Brevet FR2716820A3 — publié le 19950908

FR 2716820 A3 19950908 FR 9501334 A 19950206 Dispositif de traitement thermique, notamment de la sur face d'une pièce ayant une symétrie de rotation. Etat de la technique L'invention concerne un dispositif de traitement thermique, notamment pour le traitement thermique en surface de pièce ayant une symétrie de rotation avec des moyens pour fournir la chaleur et un pyromètre à rayonnement pour surveiller la température de la pièce, couplé à l'extrémité d'un guide de lumière dont l'autre extrémité arrive jusqu'à proximité de la surface supérieure de la pièce à traiter. Dans de tels dispositifs de traitement thermique, il est connu (DE-OS 20 22 716) de surveiller la température de la pièce ou la température de la surface en détectant le rayonnement thermique émis par la pièce en cours de traitement à l'aide d'un pyromètre à rayonnement. Le pyromètre à rayonnement est placé à une distance de la pièce en cours de traitement ; il est relié à un conducteur de lumière dont l'extrémité arrive jusqu'à proximité de la surface de la pièce traitée. Toutefois, cette surface qui reçoit le rayonnement est fréquemment encombrée par des saletés de sorte que l'intensité de rayonnement détectée ne correspond pas à l'intensité réelle du rayonnement. En augmentant l'écart on peut éviter dans une très large mesure l'encrassement, mais alors le pyromètre à rayonnement ne détecte la température effective de la surface que sous la forme d'une valeur intégrale. Avantages de l'invention. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif de traitement thermique correspondant au type défini cidessus, caractérisé en ce que l'extrémité du guide de lumière qui reçoit le rayonnement est dégagée des impuretés par un courant d'air ou de gaz. Le dispositif de traitement thermique selon l'invention offre l'avantage que la température effective de la pièce traitée est détectée directement à la surface pour être fournie au pyromètre à rayonnement. Le pyromètre à rayonnement peut néanmoins être placé à une distance suffisante pour être protégé contre les influences mécaniques et de la température. Il est également possible de placer le pyromètre à rayonnement dans un boîtier solide. Pour éviter que des saletés ne se déposent sur l'extrémité du guide de lumière recevant le rayonnement et qui risquerait de fausser les valeurs mesurées, on fait passer un courant d'air ou de gaz sur l'extrémité. Ce courant d'air ou de gaz ne fausse pas le résultat car il n'influence pas le rayonnement thermique. La température de la pièce à traitement thermique est détectée à proximité de sa surface ce qui évite dans une très large mesure les influences parasites externes. La valeur détectée constitue en outre la température réelle de la zone de surface surveillée sans induire de composantes de rayonnement venant d'autres zones. Cela est avantageux notamment parce que cette valeur de la température de la surface permet une régulation rapide sans avoir à faire de correction pour éliminer les influences extérieures qui entachent la valeur de la température. Les répercutions en cas de changement des paramètres du procédé comme par exemple la conductivité thermique ou les gran deurs de déplacement des pièces peuvent être observées directement ce qui facilite considérablement le réglage des paramètres optimums du procédé. En outre, le dispositif de traitement thermique selon l'invention permet de mieux utiliser les valeurs limites à respecter comme par exemple la température de surface, maximale autorisée ou minimale nécessaire, car on exclut les influences formant des moyennes et on détecte exactement la valeur effective. Cela se traduit par une économie de temps non négligeable car le procédé de traitement thermique peut se faire plus rapidement. De manière préférentielle, l'extrémité du guide de lumière qui reçoit le rayonnement thermique est écartée de la surface de la pièce à traiter d'une distance comprise entre 0,2 mm et 2 mm et de préférence 1 mm. Cela garantit qu'aucune conduction thermique par contact de l'extrémité du guide de lumière avec la pièce en cours de traitement thermique ne se produit et néanmoins que l'on détecte seulement le rayonnement thermique émis directement par la zone de la surface observée. Le courant d'air peut être appliqué de manière préférentielle par un dispositif de soufflage qui est fixé au moins partiellement sur le guide de lumière. On fixe ainsi la position relative entre l'orifice de sortie du dispositif de soufflage et l'extrémité du guide de lumière et ces dispositions ne changent pas pendant l'ajustage du guide de lumière par rapport à la pièce en cours de traitement. Selon un mode de réalisation préférentiel, la chaleur est fournie par un inducteur par exemple un inducteur en anneau entre les lignes d'arrivée duquel se trouve l'extrémité du guide de lumière qui prend le rayonnement thermique. Cet intervalle lié à la construction de tels inducteurs, entre les lignes d'alimentation peut ainsi servir de manière optimale à des fins de mesure. En outre, la création de chaleur par induction convient en liaison avec la température de surface, détectée directement, par exemple pour une régulation rapide de la chaleur à fournir en fonction de la température de la surface. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses - un dispositif de soufflage fournissant un courant d'air ou de gaz est fixé au moins partiellement au guide de lumière - la chaleur peut être induite par un inducteur et entre les lignes d'alimentation de celui-ci se trouve placée l'extrémité du guide de lumière qui reçoit le rayonnement - le dispositif de soufflage est un tube appliqué directement contre le guide de lumière et/ou délimité au moins partiellement par le guide de lumière - le dispositif de soufflage passe au moins partiellement à l'intérieur du guide de lumière. Dessins Le dessin montre des exemples de réalisation de dispositifs de traitement thermique qui seront décrits ciaprès de manière plus détaillée. Ainsi, La figure 1 montre un dispositif de traitement thermique en vue de côté, partiellement coupée selon la ligne I-I de la figure 2. La figure 2 est une vue de dessus du dispositif partiellement coupée selon la ligne II-II de la figure 1. Les figures 3 à 5 montrent un détail du dispositif de traitement thermique en vue de côté pour d'autres exemples de réalisation. Description. La figure 1 montre un dispositif de traitement thermique 10 composé d'une plaque formant l'embase 12 d'un inducteur annulaire 14 refroidi par de l'eau et d'un pyromètre à rayonnement 16. Les pyromètres à rayonnement sont connus et se trouvent dans le commerce. Ils reçoivent le rayonnement électromagnétique et sont par exemple particulièrement sensibles à une ou plusieurs longueurs d'onde déterminées ou plages de longueurs d'onde. En fonction de la température de la pièce et ainsi en fonction de l'intensité de la longueur d'onde déterminée, les pyromètres à rayonnement donnent en général une tension d'amplitude prédéterminée. Le conducteur annulaire 14 comporte un canal d'eau 18 pour son refroidissement. Ce canal est relié à deux conduites 20 pour le liquide de refroidissement. Les conduites 20 sont fixées par des moyens de retenue 22 à la plaque formant embase 12 et il en est ainsi de l'inducteur en anneau 14 relié rigidement aux conduites. Les moyens de retenue 22 fixent également les lignes d'alimentation électriques 24. A laide d'autres moyens de fixation 26, 28, un conducteur de lumière 30 est relié mécaniquement à la plaque formant embase 12. Le conducteur de lumière 30 présente dans la zone du noyau du conducteur annulaire 14, une extrémité 32 qui reçoit le rayonnement thermique ; cette extrémité se situe dans l'intervalle annulaire 34 (figure 2) du conducteur annulaire 14. Partant de là, le guide de lumière 30 passe le long des conduites 20 qui débouchent également au niveau de l'intervalle annulaire 34 dans le conducteur annulaire 14, pour s'écarter du noyau et être dévié vers le haut à l'extérieur du conducteur en anneau 14. De là, le guide de lumière 30, est relié au pyromètre à rayonnement 16 en passant par les moyens de fixation 28. Un tube 26 est fixé au guide de lumière 30 qui fait partie d'un dispositif de soufflage équipé d'une machine soufflante non représentée et ayant à son extrémité inférieure une buse 38. La buse 38 est dirigée sur l'extrémité 32 du guide de lumière 30 qui reçoit le rayonnement thermique. Le moyen de fixation 28 entoure à la fois le guide de lumière 30 et le tube 36 ; il est guidé de manière mobile sur le moyen de fixation 26. A son extrémité opposée au guide de lumière 30, le moyen de fixation 28 présente un dispositif de coulissement 40, par exemple en forme de vis micrométrique qui permet un déplacement radial de l'extrémité 32 de détection du rayonnement thermique par rapport à l'inducteur annulaire 14. Une vis de serrage 42 permet de bloquer la position réglée. Pour la mise en route du dispositif de traitement thermique 10 on fixe la plaque formant embase 12 de manière appropriée en fonction des données locales, on introduit une pièce traitée dans le conducteur annulaire 14, on desserre la vis de serrage 42 et à l'aide du dispositif de translation 40, on conduit l'extrémité 32 recevant le rayonnement thermique, du guide de lumière 30 jusqu'à proximité de la surface de la pièce à traiter et on bloque à nouveau à l'aide de la vis de serrage 42. Pour un premier réglage grossier, il suffit d'une distance d'environ 1 mm et cette valeur peut être optimisée même pendant l'opération thermique. Pendant le traitement thermique, le conducteur annulaire 14 chauffe de préférence la surface de la pièce à traiter et qui pour des raisons de symétrie tourne de préférence autour de son axe longitudinal. Le guide de lumière 30 reçoit directement le rayonnement thermique de la surface de la pièce en cours de traitement et conduit le rayonnement thermique au détecteur de rayonnement 16. Pour cela, le guide de lumière 30 peut avoir n'importe quelle forme. Le guide de lumière 30 se compose de préférence d'une tige en verre par exemple en verre ou quartz mis en forme de façon appropriée et cintrée dont une extrémité 32 reçoit par injection directe le rayonnement thermique. Le guide de lumière 30 peut également être constitué par des fibres de verre ou un faisceau de fibres de verre et com porter à son extrémité 32 recevant le rayonnement thermique, un système de lentille. A la fois la tige en verre et les fibres lumineuses peuvent être protégées contre les accidents mécaniques par une gaine solide. Il est important que le guide de lumière soit transparent pour la longueur d'onde qu'il doit transmettre au pyromètre à rayonnement. Un guide de lumière qui convient bien est transparent aux longueurs d'onde à partir de 2,5 ym ou des longueurs d'onde plus courtes pour un pyromètre à rayonnement qui est sensible pratiquement pour 1 Um. La figure 3 montre un guide de lumière 30 recourbé à l'équerre et qui est entouré d'une manière pratiquement coaxiale par un tube 44. Le tube 44 comporte un embout d'entrée 46 pour introduire de l'air ou du gaz et qui passe dans le tube 44 le long du guide de lumière 30 pour sortir à l'extrémité 32 par une ouverture 48. La figure 4 montre également un guide de lumière 30 recourbé à l'équerre et contre lequel est appliqué un tube 44 dans lequel passe de l'air ou du gaz. Un orifice de sortie 50 à l'extrémité 32 du guide de lumière 30 est muni d'une déviation 52 analogue à une buse qui dirige la veine d'air ou de gaz sur l'extrémité 32 du guide de lumière 30. La figure 5 montre un guide de lumière 30 recourbé à l'équerre et dans lequel passe un canal 54 sensiblement dans l'axe ; ce canal est parcouru par de l'air ou du gaz. Le canal 54 présente un perçage latéral 56 débouchant dans un perçage 58 d'une bride 60 par laquelle arrive le gaz ou l'air. Un orifice de sortie 62 à l'extrémité 32 du guide de lumière 30 permet à la veine d'air ou de gaz de s'échapper à l'extérieur. Pour souffler l'extrémité 32 du guide de lumière 30, on utilise de préférence de l'air fourni simplement sous la forme d'air comprimé. Il est toutefois également possible d'utiliser un gaz inerte ou un gaz actif pour éviter par exemple la formation de calamine ou d'oxyde à la surface. Pour injecter la chaleur, il convient, comme indiqué, de monter un inducteur annulaire 14, car dans son intervalle annulaire 34, on peut monter de manière optimale le guide de lumière 30. Il est toutefois également possible d'utiliser d'autres formes d'inducteur comme par exemple des inducteurs à plusieurs spires à enroulement étroit pour le traitement des parois intérieures. Le guide de lumière 30 est alors conduit le long de l'alimentation et de l'évacuation du liquide de refroidissement et on meule une surface d'émission de rayonnement thermique en fonction des données locales. L'avantage le plus important, à savoir la détection directe de la température au niveau des zones à traiter pour être transmises à un moyen de régulation est un avantage conservé pour de telles autres formes d'inducteur. Ainsi on peut utiliser également ici l'avantage d'une régulation rapide et directe . Il est en outre possible par un choix approprié du guide de lumière 30, de fournir l'énergie directement par le guide de lumière 30, par exemple sous la forme d'un faisceau de lumière laser. On peut également envisager d'utiliser le dispositif de traitement revendiqué dans d'autres opérations de traitement thermique pour lesquelles on veut détecter la température de la pièce, par exemple lors du recuit ou du démarrage de pièce ou encore pour des opérations de brasure ou de soudure ou encore de manière générale si l'on veut par traitement thermique modifier les caractéristiques physiques de la pièce ou encore enlever des couches complètes. REVENDICATIONS 1) Dispositif de traitement thermique, notamment pour le traitement thermique en surface de pièce ayant une symétrie de rotation avec des moyens pour fournir la chaleur et un pyromètre à rayonnement pour surveiller la température de la pièce, couplé à l'extrémité d'un guide de lumière (30) dont l'autre extrémité (32) arrive jusqu'à proximité de la surface supérieure de la pièce à traiter, caractérisé en ce que l'extrémité (32) du guide de lumière (30) qui reçoit le rayonnement est dégagée des impuretés par un courant d'air ou de gaz. 2) Dispositif de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (32) qui reçoit le rayonnement, du guide de lumière (30) est éloignée de la surface de la pièce à traiter d'une distance comprise entre 0,2 et 2 mm et égale de préférence à 1 mm. 3) Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de soufflage fournissant un courant d'air ou de gaz est fixé au moins partiellement au guide de lumière (30). 4) Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaleur peut être induite par un inducteur (14) et entre les lignes d'alimentation (20, 24) de celui-ci se trouve placée l'extrémité (32) du guide de lumière (30) qui reçoit le rayonnement. 5) Dispositif de traitement thermique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de soufflage est un tube entourant le guide de lumière. 6) Dispositif de traitement thermique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de soufflage est un tube appliqué directement contre le guide de lumière (30) et/ou délimité au moins partiellement par le guide de lumière (30). 7) Dispositif de traitement thermique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de soufflage passe au moins partiellement à l'intérieur du guide de lumière (30).