Brevet FR2601139A1 — publié le 19880108

La présente invention se rapporte à la technique de contrôle et de mesure et concerne plus particulièrement les dispositifs d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces, et est destinée à l'enregistrement magnétique des champs des défauts au cours de la défectoscopie magnétoscopique, par exemple au contrôle de la qualité des pièces ferromagnétiques au profil complexe ou de différentes zones de telles pièces. On connaît un dispositif d'aimantation compre10 nant une file d'électroaimants connectés en série entre eux. Il permet d'aimanter un tronçon étendu d'un cordon de soudure à contrôler sur lequel est posée une bande magnétique, mais il n'assure pas une uniformité du champ magnétique dans la zone du joint soudé. Dans ces condi15 tions, la bande magnétique apporte elle aussi des distorsions supplémentaires apparaissant au dépouillement des magnétogrammes car en cas o les pièces ont un profil qui varie dans les limites de la zone contrOlée de la pièce, par exemple aux endroits de renforcement d'une soudure, le dispositif d'aimantation n'assure pas l'uniformité du flux magnétique dans la zone de disposition de la bande magnétique. En outre, il est difficile, avec le dispositif connu, d'assurer le fonctionnement de la bande magnétique dans la portion linéaire de sa caracté25 ristique magnétique (voir certificat d'auteur URSS n0 214869, publié en 1968). On connaît également un dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces comprenant un électro-aimant principal, un électro-aimant auxiliaire 30 (d'une puissance inférieure à celle de l'électro-aimant principal) disposé entre les pôles de l'électro-aimant principal, dans la zone centrale du champ magnétique de ce dernier, de façon à assurer l'interaction du champ magnétique propre de l'électro-aimant auxiliaire avec le 35 champ de l'électro- aimant principal, et un bloc d'alimen- tation des enroulements des électro-aimants (voir le certificat d'auteur URSS, n0 418786, publié en 1974). L'électro-aimant auxiliaire produit un flux magnétique supplémentaire dans la zone de la pièce aimantée par l'électro-aimant principal, ce flux comprenant une composante du flux magnétique principal dans cette zone, par exemple, lors du contrôle de joints soudés, c'est la composante du flux magnétique de l'électro-aimant principal dans la zone du joint soudé bouclée 10 par le bourrelet de la soudure qui est à compenser. Il existe cependant un grand nombre de pièces (par exemple d'encombrantes pièces massives d'une configuration complexe, comme des carcasses du moteur diesel, bâtis, assemblages en bout soudés, tubes aux parois de différentes épaisseurs et d'autres) qui, outre la présence d'un joint soudé dans la zone à contrôler, ont aussi d'autres singularités, comme un profil complexe de la pièce elle-même, et l'épaisseur variable de la zone à contrôler selon la section. Lors du contrôle magnétosco20 pique, cela mène à une redistribution du flux magnétique vers la zone de plus grande section de la pièce d'o l'hétérogénéité du flux magnétique entraîne la baisse de la sensibilité de la méthode et l'impossibilité d'assurer des conditions de fonctionnement de la bande magnétique en régime de la portion linéaire de sa caractéristique de travail. Toutes ces impecfections mènent à une détection incomplète, voirela non-détection de défauts difficiles à localiser, comme par exemple des défauts qui ne sont pas orientés d'une façon déterminée, 30 ou bien provoquent des erreurs de détermination des dimensions des défauts. L'invention vise à créer un dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces, comportant des moyens engendrant une induction magnétique 35 dans la zone de contrôle, dont la conception permette de compenser l'influence de la variation de la section du matériau magnétique de la pièce (de son épaisseur), et de diminuer la redistribution du flux magnétique vers la zone o la section est la plus grande, tout en assurant le fonctionnement de la bande magnétique en régime de la portion linéaire de sa caractéristique magnétique. L'essentiel de l'invention consiste en ce que, dans un dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces, comprenant un électro-aimant principal, 10 un électro-aimant auxiliaire disposé entre les pôles de ce dernier de façon à assurer l'interaction des champs des aimants auxiliaire et principal, ainsi qu'un bloc d'alimentation des enroulements des électro-aimants, selon l'invention l'électro-aimant auxiliaire est disposé 15 avec un décalage par rapport à la zone centrale du champ magnétique de l'électro-aimant principal dans le sens transversal par rapport à la direction des lignes de force du champ magnétique de l'électro-aimant principal. Pour contrôler des pièces dont la section augmente d'une façon symétrique de deux côtés de la zone de contrôle, il est utile d'équiper le dispositif d'aimantation d'un second électro-aimant auxiliaire branché sur le bloc d'alimentation, identique au premier électro-aimant auxiliaire et disposé symétriquement à 25 lui par rapport à la zone centrale du champ magnétique de l'électro-aimant principal. Il est souhaitable d'installer les électroaimants auxiliaires avec possibilité de faire varier la distance entre eux. Pour assurer le contrôle magnétoscopique de pièces à profil tubulaire, il est utile de doter le dispositif d'aimantation d'un troisième et d'un quatrième électro-aimants auxiliaires ayant leurs enroulements branchés sur le bloc d'alimentation et placés au-delà des 35 limites de l'espace interpolaire de l'électro-aimant principal, chacun en face d'un des pôles de l'électroaimant principal, de façon à assurer le parallélisme des lignes de force des champs de l'électro-aimant principal, et des troisième et quatrième électro-aimants auxiliaires, ainsi que la possibilité d'interaction entre les champs des troisième et quatrième électro-aimants d'une part et le champ de l'électro-aimant principal, d'autre part. Pour augmenter la fidélité et rendre plus économique le contrôle magnétoscopique, il est utile d'équiper 10 le dispositif d'aimantation d'un générateur d'impulsions à fréquence variable branché entre la sortie du bloc d'alimentation et les enroulements des premier et second électro-aimants auxiliaires. Le dispositif d'aimantation pour le contrôle 15 magnétoscopique de pièces réalisé conformément à la présente invention permet d'effectuer le contrôle défectoscopique de pièces à profil complexe avec une haute sensibilité,grâce à l'uniformité de l'aimantation de la zone à contrôler de la pièce, indépendamment de la présence, en elle, des tronçons de différentes épaisseurs. En outre, le dispositif d'aimantation selon l'invention permet de réaliser l'enregistrement magnétique des défauts dans la portion linéaire de la caractéristique de travail de la bande magnétique et, cela dans des conditions difficiles de contrôle. Ces avantages facilitent le processus du traitement subséquent des résultats de la défectoscopie, ce qui contribue à son tour à l'amélioration de la qualité du contrôle. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, 35 et dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement un mode d'exécution d'un dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces avec croissance unidirectionnelle de la section de la zone à contrôler, vue de dessus; - la figure 2 représente un mode d'exécution d'un dispositif d'aimantation pour le contrôle de pièces dont la section de la zone contrôlée croît symétriquement, dans les deux sens, par rapport au centre de cette zone, 10 en vue générale en perspective, avec arrachement partiel; - la figure 3 représente une coupe transversale du dispositif représenté sur la figure 2; - la figure 4 est une vue à échelle agrandie, en perspective, des électro-aimants auxiliaires montrés 15 suivant la flèche A de la figure 2; - la figure 5 représente un mode d'exécution d'un dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique des pièces à profil tubulaire, en coupe transversale; et - la figure 6 représente une vue de dessus du 20 système magnétique du dispositif montré sur la figure 5. Le dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces comprend, selon l'invention, un électro-aimant principal 1 (figure 1) et un électroaimant auxiliaire 2 installé entre les pôles N1 et S1 de 25 l'électro-aimant principal. L'électro-aimant auxiliaire 2 est monté, comme le montre la figure 1, avec un décalage par rapport à la zone centrale du champ magnétique de l'électro-aimant principal 1, dans le sens transversal, par rapport à la direction des lignes de force de l'électro-aimant principal 1, et de façon à assurer l'interaction du champ magnétique de cet électro-aimant 2 avec le champ magnétique de l'électro-aimant 1. La figure 1 illustre un cas o les champs des électroaimants 1 et 2 sont parallèles, unidirectionnels et sont 35 en interaction. Une telle combinaison des deux électro- aimants 1 et 2 est destinée au contrôle de pièces à section transversale variable, dont la section croit dans un sens unique, notamment dans le sens de la disposition de l'électro-aimant 2. L'électro-aimant auxiliaire 2 est installé au début du tronçon à section croissante. Le. moyen assurant le changement de la position de l'électroaimant 2 n'est pas montré sur la figure 1. Pour ce moyen, on peut utiliser un mécanisme à roue et vis sans fin, la vis sans fin se déplaçant sur un guide, ou un système à 10 vis et écrou,et analogues. Sous le terme "zone centrale" du champ magnétique de l'électro-aimant i,on comprend la zone de son entrefer o le champ magnétique est uniforme. Sur la figure, le bloc d'alimentation des enroulements des électro-aimants 1 et 2 n'est pas montré. 15 Les figures 2, 3 et 4 illustrent un mode d'exécution du dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces dont l'épaisseur augmente d'une façon symétrique,à partir de la partie centrale vers la périphérie. Le dispositif d'aimantation selon ce mode d'exécution comprend, outre l'électro-aimant principal 1, comportant un circuit magnétique 3 et un enroulement 4, et l'électro-aimant auxiliaire 2, comportant un circuit magnétique 5 et un enroulement 6, un électro- aimant auxiliaire supplémentaire 7 identique à l'électro-aimant auxiliaire 2 et comportant également un circuit magnétique et un enroulement 6. Les électro-aimants auxiliaires 2 et 7 sont disposés d'une façon symétrique par rapport à la zone centrale de l'entrefer de l'électro-aimant principal 1 30 et avec une possibilité de faire varier la distance entre eux par l'intermédiaire d'un moyen de déplacement 8. En qualité du moyen de déplacement 8, on peut utiliser, par exemple, des guidages à galets, un mécanisme à roue et vis sans fin,etc. La figure 4 illustre un mode de réalisation du moyen de déplacement 8 des électroaimants auxiliaires 2 et 7, présenté sous la forme d'un système à vis et écrou. En tournant la tête de la vis 9, on rapproche ou on écarte les électro-aimants 2 et 7, c'est-à-dire qu'on les déplace dans le sens transversal 5 par rapport à la direction des lignes de force du champ magnétique de l'électro-aimant principal 1. Une bande magnétique 10 (figures 2, 3) adhère étroitement à la surface de la pièce à contrôler, et passe dans la zone centrale de l'entrefer de l'électro-aimant 1. Afin d'alimenter les enroulements 6 des électroaimants 2 et 7 en un courant continu, le dispositif d'aimantation est muni d'un bloc d'alimentation 11, représentant en soi une source de tension redressée et d'un interrupteur 12. Le dispositif d'aimantation est équipé d'un générateur d'impuisions à fréquence variable 13, branché entre la sortie du bloc d'alimentation 11 et les enroulements 6 des électro-aimants auxiliaires 2 et 7, qui sert à l'alimentation de ceux-ci. En qualité de générateur d'impuisions à fréquence variable 13, on peut 20 utiliser un redresseur à thyristors, muni d'un relais temporisé d'entrée et d'un conformateur d'impulsions, ou bien une source de tension alternative. Les figures 5 et 6 représentent un mode d'exécution du dispositif d'aimantation pour le contrôle magnéto25 scopique des pièces à profil tubulaire, par exemple de tubes recourbés à section variable. Le dispositif d'aimantation selon ce mode d'exécution comprend, à la différence des dispositifs d'aimantation représentés sur les figures 1, 2, 3 et 4, des troisième et quatrième électro-aimants auxiliaires 14 et 15, dont les enroulements sont branchés sur un bloc d'alimentation 11 par l'intermédiaire d'un interrupteur rhéostatique 12. Les électro-aimants auxiliaires 14 et 15 sont disposés comme suit: le premier, en face du pôle N1 35 de l'électro-aimant principal 1, l'autre, en face du pôle S1 de l'électro-aimant principal 1, et cela de façon à assurer le parallélisme des lignes de force des champs magnétiques des électro- aimants principal 1 et auxiliaires 14 et 15, et à assurer l'interaction des champs des électro-aimants auxiliaires 14 et 15 avec le champ'de l'électro-aimant principal 1. Pour rendre plus compréhensible l'idée de ce mode d'exécution, on a montré, sur la figure 5, le flux magnétique i, de l'électroaimant principal fermé par la zone à contrôler, le flux magnétique 1il de l'électro-aimant principal dérivé 10 dans la partie nonmagnétisée de la pièce tubulaire, ainsi que les flux magnétiques *2 et 3 des électroaimants auxiliaires 14 ( 42) et 15 (4 3) qui se trouvent en interaction avec le flux magnétique 1. Dans ce mode d'exécution, les électro-aimants auxiliaires 2 et 7 15 sont également branchés sur le générateur d'impulsions à fréquence variable 13 inséré, comme dans les modes d'exécution précédents, entre la sortie du bloc d'alimentation 11 et les enroulements 6 des électro-aimants 2 et 7. Le dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopiques selon l'invention fonctionne de la façon suivante. Lors du contrôle magnétoscopique, on engendre, dans la pièce à contrôler, un flux magnétique à l'aide 25 du dispositif d'aimantation. Les lignes de force du champ magnétique se disposent alors essentiellement d'une façon unidirectionnelle. Si la pièce comporte un défaut, par exemple une fissure, une crique, etc., lors de l'aimantation de la pièce à contrôler, un champs de dispersion magnétique se forme au-dessus de l'endroit o se trouve ce défaut, à la surface de la pièce. En d'autres termes, une partie des lignes de force sort à la surface de la zone contrôlée de la pièce et ce champ de dispersion est enregistré par la bande magnétique se trouvant en contact avec la surface de la zone à contrôler. Pour la lecture, le dépouillement et l'interprétation des enregistrements faits sur la bande magnétique, on peut utiliser un bloc de lecture ordinaire d'un défectoscope magnétique équipé de capteurs réagissant aux variations du flux magnétique enregistrées sur la bande, et qui peut fixer, sous la forme d'un document de réception, pratiquement à n'importe quelle échelle, le tableau de disposition des défauts. Afin de réaliser le contrôle magnétoscopique, on 10 place le dispositif d'aimantation selon l'invention et la bande magnétique 10 (figures 1, 2, 3, 4) sur la surface de la pièce à contrôler et on branche au secteur le bloc d'alimentation 11. Selon le type, c'est-à-dire selon les caractéristiques de la bande magnétique utilisée, 15 et en se fondant sur l'estimation de la configuration de la section de la pièce dans la zone à contrôler, on met les électro-aimants principal 1 et auxiliaires 2 et 7 en position initiale. On place l'électro-aimant principal 1 sur la surface de la zone à contrôler de la pièce (d'habitude, c'est la partie la plus mince de la section de la pièce). Dans le cas d'une croissance unidirectionnelle de la section de la pièce contrôlée, on utilise le mode d'exécution du dispositif d'aimantation avec un seul électro-aimant auxiliaire 2 que l'on place dans 25 l'entrefer de l'électro-aimant 1 avec un décalage par rapport à la zone centrale du champ magnétique de l'électroaimant 1, là o commence la croissance de la section de la pièce. Dans le cas d'une croissance symétrique bidirectionnelle de la section de la pièce contrôlée, on utilise 30 le dispositif d'aimantation selon le mode d'exécution avec deux électro-aimants auxiliaires 2 et 7 que l'on place dans l'entrefer de l'électro-aimant 1, chacun étant décalé des deux côtés opposés de la zone centrale du champ magnétique de l'électro-aimant 1 de façon à être situé 35 au début de l'une ou de l'autre zone respective de croissance de la section de la pièce. Examinons plus en détail le fonctionnement du dispositif d'aimantation selon les modes d'exécution montrés sur les figures 2, 3 et 4 embrassant aussi la version du dispositif d'aimantation représenté sur la figure 1. En actionnant l'interrupteur rhéostatique 12, on met l'enroulement 4 de l'électro-aimant 1 sous tension. L'aimantation du tronçon contrôlé de la pièce et de la bande magnétique 10 a lieu. Une partie du flux magnétique 10 se ferme alors sur une région mince "B" de la zone à contrôler et une autre partie du flux se trouve dérivée dans les zones "C" de la pièce qui sont plus épaisses. Deux ou trois secondes après l'établissement d'un régime quasistationnaire, on enclenche, dans la zone à contrôler, 15 par l'intermédiaire de l'élément à retard (par exemple on peut utiliser à cette fin un relais temporisé monté à l'entrée du générateur d'impulsions 13) le générateur d'impulsions 13 branché sur les enroulements 6 des électro-aimants auxiliaires 2 et 7. En conséquence, il 20 se crée, dans les régions "D" de la zone à contrôler de la pièce, des flux magnétiques supplémentaires produits par les électro-aimants 2 et 7 et provoquant la saturation magnétique du matériau ferromagnétique de la pièce contrôlée dans ces zones "D", ce qui permet d'éviter la 25 dérivation du flux magnétique principal vers les zones "C" ayant une plus grande épaisseur du métal. Grâce à cela, on obtient un régime de sensibilité maximale du dispositif d'aimantation. La forme des impulsions du courant alimentant les enroulements 6 des électro-aimants 30 auxiliaires est choisie en partant de la condition d'aimantation des régions "D" jusqu'à la saturation (c'est-à-dire avec composante basse fréquence maximale). En faisant varier la fréquence des oscillations du générateur d'impulsions 13, on obtient une épaisseur désirée 35 des zonas "D" de saturation ainsi qu'une dimension il désirée de l'intervalle "a" laissant passer la partie dérivée du flux magnétique de l'électro-aimant 1. On peut obtenir le même effet en tournant la tête de la vis 9 et en déplaçant ainsi les électro5 aimants auxiliaires 2 et 7 qui se rapprochent ou s'écartent l'un de l'autre transversalement par rapport à la direction des lignes de force du champ magnétique de l'électro-aimant 1, pour une profondeur fixe donnée d'aimantation, déterminée par la fréquence des oscillaO10 tions du générateur 13 ou par la forme des impulsions de courant. L'utilisation de l'un quelconque de ces modes d'action ou de leurs combinaisons, permet, au cours du contrôle défectoscopique de pièces d'une épaisseur variable, d'égaliser les valeurs de l'induction du champ magnétique dans la zone de contrôle et de régler la part des fluides du flux magnétique dans les régions plus épaisses "C", en assurant de cette façon le fonctionnement de la bande magnétique 10 en régime de la portion linéaire 20 de sa caractéristique magnétique. Il est à noter qu'en utilisant un dispositif d'aimantation selon l'invention, on n'a pas besoin d'aimanter la pièce entière jusqu'à une valeur prédéterminée de l'induction et en particulier, sa partie la plus 25 épaisse, ce qui est très important vu que l'on ne dispose pas toujours d'une possibilité technique pour le faire (dans certains cas, il y a des limitations dues aux cotes d'encombrement ou à des difficultés d'accès à la zone de contrôle). Il suffit d'aimanter la région "B" jusqu'à la 30 saturation dans la zone aux limites ou la zone de passage d'une plus grande section. Cela permet d'augmenter la sensibilité de la défectoscopie et rend plus économique le dispositif d'aimantation. En cas d'un contrôle magnétoscopique de pièces 35 à profil tubulaire, on utilise le dispositif d'aimanta- tion selon le mode d'exécution représenté sur les figures 5 et 6. En actionnant l'interrupteur rhéostatique 12, on met les enroulements de l'électro-aimant principal 1 et des électro-aimants auxiliaires 14 et 15 sous tension. Cela provoque, dans la pièce à contrôler, la création de flux magnétiques 4 1 et t 11 de l'électro-aimant 1, 2 de l'électro-aimant 14 et 3 de l'électro-aimant 15. Un régime quasi-stationnaire dans la pièce étant établi, 10 on enclenche le générateur d'impulsions à fréquence variable 13 branché aux enroulements 6 des électroaimants 2 et 7. Les électro-aimants auxiliaires 14 et 15 sont disposés de manière que leurs flux 4 2' 4 3 aient la même direction que le flux J 11 dérivé de l'électro115 aimant principal 1. Les flux magnétiques 4 2' 13, en entrant en interaction avec le flux dérivé f i, règlent la valeur de ce dernier jusqu'à sa complète compensation, ce qui permet de modifier le rapport entre les flux 41 et i'1 et d'assurer, dans la zone contrôlée de la 20 pièce, la valeur nécessaire de l'induction magnétique. Pour augmenter le rendement du fonctionnement des électro-aimants auxiliaires 14 et 15, on dispose leurs pôles N3-S3 à proximité immédiate des pôles N1-S1 de l'électro-aimant principal 1, comme cela est montré sur 25 les figures 5 et 6. Dans cette exécution du dispositif, les électroaimants auxiliaires 2 et 7 jouent le même rôle que les électro-aimants de la version représentée sur les figures 2, 3, 4, au cas o il y a croissance de la 30 section de la pièce à contrôler dans une direction transversale par rapport à la direction des lignes de force du champ magnétique de l'électro-aimant 1, et fonctionnent de la même façon. On les met sous tension après établissement d'un régime quasi-stationnaire dans la zone contrôlée. 35 Si la section de la pièce ne varie pas dans ladite direc- tion, les électro-aimants auxiliaires 2 et 7 servent à égaliser l'induction et à compenser la part du flux magnétique dérivée vers la zone de la pièce adjacente aux limites de l'entrefer de l'électro-aimant principal 1. On élimine, de cette façon, dans un cas aussi simplifié que celui que l'on est en train d'étudier, l'effet d'étalement, de "saillie", au-delà de la zone couverte par l'électro-aimant 1, d'une partie des lignes de force du champ magnétique simplifié, dans ce cas (l'épaisseur 10 de la section dans la zone de contrôle est constante). Après avoir réalisé l'aimantation dans ladite zone,on répète ce processus, avec la même suite des opérations pour la partie suivante de la pièce sur laquelle on déplace à cette fin le dispositif d'aimanta15 tion. - REVENDICATIONS 1. Dispositif d'aimantation pour le contrôle magnétoscopique de pièces, du type comprenant un électroaimant principal, un électro-aimant auxiliaire disposé entre ses pôles de façon à assurer l'interaction de son champ avec le champ de l'électro-aimant principal, et un bloc d'alimentation des enroulements des électroaimants, caractérisé en ce que l'électro-aimant auxiliaire (2) est monté décalé par rapport à la zone centrale du champ magnétique de l'électro-aimant principal (1), dans 10 une direction transversale par rapport à la direction des lignes de force du champ magnétique de l'électro-aimant principal (1). 2. Dispositif d'aimantation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, dans l'entrefer de 15 l'électroaimant principal (1), un électro-aimant. auxiliaire (7), branché sur le bloc d'alimentation (1), identique à l'électro-aimant auxiliaire (2) et disposé symétriquement à lui par rapport à la zone centrale du champ magnétique de l'électro-aimant principal (11). 3. Dispositif d'aimantation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électro-aimants (2, 7) sont disposés de façon à permettre de faire varier la distance entre eux. 4. Dispositif d'aimantation selon l'une quelcon25 que des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte des électro-aimants auxiliaires (14, 15) ayant leurs enroulements branchés sur le bloc d'alimentation (11), qui sont disposés au-delà des limites de l'entrefer de l'électro-aimant principal (1), chacun en face d'un 30 des pôles de l'électro-aimant principal (1) et cela de façon à assurer le parallélisme des lignes de force des champs magnétiques des électro-aimants principal et auxiliaires (1, 14, 15) et la possibilité de l'interaction des champs magnétiques des électro- aimants auxiliaires (14, 15) avec le champ magnétique de l'électro-aimant principal (1). 5. Dispositif d'aimantation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est muni d'un générateur d'impuisions à fréquence variable (13) branché entre la sortie du bloc d'alimentation (11) et les enroulements (6) des électro-aimants auxiliaires (2, 7).