Brevet FR2545936A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne l'inspection des éléments de machines par détection d'une émission acoustique. Dans les tests non destructifs d'éléments de machines, il est difficile de détecter les surfaces internes en contact l'une contre l'autre, telles que les fissures et les fractures, qui ne peuvent être révélées par un examen visuel de l'élément. De plus, si dans le cas des surfaces en contact qui sont des fissures et des fractures, celles-ci ont été provoquées par des vibrations, il est difficile d'isoler le mode de vibration particulier qui les a provoquées. I1 est connu de détecter de telles fissures et fractures par les techniques de photographie aux rayons X et d'examen par ultrasons, mais parfois cela présente des difficultés d'interprétation des résultats obtenus. De plus, l'application des rayons X introduit des risques pour la santé des opérateurs. C'est un objet de la présente invention de fournir un procédé perfectionné d'inspection d'un élément, lequel procédé est particulièrement utile pour la détection des fissures et des fractures dans l'élément et pour l'analyse de ces défauts si ces fissures et fractures ont été provoquées par des vibrations. Conformément à la présente invention, un procédé d'inspection d'un elément comprend la mise en vibration continue de l'élément, à une fréquence et à une amplitude, ou dans un domaine de fréquences et d'amplitudes, telles que cela provoque le grippage entre les surfaces en contact dans ledit élément, de sorte que ce grippage engendre des émissions acoustiques dans l'élément et l'on détecte ces émissions acoustiques à des fréquences autres que celles auxquelles l'élément est en vibration continue, pour apporter la preuve de l'existence de toutes surfaces en contact de cette façon. L'émission acoustique est généralement comprise comme étant une activité ou une contrainte transitoire dans une large bande de hautes fréquences, qui se déplace à l'intérieur d'un matériau et peut être détectée par un transducteur approprié, placé sur le matériau ou adjacent à ce matériau. Les emissions acoustiques sont engendrées par des mécanismes, tels que la contrainte du matériau, qui donnent lieu à un changement local rapide de l'effort dans le matériau. C'est un phénomène qui est communément associé à des effets tels que la croissance des fissures, la déformation plastique ou la transformation de phase dans les matériaux. Les émissions acoustiques sont généralement détectées dans des domaines de fréquences qui sont au-delà du spectre normalement audible et sont ainsi moins sujet à interférences par le bruit extérieur.Par conséquent, les émissions acoustiques à bas niveau peuvent être facilement détectées sans soulever de sévères problèmes de bruit ambiant. De préférence on fait vibrer l'élément de machine dans un domaine de fréquences et d'amplitudes afin d'être sur qu'il est mis en vibration à la fréquence appropriée ou aux fréquences et amplitudes qui ont pour effet de faire engendrer ces émissions acoustiques par toutes surfaces en contact de ce type à l'intérieur de l'élément. La fréquence (ou les fréquences) qui est l'origine de ces émissions est déterminées de préférence pour donner une indication de la fréquence (ou des fréquences) qui provoque de telles fissures ou fractures. L'invention va maintenant être décrite, à titre d'exemple en se référant aux déssins ci-joints sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe latérale d'un moule incorporant un certain nombre de tiges de quartz, ce moule étant adapte à l'inspection ou au contrôle suivant le procédé de la présente invention La figure 2 est un graphique représentant les émissions acoustiques du moule représenté sur la figure 1 quand il est mis en vibration, et dans lequel aucune des tiges de quartz ne sont craquées ou fracturées La figure 3 est un graphique similaire à celui de la figure 2, mais représentant les émissions acoustiques quand une des tiges de quartz est fondue. En se référant à la figure 1, un moule référencé dans son ensemble par 10, est prévu pour mouler une aube à refroidissement pour turbine. Ces aubes comportent un certain nombre de passages dans lesquels circule l'air de refroidissement. Ces passages sont définis dans le moule 10 par plusieurs tiges de quartz 11, dont les extrémités sont enrobées dans la coque céramique 12 du moule 10. Le mode de fabrication du moule 10 est tel que quand il est assemblé, les tiges de quartz il sont contenues entièrement à l'intérieur du moule et il est donc impossible de les inspecter visuellement. Ceci étant, si une des tiges de quartz 11 est fendue ou cassée, l'avarie ne sera pas détectée avant que le moule ne soit effectivement utilisé pour couler une aube. A ce moment bien entendu, la tige 11 défectueuse aura donné lieu à une aube correspondante défectueuse. Afin de déterminer si le moule 10 contient une tige de quartz 11 fendue ou cassée, il est monté sur des supports inférieur 13 et supérieur 14 interconnectés, qui facilitent la mise en vibration du moule 10. Les supports supérieur et inférieur 14 et 13 sont attachés, au moyen dsune poutre 15 à une source d'énergie vibratoire (non représentée). Le support supérieur 14 a aussi un trou 16 qui le traverse, ce qui permet l'introduction d'un microphone 17 dans l'intérieur 18 du moule. En fonctionnement, la source d'énergie vibratoire fait vibrer le moule en permanence par l'intermédiaire de la poutre 15 et des supports 14 et 13, dans un domaine de fréquence allant jusqu'à 800 Hz. Le microphone 17 reçoit la réponse du moule 10 à cette vibration aux fréquences supérieures à 50 KHz et fournit une sortie à un équipement de mesure classique Inon représenté). Les diverses parties du moule 10 délivrent des émissions acoustiques en réponse à cette vibration, et ce sont ces émissions acoustiques qui sont reçues par le microphone 16. La relation entre les émissions et la fréquence de vibration du moule 10 est représentée sur le graphique de la figure 2. Sur ce graphique, les axes représentent la fréquence Hz et la racine carrée moyenne du niveau d'émission acoustique aux fréquences supérieures à 50 KHz. il ressort clairement de la figure 2 qu'il y a des émissions acoustiques aux environs de 250 Hz et au dessus de 600 Hz. Ce sont les fréquences de base des tiges de quartz 11. On a constaté que dans le moule 10 testé dans cet exemple particulier, aucune tige de quartz 11 n'était brisée. Cependant, la figure 3 représente un graphique similaire à celui de la figure 2 mais indiquant la réponse obtenue avec un moule 10 dont on a trouvé après qu'il avait une tige 11 cassée. il ressort clairement de la figure 3 que le moule 10 défectueux fournit des émissions acoustiques résultant des modes de vibration fondamentale des tiges de quartz 11, ainsi que d'une variété d'autres émissions acoustiques émanant de la tige 11 cassée. De plus, on verra que les émissions acoustiques sont détectées à des fréquences supérieures à 50 KHz, ce qui est supérieur à celles auxquelles le moule est mis en vibration. Ainsi, én général, quand un objet est mis en vibration permanente à une amplitude et à une fréquence données ou dans un domaine Lonne-d"amplitndes et de fréquences, les émissions acoustiques engendrées par les surfaces en frottement à l'intérieur de ltbjet sont à des fréquences qui sont supérieures à celles auxquelles l'objet est mis en vibration. Ainsi, il est possible, en soumettant le moule 10 à des vibrations dans un domaine de fréquences et en étudiant les émissions acoustiques en résultant, de distinguer un moule 10 ayant une tige fracturée, d'un moule 10 n'ayant aucune tige 11 fracturée. Si l'on désire inspecter un grand nombre de moules 10 similaires, de la façon décrite ci-dessus, on comprendra qu'il n'est pas nécessaire de soumettre chaque moule 10 à un si large domaine de fréquence de vibration. Ainsi, chaque moule pourra être mis en vibration à une fréquence unique qui est connue pour ne pas émettre d'émissions acoustiques dans les bons moules 10, mais qui produit des émissions acoustiques avec les moules 10 qui ont des tiges de quartz 11 cassées. Le procédé de la présente invention n'est pas limité à l'inspection des moules 10, et peut être utilisé dans d'autres buts. Ainsi, le procédé est utile pour la détection des fissures internes dans les composants. Par exemple, le procédé de la présente invention a été utilisé pour détecter une fissure interne dans un revêtement de combustion de moteur à turbine à gaz. D'autres exemples de composants qui peuvent être inspecté par le procédé de la présente invention comprennent les composites qui peuvent être inspectés pour le délitement, et les composants collés qui peuvent être inspectés pour déterminer l'intégrité du collage. Les microphones ne sont usuellement pas utilisés pour l'inspec tion de tels composants. il est préférable d'utiliser à la place un transducteur au contact de la surface du composant. On comprendra cependant que d'autres types de transducteu pourraient être utilisés dans des circonstances approprié Le procédé de la présente invention, tout en étant utile pour l'inspection des composants, est aussi utile dans l'analyse des défauts des composants. Une telle analyse des défauts dépend du fait que si le composant est fissuré par suite d'une exposition à des vibrations, alors la fissure fournira en général une émission acoustique si le composant est exposé à une vibration à la même fréquence que celle qui a l'origine a provoqué la fissure. Par conséquent, si un composant fissuré à la suite de vibration est exposé à une vibration dans un domaine de fréquences, et si un composant similaire mais non fissuré est exposé aux mêmes fréquences, la détermination des différences de leurs émissions acoustiques fournit la preuve des fréquences vibratoires qui ont provoqué la fissure. Cette technique a été utilisée avec succès pour la détermination de la fréquence vibratoire d'une source de fissures de fatigue dans le revêtement de combustion d'un moteur à turbine à gaz. Bien que la présente invention ait été décrite en référence à l'inspection et à l'analyse des défauts de composants de turbine à gaz, il est bien entendu qu'elle peut être aussi appliquée à l'inspection et à l'analyse de défauts d'autres composants qui ont des surfaces appliquées l'une contre l'autre. De plus, elle est particulièrement utile pour l'inspection des composants in situ. Par exemple, elle pourrait être utilisée pour l'inspection in situ des aubes creuses des moteurs à turbine à gaz. De telles aubes creuses contiennent un matériau en nid d'abeille qui est brasé sur la surface intérieure de l'aube. Le procédé de la présente invention est particulièrement utile pour les tests d'intégrité des joints brasés. REVENDICATION 1- Procédé d'inspection d'un composant caractérisé en ce que ledit procédé comprend : la mise en vibration continue dudit composant à une fréquence et à une amplitude telles, ou dans un domaine de fréquences et d'amplitudes tel que cela provoque un grippage entre toutes surfaces appliquées deux à deux l'une contre l'autre dans ledit composant, de façon que ce grippage engendre des émissions acoustiques dans ledit composant et la détection de ces émissions acoustiques à des fréquences autres que celle ou celles auxquelles ledit composant est mis en vibration continue, pour fournir la preuve de l'existance de telles surfaces en grippage. 2- Procédé d'inspection d'un composant selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fréquence et l'amplitude, ou les fréquences et les amplitudes qui provoquent lesdites émissions acoustiques sont déterminées pour fournir, au cas où ces surfaces en frottement sont définies par des fissures ou des ruptures induites par vibrations, une indication de la fréquence, ou des fréquences, de vibration qui provoquent ces fissures ou ruptures. 3- Procédé d'inspection d'un composant selon une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites émissions acoustiques sont détectées au moyen d'un microphone. 4- Procédé d'inspection d'un composant selon une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites émissions acoustiques sont détectées par un transducteur en contact avec les surfaces du composant. 5- Procédé d'inspection d'un composant selon une quelconque des revendications précédentes dans lequel le composant est mis en vibration continue à une fréquence ou dans un domaine de fréquence inférieur ou égal à 800 Hz.