Brevet FR2963428A1 — 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 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 epoxy, 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 entraîne 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 qui permette de réaliser le contrôle d'une pièce, ferromagnétique ou non, par utilisation de l'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 altère une première portion de la surface de ladite pièce de façon à conférer à cette première portion des propriétés magnétostrictives. Grâce à ces dispositions, il ne se produit pas de décollement, ni de perte de caractéristique du matériau magnétostrictif avec le temps. Avantageusement on altère en outre une seconde portion de surface de la pièce de façon à conférer à la seconde portion des propriétés magnétostrictives, la 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, la figure 2A représente une conduite sur laquelle la portion altérée selon l'invention forme deux bandes parallèles continues, la figure 2B représente une conduite sur laquelle la portion altérée selon l'invention forme deux bandes parallèles et discontinues, la figure 3 représente une conduite ferromagnétique qui est inspectée 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 (ou plus généralement de la pièce à contrôler) est métallique, et peut être ferromagnétique ou non. On altère une première portion 11 de la surface de la conduite 10. Cette altération peut s'effectuer par exemple avec un des procédés connus listés ci-dessous, dont les caractéristiques sont brièvement rappelées : altération thermique : l'oxydation. On soumet la première portion 11 à un traitement thermique (par exemple à l'aide d'une résistance chauffante) qui provoque une oxydation du matériau de la conduite en cette première portion 11. - altération thermique : la carburation. La carburation (formation d'un carbure) est également effectuée par un traitement thermique, par exemple sur les alliages de titane. altération thermique : la nitruration. La nitruration (formation d'un nitrure) est également effectuée par un traitement thermique. altération chimique : on place une première portion 11 de la surface en contact avec un produit chimique, par exemple en badigeonnant cette première portion 11 avec un pinceau préalablement trempé dans ce produit chimique. Ce produit chimique peut par exemple provoquer une oxydation de la pièce. altération par électrolyse : on place une première portion 11 de la surface de la conduite 10 et une électrode en contact avec un électrolyte, on relie la conduite et l'électrode avec un générateur par des fils électriques à l'extérieur de l'électrolyte, puis on fait passer un courant entre la conduite et l'électrode par ces fils grâce au générateur. Il se produit alors un courant d'électrons dans ces fils depuis l'anode vers la cathode, ce qui induit, au sein de l'électrolyte, un courant d'ions négatifs vers l'anode, et un courant d'ions positifs vers la cathode. Ces ions négatifs ou positifs se déposent donc sur la première portion 11 selon qu'elle soit anode ou cathode respectivement, ce qui modifie chimiquement cette première portion 11 implantation ionique : on utilise une source de production d'ions, par exemple un gaz chauffé, puis on accélère ces ions au moyen de leur charge électronique et on en bombarde une première portion 11 de la surface de la conduite 10. La conduite 10 est préalablement soumise à une charge opposée à celle des ions de façon à attirer ces derniers. Ces ions pénètrent dans la surface sur une épaisseur qui dépend de leur énergie, et modifient sur cette épaisseur les propriétés chimiques de la surface et également ses propriétés structurelles (par modification du réseau cristallin du matériau constituant la surface). Dans tous les cas, on altère donc les propriétés chimiques et éventuellement structurelles de la première portion 11 de la surface de la pièce, de façon à conférer à cette portion des propriétés magnétostrictives. Dans le cas de l'altération chimique, l'altération s'effectue en en badigeonnant la première portion 11 de la surface de la conduite 10 avec un pinceau 45 préalablement trempé dans un produit chimique 40, ce qui est illustré sur la figure 1. L'altération peut être effectuée 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, l'altération est effectuée sur la totalité de cette circonférence, comme représenté sur la figure 1. Dans ce dernier cas, la première portion altérée 11 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, l'altération peut être effectuée sur une portion dont les extrémités se rejoignent après avoir fait le tour de la pièce. Cette portion 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 portion altérée 11 par une première bobine 21 sans contact (non représentée), c'est-à-dire qu'il n'y a pas de contact entre cette portion altérée 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. L'altération peut être effectuée 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 altère une seconde portion 12 de la surface de la pièce 10, espacée de la première portion 11, de façon à lui conférer un effet magnétostrictif, selon l'un des procédés décrits ci-dessus (figure 1). On entoure ensuite cette seconde portion altérée 12 par une seconde bobine 22 sans contact (non représentée). L'utilisation de deux ensembles (dans cet exemple exploités en transmission) comprenant chacun une région altérée (11, 12) magnétostrictive 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 portion 11 altérée forme 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 portion 12 altérée forme deux bandes élémentaires parallèles rapprochées 42a et 42b. Par exemple, ces bandes élémentaires sont espacées d'une distance 10 au plus égale à la largeur d'une des bandes. Cette configuration, représentée sur la figure 2A pour la première portion altérée 11, 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 15 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 20 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 25 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 portion altérée 11. Cette segmentation peut être réalisée en appliquant au préalable un masque sur la pièce, ce masque ayant les 30 propriétés requises pour résister au procédé d'altération utilisé, l'altération ne se produisant qu'aux endroits des fenêtres du masque. Alternativement, dans le cas d'une altération chimique, au lieu d'utiliser un masque, on peut placer des patchs imprégnés de produit chimique sur la pièce aux endroits où les segments doivent se situer. 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, l'altération peut être effectuée 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. Dans le procédé selon l'invention, lorsqu'on utilise un traitement thermique, l'altération est effectuée de telle sorte que la portion de la surface qui est altérée présente après altération des propriétés magnétostrictives. Par exemple, pour un acier, on peut chauffer puis refroidir cette première portion 11 pour y privilégier la formation de magnétite (Fe3O4) au détriment des autres oxydes de fer (wüstite (Fei_XO), hématite (Fe2O3),), ce qui revient à une oxydation de l'acier. Ainsi, le cycle utilisé pour un acier ferrito-perlitique ayant un carbone équivalent inférieur à 0,2 est par exemple un chauffage à 900°C sous vide (pression inférieure à 3 Pa), suivi d'un maintien à cette température pendant 45 minutes, suivi d'une trempe à l'air. Dans le procédé selon l'invention, lorsqu'on utilise un traitement chimique, l'altération est effectuée de telle sorte que la portion de la surface qui est altérée présente après altération des propriétés magnétostrictives. Par exemple, pour un acier, on peut utiliser une solution composée de sulfate de cuivre, d'alcool, de perchlorure de fer, d'acide nitrique, d'éther sulfurique, et d'eau. En particulier, cette solution peut être composée 60 à 90 g (grammes) de sulfate de cuivre, de 30 à 50 g d'alcool, de 25 à 50 g de perchlorure de fer, de 10 à 40 g d'acide nitrique, de 10 à 40 g d'éther sulfurique, et de 300 à 600 g d'eau. Dans le procédé selon l'invention, lorsqu'on utilise l'électrolyse, cette électrolyse est effectuée de telle sorte que la portion de la surface qui est altérée présente des propriétés magnétostrictives. Dans le procédé selon l'invention, lorsqu'on utilise l'implantation ionique, cette implantation est effectuée de telle sorte que la portion de la surface où les ions sont implantés présente des propriétés magnétostrictives. Dans tous les cas, l'altération peut également être effectuée sur toute la pièce, par exemple en plaçant la pièce dans un four dans le cas d'un traitement thermique, ou en trempant la pièce dans un produit chimique. L'inventeur a constaté que les propriétés magnétostrictives de la portion altérée de la surface de la pièce peuvent être optimisées, ou exaltées (c'est-à-dire rendues actives): en soumettant cette portion, après ou pendant son altération, à un champ magnétique, ou - en effectuant un traitement thermique local de la portion altérée 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. REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une pièce métallique pour permettre son contrôle par ondes guidées produites par effet magnétostrictif caractérisé en ce qu'on altère une première portion (11) de la surface de ladite pièce (10) de façon à conférer à ladite première portion (11) des propriétés magnétostrictives. 2. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on altère en outre une seconde portion (12) de surface de ladite pièce (10) de façon à conférer à ladite seconde portion (12) des propriétés magnétostrictives, 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 ladite altération s'effectue par un procédé choisi dans le groupe comprenant un traitement thermique tel que l'oxydation, la carburation, la nitruration, un traitement chimique tel que l'oxydation, une électrolyse, une implantation ionique. 4. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite pièce (10) est une conduite tubulaire. 5. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite altération est effectuée le long d'au moins une partie d'une circonférence de ladite conduite. 6. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite première portion (11) forme au moins une bande continue entourant ladite pièce (10). 7. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite première portion (11) forme deux bandes élémentaires (41a, 41b) parallèles rapprochées. 8. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que ladite seconde portion (12) forme au moins une bande continue entourant ladite pièce (10). 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 laditeseconde portion (12) forme deux bandes élémentaires (42a, 42b) parallèles rapprochées. 10. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon la revendication 7 ou la revendication 9, 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). 11. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on soumet ladite portion altérée (11, 12), après ou pendant son altération, à un champ magnétique. 12. Procédé de préparation d'une pièce (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on soumet ladite portion altérée (11, 12), après ou pendant son altération, à un traitement thermique. 13. Pièce (10) obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.