Brevet FR2963429A1 — publié le 20120203

La présente invention concerne un procédé de préparation d'une pièce pour permettre son contrôle par ondes guidées produites par effet magnétostrictif. Dans beaucoup d'industries, il est nécessaire de contrôler au stade de la fabrication mais aussi régulièrement en service des pièces afin d'y détecter dès que possible l'apparition de défauts (fissures, usure, endommagements, ...), car ces défauts sont susceptibles d'évoluer vers un stade critique où ils causeront la rupture de la pièce ou rendront celle-ci inutilisable. Une grande variété de pièces peut faire l'objet d'une préparation selon l'invention, par exemple axe, moyeu, éléments de structures, plaques ou tôle, tubes, profilés, conduites, coques. Par exemple, dans les industries pétrolière, chimique, ou nucléaire, il est nécessaire de contrôler tout particulièrement les conduites (tuyauteries, canalisations...). Il est possible pour cela d'effectuer un contrôle non destructif (par exemple visuel, par ultrasons, par rayons ionisants). Dans de nombreux cas de tels contrôles ne sont en pratique pas réalisables car trop longs et coûteux, soit parce que la longueur totale des conduites à inspecter est trop importante (plusieurs centaines de kilomètres), soit parce que certaines de ces conduites sont difficiles d'accès (portions enterrées ou recouvertes d'isolant). Une solution pour résoudre ce problème, que la canalisation soit ferromagnétique ou non consiste à générer des ondes (notamment ultrasonores) guidées à l'aide de l'effet magnétostrictif, car on peut ainsi contrôler aisément une grande longueur (plus de 30 mètres) d'une conduite à partir d'un seul emplacement. De plus la détection de défauts à la fois sur la surface externe et sur la surface interne de la conduite est possible. L'effet magnétostrictif résulte de la propriété qu'ont les matériaux ferromagnétiques de modifier leurs dimensions lorsqu'ils sont soumis à des champs magnétiques. L'explication de l'effet magnétostrictif réside dans la structure d'un matériau ferromagnétique. Ces matériaux peuvent être considérés comme des ensembles de petites portions de matière, qui agissent comme des aimants permanents. Lorsque le matériau n'est pas magnétisé, ces petites portions se disposent dans l'espace de manière aléatoire ; dès que le matériau est magnétisé, elles orientent leur axe dans la même direction. L'intervention d'un champ magnétique extérieur entraîne une modification de cet équilibre et détermine l'effet magnétostrictif. Le principe du fonctionnement et de l'utilisation des ondes guidées par effet magnétostrictif pour le contrôle d'une conduite est brièvement rappelé ci-après, en référence aux figures 3 et 4 qui représentent l'art antérieur. On choisit l'exemple d'une conduite, mais la génération d'ondes guidées par effet magnétostrictif est également applicable à des pièces d'autres géométries comme évoqué précédemment. On considère une conduite 10 ferromagnétique que l'on souhaite contrôler sur une certaine longueur (figure 3). On entend par conduite un tube creux, par exemple de section circulaire. On génère en un premier emplacement 110 de la conduite 10 un champ magnétique. Cette génération peut s'effectuer par exemple en plaçant une première bobine 21 autour de la conduite à l'emplacement 110, et en faisant circuler dans cette première bobine 21 un courant pulsé. Le champ magnétique généré par la première bobine 21 modifie périodiquement, au premier emplacement 110, l'orientation magnétique des portions de matière du matériau ferromagnétique constituant la conduite 10, et génère une onde mécanique W dans la conduite 10 par déformation du matériau dans une direction parallèle à la direction du champ magnétique généré par la première bobine 21. Cette onde mécanique W atteint un second emplacement 120 de la conduite 10, espacé du premier emplacement 110, où on a placé une seconde bobine 22. Cette onde mécanique W déforme périodiquement les portions de matière situées sous la seconde bobine 22, ce qui produit un courant électrique pulsé dont l'amplitude dépend de l'amplitude de l'onde mécanique W (effet magnétostrictif inverse). Lorsque la conduite 10 présente un défaut 50, l'onde mécanique W interagit avec ce défaut 50 et est perturbée. L'onde mécanique perturbée Wp, lorsqu'elle atteint la seconde bobine 22, y est alors détectée par effet magnétostrictif inverse, ce qui matérialise la présence du défaut 50. On peut effectuer le contrôle soit : en transmission (cas décrit ci-dessus). Dans ce cas la première bobine 21 est émettrice et la seconde bobine 22 est réceptrice ou réciproquement. Les bobines 21 et 22 sont distantes l'une de l'autre et les défauts détectables sont situés préférentiellement entre les bobines. en émission/réception. Dans ce cas la première bobine 21 est émettrice et la seconde bobine 22 est réceptrice ou réciproquement. Les bobines 21 et 22 sont proches l'une de l'autre (distance inférieure à la largeur d'une bobine) et les défauts détectables sont en général situés de part et d'autre des bobines. Avantageusement, on magnétise le matériau ferromagnétique de la conduite 10 pendant toute la durée des mesures, par exemple en plaçant à son voisinage un aimant permanent 30 (ou un électroaimant). Ainsi, les bobines (21, 22) sont placées dans un champ magnétique permanent, et on améliore l'efficacité de l'effet magnétostrictif. Lorsque la conduite 10, ou plus généralement la pièce à contrôler, est réalisée dans un matériau qui n'est pas ferromagnétique, c'est-à-dire qui ne s'aimante pas lorsqu'il est placé dans un champ magnétique, il est cependant encore possible d'utiliser le procédé ci-dessus. Pour cela, on colle un premier ruban 31 en matériau magnétostrictif (par exemple en nickel) sur la conduite 10 au premier emplacement 110, et on entoure ce premier ruban 31 par la première bobine 21 sans contact (figure 4). Ce ruban procure un effet magnétostrictif. De même, on colle un second ruban 32 en matériau magnétostrictif sur la conduite 10 au second emplacement 120, et on l'entoure par la seconde bobine 22 sans contact. Il est nécessaire d'utiliser une colle, par exemple de type époxy, afin de bien solidariser les rubans 31, 32 sur la conduite 10 et d'obtenir une surface de contact optimale. Les bobines 21, 22 ne sont pas en contact avec les rubans 31, 32, et peuvent ainsi être aisément enlevées ou déplacées. Le champ magnétique généré par la première bobine 21 modifie l'aimantation dans le premier ruban 31, qui se déforme et génère une onde mécanique W qui se propage dans le matériau de la conduite 10. Cette onde mécanique W atteint le second ruban 32 dans laquelle elle induit une modification du champ magnétique (effet magnétostrictif inverse). Le champ magnétique dans la seconde bobine 22 entourant le second ruban 32 est alors modifié, ce qui induit à son tour un courant électrique dans cette seconde bobine 22, qui peut alors être détecté et analysé. Dans certains cas, les rubans 31, 32 de matériau magnétostrictif peuvent également être utilisées sur un tube ou pièce en matériau ferromagnétique, car cela permet d'atteindre la même efficacité de transfert d'énergie entre l'onde mécanique W et le courant électrique dans les bobines que si l'on place des aimants permanents 30 au voisinage du tube. Cependant, l'utilisation de rubans magnétostrictifs sur des pièces (par exemple tubes, tôle, profilés) présente plusieurs inconvénients ou limitations. En effet, les rubans peuvent être endommagés lors des manutentions ou empilage des pièces semi-finies, ou enroulement de ces pièces. En outre ces rubans sont minces et sont susceptibles de se dégrader dans le temps. De plus les colles utilisées pour coller les rubans sur la surface des pièces se dégradent avec le temps, ce qui entraine un décollement des rubans et diminue l'efficacité du dispositif de mesure pour contrôler les pièces en service. Ces colles ne sont en outre pas utilisables dans des conditions sévères, par exemple dans des environnements où la température est supérieure à 150°C. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention vise à proposer un procédé de préparation de la pièce qui permette de réaliser le contrôle d'une pièce, ferromagnétique ou non, par ondes guidées ultrasonores produites par effet magnétostrictif de façon fiable et durable, même dans des conditions environnementales sévères, et sans qu'il soit nécessaire de placer au voisinage de la pièce un aimant (voir ci-dessus). Ce but est atteint grâce au fait qu'on soude ou brase la pièce en 30 réalisant, en un premier emplacement de cette pièce, une soudure ou une brasure avec un matériau magnétostrictif. Grâce à ces dispositions, il ne se produit pas de décollement, ni de perte de caractéristique du matériau magnétostrictif avec le temps. De plus, les soudures ou brasures peuvent être réalisées pendant la 35 construction de la pièce, d'où un gain de temps, et remplissent à la fois une fonction de solidarisation mécanique de la pièce et de contrôle de la pièce. Avantageusement, on réalise en un second emplacement de la pièce une soudure ou une brasure avec un matériau magnétostrictif, ce second 5 emplacement étant espacé du premier emplacement. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : 10 la figure 1 illustre les étapes du procédé de préparation selon l'invention d'une pièce, la figure 2A représente une conduite sur laquelle une soudure ou brasure est réalisée selon l'invention en deux bandes parallèles continues, 15 la figure 2B représente une conduite sur laquelle une soudure ou brasure est réalisée selon l'invention en deux bandes parallèles et discontinues, la figure 3 représente une conduite ferromagnétique qui est contrôlée par un procédé de génération d'ondes guidées selon l'art 20 antérieur utilisant l'effet magnétostrictif, la figure 4 représente une conduite qui est contrôlée par un procédé de génération d'ondes guidées selon l'art antérieur utilisant l'effet magnétostrictif. Dans la présente description, le terme "pièce" désigne la pièce de 25 travail, qui peut être en un ou plusieurs éléments. Par exemple plusieurs éléments sont joints, selon l'invention, par un ou plusieurs cordons de soudure. C'est le cas de deux tubes joints en une de leurs extrémités par une soudure le long de leur circonférence, ou de deux plaques jointes en leurs bords par une soudure rectiligne. 30 Dans le cas où la pièce est en un élément (c'est-à-dire formant un ensemble d'un seul tenant), deux bords libres de la pièce qui sont en regard (avant ou après déformation de cette pièce) sont joints par une soudure. C'est le cas d'un tube ouvert le long d'une de ses génératrices. La soudure est alors effectuée le long de cette génératrice, de façon à 35 fermer le tube. Selon l'invention on peut également "recharger" une pièce, c'est-à-dire que l'on vient combler un défaut (trou, indentation) que présente cette pièce par soudure ou brasure. On peut aussi augmenter l'épaisseur de la pièce en ajoutant de la matière par soudure, par exemple pour que cette pièce soit résistante à la corrosion. Le procédé selon l'invention est décrit ci-dessous dans le cas où la pièce à préparer et à contrôler est une conduite 10 tubulaire. Cette conduite 10 peut avoir une section quelconque (cercle, polygone). Cependant ce procédé peut être utilisé pour contrôler une pièce de n'importe quelle géométrie, par exemple un axe plein, une plaque ou une coque. Le matériau de la conduite 10 peut être ferromagnétique ou non. On réalise en un premier emplacement 11 de la conduite 10 une première soudure ou brasure 41 avec un matériau magnétostrictif. Cette opération de soudure ou de brasure peut s'effectuer par exemple avec un des procédés connus listés ci-dessous : soudage au chalumeau (par exemple au chalumeau oxyacétylénique) : la flamme ou l'air chaud du chalumeau chauffe une baguette de matériau d'apport qui est destiné à former la soudure, soudage à l'électrode enrobée : un arc électrique est établi entre une électrode (matériau d'apport) et la pièce à souder, soudage par procédé TIG (Tungsten Inert Gas) : un arc électrique est établi entre l'extrémité d'une électrode infusible en tungstène et la pièce à souder, sous la protection d'un gaz inerte. Le métal d'apport est placé dans l'arc électrique, soudage MIG (Meta) Inert Gas) ou MAG (Metal Active Gas), soudage laser, soudage plasma, - brasages : à la flamme (chalumeau), au laser, par plasma, par induction, au fer chaud, au four, par chauffage infrarouge. Dans le cas du soudage au chalumeau, la réalisation de la première soudure 41 s'effectue en chauffant à l'aide d'un chalumeau 45 le premier emplacement 11 de la conduite 10 et' l'extrémité d'une baguette 40 de matériau magnétostrictif, ce qui est illustré sur la figure 1. Quel que soit le procédé utilisé pour le soudage, il se produit une fusion du matériau d'apport 40 et de l'emplacement 11 de la conduite 10 ce qui assure une solidarisation de la soudure 41 avec la conduite 10 (il se produit des phénomènes de recristallisation et/ou diffusion et/ou solidification au niveau de l'interface entre la soudure et la conduite 10). Quel que soit le procédé utilisé pour le brasage, il se produit une fusion du matériau d'apport 40 mais pas de l'emplacement 11 de la conduite 10. La solidarisation de la brasure 41 avec la conduite 10 s'effectue alors par un phénomène de diffusion et/ou de mouillage. Dans la description qui suit, le procédé selon l'invention est décrit en référence à une soudure. Cette description est également valable dans le cas de brasures. La soudure peut être réalisée le long d'au moins une partie d'une circonférence de la conduite 10. Par exemple cette circonférence s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la conduite 10. Avantageusement, la soudure est réalisée sur la totalité de cette circonférence, comme représenté sur la figure 1. Dans ce dernier cas, la première soudure 41 forme un élément continu tout autour de la conduite 10, et se déforme de façon identique en tout point autour de la conduite 10 D'une manière générale dans le cas d'une pièce de forme quelconque, la soudure est avantageusement réalisée en un cordon dont les extrémités se rejoignent après avoir fait le tour de la pièce. Cette soudure forme alors une bande continue entourant la pièce. On peut également ménager un faible espace entre les extrémités de 25 cette bande, de l'ordre du mm, pour une meilleure efficacité de l'effet magnétostrictif. On entoure ensuite cette première soudure 41 par une première bobine 21 (non représentée), avec contact ou non entre la première soudure 41 et la première bobine 21. Cette première bobine 21 génère un 30 champ magnétique. Sous l'effet de ce champ, le matériau magnétostrictif va générer une onde mécanique apte à se propager dans la conduite 10. De même, on réalise en un second emplacement 12 de la pièce 10, espacée dudit premier emplacement 11, une seconde soudure 42 avec un matériau magnétostrictif, selon l'un des procédés décrits ci-dessus (figure 35 1). On entoure ensuite cette seconde soudure 42 par une seconde bobine 22 sans contact (non représentée). L'utilisation de deux ensembles (dans cet exemple exploités en transmission) comprenant chacun une soudure (41, 42) de matériau magnétostrictif et une bobine (21, 22), placés à deux endroits espacés sur la conduite 10 permet de repérer et d'estimer certaines caractéristiques des défauts 50 présents dans le matériau de la conduite. Ces deux ensembles peuvent également être exploités en émission/réception, comme expliqué plus haut. Avantageusement, la première soudure magnétostrictive 41 en le premier emplacement 11 est réalisée en deux bandes élémentaires parallèles rapprochées 41a et 41b. Ces deux bandes élémentaires sont suffisamment rapprochées pour être situées toutes les deux sous la première bobine 21. De façon similaire, la seconde soudure (42) est réalisée en le second emplacement (12) en deux bandes élémentaires (42a, 42b) parallèles rapprochées. Chacune de ces bandes élémentaires (41a, 41b) est un cordon de soudure. Ces deux cordons de soudure sont soit espacés par une longueur de conduite 10, soit font partie d'un même cordon de soudure principal (utilisé pour joindre deux sections de la conduite 10) dont ils constituent les bords. Dans ce second cas, ces deux cordons de soudure sont espacés par la partie centrale de ce cordon de soudure principal, et sont alors réalisés par des passes de finition. Par exemple, ces bandes élémentaires sont espacées d'une distance au plus égale à la largeur d'une des bandes. Cette configuration, représentée sur la figure 2A pour la première soudure 41, permet d'obtenir des précisions supplémentaires concernant le sens de provenance de l'onde mécanique. Dans le cas ci-dessus, chacune des bandes élémentaires 41a et 41b est continue (les extrémités de chaque bande élémentaire se rejoignent), ou un faible espace est ménagé entre les extrémités de chaque bande élémentaire. Avantageusement, chacune de ces bandes élémentaires 41a et 41b est discontinue, et est constituée de segments alignés le long d'une circonférence autour de la conduite 10, ou plus généralement le long d'une courbe sur la conduite 10. Les segments des deux bandes élémentaires 41a et 41b peuvent être deux à deux en regard selon l'axe longitudinal de la conduite 10. Les segments des deux bandes élémentaires 41a et 41b peuvent également être en quinconce, c'est-à-dire que chaque segment d'une bande élémentaire est en regard d'un espace entre deux segments de l'autre bande élémentaire, comme représenté sur la figure 2B pour la première soudure 41. Cette disposition en segments permet d'optimiser la détection et d'obtenir des informations supplémentaires sur la position, géométrie du ou des défauts détectés. En variante, la soudure (41, 42) peut être réalisée le long d'une droite sur la pièce, par exemple le long d'une génératrice dans le cas d'une pièce cylindrique, la génératrice s'étendant selon l'axe longitudinal de cette pièce. D'une manière générale, dans le cas des soudures, on peut réaliser toute la soudure en matériau magnétostrictif, ou seulement certaines passes de la soudure. Dans tous les cas, la composition métallurgique du matériau de la soudure est telle que sa réponse magnétostrictive est suffisante en fonction de la nature du matériau à contrôler et de la distance de propagation des ondes à atteindre tout en assurant une bonne cohésion entre la soudure et la matière adjacente. Par exemple, on peut utiliser pour le soudage une électrode enrobée comprenant un alliage Fe-Ni avec au moins 90% de nickel, l'utilisation de cet alliage permettant de réduire les contraintes résiduelles après soudage. Dans le cas où la pièce 10 est métallique, la soudure est métallique. Dans le cas où la pièce est entièrement en polymère (ou en composite à matrice polymère), ou revêtue de polymère, le matériau utilisé pour la soudure du polymère est un polymère comprenant des particules de matériau magnétostrictif. Ces particules sont par exemple en nickel, ou en cobalt, ou en un alliage Fe-Ni-Co comprenant éventuellement d'autres métaux ou alliages. Ainsi, on peut réaliser le soudage du revêtement polymère de conduites métalliques, la soudure présentant des propriétés magnétostrictives. Ce soudage peut par exemple être effectué par chalumeau à air chaud. L'inventeur a constaté que les propriétés magnétostrictives du matériau de la soudure peuvent être optimisées, ou exaltées (c'est-à-dire rendues actives) : en soumettant le matériau de revêtement, après ou pendant son dépôt, à un champ magnétique, ou - en effectuant un traitement thermique local du matériau déposé ou de l'ensemble de la pièce, ou en appliquant un champ magnétique pendant ce traitement thermique. L'invention concerne également une pièce obtenue selon un procédé selon l'invention tel que décrit ci-dessus.15 REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une pièce (10) pour permettre son contrôle par ondes guidées produites par effet magnétostrictif caractérisé en ce qu'on réalise, en un premier emplacement (11) de ladite pièce (10), une soudure ou une brasure (41) avec un matériau magnétostrictif (40). 2. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on réalise, en un second emplacement (12) de ladite pièce (10), une seconde soudure ou brasure (42) avec un matériau magnétostrictif (40), ledit second emplacement (12) étant espacé dudit premier emplacement. 3. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite soudure est réalisée par un procédé choisi dans le groupe comprenant le soudage au chalumeau, le soudage à l'électrode enrobée, le soudage TIG, le soudage MIG, le soudage laser, le soudage plasma. 4. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce ladite brasure est réalisée par un procédé choisi dans le groupe comprenant le brasage à la flamme, le brasage au laser, le brasage par plasma, le brasage par induction, le brasage au fer chaud, le brasage au four, le brasage par chauffage infrarouge. 5. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite pièce (10) est une conduite tubulaire. 6. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite soudure ou brasure (41, 42) est réalisée le long d'au moins une partie d'une circonférence de ladite conduite. 7. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite première soudure ou brasure (41) forme au moins une bande continue entourant ladite pièce (10) 8. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ladite première soudure ou brasure (41) est réalisée en ledit premier emplacement (11) en deux bandes élémentaires (41a, 41b) parallèles rapprochées. 9. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que ladite seconde soudure ou brasure (42) forme au moins une bande continue entourant ladite pièce (10). 10. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que ladite seconde soudure ou brasure (42) est réalisée en ledit second emplacement (12) en deux bandes élémentaires (42a, 42b) parallèles rapprochées. 11. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 8 ou la revendication 10, caractérisé en ce que chacune desdites bandes élémentaires (41a, 41b, 42a, 42b) est discontinue, et est constituée de segments alignés le long d'une courbe sur ladite pièce (10). 12. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on soumet ladite ou lesdites soudures ou brasures (41, 42), après ou pendant son dépôt, à un champ magnétique. 13. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on soumet ladite ou lesdites soudures ou brasures (41, 42), après ou pendant son dépôt, à un traitement thermique. 14. Pièce (10) obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.