Brevet FR2804756A1 — publié le 20010810

La présente invention concerne un procédé pour mesurer les contraintes résiduelles siégeant dans une pièce métallique par la méthode du trou simple ou par incréments. Elle concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé. La méthode du trou est une méthode bien connue pour mesurer les contraintes résiduelles existant au coeur d'une pièce métallique et ce en concurrence avec une analyse radiographique aux rayons X par exemple. Cette méthode du trou consiste essentiellement coller sur une surface extérieure de cette pièce une jauge de déformation (rosette), à percer le support de la jauge de contrainte en son centre et à ménager sous cet orifice un trou borgne ou débouchant dans la pièce sous-jacente et coaxialement à l'orifice ménagé dans le support. Habituellement cette préparation est réalisée par usinage classique au moyen d'une perceuse, ce qui présente au moins deux inconvénients : le premier dans le fait que ce perçage engendre des contraintes supplémentaires dans la partie de la pièce usinée donc venant altérer les mesures de la jauge, le second tenant au fait que la pièce à mesurer est quelquefois de dureté au moins superficielle très importante et que l'usinage classique n'est pas simple réaliser. Pour pallier ces inconvénients l'invention a pour objet un procédé de détermination par la méthode du trou des contraintes résiduelles siégeant dans une pièce métallique équipée en surface d'une jauge de déformation, qui comprend les phases consistant à percer le matériau de la jauge en son centre au moyen d'un outil par enlèvement de copeaux et à réaliser un orifice dans la pièce coaxialement au perçage de la jauge au moyen d'un outil d'usinage électrochimique. Un tel usinage électrochimique est bien connu et consiste procéder à une dilution de la pièce qui constitue une anode par une cathode approchée cette anode entre lesquelles circule un électrolyte de préférence maintenu à température constante. L avantage d'un usinage est qu'il n'engendre aucune contrainte mécanique ni thermique dans la pièce qu'il fore. En outre l'électrode utilisée comme cathode est inusable et ce quelle soit la dureté du métal foré. Afin de confiner l'électrolyte, le procédé de l'invention consiste préalablement à 'usinage électrochimique à entourer la jauge d'une barrière associée de manière étanche à la surface de la pièce. L'invention a également pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus qui comporte - un support comprenant une base et un mât perpendiculaire à la base portant un élément de glissière longitudinal, - un chariot monté à coulissement sur la glissière, - une platine montée à coulissement sur le chariot dans une direction parallèle à l'élément de glissière et - des moyens d'actionnement contrôlé du déplacement du chariot par rapport à la glissière et de la platine par rapport au chariot ; platine porte par ailleurs un moyen de bridage, réglable en position dans un plan perpendiculaire à l'élément de glissière, pour un organe de visée ou une perceuse mécanique ou une tête d'usinage électrochimique. dispositif, portatif, peut être donc placé sur la surface de la pièce qui comporte la jauge de déformation et grâce a son architecture il est possible d'une part par le moyen de visée qu'il peut supporter, de mettre en référence par rapport au centre de la jauge de déformation collée sur la pièce, les moyens de bridage d'abord de la perceuse mécanique puis de la tête 'usinage électrochimique. Il s'agit d'un dispositif léger et facile à manipuler. Enfin, dans un mode de réalisation préferé, la tête d'usinage électrochimique comportera une électrode creuse et un tube de recirculation de l'électrolyte plongeant dans un système de confinement de l'électrolyte au voisinage des électrodes. I1 sera en outre avantageux de l'equiper d'un moyen de passe-câble pour les conducteurs liés à la jauge de déformation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation du disposïtif selon l'invention, au moyen duquel on décrira en détail le procédé mis en oeuvre. I1 sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est une vue générale en élévation du support appartenant au dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus de ce support, - la figue 3 illustre la première phase du procédé selon l'invention, à savoir la mise en reférence du dispositif par rapport à la jauge de déformation, - figure 4 illustre la seconde opération du procédé selon l'invention, à savoir le perçage de la résine, support et de la colle de jauge de déformation, - figure 5 illustre la dernière phase de l'invention à savoir la réalisation usinage électrochimique du trou dans la pièce pourvue de la jauge de déformation, pendant que s'opère l'acquisition des données de mesure. Le support représenté aux figures 1 et comporte une embase en forme générale de V dont les branches la et lb ainsi que la pointe 1c sont équipées de pieds , 3 et 4, pieds qui sont réglables en hauteur par rapport à la base 1 au moyen de vérins à vis et de molette de manoeuvre connus en eux-mêmes. D'autres mécanismes de piètement réglables ou non peuvent être mis en oeuvre tels que, par exemple, des ventouses magnétiques. Cette base 1 porte sur sa face supérieure un mât vertical 5, par exemple une cornière en tôle pliée au voisinage de la pointe du V et qui est équipée d'une glissière 6 du côté du mât tourné vers l'intérieur du V. Cette glissière comporte sur sa face opposée au mât 5 une crémaillère 7 tandis que ses côtés forment des pistes de glissement 8 pour un chariot 9, le guidage du chariot 9 sur les pistes 8 étant assuré de manière connue par des organes à billes. Dans une variante non représentée de réalisation de l'invention, la glissière 6 sera attelée au mât 5 par un mécanisme autorisant un pivotement de celle-ci dans un plan vertical afin d'opérer sur une surface de pièce située non pas sous la base du dispositif mais sur le côté de celui- ci. Ce pivotement avec moyens de blocage pourrait permettre un perçage perpendiculaire à une surface de pièce qui ne serait pas horizontale. Le chariot 9 porte à sa partie supérieure un arbre transversal 10 équipé d'une roue dentée 11, cet arbre pouvant tourner librement dans des paliers prévus à cet effet et portés par le chariot 9 pour que sa manoeuvre en rotation fasse engrener la roue 11 sur la crémaillère 7 et entraîne le déplacement du chariot le long de la glissière 6. I1 existe également, de manière connue, des moyens de blocage en position du chariot le long de la crémaillère qui ne sont pas représentés à ces figures. La partie frontale du chariot opposé à la glissière (le chariot est formé de plusieurs pièces assemblées les unes aux autres) porte la référence 12 et constitue elle- même un guide au coulissement d'une platine 13, guide parallèle à la glissière 6. La platine 13 est attelée par une tige 14 à un vérin électrique 15 qui, grâce à un moteur pas à pas, permet une manoeuvre et un maintien en position très précis de la platine 13 par rapport à la glissière 12. La platine 13 est équipée à sa base, c'est-à-dire du côté de l'embase 1 d'une plaque horizontale 16 pourvue d' orifice de passage 17. La face supérieure de cette plaque horizontale comporte des moyens de guidage d'un manchon 19 de réception des divers outils qui seront décrits ci-après. Des vérins à vis 20 à bouton de manoeuvre moleté permettent de déplacer le manchon 19, dans certaines limites, dans le plan de la plaque 16. Le manchon 18 est ensuite fixé au moyen par exemple d'un écrou 21 qui le bloque en position par rapport à la plaque 16. Le support 1 de la figure 3 est posé sur la surface supérieure d'une pièce 30 équipée d'une jauge de déformation 31 adaptée à l'application de la méthode du trou. Le manchon 19 est équipé d'un organe de visée 22 qui par exemple est bloqué par un écrou 23. En manipulant les vérins 20, après avoir grossièrement aligné l'axe de l'orifice 17 avec le centre de la jauge 31, on procède au réglage de l'axe du manchon 19 qui coïncide avec l'axe de visée de l'appareil 22 par rapport au centre que l'on doit percer de la jauge 31. Le manchon 19 est alors immobilisé et on retire l'organe de visée 22 pour le remplacer (voir figure 4) par un organe de perçage mécanique 24 dont le forêt 24a est parfaitement dans l'axe du manchon 19 donc à l'aplomb de l'endroit de la jauge 31 à percer. Au moyen de la manoeuvre manuelle associée à l'axe 10 et la roue dentée 11 on fait descendre l'ensemble en direction de la jauge 31 et on procède au perçage de son centre c'est-à-dire de la matière qu'elle comporte (support, résine de revêtement et colle) comme on le ferait avec une perceuse sensitive. On arrête ce perçage mécanique au niveau de la surface de la pièce 30. On aura noté aux figures 3 et 4 la présence d'une sorte de bac 32 qui possède un fond percé pour laisser apparaître la jauge 31 et qui est collé de manière étanche sur la surface de la pièce 30. Ce bac 32 va constituer le moyen de confinement de l'électrolyte nécessaire à 'étape suivante du procédé, c'est-à-dire à l'usinage électrochimique de la pièce 30 au moyen de tête illustree à la figure 5. A la figue 5 le support 1 est équipé aux ieu et place la perceuse 24 d'une tête 25 à l'extrémité de laquelle est rapportée une électrode (cathode) 26. Cette cathode formée par un tube creux en alliage métallique et l'espace intérieur de ce tube communiqué avec une canalisation 27 d'amenée de l'électrolyte. La tête 25 est également équipée d'une canalisation 28 de recirculation de l'électrolyte qui plonge dans le bac 32 par son extrémité 29 voisine de l'électrode 26. Enfin, de manière préférée, la tête 25 comporte un passage 25a dans lequel des conducteurs 33 sont logés et arrivent à un connecteur 34. Ce connecteur 34 peut recevoir un connecteur 35 situé à l'extrémité des conducteurs 36 de la jauge de déformation 31. La phase suivante du procédé comporte, une fois la tête d'usinage électrochimique montée, l'approche rapide de l'électrode vers la pièce 30 au moyen d'abord de roue dentée 10 coopérant avec la crémaillère 7 puis au moyen de la commande du vérin électrique qui peut engendrer un mouvement précis compris entre 0,5 et 2 mm par minute. Avant de mettre en fonctionnement l'usinage électrolytique, on connecte l'électrode 26 à une alimentation de très faible puissance et on descend cette électrode jusqu'à son contact avec la pièce. A ce moment le court-circuit produit fait chuter la tension, ce qui constitue un signal d'arrêt pour le vérin électrique 15. On remonte ensuite l'électrode d'une distance égale à celle nécessaire au travail électrochimique (quelques dixiemes de mm) et on établit la circulation de l'électrolyte depuis l'électrode 26 vers le bac 32 et son retour par tubes 28 et 29. On établit également une tension de travail entre l'électrode (cathode) et la surface de la pièce 30 (anode) l'aide d'un générateur à tension variable et on relie les fils de jauge 36 aux ponts de mesure qui permettent la mesure des déformations. On procède ainsi à la réalisation d'un orifice de profondeur déterminée soit en continu soit par étapes de profondeurs également déterminées, tout en collectant les informations délivrées par la jauge de déformation puis, cette profondeur atteinte, on arrête le processus en coupant la tension, en interrompant l'injection de 'électrolyte au travers de l'électrode 26, et en vidant le bac par l'aspiration au travers des tubes 28 et Les valeurs des déformations obtenues grâce à la jauge ainsi que la connaissance de la profondeur du trou (finale et/ou à chaque étape d'usinage), de son diamètre et des caractéristiques du matériau (module de Young et coefficient de Poisson) permettent ensuite de calculer les contraintes résiduelles conformément à la méthode dite du trou (voire une évolution de ces contraintes depuis la surface jusqu'à une profondeur déterminée). I1 est également possible de modifier le diamètre d'usinage pour corréler les données acquises à d'autres paramètres. On notera enfin à la figure 5 que la plaque 16 qui supporte le manchon 19 de maintien et de centrage de la buse 25, possède en partie inférieure une j souple 37 dont le périmètre correspond sensiblement au périmètre du bac 32 du moins de la partie supérieure de ses bords, afin de constituer une protection contre les éclaboussures et les projections de l'électrolyte lors du fonctionnement. Cette jupe 37 est fixée de manière amovible sous la plaque 16 et uniquement lors de la phase d'usinage électrochimique. REVENDICATIONS Procédé de détermination des contraintes résiduelles par la méthode du trou siégeant dans une pièce métallique (30) équipée en surface d'une jauge de déformation (31), caractérisé en ce qu il comprend des phases consistant à percer le matériau de la jauge (31) en son centre au moyen d'un outil (24, 24a) enlèvement de copeaux à réaliser un orifice borgne dans la pièce coaxialement au perçage de la jauge (3 au moyen d'un outil ( , 26) d'usinage électrochimique. 2. Procédé selon la revendication , caractérisé en ce qu'au moins préalablement à l'usinage électrochimique, on entoure la jauge (31) d'un rebord 2) associée de manière étanche à la surface de la pièce ) pour confiner un bain d'électrolyte. 3. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte - un support comprenant un base (1) et un mât (5) perpendiculaire à la base, portant un élément de glissière (6) longitudinal, - un chariot (9) monté à coulissement sur la glissière (6), - une platine (13) montée à coulissement sur le chariot (9) dans une direction parallèle à l'élément de glissière (6) et - des moyens (10, 15) d'actionnement contrôlé du déplacement du chariot (9) par rapport à l'élément de glissière (6) et de la platine (13) par rapport au chariot (9) ; et en ce que la platine (13) porte un moyen (16, 19) de bridage, réglable en position dans un plan perpendiculaire à l'élément de glissière (6), d'un organe de visée (22) ou d'une perceuse mécanique (24) ou d'une tête usinage électrochimique (25). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce la base (1) du support est en forme de V équipé de trois pieds (2, 3, 4) réglables. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la tête (25) d'usinage électrochimique comporte une électrode creuse (26) et un tube de recirculation (29, 28) d'un électrolyte plongeant dans le bain. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérise en ce la tête (25) d'usinage électrochimique comporte un moyen de passe-câble (25a) pour les conducteurs (3 reliés a la jauge (31). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou revendication 6, caractérisé en ce que la platine (13, 16) est équipée d'une jupe (37) souple amovible surmontant la barrière (31) de confinement du bain d'électrolyte.