Brevet FR2686699A1 — publié le 19930730

DISPOSITIF DE CONTROLE NON DESTRUCTIF PAR COURANTS DE FOUCAULT DE PRODUITS METALLIQUES LONGS EN DEFILEMENT La présente invention concerne le contrôle non destructif des produits métalliques longs tels que des fils, des barres ou des tubes, ce contrôle étant effectué lors de leur fabrication, c' est-à-dire lorsque ces produits métallurgiques longs se déplacent, généralement à grande vitesse et à haute température, dans l'installation de fabrication. L'invention concerne plus particulièrement un appareil destiné à détecter par courants de Foucault des défauts de surface du produit métallique à contrôler. On connaît actuellement plusieurs types de capteurs de défauts basés sur la détection de la variation des courants de Foucault créés dans le produit métallurgique à contrôler, ladite variation étant causée par les défauts à détecter. Tous ces capteurs comportent des bobines, qui peuvent être agencées de diverses manières en fonction du type de capteur. Par exemple un type courant de capteur est celui dit à bobines encerclantes, qui comporte au moins une bobine cylindrique disposée coaxialement autour du produit à contrôler Du fait des sévères conditions de travail de ces capteurs (température élevée du produit, grande vitesse de défilement, calamine recouvrant le produit), les bobines sont protégées d'un contact direct avec le produit par un tube intermédiaire placé au centre du capteur, et dans lequel passe le produit, et elles sont refroidies par circulation d'un fluide de refroidissement, généralement de l'eau. Un tel type de capteur est représenté à la figure 1. Ce capteur, utilisé pour le contrôle de fils dans la chaude de laminage, comporte un carter 1 dans lequel sont placées les bobines 2, et un tube de guidage 3 du fil 10, coaxial avec les bobines encerclantes 2. Le tube de guidage comporte en alignement jointif un guide d'entrée 4, un tube 5 de protection des bobines, en matériau métallique ou céramique, et un guide de sortie 6. Le tube de guidage 3 délimite avec le carter 1 un volume annulaire dans lequel circule (flèches 9) de l'eau de refroidissement. Les bobines sont relativement éloignées du produit à contrôler, ce qui est dû au jeu nécessaire entre le fil et le tube de protection, à l'épaisseur de ce dernier, et à l'espace ménagé entre ce tube de protection et les bobines pour permettre la circulation de l'eau de refroidissement. Pour éviter des fuites d'eau vers l'intérieur du tube de guidage, les jonctions entre le tube de protection 5 et les guides d'entrée 4 et de sortie 6 doivent être étanches, mais cette étanchéité est délicate à assurer. De plus une usure du tube de protection 5, par frottement du fil sur ce tube, peut également conduire à des fuites d'eau. Par ailleurs, guides et tube de protection sont soumis directement au rayonnement thermique du produit et en conséquence, il se produit dans l'ensemble du capteur, des dilatations différentielles nuisibles à cette étanchéité. Enfin, le tube de protection 5 constitue un masque électromagnétique, entre les bobinages et le produit à contrôler, qui perturbe la mesure en affaiblissant le signal détecté. La présente invention a pour but de proposer un nouveau capteur ayant une sensibilité accrue et une meilleure fiabilité. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle non destructif par courants de Foucault de produits métalliques longs en défilement, comportant des moyens de guidage dudit produit qui comprennent un guide d'entrée et un guide de sortie, et des moyens de détection de défaut comprenant une ou plusieurs bobines de détection et disposes coaxialement avec les moyens de guidage, caractérisé en ce que les moyens de detection comprennent un bloc annulaire coaxial aux guides d'entrée et de sortie, en matériau réfractaire, ayant une surface intérieure cylindrique de diamètre sensiblement égal ou légèrement supérieur à celui desdits guides, ledit bloc est inséré entre ces derniers, la ou les bobines de détection étant noyées dans ledit bloc annulaire, au voisinage direct de sa surface intérieure, un des guides comporte une rainure annulaire en communication avec l'intérieur du guide et des moyens d'alimentation de la rainure annulaire en un fluide gazeux sous pression. Grâce à l'invention, la ou les bobines peuvent être considérablement rapprochées du produit à contrôler, et la sensibilité du capteur en est améliorée, ce qui permet d'obtenir une meilleure perception des défauts de surface fins. De plus l'encombrement global du dispositif peut être réduit. Par ailleurs les risques dûs à la circulation d'eau de refroidissement des dispositifs selon l'art antérieur sont supprimés. En effet la protection thermique du dispositif et des bobines est assurée par la circulation du fluide gazeux injecté sous pression par la rainure annulaire dans l'espace entre le guide d'entrée et le produit contrôlé. Ce fluide gazeux créé un matelas annulaire isolant et renouvelé très rapidement et en permanence, qui entoure tout le produit depuis son entrée dans le guide d'entrée jusqu'à sa sortie du dispositif. Les bobines du capteur, bien que très proches de la surface interne de celui-ci, ne sont donc pas soumises à une trop forte température. Les études et expérimentations faites par l'inventeur ont en effet montré que, même lorsque le produit est à une température élevée (de l'ordre de 1000 C) et très proche du bloc annulaire où sont noyées les bobines, ce bloc pouvait être maintenu en permanence à une température suffisamment basse pour ne pas détériorer les bobines ni fausser la détection, pour autant que la vitesse de circulation du fluide gazeux soit suffisamment élevée. Un choix judicieux des dimensions internes du capteur, de la position de la rainure d'injection de gaz par rapport au bloc annulaire et des dimensions de cette rainure, permet d'atteindre les grandes vitesses nécessaires (de l'ordre de 100 m/s). Selon des dispositions complémentaires préférentielles - la rainure est située dans le guide d'entrée - la rainure débouche dans l'alésage du guide selon une direction inclinée par rapport à l'axe du dispositif et dirigée vers le bloc annulaire - la rainure débouche par sa périphérie, à l'opposé de l'alésage du guide, dans un canal annulaire de répartition relié à un conduit d'alimentation en fluide gazeux - le bloc annulaire est maintenu serré de manière étanche entre les guides d'entrée et de sortie - le diamètre intérieur du bloc annulaire est supérieur à celui des guides - la ou les bobines sont réalisées en fil céramique, et seulement une mince couche de matériau réfractaire est placée entre celles-ci et la surface intérieure du bloc annulaire. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un dispositif de détection de défaut conforme à l'invention, utilisé pour la détection de défauts sur des fils en acier dans la chaude de laminage. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un capteur selon l'art antérieur, tel que décrit précédemment - la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif conforme à l'invention, utilisé pour la détection de défauts de fils en acier dans la chaude de laminage. Le capteur représenté à la figure 1 comporte un guide d'entrée 11 et un guide de sortie 12 qui comportent un alésage dans lequel passe le fil 10 en défilement selon la flèche 13. Entre les guides 11 et 12 est inséré de manière étanche un bloc annulaire 14 en matériau réfractaire, les deux guides et le bloc étant maintenus serrés l'un contre l'autre par des vis 15. Le bloc annulaire 14 a un diamètre interne di légèrement supérieur à celui da des alésages des guides ; par exemple pour la détection de défauts sur un fil de diamètre 5,5 mm, di est égal à 9 mm, et da à 7,5 mm. La ou les bobines de détection 16, représentées schématiquement sur le dessin sont noyées dans le bloc réfractaire et affleurent sa surface interne. A cet effet, lors de la fabrication du bloc après mise en forme et en position des bobines, un matériau réfractaire est coulé pour enrober complètement les fils des bobines et créer ainsi, après séchage du réfractaire, un bloc compact aux dimensions souhaitées. Préférentiellement les bobinages sont réalisés en fil céramique, résistant à des températures élevées, et seule une mince pellicule de matériau réfractaire recouvre les fils les plus proches de l'alésage du bloc. On notera que les bobines peuvent être agencées de diverses manières. Ce peut être par exemple une ou plusieurs bobines encerclantes, coaxiales au bloc, ou des bobines d'axe radial, ou tout autre agencement. De même dans le cas de bobinages à fonctions séparées, seuls les bobinages récepteurs peuvent être noyés dans le bloc annulaire 14, les bobinages émetteurs pouvant être placés dans les guides d'entrée et/ou de sortie, car ces bobinages émetteurs peuvent être plus éloignés du fil sans grand inconvénient. Les fils 17 de raccordement des bobinages sortent du bloc annulaire 14 à sa périphérie et sont raccordées aux moyens de traitement du signal, connus en soi, non représentés. Le guide d'entrée 11 comporte un canal 18 annulaire de répartition dans lequel débouche un conduit 19 d'alimentation en fluide gazeux, par exemple de l'air comprimé, raccordé à des moyens, non représentés, d'alimentation en fluide sous pression réglable. Le canal 18 est en communication avec l'alésage du guide d'entrée par une rainure annulaire 20, qui débouche dans cet alésage selon une direction inclinée par rapport à l'axe du dispositif et dirigée vers le bloc annulaire 14. Selon la réalisation préférentielle représentée, le guide d'entrée est formée de deux pièces 21, 22 assemblées par des vis 23, et usinées de telle manière que la rainure annulaire 20 soit formée, après assemblage, à l'interface entre ces pièces 21, 22. Cette disposition non seulement facilite l'usinage du canal de répartition 18 et de la rainure 20, dont la forme et les dimensions doivent être précises, mais surtout permet d'ajuster précisément la largeur de cette rainure en réglant l'écartement des pièces 21 et 22, par des cales d'épaisseur 24. En effet, pour obtenir un fonctionnement optimal du dispositif, sans échauffement excessif des bobinages, il est nécessaire que l'air injecté par la rainure 20 d'une part soit uniformément réparti autour du fil, et d'autre part, ait une vitesse élevée et un débit suffisant, ce qui est conditionné notamment par les dimensions de la rainure. A titre d'exemple, on donne les valeurs et dimensions suivantes pour un capteur utilisé pour détecter des défauts sur des fils d'acier de diamètre 5,5 mm, à 1000 C, défilant à 80 m/s. - diamètre de l'alésage du guide d'entrée : 7,5 mm - diamètre de l'alésage du bloc annulaire : 9 mm - section du canal de répartition 11 x 11 mm - largeur de la rainure : 0,2 mm - alimentation en air sous 7 bars, à 20"C ; - débit d'air 40 Nm3/heure (11 1/s) - vitesse de l'air au niveau du bloc annulaire 100 m/s On a pu dans ces conditions constater que l'échauffement des bobinages ne dépasse pas 200 C. Par ailleurs, on définit un "coefficient de remplissage" comme étant le rapport R12/R22 où R1 est le rayon du fil et R2 est le rayon intérieur de la bobine.; un coefficient de remplissage élevé est favorable car il correspond à une plus grande compacité du dispositif, et donc permet d'en réduire l'encombrement et corrélativement d'améliorer la sensibilité du capteur. Dans l'exemple ci-dessus, le coefficient de remplissage est de 37 %, alors que dans le capteur selon l'art antérieur, décrit au début de ce mémoire, ce coefficient est de 8,85 % (pour un diamètre interne des bobinages de 18,5 mm et un tube 5 de protection de diamètre interne 8 mm et diamètre externe 10 mm). REVENDICATIONS 1) Dispositif de contrôle non destructif par courants de Foucault de produits métalliques longs en défilement, comportant des moyens de guidage dudit produit qui comprennent un guide d'entrée (11) et un guide de sortie (12), et des moyens de détection de défaut comprenant une ou plusieurs bobines de détection (16) et disposés coaxialement avec les moyens de guidage, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un bloc annulaire (14) coaxial aux guides d'entrée et de sortie, en matériau réfractaire, ayant une surface intérieure cylindrique de diamètre sensiblement égal ou légèrement supérieur à celui desdits guides, ledit bloc est inséré entre ces derniers, la ou les bobines de détection étant noyées aans ledit bloc annulaire, au voisinage direct de sa surface intérieure, un des guides comporte une rainure (20) annulaire en communication avec l'intérieur du guide et des moyens (18, 19) d'alimentation de la rainure annulaire en un fluide gazeux sous pression. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure est située dans le guide d'entrée. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure débouche dans l'alésage du guide selon une direction inclinée par rapport à l'axe du dispositif et dirigée vers le bloc annulaire. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure débouche par sa périphérie, à l'opposé de l'alésage du guide, dans un canal annulaire (18) de répartition relié à un conduit (19) d'alimentation en fluide gazeux. 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide gazeux est de l'air comprimé. 6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc annulaire est maintenu serré de manière étanche entre les guides d'entrée et de sortie. 7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du bloc annulaire est supérieur à celui des guides. 8) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les bobines sont réalisées en fil céramique, et seulement une mince couche de matériau réfractaire est placée entre celles-ci et la surface intérieure du bloc annulaire. 9) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'entrée est formé de deux pièces (21,22) assemblées, la rainure (20) étant formée à l'interface entre ces deux pièces.