Brevet FR2573332A1 — publié le 19860523

DISPOSITIF DE DECOUPE DE PIECES CONDUCTRICES DE L'ELECTRICITE PAR JET ELECTROLYTIQUE ET APPLICATION A LA RECUPERATION D'ECHANTILLON Le secteur technique de la présente invention est celui des procédés et dispositifs de découpe de pièces soit en vue de leur démolition, soit pour en récupérer un échantillon afin d'analyser les défauts éventuels. Les procédés actuels de découpe exigent en général une intervention manuelle sur la pièce b découper. Ces procédés sont difficilement utilisables lorsque les-piéces à découper doivent être manipulées à distance par exemple à cause de leur radio-activité. Ils sont encore plus inapplicables lorsqu'on veut découper un échantillon pour analyser et expertiser des défauts, telles des fissures. Enfin, aucun procédé ne permet de découper des échantillons difficilement accessibles par exemple dans des tubes de faible diamètre présentant notamment un ou plusieurs coudes. La technique du jet électrolytique est bien connue dans le domaine de l'usinage de pièces métalliques. Ainsi le brevet français 1 526 671 décrit un procédé pour réaliser l'ébavurage électrochimique d'une pièce en projetant un jet d'électrolyte sur la partie d'une pièce à ébavurer. La quantité d'électricité globalement reçue par la pièce est contrôlée en fonction de la masse de matière à dissoudre. Plus récemment, on a décrit dans la demande européenne 84 401 818.4, un procédé d'usinage de précision de la surface réfléchissante d'un miroir. Des moyens sont prévus pour asservir la quantité d'électricité délivrée par le jet d'électrolyte en chaque point de la surface à usiner proportionnellement à une profondeur d'usinage à effectuer. La présente invention vise à fournir un dispositif de découpe de pièces conductrices de l'électricité par jet électrolytique. Elle vise également un dispositif pour récupérer un échantillon après découpe électrolytique à l'intérieur d'un tube. L'invention a donc pour objet un dispositif de découpe d'une pièce conductrice de l'électricité comprenant une cathode et des moyens pour générer un jet d'électrolyte sur ladite pièce constituant l'anode, caractérisé en ce qu'ii est constitué d'un manchon tubulaire réalisé en matériau isolant, fermé à une extrémité, présentant un perçage radial formant une buse, les moyens pour générer le jet d'électrolyte permettant le passage de l'électrolyte à travers le manchon pour former un jet au travers de la buse, la cathode étant disposée à l'intérieur du manchon au sein de l'électrolyte, son extrémité étant disposée en regard de la buse. Appliqué à la réalisation de saignées au travers de pièces présentant un profil courbe, le dispositif peut être relié à un automate programmable pour le commander en translation et en rotation de façon que la direction du jet d'électrolyte soit sensiblement orthogonale à la surface de ladite pièce. Appliqué à la découpe par l'intérieur d'un tube coudé, le manchon peut être fixé sur un support flexible à l'intérieur duquel est placée la cathode et circule l'électolyte. Le manchon peut être réalisé en silice, le diamètre de la buse étant compris entre environ 0,1 et 0,3 mm. Le support flexible peut être constitué d'une gaine métallique interne flexible engagée à l'intérieur de l'extrémité ouverte en butée sur un épaulement interne, une gaine externe en matériau synthétique non conducteur recouvrant l'extrémité ouverte du manchon jusqu'à un épaulement externe, un patin de guidage assurant la solidarisation desdites gaines et de l'extrémité ouverte. Le support peut comprendre en outre une gaine métallique externe et un patin externe assurant au moins sur une partie de leur longueur la solidarisation des deux gaines métalliques. Une application du dispositif de découpe peut résider dans la récupération d'un échantillon sur la surface interne d'un tube de faible diamètre, originale en ce que - on repère la position de l'échantillon par exemple à l'aide d'un endoscope, - on réalise, à l'aide du dispositif de découpe, une découpe partielle de l'échantillon, - on applique sur la face de l'échantillon un moyen d'extraction à l'aide d'un moyen de positionnement, - on termine la découpe de l'échantillon par jet électrolytique, à l'aide du dispositif de découpe, - on commande le retrait du dispositif d'extraction. Le dispositif de positionnement peut être constitué d'un tube flexible muni à une extrémité d'une embase supportant un moyen pneumatique, permettant d'appliquer un moyen d'extraction sur l'échantillon. L'embase du dispositif de positionnement est creuse et munie d'une partie ajourée, dans laquelle est placé le moyen pneumatique. Le moyen pneumatique est constitué par une vessie commandée en dépression et en compression d'air, le moyen d'extraction étant fixé sur la vessie au niveau de la partie ajourée. Le moyen d'extraction est constitué par une plaquette collante reliée à un fil de sécurité débouchant à l'extérieur du tube à découper. La vessie et la plaquette d'une part, et la plaquette et l'échantillon d'autre part, sont solidarisés respectivement par un premier et un second adhésifs, la force de collage du premier étant choisie nettement inférieure à celle du second. Le tube flexible est disposé à l'intérieur d'une gaine métallique spirale fixée au voisinage de l'embase. Appliqué au remplissage de défauts de surface d'une pièce conductrice de l'électricité en vue de la réparer, on inverse la polarité de la pièce et du jet, l'électrolyte étant préalablement chargé en ions du métal de la pièce b réparer pour déposer lesdits ions sur la pièce. La technique de l'usinage de pièces métalliques par jet électrolytique est bien connue de l'homme de l'art et pour plus de précision on pourra se reporter aux documents cités cidessus. On sait que dans cette technique, seule la dissolution anodique est utilisée, l'électrolyte étant choisi de telle sorte que le dépôt cathodique ne puisse se produire d'une part, et que la distance entre l'anode et la cathode qui constituent respectivement la pièce à usiner et l'outil, est très faible d'autre part. Cette technique a donc été appliquée à la réalisation de pièces présentant un profil particulier, à l'usinage de tubes très fins de 0,1 mm d'épaisseur et plus généralement en remplacement des techniques d'usinage à l'aide d'outil. Les électrolytes utilisés sont constitués générale- ment par le chlorure de sodium, le chlorure de potassium additionés éventuellement d'acide citrique, l'acide sulfurique. Le générateur de courant continu doit fournir une tension comprise généralement entre 8 et 20 V, stabilise, l'intensité du courant étant fonction de l'importance de l'usinage. L'invention vise donc l'application de cette technique d'usinage connue à la découpe et aux prélèvements d'échantillon, particulièrement adaptée aux générateurs de vapeur. En effet, ces générateurs sont construits comme une cloche hermétiquement fermée renfermant des milliers de tubes. Le seul accès possible est par l'intérieur même de ces tubes si on désire en prélever un échantillon. Le procédé selon l'invention rend donc possible pour la première fois, le prélèvement d'un échantillon dans un tube coudé de faible diamètre de façon à récupérer cet échantillon d'une zone affectée, l'échantillon contenant le défaut à expertiser. D'autres caractéristiques de l'invention seront mieux comprises à l'aide du complément de description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier donné en relation avec un dessin dans lequel - la figure 1 représente une coupe du dispositif de découpe, - les figures 1A, 2B et 2C représentent une coupe du dispositif de récupération, - la figure 3 représente la dernière phase de décou page de l'échantillon. Sur la fig.l, on a représenté un outil de découpe plus particulièrement destiné à la découpe d'un tube par l'intérieur. Il est évident que cet outil peut être adapté à la découpe de n'importe quel tube et bien entendu de n'importe quelle pièce. Cet outil est constitué essentiellement d'un support flexible d'axe x x'-dont on guide l'extrémité libre 1 au voisinage de l'échantillon à découper et dont l'extrémité fixe 2 est reliée à un automate programmable non représenté. Cet automate assure le guidage de l'outil dans toutes les directions de l'espace, quel que soit l'éloignement de la pièce à découper. L'extrémité libre 1 comprend un manchon la sensiblement de révolution autour de l'axe x x', réalisé en un matériau apte à résister à l'action de l'électrolyte sous forme de cylindre allongé fermé à l'extrémité lb.Un manchon en silice par exemple convient parfaitement. I1 comprend un perçage radial 3 formant buse, pratiqué au voisinage de l'extémité fermée, de diamètre compris entre 0,1 et 0,3 mm, générant un jet de même diamètre, dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe x x'. L'extrémité ouverte 4 de l'embout est munie d'un épaulement interne 5a, contre lequel vient prendre appui une gaine métallique flexible 6. Une gaine 7, réalisée en matériau synthétique, entoure complètement la gaine 6 et l'extrémité ouverte 4 jusqu'à un épaulement externe 5b. Le couplage mécanique entre les gaines 6 et 7 et l'extrémité 4 peut être parfait à l'aide d'un patin 8 de guidage monté à force sur la gaine 7. Enfin, une gaine 9 thermorétractable peut être appliquée sur la gaine 7 pour en améliorer la tenue mécanique. L'ensemble des gaines 6, 7 et 9 constitue le support flexible de l'outil. L'extrémité 2 de l'outil comprend une seconde gaine métallique flexible 10 entourant le tube 7, placée au niveau de l'extrémité 6a de la gaine 6. La gaine 10 est vissée dans un embout 11 fixé sur la gaine 7 au niveau de l'extrémité 6a de la gaine 6.L'extrémité 2 de l'outil et reliée par exemple à un automate programmable en translation et en rotation par l'intermédiaire de la gaine 10. Ceci permet de réaliser une séquence de découpe sans intervention manuelle. La gaine 7 permet d'amener l'électrolyte conducteur sous pression au niveau de la buse. Pour assurer la conduction électrique, on prévoit un fil conducteur 12 consti tuant la cathode dont le rôle est d'amener le courant-jusqu'au niveau du perçage 3 de la buse. Ce fil peut être maintenu en place grâce à un moyen de centrage 12a constituant une sécurité. Le fonctionnement est le suivant. On positionne la buse à l'endroit où on désire découper la pièce ou l'échantillon. On relie la gaine 7 à une baise électrohydraulique fournissant l'électrolyte à l'outil à pression constante ainsi que le courant continu nécessaire. On commande les mouvements à distance de l'embout la en rotation et en translation grâce à l'automate programmable. Le contrôle du fonctionnement correct de la découpe s'effectue au moyen d'une alimentation de 0 à 5A avec un courant constant de l'ordre de 100 à 150 mA. Au cours de la découpe, la tension varie de 80 à 200 Volt, cette limite supérieure étant atteinte lorsque la découpe est complète. Pour améliorer le fonctionnement de l'outil, on prévoit de souffler de l'air dans le tube à découper pour éviter les arcs éventuels entre l'outil et le tube à découper. Ces arcs sont susceptibles de détruire l'outil de découpe en quelques heures. Un soufflage d'air à une pression de 105 Pa permet d'éviter la goutte stagnante autour du jet qui perturbe les caractéristiques électrochimiques de l'électrolyte. L'électrolyte peut être constitué par une solution de nitrate de sodium à 150g par litre. On peut éviter le recyclage pour pallier les risques de saturation de cette solution. Le dispositif décrit précédemment peut être utilisé pour la découpe de n'importe quelle pièce conductrice d'électricité. En effet, la découpe par jet électrolytique présente l'avantage essentiel de pouvoir travailler en totale indépendance de la distance entre la pièce à découper et l'orifice de sortie du perçage 3. C'est la quantité d'électricité liée à la puissance du générateur-(produit de l'intensité du courant d'électrolyse par le temps de cette électrolyse) qui détermine l'action électrolytique. L'outil décrit peut être facilement miniaturisé de façon à être introduit dans un tube de faible diamètre par exemple un tube de 9 mm environ. Lorsqu'on veut récupérer un échantillon dans un tube par l'intérieur de celui-ci, on réalise à l'aide de l'outil une découpe partielle. Puis pour prélever 11 échantillon à analyser, on utilise le dispositif de positionnement schématisé sur les figures 2A à 2C. Ce dispositif comprend un tube flexible 13 protégé par une gaine 14 en spirale métallique et à l'extrémité duquel est fixée une embase 15 creuse sensiblement cylindrique. Celle-ci est munie d'une partie ajourée 16. A l'intérieur de cette embase, on place une vessie 17 qui peut être commandée en compression ou dépression d'air par l'intermédiaire du tube 13. La partie 17 de la vessie en regard de la partie ajourée 16 est munie d'une plaquette 18 solidartEe par tout moyen connu de liaison et notamment à l'aide d'un premier adhésif 19 double face.La face libre de cette plaquette peut alors être munie d'un second adhésif 20 dont le rôle est de solidariser la plaquette au tube à l'intérieur duquel l'échantillon doit être prélevé. La plaquette est d'autre part reliée à un fil 21 débouchant à l'extérieur du tube à découper pour constituer le moyen d'extraction. La position repos du dispositif de positionnement est représentée sur la figure 2Aet les figures 2B et 2C représentent des phases de mise en place de la plaquette 18 et de son collage sur l'échantillon à prélever. Après avoir placé l'adhésif 20, on met en dépression la vessie et la plaquette occupe par rapport à l'embase la position représentée sur la figure 2B. L'embase est alors introduite par une extrémité du tube et amenée au niveau de l'échantillon à prélever après franchissement du coude éventuel dans le tube à découper. La vessie est alors commandée en compression d'air et la plaquette 18 est alors appliquée sur l'échantillon à prélever dont le prédécoupage est schématisé sur la figure 3. Après collage, on commande en dépression la vessie, ce qui entraine sa séparation de la plaquette, car la force de collage de l'adhésif 19 est nettement inférieure à celle de l'adhésif. 20. Le dispositif de positionnement est alors extrait du tube à découper. Sur la figure 3, on a représenté une vue selon laquelle la plaquette 18 est collée à l'échantillon 21 présentant le prédécoupage 22 en U. Après escamotage du dispositif de positionnement, on termine la découpe selon 23. Le prélèvement de l'échantillon peut être alors être effectué en tirant le câble de sécurité 24. I1 est bien entendu que ces différentes opérations sont contrôlées visuellement par un endoscope introduit au niveau de l'échantillon par l'autre extrémité du tube. Dans ce qui précède, on a décrit la découpe d'une pièce conductrice d'électricité, la cathode étant constituée par le jet et l'anode par la pièce à découper. Le dispositif décrit peut donc être utilisé en vue de la réparation de défauts de la surface d'une pièce. Pour cela, on inverse la polarité de l'ensemble jet-pièce, de façon que le jet devienne anode et la pièce cathode. Les conditions d'asservissement en tension et en courant étant sensiblement identiques. On utilise alors un électrolyte chargé en NaNO3 à raison de 150 g par litre et contenant des ions du métal à apporter. Ces ions peuvent être apportés de façon connue par électrolyse préalable d'une anode en métal dont on veut obtenir les ions ou toute autre méthode équivalente. Bien entendu, il est possible d'intervenir tant sur la surface externe qu'interne de la pièce. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de découpe électrolytique d'une pièce conductrice de l'électricité comprenant une cathode et des moyens pour générer un jet d'électrolyte sur ladite pièce constituant l'anode, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un manchon tubulaire(la) réalisé en matériau isolant, fermé à une extrémité, présentant un perçage radial formant une buse, les moyens pour générer le jet d'électrolyte permettant le passage de l'électrolyte à travers le manchon pour former un jet au travers de la buse, la cathode étant disposée à l'intérieur du manchon au sein de l'électrolyte, son extrémité étant disposée en regard de la buse. 2 - Dispositif de découpe selon la revendication 1, appliqué à la réalisation de saignées au travers de pièces présentant un profil courbe, caractérisé en ce qu'il est relié à un automate programmable pour le commander en translation et en rotation de façon que la direction du jet d'électrolyte soit sensiblement orthogonale à la surface de ladite pièce. 3 - Dispositif de découpe selon la revendication 1 ou 2, appliqué à la découpe par l'intérieur d'un tube coudé, caractérisé en ce que le manchon est fixé sur un support flexible à l'intérieur duquel est placée la cathode et circule l'électolyte. 4 - Dispositif de découpe selon la revendication 3, caractérisé en ce que le manchon est réalisé en silice, le diamètre de la buse étant compris entre environ 0,1 et 0,3 mm. 5 - Dispositif de découpe selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le support flexible est constitué d'une gaine métallique interne (6) flexible engagée à l'intérieur de l'extrémité ouverte du manchon (la) en butée sur un épaulement interne (5a), une gaine externe (7) en matériau synthétique non conducteur recouvrant l'extrémité ouverte du manchon jusqu'à un épaulement externe (5b), un patin (8) de guidage assurant la solidarisation desdites gaines et de l'extrémité ouverte. 6 - Dispositif de découpe selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support comprend en outre une gaine métallique externe (10) et un patin externe (11) assurant au moins sur une partie de leur longueur la solidarisation des deux gaines mé talliques (6,10). 7 - Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à la récupération d'échantillon sur la face interne d'un tube de faible diamètre, caractérisée en ce que - on repère la position de l'échantillon par exemple à l'aide d'un endoscope, - on réalise, à l'aide du dispositif de découpe, une découpe partielle de l'échantillon, - on applique sur la face de l'échantillon un moyen d'extraction de l'échantillon à l'aide d'un moyen de positionnement, - on termine la découpe de l'échantillon par jet électrolytique, à l'aide du dispositif de découpe, - on commande le retrait en dispositif d'extraction. 8 - Application selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de positionnement est constitué d'un tube flexible (13) muni à une extrémité d'une embase (15) supportant un moyen pneumatique (17), permettant d'appliquer un moyen d'extraction (18) sur l'échantillon (21). 9 - Application selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'embase (15) du dispositif de positionnement est creuse et munie d'une partie ajourée (16), dans laquelle est placé le moyen pneumatique (17). 10 - Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que le moyen pneumatique (17) est constitué par une vessie commandée en dépression et en compression d'air, le moyen d'extraction (18) étant fixé sur la vessie au niveau de la partie ajourée (16). ll - Application selon la revendication 10, caractérisée en ce que le moyen d'extraction (18) est constitué par une plaquette collante relié à un fil de sécurité (24) débouchant à l'extérieur du tube à découper. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisée en ce que la vessie (17) et la plaquette (18) d'une part, et la plaquette (18) et l'échantillon (21) d'autre part, sont solidarisés respectivement par un premier (19) et un second (20) adhésifs, la force de collage du premier (19) étant choisie nettement inférieure à celle du second (20). 13 - Application selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que le tube flexible (13) est disposé à l'intérieur d'une gaine métallique spirale (14) fixée au voisinage de l'embase (15). 14 - Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 au remplissage de défauts de surface d'une pièce conductrice de l'électricité en vue de la réparer, caractérisé en ce qu'on inverse la polarité de la pièce et du jet, l'électrolyte étant préalablement chargé en ions du métal de la pièce à réparer pour déposer lesdits ions sur la pièce.