Brevet FR2636141A1 — publié le 19900309

DISPOSITIF POUR LA DETERMINATION DE LA STRUCTURE CRISTALLINE. L'invention concerne un dispositif pour la détermination de la structure cristalline d'un corps à contrôler, au moyen d'ultrasons émis par une tête de contrôle émettrice et captés par une tête de contrôle réceptrice. La structure cristalline d'une pièce cristalline est d'une importance capitale quant à la résistance en utilisation et à la durée de vie. Par exemple, dans le cas de corps monocristallins, l'orientation de la structure cristalline, c'est à dire l'orientation du maillage par rapport à une direction prédéfinie, présente un effet significatif sur les caractéristiques d'utilisation de la pièce. Des écarts trop importants conduisent à une réduction considérable de la résistance à la fatigue au fluage de la pièce monocristalline, par exemple une aube de turbine. Dans le cas de pièces polycristallines, la grandeur de l'angle des joints de grains, c'est à dire l'angle formé entre-eux par les orientations des maillages de deux grains voisins, est d'une grande importance. De cette grandeur également, peuvent être tirées des conclusions quant à la résistance en utilisation de l'objet. Un autre indice de qualité est constitué par la présence de grains étrangers ou de grains de recristallisation. Tous les trois types d'écarts peuvent être en mesure de réduire, par exemple, la durée de vie d'aubes de turbine, de plus d'un facteur de 1000. L'utilisation des ultrasons pour la détermination de l'orientation des cristaux, est connu par la publication "Ultraschall- MeBtechnik" de Horst- Dieter Tietz, Berlin, pages 145, 146. Le procédé qui y est divulgué nécessite toutefois, pour le couplage, une surface métallique lisse, de forme régulière. Ceci présente l'inconvénient, que seuls des corps à contrôler présentant un contour extérieur bien défini, tel que cylindre, plaque ou sphère, peuvent subir ce contrôl61e, à moins que l'on procède à l'adaptation exacte des capteurs à la surface extérieure de la pièce, ce qui est très fastidieux et couteux. Ce procédé ne peut être mis en oeuvre dans le cas de corps à contrôler présentant des surfaces extérieures à courbures irrégulières. Les déterminations d'orientations sur des monocristaux se font généralement par la détermination de structure fine aux rayons "X" (procédé Laue). Ce procéde permet de définir des structures de maillage dans des zones proches de la surface, d'o les inconvénients suivants: le procédé ne permet de fournir aucune conclusion quant aux structures dans les volumes, et il nécessite, avant la mesure, l'enlèvement de couches superficielles déformées mécaniquement. Suite à cette dernière raison invoquée, le procédé ne peut s'appliquer à des pièces finies, telles que des ailettes d'aubes de turbine. - A partir de là, le problème posé à l'invention consiste à fournir un dispositif adapté, à l'aide duquel il soit possible de procéder à la mesure cristallographique précise de corps à contrôler de formes quelconques, dans des conditions simples et économiques. Selon l'invention, ce problème est résolu en ce que la tête de contrôle émettrice d'ultrasons et la tête de contrôle réceptrice sont alignées l'une par rapport à l'autre et immergées dans un agent liquide, le corps à contrôler placé entre-elles étant déplaçable par rapport à ces têtes, pour déterminer un maximum de l'intensité des ultrasons traversant le corps à contrôler. L'avantage procuré par l'invention réside dans le fait, que pour la première fois, il est possible d'établir une détermination du maillage cristallin sur des corps à contrôler de formes quelconques, comme par exemple des aubes de turbine. Un autre avantage consiste en la possibilité de réaliser un contrôle volumique, c'est à dire que la pièce est traversée par le faisceau d'ultrasons, ce qui autorise également la reconnaissance de zones de défauts, et des joints de grains, à l'intérieur du corps à contrôler. Par ailleurs, de façon avantageuse l'opération de contrôle ne nécessite pas d'usinage de la surface externe de la pièce, et n'influence donc pas ses dimensions. Selon un autre avantage procuré par l'invention, l'agent liquide utilisé est constitué par de l'eau. Ceci permet un remplacement rapide lors de l'entretien ou dans le cas d'encrassement, ainsi qu'une manipulation aisée. Selon une forme d'exécution préférentielle de l'invention, le corps à contrôler est monté en position fixe, la tête de contrôle émettrice et la tête de contrôle réceptrice étant déplaçables ensemble. Ainsi, des corps à contrôler lourds et de grande taille, peuvent être fixés de manière simple, la complexité technique pour le dispositif de déplacement (goniomètre) restant peu importante. Selon une variante de forme d'exécution, la tête de contrôle émettrice et la tête de contrôle réceptrice sont montées en position fixe, et le corps à contrôler est déplaçable; ceci autorise une construction simple dans le cas de corps à contrôler relativement légers et de dimensions relativement petites, tels que des aubes de turbine. Le dispositif de déplacement (goniomètre) pour l'élément déplace, est conçu de telle sorte que l'élément à déplacer soit mobile selon six degrés de liberté. De manière préférentielle, ce sont trois degrés de liberté en translation et trois degrés de liberté en rotation. D'après un procédé selon l'invention, pour la détermination de l'orientation du maillage cristallin dans un corps à contrôler, l'élément déplacé est soumis à une rotation autour d'un axe de rotation jusqu'au moment o s'établit un maximum de l'intensité, puis est soumis à une rotation autour d'un axe de rotation perpendiculaire au précédent, jusqu'à ce que s'établisse à nouveau un maximum de l'intensité. On détermine ainsi, les deux composantes angulaires, normales entre-elles, de l'angle d'orientation des cristaux. Comme les maximum d'intensité pouvant être obtenus, présentent des fronts très raides, l'invention permet d'obtenir une détermination d'angle, très précise. Un procédé pour la détermination des joints de grains à l'intérieur d'un corps à contrôler polycristallin, consiste à effectuer, après la rotation jusqu'au premier maximum, un mouvement relatif linéaire entre le corps à contrôler et les sondes de mesure, jusqu'à obtenir une variation brusque de l'intensité d'écho, notamment une chute de cette intensité. Par une nouvelle rotation jusqu'à l'obtention du maximum de l'écho, on détermine directement la grandeur de l'angle de joint de grains, dans le plan de la rotation. Les deux procédés peuvent être avantageusement combinés, pour réaliser un processus opératoire plus économique. L'avantage particulier réside dans le fait que l'on obtient une possibilité de traitement automatique et quantitatif d'une grande précision, avec une vitesse de mesure élevée. Une autre variante de l'invention décrit un procédé permettant l'identification de grains étrangers, procédé selon lequel on effectue un balayage par lignes du corps à contrôler, par exemple dans l'orientation du maximum de l'intensité d'écho. Ce procédé a l'avantage de permettre l'identification de grains d'orientation différentes, dans le volume du corps à contrôler. L'invention est décrite ci-après, à titre d'exemple et au vu de la figure annexée. Cette dernière montre de façon schématique, la conception du dispositif de mesure. Est montré un bac d'immersion (12) qui est rempli d'eau faisant office d'agent de couplage. Un corps à contrôler (1), se présentant sous la forme d'une aube de turbine monocristalline, est disposée de manière fixe dans le bac d'immersion (12), à l'aide d'un dispositif de serrage (13). Une tête de cont-%le émettrice (2) et une tête de contrôle réceptrice (3) sont alignées entre-elles à l'aide d'un support mécanique (4). Ce support (4) est déplaçable selon au moins six degrés de liberté, à l'aide d'un goniomètre (5) qui n'est pas représenté plus en détail. A l'aide d'un générateur d'impulsions (7), on produit un signal de déclenchement qui est utilisé pour la formation d'une impulsion émettrice d'ultrasons et pour l'activation d'un élément récepteur (8). L'émetteur d'ultrasons (6) déclenché par le générateur d'impulsions (7), produit un signal, qui, par l'intermédiaire d'un câble de liaison (14a) active une tête de contrôle émettrice (2). Le signal ultrasonique traverse l'agent de couplage (eau), le corps à contrôler (1), et est capté par la tête de contrôle réceptrice (3). Au moyen du câble de liaison (14b), le signal parvient au récepteur (8) auquel est couplé un amplificateur haute fréquence. Un oscilloscope (9) sert à la représentation visuelle du déroulement de l'intensité, et un circuit logique (10) avec un dispositif de mesure du temps de parcours, détermine le temps de parcours des ultrasons. Une unité de commande (11) pour la régulation du goniomètre, peut être actionnée, au choix, manuellement à l'aide du dispositif d'entrée (15), ou par l'analyse des signaux du récepteur (8) et du circuit logique (10). Dans ce dernier cas, on obtient une détermination entièrement automatique des données souhaitées. Selon le programme de mesure choisi, il sera possible d'obtenir l'orientation, de déterminer les joints de grains ou d'identifier des grains étrangers. REVENDICATIONS. 1. Dispositif pour la détermination de la structure cristalline d'un corps cristallin à contrôler, au moyen d'ultrasons émis par une tête de contrôle émettrice et captés par une tête de contrôle réceptrice, caractérisé en ce que la tête de contrôle émettrice (2) et la tête de contrôle réceptrice (3) sont alignées l'une par rapport à l'autre et immergées dans un agent liquide, et en ce que le corps à contrôler (1) disposé entre-elles, est déplaçable par rapport à ces têtes, pour déterminer un maximum de l'intensité des ultrasons traversant le corps à contrôler (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent liquide est constitué par de l'eau. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps à contrôler (1) est monté en position fixe, et en ce que la tête de contrôle émettrice (2) et la tête de contrôle réceptrice (3) sont déplaçables ensemble. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tête de contrôle émettrice (2) et la tête de contrôle réceptrice (3) sont agencées en position fixe, et en ce que le corps à contrôler (1) est déplaçable. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élément déplacé est mobile selon six degrés de liberté. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément déplacé est mobile selon trois degrés de liberté en translation, et selon trois degrés de liberté en rotation. 7. Procédé de détermination de l'orientation du maillage cristallin d'un corps cristallin à contrôler, à l'aide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément déplacé est soumis à une rotation autour d'un axe jusqu'à ce que s'établisse un maximum de l'intensité, puis est soumis à une rotation autour d'un axe perpendiculaire au précédent, jusqu'à ce que s'établisse à nouveau un maximum de l'intensité. 8. Procédé de détermination des joints de grains à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément déplacé est soumis à une rotation autour d'un axe jusqu'à ce que s'établisse un maximum de l'intensité, qu'il subit ensuite un déplacement linéaire jusqu'à la chute de l'intensité, et qu'on le soumet finalement à une rotation autour d'un axe perpendiculaire au précédent, jusqu'à ce que s'établisse à nouveau un maximum de l'intensité. 9. Procédé d'identification de grains étrangers à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément déplacé l'est de manière telle que soit effectué un balayage par lignes, selon l'orientation du maximum d'intensité de l'écho.