Brevet FR2577674A1 — publié le 19860822

MACHINE POUR ESSAIS DE TRACTION PURE D'EPROUVETTES METALLIQUES CALIBREES PLACEES DANS UN MILIEU FERME La présente invention est relative à une machine de traction chargée d'effectuer des essais de traction pure notam- ment à des vitesses très lentes d'éprouvettes métalliques cali- brées, placées dans un milieu fermé de composition déterminée, notamment dans un milieu corrosif. Les essais de traction, comme on le sait, constituent une méthode classique de détermination de la résistance à la traction d'un matériau. Dans le but de caractériser le compor- tement mécanique et chimique des matériaux placés dans un environ- nement donné, il est connu de pratiquer des essais de traction sur des matériaux disposés dans un milieu "agressif" de référence. L'association d'une contrainte de traction à une attaque chimique accélère la dégradation des pièces métalliques, le plus souvent par rupture du film de passivation, ce qui faci- lite alors les phénomènes électrochimiques de corrosion, et ceci d'autant mieux si le phénomène de repassivation de ces métaux s'effectue plus lentement que celui de corrosion. On connait à l'heure actuelle différentes machines de traction, mais elles sont d'un emploi malaisé dès qu'il s'agit d'étudier la corrosion sous contrainte d'un métal. En effet, la nécessité de travailler dans un milieu corrosif clos complique la prise des mesures, en particulier celles de l'allongement réel de l'éprouvette. Dans le cas d'essai classique de traction pure, il est connu d'effectuer avant essai, le marquage de l'éprouvette de deux repères à une distance "1" déterminée. A la fin de l'essai, qui est généralement conduit jusqu'à la rupture de l'éprouvette, il suffit de rapprocher les deux morceaux obtenus et de mesurer le nouvel écart entre les deux repères pour obtenir l'allongement réel de l'éprouvette. Cette façon d'opérer n'est bien entendu pas utilisable dans le cas o l'on travaille dans un milieu corrosif. En effet, le marquage de l'éprouvette, qui est généralement fait au moyen d'entailles, constitue des zones préférentielles d'amorçage de fissures par l'action conjuguée de concentration de contrain- tes et de réactions électrochimiques. De même, la méthode utilisant un capteur à lames n'est pas utilisable dans le cas d'une éprouvette soumise à la fois à une traction et à un milieu corrosif, simplement parce que le capteur à lames, qui doit être en contact direct avec l'éprou- vette, serait exposé au milieu corrosif, et subirait également une dégradation par corrosion. La présente invention a pour but de résoudre ces problè- mes, c'est-à-dire de permettre la prise en continu de l'allon- gement réel de l'éprouvette métallique soumise à la fois à 0 une contrainte de traction et à l'action d'un milieu corrosif. A cet effet, l'invention a pour objet une machine de traction chargée d'effectuer des essais sous contrainte sur une éprouvette métallique calibrée, plongée dans un milieu corrosif clos, comprenant: un bâti; deux têtes d'amarrage alignées et espacées pour la fixation de l'éprouvette par ses extrémités; un dispositif moteur pour la mise en traction de l'une des têtes d'amarrage, dite "tête d'amarrage active", tandis que l'autre tête d'amarrage, dite "tête d'amarrage passi- ve", est reliée au bâti de la machine; une ampoule étanche contenant le milieu corrosif et traversée par les têtes d'amar- rage, et des moyens capables de suivre en continu et de trans- mettre l'allongement de l'éprouvette à un capteur d'allongement placé à l'extérieur du milieu corrosif clos, machine caracté- risée en ce que lesdits moyens sont constitués essentiellement de deux tiges, choisies en un matériau insensible à la tempé- rature et au milieu corrosif, l'une des tiges, dite de réfé- rence, traversant l'ampoule afin de plonger en partie dans le milieu corrosif de telle façon que son extrémité, qui est dans le milieu corrosif soit au contact de la tête d'amarrage passive et que son extrémité, située à l'extérieur du milieu corrosif, soit reliée au capteur d'allongement, l'autre tige, dite de mesure, étant logée dans un canal ménagé longitudina- lement dans la tête d'amarrage active, de manière que l'une des extrémités de cette tige de mesure soit en contact avec une extrémité de l'éprouvette, tandis que son autre extrémité est reliée au capteur d'allongement afin de lui transmettre 2'577674 l'allongement de l'éprouvette mise en traction, ledit canal étant prévu pour permettre le libre positionnement de la tige de mesure. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la machine de traction est verticale, c'est-à-dire que les têtes d'amarrage et l'éprouvette sont verticales. Conformément à une variante préférée du mode de réali- sation précité, la tête d'amarrage active est la tête d'amarrage supérieure. Comme on le comprend, les deux tiges constituent un intermédiaire avantageux entre l'éprouvette et le capteur d'al- longement qui permet de quantifier précisément l'allongement réel de l'éprouvette. D'une part, la tige de mesure, qui est en relation à la fois avec l'éprouvette et avec le capteur d'allongement, assure le suivi de la déformation de l'éprouvette pendant toute la période des essais et la transmission de cette déformation au capteur. D'autre part, la tige de référence, qui comme son nom l'indique, constitue le point zéro de la mesure, communique au capteur d'allongement les déplacements de la tête d'amarrage passive, à savoir notamment ceux résultant de l'allongement de cette tâte d'amarrage, qui est soumise comme l'éprouvette, à une contrainte de traction. De cette manière, il est possible d'éliminer de la mesure réalisée par le capteur de déplacement à l'aide de la tige de mesure, les éventuels déformations et déplacements de la tête d'amarrage passive. Le capteur d'allongement est donc fixe par rapport à la tête d'amarrage passive, ce qui lui permet de déceler uniquement l'allongement de l'éprouvette. Un autre avantage de l'invention résulte de la désolida- risation de la tige de mesure de la tête d'amarrage active, ce qui permet de s'affranchir, dans le suivi de l'allongement réel de l'éprouvette, des éventuelles déformations de cette tête d'amarrage ainsi que des mouvements de celle-ci dans le cas o elle ne serait pas correctement fixée à l'éprouvette. L'invention sera bien comprise, et d'autres aspects et avantages ressortiront au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence à la planche de dessins annexée sur laquelle: - la figure 1 représente une vue en coupe verticale d'une machine de traction conforme à l'invention. - - la figure 2 est une vue agrandie du capteur d'allon- gement montré sur la figure 1. Dans cet exemple, il s'agit d'étudier l'influence d'un milieu chloruré chaud sur des éprouvettes cylindriques en acier inoxydable, soumises à une traction, dite "lente", car réalisée à des vitesses comprises entre 10 1 et 10-7 mm/s, et d'établir pour différentes vitesses de traction les courbes d"'effort-al- longement" à partir desquelles on peut déduire le comportement de l'acier vis à vis de la corrosion sous contrainte. Pour ce faire, l'éprouvette en acier 1 est plongée dans une ampoule 2, en pyrex, remplie d'une solution aqueuse et chaude de chlorure de magnésium de concentration connue. Le maintien en température de cette solution s'effectue à l'aide d'un manchon chauffant 3 placé autour de l'ampoule 2 et régulé en température au moyen d'un thermocouple et d'un thryristor non représentés sur cette figure. L'éprouvette 1 est maintenue en position sensiblement verticale entre deux têtes, d'amarrage 4 et 5, respectivement supérieure et inférieure, alignées et espacées entre elles pour permettre la mise en place de l'éprouvette 1. Un ensemble de traction 6, comprenant principalement un écrou 7 et une vis de traction 8, actionné par un motoréduc- teur 9, établit la mise en traction de l'éprouvette 1 par l'in- termédiaire de la tête d'amarrage active 4, qui est fixée par son extrémité supérieure à la vis de traction 8. A l'opposé, l'extrémité inférieure de la tête d'amar- rage passive 5 est solidaire du plancher 10 du bâti de la machine de traction. Le bâti de la machine exemplifié comprend également des colonnes verticales 33, fixées entre le plancher 10 et la plaque de voûte 34 sur laquelle est fixé l'ensemble de trac- tion 6. Une ouverture ménagée dans la plaque de voûte 34, dans laquelle l'écrou 7 repose sur une butée à bille 44, garantit le passage sans frottement de la vis de traction 8. Dans le but d'empêcher la torsion de l'éprouvette 1 que l'on peut craindre en raison des vitesses très lentes de traction utilisées, on prévoit un dispositif capable de s'oppo- ser efficacement à la rotation éventuelle de la vis de traction 8. Dans l'exemple décrit, il s'agit d'une clavette transver- sale 35, fixée par sa partie centrale évidée à la vis de trac- tion 8 et dont les bras de part et d'autre de cette vis sont évidés à leur extrémité afin de pouvoir coulisser librement autour des colonnes 33 du bat de la machine. Par ailleurs, dans le but de garantir en toutes circons- tances une contrainte de traction pure de l'éprouvette, on prévoit une fixation articulée de la tête d'amarrage passive dans le plancher 10 du bat permettant d'obtenir l'autoaligne- ment des têtes d'amarrage active 4 et passive 5. Plus précisement, une ouverture est ménagée dans le plancher 10 du bat de la machine de traction, pour le passage de la partie terminale de la tête d'amarrage passive 5, qui est fixée, sous le plancher 10, dans une articulation à rotule 36. L'ampoule 2 est équipée d'un condenseur 11 qui n'a été représenté qu'en partie sur la figure afin de ne pas la surcharger inutilement. De la sorte, on maintient la pression dans l'ampoule 2 à la pression atmosphérique et la composition initiale de la solution est conservée. La fermeture du fond de l'ampoule 2, qui s'effectue autour de la tête d'amarrage passive 5, est réalisée à l'aide d'une bride 12 en matière plastique de dénomination commerciale "SOVIREL", qui assure également la fixation de l'ampoule 2 autour de cette tête d'amarrage. Un joint 13 placé à l'extrémité de l'ampoule 2 dans la bride 12 complète l'étanchéité du fond de l'ampoule 2. A cet endroit, un étui rigide 14, monté autour de la tête d'amarrage passive 5, comportant une collerette 15 rapportée contre la bride 12 et prenant assise par son pied 16 sur le plancher 10 du bâti de la machine, assure le maintien de l'am- poule 2 dans une position fixe, en particulier après la rupture de l'éprouvette 1. Un couvercle 17, fixé contre les bords supérieurs de l'ampoule 2 au moyen des étriers 45, et percé d'ouvertures pour le passage notamment de la tête d'amarrage active 4, consti- tue la fermeture supérieure de l'ampoule 2. Dans le but d'empêcher la corrosion et le couplage galvanique des têtes d'amarrage 4 et 5, qui sont en partie plongées dans la solution corrosive, ces dernières sont envelop- pées dans une gaine en matériau isolant électrique et résistant i5 à la corrosion, constituée d'un matériau à base de polymère fluoré. De plus, on prévoit aux extrémités des têtes d'amarrage, entre lesquelles est fixée l'éprouvette 1, une isolation élec- trique 18 capable de contrecarrer les effets de pile qui pour- raient naître entre le métal de la tête d'amarrage et le métal constituant l'éprouvette. L'isolation électrique de l'éprouvette 1 est complétée à l'aide des isolants 46 placés entre la vis de traction 8 et la tête d'amarrage active 4, par des isolants 47 placés sous le plancher 10 entre ce dernier et l'articulation à rotule 36 et par des canons isolants 48 entourant les moyens prévus pour fixer notamment l'articulation à rotule 36 au plancher , qui seront décrits précisément dans la suite de cet expose. Conformément à l'invention, la machine de traction exemplifiée comporte deux tiges: une tige 19 dite "de référence" plongée en grande partie dans la solution corrosive, et une tige 20 dite "de mesure" qui est logée dans un canal axial 21 ménagé dans la tête d'amarrage active 4, pour le libre posi- tionnement de la tige 20 sur l'éprouvette 1. Les deux tiges 19 et 20, qui sont ici cylindriques, sont choisies en silice en raison de l'insensibilité de ce matériau aux milieux corro- sifs et à la température. La tige de référence 19 est maintenue en position fixe par rapport à la tête d'amarrage passive 5, son extrémité inféri- eure, reposant sur un palier 22, fixée à la tête d'amarrage passive 5 le plus près possible de l'extrémité supérieure de cette tête. A l'opposé, sur son extrémité supérieure est fixée une pièce support 27 sur laquelle est posé le capteur d'allonge- ment 23 qui sera décrit de façon précise dans la suite de cet exposé. La tige de référence 19 constitue donc le "zéro flottant" du capteur d'allongement 23, c'est-à-dire qu'elle permet à ce dernier d'ignorer, dans la mesure de l'allongement réel de l'éprouvette 1, les déplacements de la tête d'amarrage passi- ve 5, notamment ceux résultant de l'allongement de cette der- nière. Comme précisé auparavant, la tige 20 de mesure est en contact par son extrémité inférieure avec l'extrémité supéri- eure de l'éprouvette 1. Le contact entre ces deux pièces s'éta- blit avantageusement selon une surface conique qui entretient un positionnement stable de la tige 20 sur l'éprouvette 1. Dans le but de ne pas encombrer la zone proche de la tête d'amarrage active 4, il est prévu un palpeur 24 faisant office d'organe de liaison entre la tige de mesure 20 et le capteur d'allongement 23. Le palpeur 24 est solidarisé à la tige de mesure par engagement de l'extrémité supérieure de cette dernière dans une encoche 25 prévue dans le palpeur 24, ce qui permet au capteur de suivre fidèlement en translation les moindres déplace- ments de la tige de mesure 20 occasionnés par l'allongement de l'éprouvette 1. D'autre part, une lumière 26 est pratiquée dans la tête d'amarrage active 4, pour le passage sans frottement du palpeur 24. De la sorte, le palpeur 24 est, comme la tige de mesure , désolidarisé de la tête d'amarrage active 4, ce qui permet dans le suivi de l'allongement réel de l'éprouvette 1, de ne pas ressentir les éventuelles déformations de cette tête d'amar- rage, ou ces déplacements dans le cas o elle ne serait pas correctement fixée avec l'éprouvette 1. Comme on peut le voir sur la figure 2, c'est le nez 28 du palpeur 24, qui établit la liaison entre le capteur 23 et la tige de mesure 20. Le capteur d'allongement 23 concerné est ici un capteur inductif à noyau mobile -composé essentiellement d'une bobine d'induction verticale 29 dans laquelle est disposé, selon l'axe de la bobine, un noyau 30 en fer doux dont l'extrémité infé- rieure repose sur le nez 28 du palpeur 24. La machine de traction exemplifiée comprend également des moyens de réglage du zéro électrique du capteur inductif 23 que l'on effectue généralement avant le démarrage de l'essai. Comme on peut le voir sur la figure 2, qui est un agran- dissement du capteur d'allongement 23, le réglage du zéro est réalisé en modifiant la position du noyau 30 dans la bobine 29. Dans l'exemple présenté ci-dessus, ce réglage s'effectue en modifiant en hauteur ia position de la bobine 29. Ce réglage s'effectue à l'aide d'une came 31 dont la tige cylindrique est actionnée en rotation à l'aide d'une mo- lette 32 et dont la partie terminale, également cylindrique mais décentrée par rapport à la tige, s'engage dans une ouverture pratiquée dans un fourreau 43, ce dernier étant, par ailleurs, serré autour de la partie inférieure de la bobine 29 qu'il main- tient en position verticale. Le fourreau 43 comporte une seconde ouverture dans laquelle s'engage le nez 28 du palpeur 24, cette seconde ouverture étant suffisamment large afin de ne pas gêner les mouvements du palpeur 24. Après réglage, le fourreau 43 est maintenu en position fixe sur la pièce support 27, ce qui rend la bobine 29 fixe par rapport à la tête d'amarrage passive 5, comme l'est également le noyau inductif 30, qui est au contact du palpeur 24. En conséquence, la bobine 29 n'est sensible qu'au dépla- cement du noyau occasionné par l'allongement de l'éprouvette 1. Un montage électrique, non représenté sur la figure, dans lequel est intégrée la bobine 29, permet de détecter et de quantifier les déplacements du noyau 30 dans cette dernière, par exemple en mesurant la différence de potentiel aux bornes de la bobine 29. La machine de traction exemplifiée est équipée d'instru- ments de mesures, dont celle de la charge imposée à l'éprouvette 1 par l'ensemble de traction 6. Cette mesure est effectuée par un capteur de force 37 dans lequel est fixée par vissage la partie terminale de la tête d'amarrage passive 5. De façon avantageuse, la machine de traction exemplifiée comprend également un dispositif éliminant tout risque de mise sous contrainte de l'éprouvette avant le début de l'essai. Pour ce faire, le capteur 37 est fixé à l'aide de vis 38 à une plaque porte-capteur 39, qui est elle-même fixée au plancher 10 au moyen d'une fixation élastique, composée des tiges filetées , des écrous 41 et des ressorts de compression 42 qui sont montés autour des tiges filetées 40, entre le porte-capteur 39 et les écrous 41. Ainsi, en se comprimant sous le poids notamment du por- te-capteur 39 et du capteur de charge 37, les ressorts 42 permet- tent à l'éprouvette 1 de ne pas ressentir le poids de ces pièces. De plus, les ressorts 42 garantissent la mobilité de l'articulation à rotule 36 et de ce fait favorisent l'autoaligne- ment des têtes d'amarrage 4 et 5. Grâce à ce montage, il n'est pas nécessaire de serrer étroitement le porte-capteur 39 contre l'articulation à rotule 36 si l'on ne veut pas introduire avant l'essai de contraintes dans l'éprouvette 1. En effet, au début de la mise en marche de la machine de traction, la simple venue en butée du porte-capteur 39 contre l'articulation 36 constituera le point de départ de la mise en traction de l'éprouvette 1. Comme précisé auparavant, le déplacement de la tête d'amarrage passive 5, pendant cette mise en butée, ne sera pas décelé par le capteur d'allongement 23. Bien entendu, l'invention n'est. pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure o sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. Il en est ainsi, par exemple, de la forme des tiges de mesure et de référence, 20 et 19, qui, dans l'exemple présenté ci-dessus, est cylindrique, et que l'on peut prévoir, par exem- ple, de section carrée. Par ailleurs, on peut songer à établir le contact entre l'éprouvette et la tige de mesure selon une surface plane. En ce qui concerne le palpeur, l'invention n'est pas non plus limitée au mode de réalisation exemplifié. On peut notamment prévoir un palpeur du type "levier" à axe fixe situé à l'extrémité opposée de celle qui est en con- tact avec le capteur d'allongement. De la sorte, la partie 28 du palpeur, qui est solidaire du noyau 30, possède un mouvement d'amplitude supérieur à celui de la tige de mesure, permettant ainsi de bénéficier d'une meil- leure sensibilité dans la détection de l'allongement de l'éprou- vette. Bien entendu, le palpeur 24 n'est pas un intermédiaire obligatoire entre le capteur d'allongement 23 et la tige de mesure 21. Néanmoins, il présente une grande utilité en tant que moyen de renvoi de l'allongement de l'éprouvette, et permet ainsi de pallier les difficultés d'encombrement au voisinage de la tête d'amarrage active 4. REVENDICATIONS 1. Machine de traction chargée d'effectuer des essais sous contrainte sur une éprouvette métallique calibrée, plongée dans un milieu corrosif clos, comprenant un bâti, deux têtes d'amarrage alignées et espacées pour la fixation de l'éprouvette par ses extrémités, un dispositif moteur pour la mise en traction de l'une des têtes d'amarrage, dite "tête d'amarrage active", tandis que l'autre tête d'amarrage, dite "tête d'amarrage pas- * sive", est reliée au bâti de la machine, une ampoule étanche contenant le milieu corrosif et traversé par les têtes d'amarrage et des moyens capables de suivre en continu et de transmettre l'allongement de l'éprouvette à un capteur d'allongement placé à l'extérieur du milieu corrosif clos, machine de traction carac- térisée en ce que lesdits moyens sont constitués essentiellement de deux tiges, choisies en un matériau insensible à la température et au milieu corrosif, l'une des tiges (19) dite de référence, traversant l'ampoule (2) afin de plonger en partie dans le milieu corrosif de façon que son extrémité, qui est dans le milieu corrosif, soit au contact de la tête d'amarrage passive (5) et que son extrémité, située à l'extérieur du milieu corrosif, soit reliée au capteur d'allongement (23), l'autre tige, dite de mesure, étant logée dans un canal (21) ménagé longitudinale- ment dans la tête d'amarrage active (4), de manière que l'une des extrémités de cette tige de mesure (20) soit en contact avec l'extrémité de l'éprouvette (1), tandis que son autre extré- mité est reliée au capteur d'allongement (23) afin de lui trans- mettre l'allongement de l'éprouvette (1) mise en traction, ledit canal (21) étant prévu pour y permettre le libre positionnement de la tige de mesure (20). 2. Machine de traction selon la revendication 1, carac- térisée en ce que ladite machine comprend également un organe de liaison (24) de la tige de mesure (20) et du capteur d'allon- gement (23), ledit organe étant chargé de communiquer au capteur d'allongement (23) les déplacements suivis par la tige de me- sure (20) occasionnés par l'allongement de l'éprouvette (1). 3. Machine de traction selon la revendication 2 carac- térisée en ce que le capteur de déplacement (23) est un capteur inductif à noyau mobile composé essentiellement d'une bobine d'induction (29) et d'un noyau inductif (30) placé à l'intérieur de ladite bobine, selon son axe et rendu mobile à l'aide de l'organe de liaison (24). 4. Machine de traction selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend également un dispositif chargé d'assurer l'alignement des têtes d'amarrage (4) et (5), ledit dispositif comprenant une articulation à ro- tule (36) qui constitue la fixation souple de l'extrémité infé- rieure de la tête d'amarrage passive (5) dans le bâti de ladite machine. 5. Machine de traction selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est équipée également d'un capteur de charge (37), fixé à l'aide des vis (38) sous un porte-capteur (39) qui est lui-même fixé sous le plancher (10) du bati de la machine au moyen des tiges filetées (40), des écrous (41), et des ressorts de compression (42) qui sont montés autour des tiges filetées 40, entre le porte-capteur (39) et les écrous (41). 6. Machine de traction selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif moteur pour la mise en traction de l'éprouvette comprend notamment un en- semble écrou (7) - vis de traction (8), piloté par un motoréduc- teur (9), et conjointement au dit dispositif, une clavette trans- versale (35), solidaire de la vis de traction (8), et dont les extrémités de part et d'autre de ladite vis sont évidées pour permettre leur libre coulissement autour des colonnes (33) du bâti. 7. Application de la machine de traction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, à l'étude d'aciers inoxy- dables soumis à la fois à une contrainte de traction et à un milieu corrosif, notamment à un milieu chloruré chaud.