Brevet FR2745087A1 — publié le 19970822

La présente invention concerne un procédé de mesure et de contrôle non destructif de points de soudages par résistance (fig 1) et de soudage de goujons ou d'axes sur des tôles( fig 2 ). La méthode est caractérisée par le fait qu'elle consiste à échantillonner par micro-échographie jusqu'à une profondeur légèrement supérieure à l'épaisseur de la première tôle toute la surface d'une des faces extérieures du point de soudure à contrôler en interposant un médium entre la sonde et la pièce contrôler. Jusqu'à maintenant, les essais non destructifs de parties soudées par point, en utilisant un réflectoscope par ultrasons, ont couramment été effectués dans l'étape d'épreuve prévue séparément de l'étape de soudure de formation des parties soudées par points. En utilisant le réflectoscope par ultrasons, la sonde était montée à la partie soudée à examiner, et l'on déterminait son état de soudure en observant une forme d'onde correspondante d'une réflexion multiple, visualisée dans un tube de Braun. Cela représente des inconvénients, parce que l'essai prend beaucoup de temps tandis que la détermination peut être différente d'un inspecteur à l'autre, parce que l'essai n'est pas quantitatif. Parmi les méthodes classiques pour effectuer un essai non destructif d'éléments soudés, en utilisant une onde ultrasonique, et pendant le procédé ou pendant l'opération de soudage, on connaît une méthode de transmission. Selon cette méthode de transmission, un vibreur à ultrason émetteur est fixé à une paire d'électrodes, ayant en sandwich entre elles des éléments qui sont soudés, et un vibreur à ultrason récepteur est fixé à l'autre électrode, ainsi une onde ultrasonique est transmise du vibreur émetteur au vibreur récepteur à travers les éléments qui son soudés. On utilise alors le tube de Braun pour observer le changement de la quantité de transmission de l'onde ultrasonique. La méthode de transmission a provoqué une grande réduction du temps d'examen, et une grande augmentation de la fiabilité de l'examen, mais l'utilisation d'une paire de vibreurs d'émission et de réception est désavantageuse. D'autres méthodes de réflexion à vibreur sont connues, qui utilisent un vibreur à ultrason émetteur et récepteur, monté sur une paire d'électrodes, ayant en sandwich entre elles des éléments qui sont soudés, pour effectuer l'essai non destructif en utilisant le phénomène de réflexion. Les méthodes de réflexion sont très désavantageuses parce que l'état de la soudure est déterminé avec une très mauvaise précision étant donné l'utilisation de l'onde ultrasonique réfléchie soit par l'extrémité de la surface de l'électrode sur laquelle est fixée le vibreur ou une interface entre cette électrode et l'élément adjacent qui est soudé. La présente invention a pour objet un procédé de mesure et de contrôle de point de soudure par résistance( fig 1 ) et de soudure de goujons ou d'axes sur la tôle ( fig2 )en échantillonnant par micro-échographie acoustique une surface légèrement supérieure à la zone concernée par la soudure en recherchant les interfaces jusqu'à une profondeur légèrement supérieure à l'épaisseur de la tôle sur la face de la quelle on exerce le contrôle. Lors de l'échantillonnage on recherche sur chaque échantillon, jusqu'à une profondeur légèrement supérieure à l'épaisseur de la première tôle, les éventuels interfaces du matériau. Si le dispositif ne trouve pas d'interface dans cette épaisseur, l'échantillon pourra être considéré comme bien soudé. Le principe de l'échantillonnage consiste à envoyer des impulsions ultrasonores sur la zone à contrôler à l'aide d'une sonde immergée dans un médium. Le signal se propage donc dans le médium puis dans la pièce à contrôler. A chaque interface ou discontinuité qui est rencontrée par les ondes, une partie de ces ondes est transmise au reste du matériau en présence et une autre est réfléchie. Cet écho réfléchi refait le chemin en sens inverse et retourne à la sonde qui est aussi un récepteur et qui recode l'écho en un signal électrique qui peut être analysé. Les différents interfaces que rencontre le signal sont les suivantes: -sonde émettrice médium -médium première face de la pièce à contrôler (11) -interface entre les deux tôles (12), ou zone de soudure imparfaite (13), ou deuxième face de l'ensemble des pièces de l'assemblage (14). L'analyse du temps écoulé entre le retour de l'écho du signal de l'interface médium première face de la pièce à contrôler et de l'écho correspondant à l'interface suivant, permettra de déterminer la distance séparant ces deux interfaces. Si cette distance est au moins légèrement supérieure à l'épaisseur de la tôle sur la face de la quelle on exerce le contrôle, on peut admettre que la zone contrôlée est bien soudée .La résolution du système est fonction de la longueur d'onde des signaux émis. On admet que la taille minimale d'un défaut détectable est la longueur d'onde du signal. On pourra utiliser des fréquences comprises ente 5 et 300 mégahertz suivant la précision recherchée. La finesse de l'échantillonnage conditionnera la précision de la mesure. Les résultats de l'échantillonnage pourront générer une image de la zone échantillonnée sous forme de matrice de nombres ou d'image colorisée faisant apparaltre la forme à l'échelle du noyau fondu.( 15 Le résultat de l'échantillonnage fournit une matrice de valeurs exploitable selon les méthodes utilisées en calcul matriciel et en visionique pour déterminer la forme et les caractéristiques de la section perpendiculaire à l'axe d'investigation du noyau fondus, notamment la surface de la liaison fondue. La comparaison des résultats des calculs effectués à partir de la matrice de valeurs avec des valeurs de références permettra de qualifier le point. Le traitement de la qualification permettra d'émettre des informations renseignant l'exploitant et/ou l'installation de pilotage de la soudure. Soit en émettant un signal , lumineux ou sonore ou électrique qualifiant la soudure. Soit en affichant l'image à l'échelle de la zone affectée par la soudure faisant ressortir la section du noyau fondu, soit en affichant la valeur calculée de cette section, soit en renseignant le calculateur qui gère les paramètres de soudure sur la section du point contrôlé en vue d'un ajustement des paramètres de soudure L'installation permettra de mémoriser les valeurs de mesure ainsi que les résultats de leur exploitation. Les données archivées pourront être utilisées en temps réel ou différé à toutes fins de traitement de l'information qui pourraient être jugées pertinentes. Par exemple : le contrôle du vieillissement d'une structure soudée par point en comparant les résultats donnés par différentes mesures réalisées dans un intervalle de temps ou l'établissement de statistique donnant une traçabilité de la qualité des soudures. réalises par une installation. L'installation de mesure consiste en une sonde émettrice réceptrice (1) logée au fond d'un embout creux (2). L'embout creux servira de bague de confinement à un médium (3) injecté dans la zone creuse par un canal (10) et servant à transmettre le signal ultrason entre la sonde et la surface extérieure de la zone d'échantillonnage (4). La zone creuse où se trouve confiné le médium ne devant comporter aucune bulle d'air ; le produit médium sera complété automatiquement par injection à chaque nouvelle mesure. Le médium pourra être de forme gazeuse, liquide, pâteuse, ou gel. La sonde pourra être soit émetteur et récepteur unique balayant la zone à échantillonner par un mouvement mécanique de la sonde ou par déviation électromagnétique du faisceau d'ondes. Soit à émetteurs et récepteurs multiples placés de façon à couvrir toute la zone à mesurer. Soit une combinaison des solutions précédentes. La bague de confinement devra être appliquée de préférence perpendiculairement à la surface à contrôler. Une machine de contrôle sera composée d'une tête de mesure, comportant un ensemble émetteur récepteur d ultrasons, une bague de confinement et un dispositif d amenée du médium d'un support de tête de mesure, d'un générateur de signal (5), d'un interpréteur (6), d'une unité de calcul, de commande , d'interface et d'archivage (7), d'une unité de distribution et dosage du médium (8) ainsi que d'un dispositif d'affichage des résultats (9) qui pourra être soit un écran cathodique soit plus simplement un dispositif générant des signaux lumineux et/ou sonores indiquant soudure bonne ou soudure mauvaise le tout relié par des liaisons adéquates. L'ensemble tête de mesure plus son support pourra être présenté manuellement ou par tout dispositif mécanique ou électromécanique contre la pièce à contrôler. L'invention est destinée à toutes les industries utilisant la soudure par points et la soudure d'axes et de goujons. Notamment : l'industrie automobile, du poids lourd, du mobilier métallique, de l'électroménager, la construction aéronautique, la construction navale, et la construction de matériel ferroviaire. REVENDICATIONS 1- Procédé de mesure et d ' essai non destructif à posteriori de la soudure de point de soudage par résistance et de soudure d'axes et de goujons sur des tôles caractérisé par le fait q ' il consiste à échantillonner une surface légèrement supérieure à la zone affectée par la soudure par micro-échographie acoustique en recherchant les interfaces entre la face de la tôle sur la quelle s'y exerce ce contrôle et une profondeur légèrement supérieure à l'épaisseur de cette tôle, à injecter un médium automatiquement juste avant le début du cycle de contrôle .L'absence d'interface à une profondeur légèrement supérieure à l'épaisseur de la première tôle concernée par le contrôle permet de valider la soudure de 1 'échantillon. L'analyse de l'ensemble des échantillons permet de calculer la section du noyau fondu et de valider la soudure 2- Le procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait de pouvoir générer sur un écran cathodique une image colorisée à l'échelle de la liaison soudée faisant ressortir la forme du noyau fondu 3- Le procédé selon la revendication est 2 caractérisé par le fait d'interposer , entre la sonde et la pièce à contrôler, un médium permettant la transmission de l'onde ultrasonore 4- Le procédé selon la revendication 3 est caractérisé par le fait qu' il consiste à mettre en contact 1 ' ensemble embout de mesure avec son support avec les zones à contrôler de manière manuelle ou mécanique ou électromécanique