Brevet FR2471601A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle non destructif des soudures par points. L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé qui permet de mesurer le diamètre des soudures et d'en déduire l'efficacité de ces soudures. Plusieurs méthodes de contrôle non destructif ont été proposées pour contrôl81er industriellement les souo dures par points. Parmi ces méthodes, on peut citer la méthode Fokker et l'analyse de signature par impédance mé- caniqueo La méthode Fokker utilisée pour contrôler la co- hésion d'un collage de plaques métalliques n'est pas uti lisable pour un contrúle de soudures par points. La raison réside dans le fait que l'état de surface des soudures n'est pas identique d'une soudure à l'autre. Il s'ensuit des variations de couplage entre la structure des soudures et le capteur piézoélectrique qui permet de mettre en oeu- vre cette méthode, variations qui ont pour effet de mas- quer les variations dues à la qualité des soudures. La deuxième méthode, basée sur l'analyse de si- gnature par impédance mécanique, a donné de meilleurs ré- sultats que la précédente. Cette méthode de mise en oeuvre très lourde, utilisant tout un ensemble de mesures et d'appareils pour tracer un diagramme d'impédance mécani- que, permet un contrôle global de la santè de toutes les soudures d'une pièce métallique, mais ne permet pas le contrôle de chaque soudure séparément, ni la determination du diamètre de cette soudure. L'invention a pour but de remédier a ces incon- vrninrts et nota!mient de permettre de mesurer le dietre d'une soudure, donc d'en déduire son efficacité. De plus, cette méthode de contrôle non destructif de soudures par points est une méthode de mise en oeuvre simple et indé- pendante de l'état de surface de la soudure. 2471 601 L'invention a donc pour objet un procédé et un dispositif de contrôle non destructif de soudures par points. Ce procédé, selon l'invention, se caractérise en x ce que les soudures subissent, d'abord, un test mécanique permettant d'éprouver les soudures, au cours duquel les soudures dites "collées" sont détruites et les autres res- tent intactes, puis un contrôle ponctuel de chaque point de soudure restante au moyen d'une méthode rhéométrique. Le test mécanique selon l'invention, permettant de détruire les soudures dites wcollées", consiste à créer avantageusement un certain nombre de chocs tout autour de la zone de soudure à étudier, pendant un court instant, à l'aide d'un outil à percussion. Cet outil est fixé sur une colonne et est relié à une électrovanne pour que le point d'impact soit reproductible. Selon une caractéristique essentielle de l'in- vention, le contrôle ponctuel de chaque point de soudure est effectué à l'aide d'une méthode rhéométrique qui con- siste à faire circuler, entre une paire d'électrodes, ou plus, en contact avec la zone de soudure à étudier, un courant de quelques ampères, et à mesurer aux bornes d'une autre paire d'électrodes ou plus, une différence de po- tentiel. Cette différence de potentiel prend une valeur bien définie pour un courant donné, dans le cas d'une sou- dure saine, tandis que cette différence de potentiel subit des variations pour toute perturbation ou singularité à l'intérieur de la soudure. De plus, dans le cas d'une sou- dure saine, cette différence de potentiel permet de dédui- re, de façon simple, le diamètre de la soudure donc d'en déduire son efficacité. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif mettant en oeuvre le procédé de contrôle non destructif de soudures par points comprend un système de détection formé de deux têtes de mesure identiques, cons- 2471-601 tituées chacune par n paires d'électrodes de mesure et par n paires d'électrodes d'alimentation, chaque paire de ces électrodes d'alimentation étant associée à une paire d'électrodes de mesure, les deux têtes de mesure étant placées de façon symétrique sur la zone de soudure à étudier et reliées à une alimentation stabilisée en courant continu, à un ensemble de mesures et à un appareillage de visualisation. De plus, chaque paire d'électrodes de mesure est alignée avec la paire d'électrodes d'alimentation qui lui est associée et est placée de façon symétrique par rapport au centre de la soudure de telle façon que les électrodes de mesure d'une même paire soient distantes au plus de 11 mm et que chaque électrode d'alimentation associée soit distante, au plus, de 2 mm de chaque électrode de mesure. Les électrodes de mesure d'une même tête de mesure sont reliées électriquement entre elles de façon à mesurer la résultante des différences de potentiel mesurées, tandis que les électrodes d'alimentation d'une même tête de mesu- re sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une ré- sistance permettant d'obtenir un courant constant dans chaque électrode d'alimentation. Ce dispositif présente un certain nombre d'avan- tages,-en particulier l'intensité du courant utilisé pour alimenter les électrodes est assez faible, ce qui permet de rendre l'installation portable. De plus, ce dispositif de contr8le est insensible à l'état de surface de la sou- dure (effondrement, soufflures, etc...). D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non li- mitatif, en référence aux figures annexées dans lesquel- les: - la figure 1 représente un schéma général du dispositif de contrôle non destructif des soudures par points, - la figure 2 représente schématiquement les deux têtes de mesures, selon un premier mode de réalisa- tion de l'invention, - la figure 3 représente les différentes étapes du procédé de contr8le des soudures selon l'invention, - la figure 4 représente schématiquement une vue de dessus du dispositif selon un deuxième mode de réalisa- tion de l'invention, - la figure 5 représente schématiquement une vue de côté du dispositif de la figure 4, - la figure 6 représente des courbes reliant la tension au diamètre de la soudure à contrôler. De façon à faciliter la description, les dimen- sions des différents éléments décrits n'ont pas été res- pectées. De plus, les soudures à contrôler ont été schéma- tisées sous la forme d'un disque ou de circonférences. La soudure 2 schématisée sur la figure 1 de la pièce plate soudée 0 est placée entre deux têtes de mesure identiques 4 et 6, représentées sur les figures 2 et 3. La tête de mesure 4 représente la tête supérieure, la tête de mesure 6 la tête inférieure. Les têtes de mesure 4 et 6 comprennent chacune quatre électrodes de mesure 8 (soit deux paires) et quatre électrodes d'alimentation 10 (soit deux paires). Les électrodes de mesure 8 diamétralement opposées sont distantes, avantageusement, de onze mm, et les électrodes d'alimentation 10 associées sont distantes, au plus, de deux mm desdites électrodes de mesure 8. Les électrodes d'alimentation 10 d'une même tête de mesure sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une résis- tance 12, de l'ordre de deux Ohms, de façon à obtenir un courant constant dans chaque branche de circuit reliant chaque électrode d'alimentation 10 à une alimentation 14 stabilisée en courant continu. Cette alimentation 14 peut débiter cinq ampères sous une tension de huit volts. L'in- tensité fixée à cinq ampères (1,25 A'pour chaque électrode d'alimentation 10) est un bon compromis pour obtenir d'une part une tension finale suffisante, et d'autre part, pour qu'il n'y ait aucun échauffement des électrodes d'amenée. de courant 10. Les électrodes de mesure 8 sont reliées entre elles de façon à mesurer la résultante des différen- ces de potentiel mesurées. La tension obtenue est ampli- fiée à l'aide d'un amplificateur 16 relié à un filtre ac- tif 18 permettant d'éliminer les bruits de fond. La ten- sion finale est affichée à l'aide d'un voltmètre à affi- chage numérique 20 pouvant détecter le microvolt. Lorsque la tension finale est supérieure à un certain seuil ou inférieure à un autre seuil0 un système d'alarme 22 se déclenche. Le système d'alarme 22 est relié à un détecteur de seuil de la tension 24, réglable. La référence 26 indi- que la partie non soudée de la pièce plate 0. La figure 3 représente une piece soudée 0 soumi- se au contrôle conforme à l'invention. La pièce soudée 0 se déplace dans le sens indiqué par la flèche D (le dépla- cement de la pièce se faisant généralement à la main). La soudure 2 à contrt3ler subit prealablement un test mécani- que à l'aide d'un marteau pneumatique 28, muni d'une bou- terolle 30 se déplaçant comme indiqué sur la figure, fi:ée sur une colonne 32 et reliée à une électrovanne non repré- sentée. Après avoir placé la soudure 2 de fagon convenable entre les têtes de mesure 4 et 6, celle-ci peut subir le contrôle non destructifo Les têtes de mesure 4 et 6 sont maintenues en place à l'aide d'un support rigide 34o La référence 36 représente le cordon d'amenée des informa- tions électriques, la réeférence 38 une plaque métallique permettant de mettre la pièce soudée en porte à fauzO Bien entendu, au lieu du marteau pneumatique 28, on peut utiliser tout autre outil à percussion tel que marteau, marteau électrique, chute calibrée, pot vibrant pour effectuer le test mécaniqueo Les figures 4 et 5 représentent un deuxième mode de réalisatlon du dispositif0 La tête de mesure supérieure 3 ainsi que la tête inférieure non représentée comprennent deux électrodes de mesure 8 et deux électrodes dalimente- ti n 10 placées de ftaon symétrique par rapport à la sou- dure 2. Ces tetes de mesure sont utilisées dans le cas de pièces soudées 1 possédant une forme quelconque. Ceci nous montre que le nombre n de paires d'électrodes utilisé dé- pend de la forme de la pièce soudée dont on veut contrôler les soudures (n est un nombre entier différent de zéro). La figure 6 illustre la méthode rhéométrique utilisée pour le contr8le non destructif des soudures par points, conformément à l'invention. Comme le montre la fi- gure 3, la pièce 0 à contrôler se déplace entre les deux têtes de mesure 4 et 6 fixes. Les courbes ABCD et EFGB montrent la variation de la tension (exprimée en microvolts 11V) en fonction de la distance entre les électrodes de mesure et le centre de la soudure (exprimée en millimètre, mm). Lorsque les électrodes de mesure s'approchent de la soudure, on enregistre une diminution linéaire de -la ten- sion (segment AB ou EF) i puis lorsque les électrodes de mesure chevauchent la soudure, on obitient un palier sur lequel la tension reste constante. Ce palier (segment BC ou FG) correspond au diamètre de la soudure. Enfin, lors- que les électrodes de mesure s'éloignent de la soudure, on enregistre une augmentation linéaire de la tension (seg- ment CD ou GH). Il est à noter que les courbes ABCD et EFGH sont symétriques par rapport au centre de la soudure et que la meilleure position des électrodes est telle que celles-ci entourent au mieux la soudure à contr8ler. Si les électrodes de mesure sont placées à 4 mm du centre de la soudure, on obtient une tension de 30 1UV pour un diamètre de 2 mm (courbe EFGH) et une tension de iV pour un diamètre de 6 mm. On constate donc que la tension diminue en fonction du diamètre de la soudure, pour une position donnée des électrodes. Il s'ensuit une relation simple entre la tension mesurée avec le disposi- tif de l'invention et le diamètre de la soudure. Après avoir fait un étalonnage en mesurant par des moyens appropriés différents diamètres de soudure et mesurer la tension correspondante, on peut par la suite par simple lecture de la tension en déduire le diamètre de la soudure. Connaissant le diamètre de la soudure, on en déduit son efficacité. En effet, plus le diamètre de la soudure est grand, plus la soudure sera efficace. L'étalonnage se fait à chaque fois que l'on change de type de soudure. En effet, les matériaux consti- tuant les pièces soudées ne conduisent pas tous le courant de la même façon, il s'ensuit des variations dans la va- leur des tensions. Le détecteur de seuil 22 permet de ré- gler l'appareil de contrôle en fonction des tensions à mesurer. Les soudures permettant de faire cet étalonnage sont arrachées de la pièce soudée de façon à âtre mesurée avec, par exemple, un pied à coulisse (contrôle destruc- tif). Si la tension mesurée n'est pas comprise dans l'in- tervalle des seuils fixés, une alarme 24 se déclenche. Ceci permet de s'assurer, par exemple, que toutes les électrodes sont en contact avec la pièce soudée, ou que la soudure a été détruite lors du test mécanique (résistance infinie, donc tension infinie). Ce test mécanique permet de détruire les soudu- res dites collées. Ce test mécanique peut être réalisé à l'aide d'un marteau pneumatique réglé à environ 7 Kg/cm2 Il consiste en une dizaine de chocs, espacés dans le temps d'environ 0,5 seconde. Les percussions ont lieu tous les 900 à quelques millimètres des bords de la soudure. La pièce soudée est fixée en porte à faux sur une plaque métallique 38. On peut, bien entendu, utiliser tout autre outil à percussion pour réaliser ce test mécanique. Ce test mécanique permet de différencier trois types de sou- dures: les bonnes, les médiocres et les mauvaises. Après ce test mécanique, suivi de l'étalonnage comme décrit précédemment, les soudures d'un type de pièce donné peuvent être contrôlées à l'aide du dispositif con- forme à l'invention. Dans le cas de pièces soudées plates on utilise le dispositif conforme au premier mode de réalisation de l'invention. La soudure est placée de façon symétrique en- tre les deux têtes de mesure. Les électrodes au nombre de quatre (n paires d'électrodes avec n égale 2) sont dispo- 2471 601 sées à 900 l'une de l'autre et placées de façon à entourer le mieux possible la soudure à contrôler, d'o leur posi- tion symétrique par rapport à l'axe de la soudure. Comme il n'est pas toujours évident de trouver l'axe ou centre de la soudure, les électrodes de mesure sont reliées entre elles de façon à obtenir une tension résultante. Des essais ont été effectués en positionnant les électrodes de mesure plus ou moins sur la soudure. Ces résultats ont montré l'efficacité du système d'intégration du dispositif comprenant quatre électrodes de mesure re- liées entre elles comme décrit précédemment. Dans le cas de soudures placées à proximité des bords de la pièce, des essais ont été effectués de façon à montrer l'influence des bords. Les effets de bords sont négligeables: inférieur à la reproductibilité de la mesu- re pour une soudure donnée. La tension obtenue sur une soudure située à 27 mm ou à 3 mm des bords est alors iden- tique. Dans le cas de soudures effectuées à proximité l'une de-l'autre, il peut exister un couplage électrique. La tension finale obtenue ne sera pas celle que l'on at- tend. Des essais sur des traverses de levage effectuées à l'aide du dispositif conforme au deuxième mode de réalisa- tion (figures 4 et 5) ont pu mettre en évidence ce phéno- mène. Dans ce cas, l'entre-axe des soudures n'était que de à 15 mm (les soudures étaient tangentes ou distantes de quelques millimètres), ce qui constitue une limitation à la méthode. Cà procédé et ce dispositif de contrôle des sou- dures par points permettent de déterminer d'une façon sim- ple le diamètre d'une soudure avec une précision de + 1 mm, donc d'en déduire son efficacité. REVENDICATIONS 1. Procédé de contr8le non destructif de soudures par points, caractérisé en ce que les soudures (2) subissent, d'abord un test mécanique permettant d'éprouver les soudures au cours duquel les soudures dites Ocollées" sont détruites, et les autres restent intactes& puis un contr8le ponctuel de chaque point de soudure res- tante au moyen d'une méthode rhéométrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le test mécanique consiste en un certain nombre de chocs tout autour de la zone de soudure pendant un court instant. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que le test mécanique est réalise à l'aide d'un outil à percussion (28), fieé sur une colonne (32) et relié à une électrovanne peret- tant la reproductibilité du point d'impact. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la méthode rhéométri- que consiste à faire circuler, entre au moins une paire d'électrodes (10) en contact avec la zone de soudure à étudier, un courant de quelques ampères et à mesurer aux bornes d'au moins une autre paire d'électrodes une diffé- rence de potentiel. 5. Dispositif de contrôle non destructif de sou- dure par points, caractérisé en ce qu'il comprend un sys- tème de détection formé de deux têtes de mesure (4 et 6) identiques, constituées chacune par n paires d'électrodes de mesure (8) et par n paires d'électrodes d'alimentation (10), chaque paire de ces électrodes d'alimentation (10) étant associée à une paire d'électrodes de mesure (8), les deux têtes de mesure (4 et 6) étant placées de façon symé- trique sur la zone de soudure (2) à étudier et reliées à une alimentation stabilisée en courant continu (14), à un ensemble de mesure et à un appareillage de visualisa- tion (20e 22). 240-1601 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que chaque paire d'électrodes de mesure (8) est alignée avec la paire d'électrodes d'alimentation (10), qui lui est associée, et est placée de façon symétrique par rapport au centre de la soudure de telle façon que, les électrodes de mesure (8) d'une même paire soient dis- tantes au plus de 11 mm et que chaque électrode d'alimen- tation (10) soit distante au plus de 2 mm de chaque élec- trode de mesure (8). 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 5 et 6, caractérisé en ce que les électrodes de mesure (8) d'une même tête de mesure (4 ou 6) sont reliées électriquement entre elles de façon à mesurer la résultan- te des différences de potentiel mesurées. 8. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 5 à 7, caractérisé en ce que les électrodes d'alimentation (10) d'une même tête de mesure (4 ou 6) sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une résis- tance (12) permettant d'obtenir un courant constant dans chaque électrode d'alimentation (10).