Brevet FR2523307A1 — publié le 19830916

1. L'invention concerne un procédé non destructif de contrôle d'assemblage par soudure, brasure ou collage par un flux de neutrons et un matériau d'assemblage per- mettant la mise en oeuvre dudit procédé. Le contrôle des soudures, brasures ou collages a pour but de déterminer la continuité du matériau d'as- semblage déposé entre les deux pièces à réunir. Généralement, le contrôle des assemblages métal- liques par soudure ou brasure se fait par radiographie ou gammagraphie Les résultats dépendent de l'absorption des métaux et de leurs épaisseurs relatives La détection des zones de discontinuité est aléatoire et dépend des dimen- sions des défauts L'emploi de la neutronographie a permis dans des ensembles complexes constitués de pièces métalli- ques et organiques la mise en évidence de ces dernières, alors que dans la radiographie, la forte absorption des pièces métalliques masquait celle des pièces moins absor- bantes. Le contrôle du collage de certaines pièces métal- liques pose des problèmes encore plus ardus, car étant don- né la faible épaisseur de la colle, celle-ci se laisse tra- verser sans absorber le rayonnement et les éventuels dé- fauts ne sont pas décelables. Avec l'apparition des structures composites en résine fibre, utilisées principalement dans l'industrie la aéronautique et spatiale,/réalisation de structures col- lées présentant un maximum de garantie aux contraintes d'environnement sévères, telles que température, vibra- tions, etc, a fait appel à de nombreuses méthodes de contrôle L'emploi des infrarouges, des ultra-sons, de la radiographie ou de la xéroradiographie est, soit très oné- reux ou de mise en oeuvre difficile, soit partiellement inefficace parce qu'offrant de faibles résolutions dimen- sionnelles ou ne permettant de détecter que des défauts importants: sur des structures fines, les contrôles de collage deviennent très difficiles ou inexistants parce qu'irréalisables dans certains cas. On a également utilisé la neutronographie, de mise en oeuvre relativement facile et de faible coût, dont les caractéristiques sont l'observation au travers de for- tes épaisseurs de matériaux et ce pour la plupart d'entre eux contrairement aux rayons X, et une meilleure résolution dimensionnelle Mais malgré des résultats prometteurs, il est apparu un problème inhérent à toutes ces techniques: la difficulté de distinguer la résine propre au collage et les substrats assemblés, métalliques ou non, ou eux-mêmes imprégrés de résine. Le procédé, selon l'invention, vise à fournir une méthode permettant le contrôle d'un assemblage par neu- tronographie, ledit assemblage étant réalisé avec un maté- riau contenant un élément neutrophage. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée. La figure 1 montre à l'échelle 1/1 une neutrono- graphie d'un assemblage de deux plaquettes composites par une colle structurale, conformément à l'invention. La figure 2 est un agrandissement x 2, 5 du cli- ché de la figure 1 - Le procédé de contrôle, selon l'invention, con- siste à faire une neutronographie de l'assemblage réalisé avec un matériau de liaison conteiant-un élément neutro- phage. Le matériau de liaison dépend des pièces à as- sembler et peut être un métal ou un alliage métallique pour des soudures avec métal d'apport ou pour des brasures, ou une colle ou résine à un ou plusieurs constituants pour toute sorte d'assemblage. La teneur en élément neutrophage dispersé dans le matériau de liaison dépend de l'épaisseur de la couche entre les deux pièces à assembler Dans les collages ou brasures classiques, cette épaisseur est généralement fai- ble et au maximum de l'ordre de quelques dixièmes de milli- mètre. La neutronographie est faite de manière connue sur un film industriel à grain fin et le cliché peut,selon la dimension des défauts que l'on désire détecter, être agrandi afin de rendre facilement observables ou mesura- bles des défauts de l'ordre du dixième de millimètre. Cette définition est obtenue avec despudres pre ere nce d'éléments neutrophages de très faible granulométrie(de/ *#$ 1000 MESH) dispersées dans des colles structurales, telles que celles connues, par exemple, sous les dénomina- tions "ARALDITE(p ROCHAL AW 106), EA 934 HYSOL" etc Les éléments neutrophages utilisés sont: le gadolinium, le samarium, l'europium, le bore et le cadmium. Ces éléments sont incorporés, soit sous forme d'élément pur, soit sous forme de composé ou d'alliage,dans des proportions comprises par exemple dans le cas du gado- linium approximativement entre 0,5 et 7,5 % en poids d'élé- ment pur dans le matériau de liaison et ce pour des films de colle compris approximativement entre 0,1 et quelques millimètres. Les figures 1 et 2 montrent un exemple de con- - =trôle de collage entre deux plaques de matériau composite, es plaques ayant une épaisseur de 2 millimètres et l'épais- seur du film de colle étant de 0, 1 + 0,05 mm La colle "PRO- CHAL AW 106 " est chargée de 7,5 % de gadolinium Le flux de neutrons est de 3 108-neutrons/cm 2 La partie basse du cli- ché montre des ramifications produites par un décollement local en cours de séchage On voit distinctement sur l'agrandissement des bulles marquées B et dont les dimen- sions sont de l'ordre du dixième de millimètre. La teneur en élément neutrophage ou charge sera déterminée par le type d'assemblage, par exemple, métal composite métal ou composite composite, mais surtout en fonction des épaisseurs et de la taille des pièces à assem- bler Toutefois, pour une charge donnée, la plage d'utili- sation est très large. Parmi les défauts d'assemblage qui peuvent être détectés par incorporation d'un élément neutrophage dans les colles, il faut citer: les décollements, les défauts de "mouillage" de remplissage des volumes ou des surfaces d'assemblage, les "bulles", les inhomogénéités d'épaisseurs, le mauvais mélange catalyseurs-résines. Le matériau de liaison utilisé pour les soudu- res, les brasures et les soudo-brasures se présente classi- quement sous forme de fils, de baguettes ou d'électrodes de diamètre et de composition variés. On introduit l'élément neutrophage sous forme de métal ou d'alliage dans le métal ou l'alliage destiné à la fabrication du matériau de liaison. Les mêmes éléments neutrophages que ceux de l'exemple précédent peuvent être utilisés. Selon un exemple particulier, le gadolinium à faible teneur ( 1 %) utilisé comme addition dans le fer, le chrome ou leurs alliages, améliore leur usinabilité et leur résistance à haute température et à l'oxydation, et par là même, est susceptible d'améliorer les caractéristiques du cordon, telles que l'usinage ou le rechargement. La concentration en masse du gadolinium ou char- ge sera comprise approximativement entre 2 % pour les bra- sures et baguettes de faible épaisseur ou de diamètre 1,6 mm et 0,05 % pour les baguettes jusqu'à 8 mm. La charge sera déterminée pour chaque type d'électrode et en fonction de leur rendement. Pour un même diamètre d'électrode, on peut choi- sir différentes charges, ce qui permettra, lors de la neu- tronographie, de distinguer les passes successives. L'incorporation d'un élément neutrophage dans le matériau de liaison de pièces métalliques par soudure ou brasure, permet de visualiser, entre autres, les défauts suivants soufflures, criques, inclusions de laitier ou de flux,morsures, caniveaux, mauvaise répartition des passes successives. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de contrôle d'un assemblage consis- tant à soumettre un assemblage réalisé avec un matériau de liaison contenant un élément neutrophage à un flux de neutrons et à mesurer l'absorption relative dudit flux par le matériau de liaison. 2 Matériau de liaison pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau comporte une dispersion homogène d'un élé- ment neutrophage. 3 Matériau de liaison selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément neutrophage est sous forme d'un composé ou d'un alliage. 4 Matériau de liaison plus particulièrement adapté au collage selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que la granulométrie de l'élément neutro- phage est égale ou inférieure à 1000 MESH. Matériau de liaison selon l'une des revendi- cations 2 à 4, caractérisé en ce que l'élément neutrophage est du gadolinium. 6 Matériau de liaison plus particulièrement adapté au collage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la teneur en élément neutrophage pur est comprise entre 0,5 et 7,5 % en poids du matériau de liaison. 7 Matériau de liaison plus particulièrement adapté à la soudure, brasure ou soudo-brasure selon l'une des revendications 1 à 3, 5, caractérisé en ce que la te- neur en gadolinium pur est comprise entre 0,05 % et 2 % en poids du matériau de liaison. 8 Matériau de liaison selon l'une des revendi- cations 2 à 5, caractérisé en ce que l'élément neutrophage est du samarium. 9 Matériau de liaison selon l'une des revendi- cations 2 à 5, caractérisé en ce que l'élément neutrophage est de l'europium. Matériau de liaison selon l'une des revendi- cations 2 à 5, caractérisé en ce que l'élément neutrophage est du bore. 11 Matériau de liaison selon l'une des reven- dications 2 à 5, caractérisé en ce que l'élément neutropha- ge est du cadmium. 12 Assemblage réalisé à l'aide d'un matériau de liaison selon l'une des revendications précédentes.