Brevet FR2503365A1 — publié le 19821008

i Procédé et dispositif de contr8le d'éléments de construction dans des zones d'assemblage àa recouvrement La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de contrôle d'éléments de construction dans des zones d'assemblage à recouvrement pour la détection de dégâts tels que fissurations, ébranlements ou analogues. On rencontre des assemblages à recouvrement, par exemple par rivetage, soudage ou collage, dans de vastes domaines de la technique tels que la construction d'avions ou de navires, de ponts ou de réservoirs, etc. Dans des éléments de construction soumis à une charge permanente pendant leur existence, ou leur durée de fonctionnement, on court le risque de voir apparaître, particulièrement dans les zones d'assem- blage à recouvrement, des dégâts tels que des fissurations ou des ébranlements de l'assemblage. De tels dégâts peuvent réduire fortement la rigidité de tels assemblages à recouvre- ment et par conséquent aussi celle de l'ensemble de l'élément de construction. Si ledit élément est soumis à des charges extrêmement fortes, les fissurations ou ébranlements d'assem- blages peuvent conduire à son inaptitude au fonctionnement, voire même à sa rupture. Dans tous les domaines o la sécurité des hommes et du matériel est en jeu, il faut contrôler fré- quemment les éléments de construction à assemblages à recou- vrement, par exemple les coques de navires et fuselages d'aéronefs, ponts et réservoirs à liquide. Ce contrôle est exercé de façon générale sous forme optique par du personnel expérimenté. Il existe bien entendu aussi, à cet effet, des appareils de mesure allant jusqu'à utiliser des rayons X, mais ces appareils sont généralement trop compliqués pour pouvoir être utilisés dans les contrôles courants si l'on considère la multiplicité de tels assemblages à recouvrement, par exemple dans le fuselage d'un avion. Pour diminuer dans le cas d'éléments de construction à protéger de la sorte, leur sensibilité à des dégâts dans leurs zones d'assemblage à recouvrement, on les renforce souvent à titre préventif dans lesdites zones. Cette mesure, si elle empêche bien, par exemple en cas d'apparition de fis- sures, une progression éventuellement catastrophique de celles-ci, n'améliore cependant pas les possibilités de con- tr8le, par ailleurs difficiles. Ce renforcement de structure accroit en outre le poids de l'élément de construction, du fuselage d'avion précité par exemple, et aussi le coût de fabrication. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif du genre annoncé qui permettent de contrôler sans grande complication technique des éléments de construction dans leurs zones d'assemblage à recouvrement et puissent les maintenir pour ainsi dire constamment sous contrôle. Le procédé est caractérisé par le fait que, dans la zone de l'assemblage à recouvrement, on munit l'élément de construction, à l'état neuf, d'un alésage de contr8le traver- sant d'enfilade les parties dudit assemblage ' recouvrement et, durant l'existence de l'élément de construction, on examine ledit alésage de contr8le quant à l'alignement mutuel de ses fractions traversant les parties respectives de l'assemblage à recouvrement. Le dispositif est caractérisé par le fait qu'à un alésage de contr8le pratiqué, à l'état neuf de l'élément de construction, dans la zone de l'assemblage 'a recouvrement et traversant d'enfilade les parties de ce dernier, on associe un palpeur au moyen duquel on peut examiner durant l'existence dudit élément de construction ledit alésage de contr8le quant à l'alignement mutuel de ses fractions traversant les parties respectives de l'assemblage à recouvrement* Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le palpeur est une broche calibrée enfonçable dans l'alésage de contrôle et pouvant avoir un diamètre égal ou inférieur à celui de ce dernier. Selon une particularité avantageuse possi- ble, le palpeur consiste en une cheville calibrée insérée, ' l'état neuf de l'élément de construction, dans l'alésage de contrôle et déformable ou destructible dans le cas d'un cer- tain déport de cisaillement &L des parties respectives de l'assemblage à recouvrement, cette déformation ou destruction étant observable dans le cas dudit déport de cisaillement AL des parties respectives de l'assemblage à recouvrement. Selon l'invention, l'élément de construction est donc muni, dans la zone de l'assemblage à recouvrement, de quelques alésages de contrôle qui traversent au moins partiellement ledit assemblage. S'il survient dans cette zone d'assemblage quelque ébranlement ou si l'assemblage se relàche par suite de fissuration, l'action des forces de charge exercées sur l'élément de construction, y compris la zone de l'assemblage à recouvrement, provoque un certain déport de cisaillement des diverses fractions d'un alésage de contrôle. On utilise ce déport de cisaillement pour reconnaître et éventuellement annoncer l'ébranlement ou la fissuration. La grandeur relative du déport de cisaillement est donnée par le rapport de la valeur critique AL dudit déport au diamètre d de l'alésage. Cette grandeur relative peut par conséquent être adaptée aux détails techniques de chaque cas d'application et à la méthode de détection envisagée par un choix approprié du diamètre de l'alésage. Selon l'établissement du rapport entre la valeur &L et le diamètre d, un alésage de contrôle peut par exemple être fermé complètement ou rétréci de moitié ou aussi dans une faible mesure seulement par le déport de la matière dans la zone de l'assemblage à recouvrement. On peut établir sur cette base des méthodes de détection très diverses convenant à différents cas d'application. On ne peut déterminer judicieusement que pour chaque cas particulier le genre de méthode de détection à utiliser. Le choix varie par exemple selon que les alésages de contrôle sont accessibles d'un ou de deux côtés ou au contraire inacces- sibles de par leur position. Il importe en outre de savoir combien il existe d'alésages de contrôle et suivant quelle fréquence, ainsi qu'avec quelle mise en jeu de personnel, un contrôle, par exemple une surveillance d'exploitation, doit être exercé. Conformément à la multiplicité des critères à consi- dérer, on peut utiliser de très nombreux effets à la détection du déport de cisaillement, et par conséquent à celle de dégâts, dans la zone de l'assemblage à recouvrement. On va énumérer ci-dessous en une sorte de catalogue quelques-unesde ces possibilités: - inspection visuelle; palpage de l'alésage de contrôle par une broche calibrée; - examen de blocage on mobilité d'une broche calibrée insérée sous ressort dans l'alésage de contrôle; - sortie de matière colorante d'une broche calibrée emplie d'un colorant et collée on vissée à l'intérieur de l'alésage de contrôle; - passage de lumière dans un alésage de contrôle accessible des deux côtés; - passage de gaz ou de liquides; - examen de la charge absorbée par un organe de mesure vissé à l'intérieur de l'alésage de contr8le et comportant l'insertion d'une bande extensométrique ou d'une rondelle en une matière piézo-électrique; - déwadation d'une couche isolante placée autour d'une broche insérée dans l'alésage de contr8le, laquelle broche, lorsque le déport de cisaillement endommage ladite couche isolante et dépasse l'épaisseur de l'enveloppe, entre en contact avec la matière environnante, ce contact étant alors mis en exploitation; rupture d'une broche calibrée en matière cassante - céramique ou plastique - dans laquelle est inséré un conduc- teur se coupant lors de ladite rupture de la broche; - rupture d'une broche calibrée en matière cassante fixée unilatéralement dans une des fractions de l'alésage de contrôle, laquelle broche, à ladite rupture provoquée par le déport de cisaillementest projetée hors de l'autre fraction d'alésage à l'aide d'un ressort. On peut bien entendu concevoir encore d'autres possibilités de détection, mais il ressort de celles qui sont énumérées ci-dessus que l'invention permet de disposer d'un procédé et d'un dispositif simples pour contrôler de façon également simple, dans la zone d'assemblages à recouvrement par exemple sensibles à la fissuration, des éléments de cons- truction soumis à des charges. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un assemblage à recouvrement par rivets qui comporte, pour son contrôle, des alésages appropriés selon ladite invention; la figure 2 représente de la m4me façon un assemblage à recouvrement par soudures, avec un alésage de contrôle selon l'invention, après rupture d'un des deux joints de soudure; les figures 3a, 3b, 3c, 3d représentent diverses formes de réalisation de palpeurs à insérer, pour surveiller l'état d'assemblages à recouvrement, dans des alésages de contrôle ménagés dans la zone de ces assemblages; la figure 4 représente un assemblage à recouvrement avec un palpeur inséré dans un alésage de contrôle pour sur- veiller l'état dudit assemblage. On voit sur la figure 1 un assemblage à recouvrement 1, en l'occurrence un assemblage par rivetage, de deux tôles 2 et 3 reliées entre elles par des rivets 4. Ces tôles 2 et 3, par exemple en métal léger ou en acier, font partie d'un élément de construction, non particulièrement représenté, par exemple un élément d'une coque de navire ou d'un fuselage d'avion, lequel est soumis pendant son existence à des charges symboli- sées ici par des flèches à double sens P. Afin de pouvoir contrôler l'aptitude de l'assemblage k recouvrement 1 k remplir sa fonction pendant la durée d'existence de l'élément de construction, on a ménagé dans la zone de l'assemblage plusieurs alésages de contrôle 5 qui traversent en direction essentiellement verticale les deux tôles 2 et 3. Ces alésages de contrôle sont relativement petits et n'altèrent pas la rigidité de l'assemblage 1, ou de l'élément de construction. On compte sur la figure 1 trois tels alésages de contrôle 51, 52 et 53, l'alésage 52 étant compris entre les deux rivets 4 et les alésages 52 et 53 se trouvant k l'extérieur de ces mêmes rivets 4. Les fractions 5a des alésages de contrôle 51 k 53 placées dans la tôle supérieure 2 et les fractions 5b de la tôle inférieure 3 sont coaxiales et ont généralement, comme sur les diverses figures du dessinle même diamètre. L'alésage de contrôle 51 traverse complètement la tôle supérieure 2, mais en partie seulement la tôle inférieure 3, si bien que, dans cette dernière, la fraction d'alésage 5b représente un trou borgne. Les deux autres alésages de contrôle 52 et 53 traversant complètement les deux tôles 2 et 3. Le genre d'alé- sage de contr81e utilisé est sans importance pour l'invention et se règle sur chaque cas d'application. Cependant c'est toujours k l'état neuf de l'élément de construction que l'on munit ce dernier de ses alésages de contrôle dans la zone de l'assemblage k recouvrement. On voit sur la figure 2 un assemblage à recouvrement 1, dans ce cas un assemblage par soudage avec joint une extension de la partie encore portante de l'assemblage. Les fractions d'alésage 5a et 5b d'un alésage de contrôle 5 se trouvent en conséquence déportées l'une par rapport k l'autre dans une faible mesure *L. Ce déport de cisaillement fait que lesdites fractions d'alésage 5a et 5b, toutes deux de même diamètre d, ne sont plus alignées entre elles. Si le déport relatif de cisaillement, c'est-k-dire le rapport au 7, diamètre datteint une certaine valeur critique déterminée, l'aptitude de l'assemblage à recouvrement 1 et par conséquent de tout l'élément de construction à remplir leur fonction ne peut plus être assurée. On peut par exemple contrôler ce déport de cisaillement, comme représenté sur la figure 1, à l'aide d'un simple instrument d'épreuve 8 comportant une broche calibrée 9 de diamètre b. Le diamètre b de la broche calibrée 9 peut par exemple être égal au diamètre d des alésages de contrôle 5. Si, après une certaine durée de vie de l'élément de construction, on peut enfoncer sans difficultés la broche calibrée 9 dans les alésages de contrôle 5, c'est le signe qu'aucun dommage, tel que les fissures précitées, n'est encore apparu dans la zone de l'assemblage à recouvrement 1. Eu égard à ce que l'on vient de dire sur un déport critique de cisail- lement, le diamètre b de la broche calibrée 9 peut cependant être inférieur au diamètre d des alésages de contrôle. Le diamètre b de la broche calibrée 9 dépend alors de la valeur critique encore admissible du déport de cisaillement, tel qu'on l'a défini en liaison avec la figure 2. Quand la broche calibrée 9 peut encore être insérée dans les deux fractions 5& et 5b de l'alésage de contrôle, l'assemblage à recouvrement 1 remplit encore sa fonction, Lorsque la broche calibrée 9 ne peut plus être enfoncée dans les deux fractions d'alésage,et alors seule- ment, la valeur critique du déport de cisaillement relatif est dépassée, si bien qu'il faut compter avec une fissuration qui, en se poursuivant, conduirait à l'inaptitude de l'assemblage à recouvrement à sa fonction, On peut aussi utiliser comme palpeurs de l'état de l'assemblage à recouvrement un des palpeurs calibrés 9a, 9b, 9c et 9d insérés à demeure dans l'alésage de contrôle, comme représenté sur les figures 3a à 3d. La broche calibrée 9a selon la figure 3a consiste en un cylindre creux 10a, 11 déformable, rempli d'une matière colorante 12 et fermé qui est inséré dans l'alésage de contrôle 5 et duquel la matière colorante sort, de façon visible, lorsqu'il est déformé par un déport de cisaillement L des fractions 5a, 5b de l'alésage de contrôle dans les parties 2, 3 de l'assemblage à recouvrement. Ledit cylindre creux se compose d'une botte 10a en une matière élastique rigide, qui est fermée à son extrémité supérieure par une membrane mince 11 et qui est remplie d'une matière colorante pLteuse 12. La broche calibrée est fixée sur toute sa longueur par de la colle 13 dans l'alésage de contrôle 5, représenté ici comme ouvert d'un seul côté comme l'alésage de contrôle 5i sur la figure 1. Quand les t8les 2 et 3 se déportent l'une par rapport a l'autre par suite de fissurations, la broche calibrée 9a se trouve écrasée, si bien que la matière colorante pâteuse qu'elle renferme déchire la membrane 11 et sort de ladite broche calibrée, ce que l'on peut constater par contr8le visuel* La broche calibrée 9b selon la figure 3b se compose d'un cylindre creux fermé 10b en une matière cassante destruc- tible en cas de déport de cisaillement des fractions 5a et 5b de l'alésage de contrôle 5 et d'un ressort de compression 14 inséré à l'intérieur qui, lors de la destruction de ladite broche calibrée par suite d'un déport de cisaillement entre les parties 2, 3 de l'assemblage à recouvrement, sépare les parties de cette même broche renfermées dans les diverses fractions d'alésage 5a, 5b. La broche calibrée 9b, insérée dans un alésage de contrôle 5 qui traverse les deux tôles 2 et 3 de l'assemblage à recouvrement, est fixée exclusivement dans la fraction inférieure d'alésage 5b de la tôle 1, au moyen de colle 13. Il peut être réservé, en accord avec les critères de déport critique de cisaillement exposés en liaison avec la figure 2, un petit intervalle entre la broche calibrée 9b et la fraction d'alésage 5a. Quand, par suite d'une fissuration, les tôles 2 et 3 se déportent l'une par rapport à l'autre, la broche calibrée 9b casse et la partie supérieure du cylindre creux 1Ob, placée dans la fraction d'alésage 5a, se trouve projetée hors de l'alésage de contrôle. C'est là également un signe de début d'inaptitude à sa fonction de l'assemblage à recouvrement. La broche calibrée 9c selon la figure 3, insérée dans l'alésage de contr8le 5, se compose d'un cylindre plein lOc en une matière cassante destructible, par exemple céramique, et d'un conducteur électrique 15 inséré à l'intérieur qui se trouve interrompu en cas de destruction de la broche calibrée par un déport de cisaillement entre les parties 2, 3 de l'as- semblage à recouvrement. Le cylindre plein 10c est collé ou vissé dans l'alésage de contr8le 5, et le conducteur électrique 15, en forme de U. pénètre presque jusqu'au fond dudit alésage de contr8le 5. Les deux extrémités du conducteur 15 sont reliées à deux contacts 16 sur la face supérieure du cylindre 9c. En cas de déport de cisaillement des deux t8les 2 et 3, le cylin- dre lOc casse et, de même, le conducteur 15, interrompant ainsi le parcours électrique entre les deux contacts 16, ce que l'on peut constater lors d'une inspection. Au lieu d'un conducteur en forme de U, on peut aussi utiliser un conducteur axial continu avec des contacts placés aux deux extrémités de la broche. La broche calibrée 9d selon la figure 3d se compose d'un noyau cylindrique 10d conducteur de l'électricité et d'une enveloppe 23 en une matière isolante de l'électricité et écrasable ainsi que d'une borne 24 reliée au noyau et ser- vant au raccordement d'une ligne électrique. L'enveloppe, constituée par exemple par une couche de colorant, est calculée de façon à s'écraser sous un déport de cisaillement critique prédéterminé. Le noyau métallique lOd est ainsi mis en contact électrique avec les tôles 2 et 3, ce que l'on peut constater lors d'une inspection. Le palpeur 17 selon la figure 4 comporte un carter 18 dans lequel est logée, soutenue par l'action d'un ressort 20, une broche calibrée 9e en une matière cassante, par exemple céramique, qui est insérable dans l'alésage de contrôle 5, mais fixée seulement dans la fraction d'alésage 5b de la partie d'assemblage la plus éloignée 3, comme dans la forme de réalisation selon la figure 3b, et il est associé à ladite broche calibrée 9e un conducteur électrique 21 qui se coupe lorsque ladite broche calibrée 9e casse par suite d'un déport de cisaillement des parties respectives 2, 3 de l'assemblage à recouvrement. La broche calibrée 9e dépasse de la tôle d'acier 2 dans le carter 18 et porte à son extrémité libre supérieure une plaque d'appui 19, le ressort de compression étant inséré entre celle-ci et le fond du carter, posé sur la tfle 2. Le conducteur électrique 21, consistant par exemple en un fil ou une membrane ou un pont céramique conducteurs de l'électricité, est bridé dans le couvercle du carter du palpeur 17. A la cassure de la broche calibrée 9e par un déport de cisaillement des t8les 2 et 3, son extrémité libre supérieure est projetée alors vers le haut par le ressort de compression 20 et sépare le conducteur 21. La rupture de ce conducteur 21 peut ensuite être constatéesur des contacts d'extrémité 22 corres- dants dudit conducteur, cela soit au cours d'une inspection usuelle, soit automatiquement, les contacts 22 étant alors reliés à un circuit électronique de surveillance non repré- senté. Le procédé et le dispositif selon l'invention per- mettent de surveiller de façon simple, soit manuelle, soit automatique, les éléments de construction quant à l'apparition de dégits tels que des fissurations dans la zone d'assemblages à recouvrement. Les moyens à y consacrer sont beaucoup plus faibles que dans d'autres méthodes de contr8le usuelles. Cette surveillance est fiable. Les assemblages à recouvrement peuvent être contrôlés continuellement, si bien que l'on détecte les fissurations dès leur début avant qutelles ne conduisent à l'inaptitude de l'assemblage et de l'élément de construction à leur fonction. il REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle d'éléments de construction dans des zones d'assemblages à recouvrement pour la détection de dégâts tels que fissurations, ébranlements ou analogues causés à ces assemblages par des charges agissant sur eux durant l'existence de l'élément de construction, procédé caractérisé par le fait quedans la zone de l'assemblage à recouvrement (1), on munit, à l'état neuf, l'élément de cons- truction d'un alésage de contrôle (5) traversant d'enfilade les parties (2, 3) dudit assemblage à recouvrement et, durant l'existence de l'élément de construction, on examine ledit alésage de contrôle quant à l'alignement mutuel de ses frac- tions traversant les parties respectives (2, 3) de l'assemblage à recouvrement. 2. Dispositif de contrôle d'éléments de construction dans des zones d'assemblages à recouvrement pour la détection de dégâts tels que fissurations, ébranlements ou analogues causés à ces assemblages par des charges agissant sur eux durant l'existence de l'élément de construction, dispositif caractérisé par le fait qu'à un alésage de contrôle (5) pra- tiqué, à l'état neuf de l'élément de construction, dans la zone de l'assemblage à recouvrement (1) et traversant d'en- filade les parties (2, 3) de ce dernier est associé un palpeur (9) au moyen duquel on peut examiner durant l'existence dudit élément de construction ledit alésage de contrôle quant à l'alignement mutuel de ses fractions (5a, 5b) traversant les parties respectives (2, 3) de l'assemblage à recouvrement. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le palpeur est une broche calibrée (9) enfon- çable dans l'alésage de contrôle (5). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la broche calibrée a le même diamètre que l'alésage de contrôle (5). 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la broche calibrée (9) a un diamètre inférieur k celui de l'alésage de contrÈle (5). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 k 5 caractérisé par le fait que le palpeur (9a-9e) consiste en une cheville calibrée insérée, k l'état neuf de l'élément de construction, dans l'alésage de contr8le (5)et déformable ou destructible dans le cas d'un certain déport de cisaillement ( AL) des parties respectives (2, 3) de l'assemblage à recouvrement, cette déformation ou destruction étant observable dans le cas dudit déport de cisaillement (zL) des parties respectives de l'assemblage k recouvrement. 7. Dispositif selon la revendication (5) caractérisé par le fait que la broche calibrée (9a) consiste en un cylindre creux (10a, 11) déformable, rempli d'une matière colorante (12) et fermé qui est inséré dans l'alésage de contr8le (5) et duquel de la matière colorante sort, de façon visible, lorsqu'il est déformé par un déport de cisaillement (AL) des fractions (5a, 5b) de l'alésage de contr8le dans les parties (2, 3) de l'assemblage k recouvrement. 8. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que la broche calibrée (9b) se compose d'un cylindre creux fermé (10b) en une matière cassante destructible en cas de déport de cisaillement des fractions (Sa, 5b) de l'alésage de contr8le (5) et d'un ressort de compression (14) inséré à l'intérieur qui, lors de la destruction de ladite broche cali- brée par suite d'un déport de cisaillement entre les parties (2, 3) de l'assemblage k recouvrement, sépare les parties de cette même broche renferméeldans les diverses fractions d'alé- sage (5a, 5b)o 9. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que la broche calibrée (9c) se compose d'un cylindre plein (10c) en une matière cassante destructible et d'un con- ducteur électrique (15) inséré k l'intérieur qui se trouve interrompu en cas de destruction de la broche calibrée par un déport de cisaillement entre les parties (2, 3) de l'assemblage k recouvrement, 10. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que la broche calibrée (9d) se compose d'un noyau cylindrique (10d) conducteur de l'électricité, d'une enveloppe (23) en une matière isolante de l'électricité et écrasable ainsi que d'une borne (24) reliée au noyau et servant au rac- cordement d'une ligne électrique. 11. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le palpeur (17) comporte un carter (18) dans lequel est logée, soutenue par l'action d'un ressort (20), une broche calibrée (9e),en une matière cassante"insérable dans l'alésage de contrôle (5) et fixée dans la fraction d'alésage (5b) de la partie d'assemblage la plus éloignée (3) et il est associé à ladite broche calibrée (9e) un conducteur électrique (21) qui se coupe lorsque celle-ci casse par suite d'un déport de cisaillement des parties respectives (2, 3) de l'assemblage à recouvrement.