Brevet FR2963427A1 — 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 lequel on solidarise un matériau magnétostrictif de revêtement avec la surface de la pièce. 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 se propage le long de la conduite 10, et 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 dépose le matériau sur au moins une première portion de la surface de ladite pièce par projection. Grâce à ces dispositions, il ne se produit pas de décollement, ni de perte de caractéristique du matériau magnétostrictif avec le temps. Avantageusement, on dépose par projection sur au moins une seconde portion de la surface de ladite pièce un matériau magnétostrictif, cette seconde portion étant espacée de la première portion. 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 : la figure 1 illustre les étapes du procédé de préparation selon l'invention d'une pièce, la figure 2A représente une conduite sur laquelle un matériau de revêtement est déposé selon l'invention en deux bandes parallèles continues, la figure 2B représente une conduite sur laquelle un matériau de revêtement est déposé 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 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. 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 dépose par projection une première couche 41 de poudre de matériau magnétostrictif sur une première portion 11 de la surface de la conduite 10. Cette opération de projection peut s'effectuer par exemple avec un des procédés connus listés ci-dessous, dont les caractéristiques sont brièvement rappelées : - projection dynamique à froid (en anglais "cold spray") : on injecte une poudre dans un flux de gaz (idéalement un gaz inerte tel que Ar ou He pour éviter l'oxydation des particules de poudre, ou un gaz actif tel que N2) de vitesse supersonique dirigé sur la surface de la pièce à revêtir. La température du gaz est suffisamment basse (généralement entre 250°C et 650 °C) pour empêcher la fusion des particules de poudre pendant leur temps de séjour dans le flux gazeux. Les particules impactent donc la surface de la pièce sous forme de poudre solide, ce qui évite l'oxydation des particules et l'apparition de gaz inclus. projection thermique : il existe différentes techniques de projection (la projection à chaud à la flamme, la projection par arc-fil, la projection HVOF ("High Velocity Oxygen Fuel" en anglais, ou "oxygène carburant haute vélocité"), la projection PTA ou plasma à arc transféré, la projection par laser poudre, la projection par canon à détonation). La température acquise par les particules lors de la projection est plus élevée (supérieure à 2500 °C) que dans le cas de la projection dynamique à froid (la vitesse acquise par les particules restant subsonique), ce qui entraine une fusion des particules. Les particules impactent donc la surface de la pièce sous forme de gouttelettes liquides. Dans le cas de la projection par arc-fil, le matériau est initialement sous forme d'un fil, mais est chauffé par arc électrique au sein du pistolet de projection de telle sorte que le matériau quitte ce pistolet sous forme de gouttelettes. Projection de particules dans un liant : les particules magnétostrictives sont sous forme solide, et baignent dans un liant. On obtient ainsi une peinture. Cette peinture est ensuite projetée sur la surface de la pièce, le liant permettant une adhésion des particules sur la surface de la pièce Quel que soit le procédé utilisé pour le dépôt, l'adhésion des particules de poudre 40 ou des gouttelettes sur la surface de la conduite 10 est suffisante pour permettre leur solidarisation pérenne avec la surface de la conduite 10. Dans tous les cas, il ne se produit pas de fusion du matériau de la pièce, même au niveau du lieu d'impact. Dans le cas de la projection dynamique à froid, le dépôt de la première couche 41 s'effectue en projetant à l'aide d'une buse 45, sur la première portion 11 de la surface de la conduite 10, de la poudre 40 d'un matériau de revêtement magnétostrictif (matériau sous forme pulvérulente), ce qui est illustré sur la figure 1. Les grains de poudre ont par exemple une taille comprise entre 1 µm et 100 µm. Cette adhésion résulte d'une liaison mécanique et/ou par diffusion d'éléments chimiques ou par fusion partielle du substrat c'est à dire par dilution des particules de poudre 40 avec le matériau constituant la conduite 10. Elle permet une transmission fiable des déformations entre la première couche 41 et la conduite 10 dues à l'effet magnétostrictif. Le matériau de revêtement peut être déposé 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, le matériau de revêtement est déposé sur la totalité de cette circonférence, comme représenté sur la figure 1. Dans ce dernier cas, la première couche 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, le matériau de revêtement est avantageusement déposé en une couche dont les extrémités se rejoignent après avoir fait le tour de la pièce. Cette couche forme alors une bande continue entourant la pièce. On peut également ménager un faible espace entre les extrémités de cette bande, de l'ordre du mm, pour une meilleure efficacité de l'effet magnétostrictif. On entoure ensuite cette première couche 41 par une première bobine 21 sans contact (non représentée), c'est-à-dire qu'il n'y a pas de contact entre la première couche et la première bobine 21. Cette première bobine 21 génère un champ magnétique. Sous l'effet de ce champ, le matériau magnétostrictif va générer une onde mécanique apte à se propager dans la conduite 10. Le matériau de revêtement peut être déposé sur la face externe ou sur la face interne de la conduite 10 (ou de la pièce si cette pièce possède une face interne), ou à une de ses extrémités. De même, on dépose sur une seconde portion 12 de la surface de la pièce 10, espacée de la première portion 11, une seconde couche 42 de poudre 40 de matériau magnétostrictif, selon l'un des procédés décrits ci-dessus (figure 1). On entoure ensuite cette seconde couche 42 par une seconde bobine 22 sans contact (non représentée). L'utilisation de deux ensembles (dans cet exemple exploités en transmission) comprenant chacun une couche (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, le matériau de revêtement est déposé sur la première portion 11 en deux bandes élémentaires parallèles rapprochées 41a et 41b qui forment la première couche 41. Ces deux bandes élémentaires sont suffisamment rapprochées pour être situées toutes les deux sous la première bobine 21. De façon similaire, le matériau de revêtement est déposé sur la seconde portion 12 en deux bandes élémentaires parallèles rapprochées 15 qui forment la seconde couche 42. 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 couche 41, permet d'obtenir des précisions supplémentaires concernant le 20 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. 25 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 30 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 35 première couche 41. Cette segmentation peut être réalisée en appliquent au préalable un masque sur la pièce, ce masque ayant les propriétés requises pour résister au procédé de projection utilisé. Cette disposition en segments permet d'optimiser la détection et d'obtenir des informations supplémentaires sur la position, géométrie du 5 ou des défauts détectés. En variante, le matériau de revêtement peut être déposé le long d'une droite sur la pièce 10, 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 10. 10 Dans tous les cas, la composition métallurgique du matériau de la poudre 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 du dépôt de poudre et de son adhérence sur la conduite. 15 Par exemple, en fonction de la nature du matériau de la pièce à contrôler, on peut utiliser soit un mélange de poudre d'éléments métallurgiques ou chimiques réalisé préalablement au dépôt dans des proportions données, soit réduire en poudre un alliage ou un mélange chimique et utiliser cette poudre pour effectuer le dépôt. Le choix de la 20 poudre est à adapter au mode de dépôt. On peut par exemple avec le procédé "Cold spray" utiliser de la poudre de nickel ou de cobalt quasi pur (98% en teneur), ou un mélange de poudre pour avoir un bon effet magnétostrictif par exemple un mélange de nickel et de cobalt, notamment {4% Ni + 96% Co}, ou un 25 mélange de fer et d'aluminium, notamment {Fe 13% + Al 87%}, ou un mélange de fer, de cobalt et de vanadium {49% Fe + 49% Co + 2% V}. L'ajout de terres rares dans la composition de la poudre permet également de renforcer l'effet magnétostrictif. On peut également utiliser de la poudre d'alliage connu pour ses propriétés magnétostrictives (tels 30 que terfenol®, terfenol-D®), des oxydes (tels que la magnétite), de la ferrite, ou des carbùres métalliques. L'inventeur a constaté que les propriétés magnétostrictives du matériau déposé peuvent être optimisées, ou exaltées (c'est-à-dire rendues actives): 35 - 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 5 selon l'invention tel que décrit ci-dessus. REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une pièce (10) pour permettre son contrôle par ondes guidées produites par effet magnétostrictif dans lequel on solidarise un matériau magnétostrictif (40) de revêtement avec la surface de ladite pièce (10), caractérisé en ce qu'on dépose ledit matériau sur au moins une première portion (11) de surface de ladite pièce (10) par projection. 2. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on dépose par projection sur au moins une seconde portion (12) de surface de ladite pièce (10) un matériau magnétostrictif, ladite seconde portion (12) étant espacée de ladite première portion. 3. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit matériau impacte la surface de la pièce sous forme de poudre. 4. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dépôt dudit matériau de revêtement (40) est effectué par projection dynamique à froid. 5. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit matériau impacte la surface de la pièce sous forme de gouttelettes. 6. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dépôt dudit matériau de revêtement (40) est effectué par projection thermique. 7. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 6 caractérisé en ce que ladite projection thermique s'effectue par un procédé choisi dans le groupe comprenant la projection à chaud à la flamme, la projection par arc-fil, la projection HVOF, la projection par plasma à arc transféré, la projection par laser poudre, la projection par canon à détonation. 8. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le dépôt dudit matériau de revêtement (40) est effectué par projection de particules dans un liant. 9. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ladite pièce (10) est une conduite tubulaire. 10. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit matériau de revêtement (40) est déposé le long d'au moins une partie d'une circonférence de ladite conduite. 11. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que ladite première portion (11) forme au moins une bande continue entourant ladite pièce (10). 12. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que ledit matériau de revêtement (40) est déposé sur ladite première portion (11) en deux bandes élémentaires (41a, 41b) parallèles rapprochées. 13. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que ladite seconde portion (12) forme au moins une bande continue entourant ladite pièce (10). 14. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que ledit matériau de revêtement (40) est déposé sur ladite seconde portion (12) en deux bandes élémentaires (42a, 42b) parallèles rapprochées. 15. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 12 ou la revendication 14, 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). 16. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on soumet ledit matériau de revêtement (40), après ou pendant son dépôt, à un champ magnétique. 17. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on soumet ledit matériau de revêtement (40), après ou pendant son dépôt, à un traitement thermique. 18. Pièce (10) obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.