS, publié le 8.03.1973), suivant lequel on applique sur la surface du produit un pénétrant spécial, on fait disparattre les excès de pénétrant et on fait sécher la surface du produit. On applique ensuite un révélateur contenant une substance fluorescente aux rayons ultraviolets. La réaction du pénétrant avec le révélateur fait disparattre sa fluorescence aux rayons ultraviolets. En définitive, on voit sur le fond de la substance fluorescente des portions sombres localisant les défauts. L'exposé ci-dessus montre que les procédés capillaires examinés de détection des défauts superficiels-sur les produits présentent des inconvénients notables - ils requièrent une préparation complémentaire de la surface des produits (nettoyage, lavage, etc.); - le mode opératoire est compliqué, rendant difficile et même, dans certains cas, impossible l'organisation du contrôle continu des produits dans les charnels de fabrication; - la localisation des défauts est difficile, tributaire de l'expérience et des qualités subjectives du con trôleur, de la qualification; - le contrôle des produits laminés requiert leur décalaminage; - la localisation des défauts sur de gros produits nécessite l'emploi supplémentaire de marqueurs de défauts;; - le rendement du contrôle des produits est bas. Le but de l'invention est de supprimer les lnconvé- nients indiqués plus haut. On s'est proposé de créer un procédé de détection des défauts superficiels et sous-jacents sur les produits laminés, qui, grâce à un choix adéquat du revêtement indicateur, assurerait un contrôle efficace des défauts sur les produits sans préparation préliminaire de leur surface. La solution consiste en ce que, dans le procédé de détection des défauts superficiels et sous-jacents sur les produits laminés, comprenant l'application sur le produit d'un revêtement indicateur contenant une substance de fond et une substance de contraste, d'après l'invention la substance de contraste est une substance thermosensible changeant de couleur à une température déterminée, le revêtement indicateur est appliqué sur le produit à une température relativement basse, puis le produit est chauffé par induction à haute fréquence jusqu'à une température suffisante pour créer le gradient de température nécessaire à la transformation ther mochimique de la substance de contraste avec son changement de couleur aux endroits où le produit présente des défauts. Le procédé proposé permet - de contrôler des produits laminés de profils quelconques; - de détecter des défauts sur des produits couverts de calamine et sur des produits dont la surface a été nettoyée à la meule, à la fraise, au chalumeau coupeur ou à l'arc plasma; - de détecter des défauts superficiels d'une profondeur supérieure à 0,2 mm; - de détecter des défauts sous-jacents, situés à une profondeur allant jusqu'à 2mm; - de contrôler les produits laminés défilant à une vitesse de 0,4 à 1 m/s; - de marquer automatiquement l'emplacement du défaut sur la surface de la pièce, ce qui exclut la nécessité d'employer un marqueur de défauts; - d'avoir une idée du genre de défaut, car l'image du défaut correspond à sa forme. L'une des principales différences du procédé proposé est le chauffage du produit par induction à haute fréquence. Quand le produit est ainsi chauffé, les solutions de continuité de la matière du produit (défauts) sont le siège d'une concentration de courants de Foucault. Il s'ensuit un chauffage bien plus fort des endroits présentant des défauts, d'où une surchauffe locale de la surface du produit aux emplacements des défauts. Le gradient de température entre les portions présentant des défauts et les portions sans défauts est suffisant pour que la substance de contraste du revêtement indicateur subisse une transformation thermochimi que avec changement de couleur dans les zones présentant des défauts, tout en restant inchangée dans les zones sans défauts. La durée du chauffage du produit ou sa vitesse de déplacement par rapport à l'inducteur est choisie de façon que le revêtement inducteur donne une image contrastée des défauts dans les zones présentant des défauts, et ne change pas (ou ne change que très peu) de couleur dans les zones sans défauts. En tant que substance de fond pour le revêtement indicateur, il est avantageux d'employer des substances ayant une couleur claire et ne la changeant pas quand elles sont chauffées dans un intervalle de température étendu, par exemple une solution aqueuse d'hydroxyde de calcium, une solution aqueuse de craie, etc. En tant que substance de contraste pour le revêtement indicateur, il est avantageux d'employer des substances quighauffées jusqu'à 200-3000C, subissent une transformation thermochimique et changent de couleur, par exemple une solution aqueuse de fécule de pomme de terre. Le revêtement indicateur peut tte réalisé sur le pro duit en lui appliquant successivement la substai ce de fond et la substance de contraste par un procédé quelconque : au pinceau, au rouleau ou au pulvérisateur. Dans ce cas on peut employer en tant que substance de contraste un large éventail de substances thermosensibles. I1 est avantageux qu'avant le chauffage du produit par induction à haute fréquence, le revêtement indicateur soit séché-à une température ne dépassant pas la température de transformation de la substance de contraste du revêtement. Dans ce cas, après les opérations de contrôle le revêtement est suffisamment résistant, ce qui permet de conserver l'information sur l'emplacement des défauts pendant un temps prolongé et de l'utiliser directement pour ltélimina- tion des portions défectueuses de la surface du produit. D'après l'une des variantes de l'invention, le re vetement indicateur peut être formé en appliquant sur le produit une suspension colloidale. Ceci permet de simplifier et de réduire en nombre les opérations à exécuter pour fomer le revêtement indicateur. Toutefois, dans ce cas, le nombre de substances thermosensibles pouvant être utilisées en tant que substance de contraste pour le revêtement est restreint. La suspension colloidale utilisée peut être une solution aqueuse d'hydroxyde de calcium et de fécule de pomme de terre soluble, contenant hydroxyde de calcium .............. 30 à 160 g/l, fécule de pomme de terre soluble .. 5 à 20 g/l. La suspension colloïdale permet d'obtenir à la surface du produit un revêtement résistant, donnant une image suffisamment contrastée des défauts, pouvant être conservée pendant un temps prolongé. Dans la suspension colloidale venant d'être considérée pour la formation du revêtement indicateur, lXhydroxyde de calcium joue le rôle d'une substance de fond, car il ne change ni ses propriétés, ni couleur dans un intervalle de température étendu. La fécule de pomme de terre soluble constitue dans la suspension en question la substance de contraste. Quand la surface du produit est chauffée au-dessus de 250-3000C, la fécule subit une transformation theimochimique et change de couleur. La limite inférieure de la teneur de la suspension considérée en hydroxyde de calcium est déterminée par la possibilité d'en recouvrir la surface du produit laminé sans formation de coulures de suspension. Si la teneur en hydroxyde de calcium est inférieure à la limite indiquée, la possibilité d'en recouvrir la surface du produit diminue, ce qui se traduit par un abaissement du contraste de l'image entre les portions de surface avec et sans défauts jusqu'a' un degré tel que la possibilité de détecter les défauts se trouve forte ment réduite. La limite supérieure de la teneur de la suspension considérée en hydroxyde de calcium est la valeur au-dessus de laquelle la possibilité d'en recouvrir la surface du produit sans formation de coulures n'augmente plus et, par conséquent, à partir de laquelle l'augmentation de la teneur ne donne plus d'augmentation du contraste de l'image des portions avec défauts sur le fond des portions sans défauts. La limite inférieure de la teneur de la suspension colloïdale en fécule est déterminée par la valeur minimale permettant une détection nette des portions avec défauts sur le fond des portions sans défauts pour une teneur minimale de de la suspension considérée en hydroxyde de calcium. La limite supérieure de la teneur de la suspension colloidale en fécule est la valeur au-dessus de laquelle le contraste des portions avec défauts sur le fond des portions sans défauts n'augmente plus. Les substances de fond et de contraste, ainsi que la suspension colloidale peuvent être appliquées sur le produit par ntimporte quel procédé : au pinceau, au rouleau, au pulvérisateur. D'autres objectifs et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, avec référence au dessin unique annexé qui représente une vue schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procécé faisant l'objet de l'invention. Le demi-produit 1 à controler est posé sur un transpor tueur à rouleaux 2 permettant de régler sa vitesse de défilement de 0,3 à 1 m/s. Dans le sens de défilement du demi-produit 1, indiqué par une flèche, au-dessus de la surface à contrôler, sont successivememnt disposés des pulvérisateurs 3 et 4 qui projettent respectivement sur le demi-produit 1 les substances de fond et de contraste da revêtement indicateur0 En aval des pulvérisateurs 3 et 44, dans le sens de défilement du demiproduit 1, au-dessus de sa surface, sont disposées des buses 5 et 6 amenant à la surface du demi-produit 1 de 12 air chaud respectivmment pour le séchage des substances de fond et de contraste do revêtement indicateur0 Plus loinS dans le sens de défilement du demi-produit 1, au-dessus de sa surface, est monte un inducteur 7. L2induc- teur 7 est raccordé électriquement à un générateur à haute fréquence 8. Pour simplifier la représentation graphìque on donne sur la figure une variante du dispositif pour la détection des défauts superficiels et sous jacents sur une seule face du demi-produit 1. Toutefois, rien ne s'oppose à l'organisation du contrôle simultané des quatre faces (deux faces et deux champs) du demi-produit 1. Dans ce cas le nombre de pulvérisateurs 3, 4 et de buses 5, 6 doit être multiplié par le nombre de facesà contrôler sur le demi produit 1, et l'inducteur 7 doit encercler toute la section du demi-produit 1. La choix de la variante de contrôle (contrôle d'une seule face sur le produit laminé ou de toutes ses faces simultanément) dépend du genre et de la destination du produit, ainsi que du procédé d'organisation de la remise en état (élimination) des portions défectueuses de la surface sur le produit laminé. Avec un dispositiflanalogue à celui de la figure, on peut détecter les défauts superficiels et sous-jacents sur des produits métalliques de profil quelconque : rails, poutrelles, tubes, laminés plats Si lton utilise une suspension colloldale pour former le revêtement indicateur, le dispositif pour le contrôle de la surface des produits ne comportera qu'un seur pulvérisateur 4 pour la projection de la suspension', et une seule buse 6 poule séchage du revêtement. Avant de mettre le dispositif en action, on prépare les constituants du revêtement indicateur' La substance de fond du revêtement peut être une solution aqueuse d'hydroxyde de calcium à densité de 1,12 à 1,15 g/cm3, et la substance de contraste peut être une solution de fécule de pomme de terre soluble concentrée à 1C,4. Lesdites solutions sont préparées en mélangeant les substances indiquées à l'eau. Si pour la formation du revêtement indicateur, on utilise une suspension colloidale, on prépare la suspension comme suit . On prend la quantité nécessaire de fécule de pomme de terre suluble et on lui ajoute l'eau. On mélange la solution et on la chauffe jusqu'à ébullition. On ajoute ensuite à la solution une solution aqueuse d'hydroxyde de calcium. Puis on ajoute de l'eau afin d'obtenir une suspension contenant fécule de pomme de terre suluble ..... 5 à 20 g/l; hydroxyde de calcium .................30 à 160 g/l. On place le demi-produit 1 (voir la figure) dont la surface doit être contrôlée, sur le transporteur à rouleaux 2. La surface à contrôler sur le demi-produit 1 peut-être décapée, nettoyée à la meule, à la fraise, au chalumeau coupeur ou à la torche plasma, ou bien brute de laminage à chaud, ctest-à- dire recouverte de calamine. On met en marche le transporteur à rouleaux 2. Le demiproduit 1 commence à défiler à une vitesse de 0,3 à i m/s dans le sens indiqué par la flèche. Quand le bout avant du demiproduit 1 s'approche du pulvérisateur 2, on met celui-ci en action simultanément avec la buse 5. De la sorte, le demiproduit i est recouvert par la substance de fond, laquelle est séchée par un jet d'air chaud. Quand le bout avant du demi-produit i s'approche du pulvérisateur 4, on met celui-ci en action simultanément avec la buse 6. Le demi-produit 1 est recouvert par la substance de contraste, laquelle est également séchée par un jet d'air chaud. La température de l'air de séchage doit être inférieure à la température de transformation thermochimique de la substance de contraste. La consommation de substances de fond et de contraste, ou de suspension colloïdale se situe entre 0,2 et 0,5 litre par mètre carré de surface du produit laminé. Plus loin, le demi-produit 1 portant le revêtement indicateur défile sous l'inducteur 7 du générateur à haute fréquence 8. Ltinducteur 7 induit dans la couche superficielle du demi-produit 1 des courants de Foucault, dont-la densité à la surface du demi-produit i est différente. Sur les portions avec défauts du demi-produit 1, la densité des courants de Foucault est plus grande, aussi ces portions présentent-elles une surchauffage locale.Le gradient de température entre les portions avec défauts et les autres portions de la surface du demi-produit 1 est suffisant pour que la substance de contraste du revêtement indicateur subisse une transformation thermochimique et change de couleur sur les portions présentant des défauts, tout en restent inchangée sur les portions sans défauts. Les traces colorées 9 apparaissant à la surface du revêtement indicateur 9 indiquent l'emplacement des défauts superficiels et sous-acents du demi-produit 1. En tant que substance de contraste pour le revêtement indicateur on peut employer - des solutions colloidales aqueuses de composés organiques (fécule, savon, agar-agar, etc.) à concentrations pondérales de 0,5% au pourcentage de saturation; - des solutionscolloTdales de silicones (résines); - des solutions aqueuses de composés organiques à poids moléculaire élevé (par exemple d'hydrocarbures) à concentrations pandérales de 1,0% au pourcentage de saturation; - des solutions aqueuses de composés organiques qui, chauffées jusqu'à une température de 100 à 600 C, ne se décomposent pas, mais brûlent (par exemple l'acide oxalique). Dans le cas général, le régime du chauffage par induc tion du produit est choisi de la façon suivante. D'après les dimensions données du produit, compte tenu des courbures éventuelles de sa surface, on choisit la forme et les dimensions constructives de l'inducteur, à l'aide des relations universellement connues dans la technique du chauffage par induction à haute fréquence. On fixe la température moyenne de chauffage de la surface du produit, qui doit être d'environ 30 à 50 C plus basse que la température de transformation thermochimique de la substance de contraste entrant dans la composition du revêtement indicateur. On choisit la fréquence du courant fourni par le générateur à haute fréquenhce selon le matériau du produit : pour les matériaux ferromagnétiques on choisit une fréquencde plus basse que pour les matériaux amagnétiques. Selon le rendement requis du di@positif pour la détection des défauts sur les produits, ou selon la vitesse de la chaîne de fabrication dans laquelle se trouve le dispositif, on choisit la vitesse de défilement du pooduit à oc D@après les dimensions connues du produit, la forme les dimensions déterminées de l'inducteur, ainsi que la température moyenne nécessaire de chauffage de la surface du produi à contrôler et la vitesse de défilement du produit, on choisit la puissan ce du générateur à haute fréquence, également à l'aide des relations universellement connues dans la technique du chauffage par induction à haute fréquence. Diapres les valeurs données, choisies et calculées (dimensions du produit, vitesse de défilement du produit, fréquence du courant, paissance du générateur à haute fréquence) on précise les paramètres de l'inducteur (forme de l'inducteur, dimensions du conducteur de l'inducteur, nombre de de spires), de façon à ce que les performances économiques du générateur à haute fréquence soient optimales. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection des défauts superficiels et sous-jacents dans les produits laminés, du type comprenant l'application sur le produit dtun revêtement indicateur contenant une substance de fond et une substance de contraste, caractérisé en ce que la substance de contraste utilisée est une substance thermosensible changeant de couleur à une température déterminée et en ce que le revêtement indicateur est appliqué sur le produit à une température relativement basse, puis le produit est chauffé par induction à haute fréquence jusqu'à une temperature suffisante pour créer le gradient de température nécessaire à la transformation thermochimique de la substance de contraste et son changement de couleur aux endroits où le produit présente des défauts. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement indicateur est réalisé en appliquant successivement la substance de fond et la substance de contraste sur le produit. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, avant de chauffer le produit par induction à haute fréquence, on fait sécher le revêtement indicateur à une température plus basse que la température de transformation thermochimique de la substance de contraste. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement indicateur est réalisé en appliquant sur le produit une suspension colloïdale. 5. Revêtement indicateur pour la détection des défauts superficiels et sous-jacents sur les produits laminés, pour la mise en oeuvre du procédé, selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la suspension colloldale utilisée est une solution aqueuse d'hydroxyde de calcium et de fécule de pomme de terre soluble, contenant - hydroxyde de calcium ............... 30 à 160 gr/l - fécule de pomme de terre soluble ... 5 à 20 g/l.