Brevet FR2999291A1 — publié le 20140613

Domaine technique et art antérieur L'invention s'inscrit dans le domaine des procédés de caractérisation de composants pour l'industrie mécanique, notamment l'industrie aéronautique. Les composants auxquels on s'intéresse sont des assemblages par collage de pièces, et l'invention vise à caractériser l'interface de collage entre les pièces. Les pièces étudiées peuvent être notamment, mais pas exclusivement des pièces en matériaux composites. Le collage considéré est un collage utilisant des films de colle structuraux On connait une méthode de caractérisation d'interfaces de collage. Cette méthode consiste à soumettre l'interface à des contraintes de cisaillement jusqu'à la rupture, puis à visualiser l'interface après la rupture, en déterminant le pourcentage de la surface de l'interface qui s'est rompu par rupture cohésive, et le pourcentage de la surface de l'interface qui s'est rompu par rupture adhésive. Une telle méthode, destructive, a l'inconvénient de devoir être mise en oeuvre sur des éprouvettes et non sur une pièce réelle. L'éprouvette est standardisée, et n'a pas des dimensions qui correspondent à la pièce réelle. Ni les supports, ni les joints de colle pour l'interface de collage ne correspondent aux pièces réelles. De plus, la nature du matériau des éprouvettes et de la colle est fluctuante selon les lots utilisés, de même que la mise en oeuvre du collage et l'épaisseur du joint de colle final. Il est difficile d'être sûr dans ces conditions que la caractérisation effectuée sur une éprouvette est généralisable aux pièces réelles que l'on a souhaité simuler. L'invention vise à résoudre ce problème et à proposer une solution non destructive de caractérisation de l'interface de collage de deux pièces. Définition de l'invention et avantages associés Pour résoudre ce problème, il est proposé un procédé de caractérisation d'un collage, comprenant une étape d'enregistrement d'une onde ultrasonore réfléchie par une interface de collage entre deux pièces, une étape de décomposition de ladite onde en ses composantes sinusoïdales, pour la caractérisation d'un mode de rupture attendu en cas de rupture par cisaillement de l'interface de collage. Grâce à ce procédé on dispose d'une solution non destructive pour déterminer les caractéristiques d'un collage, sur un exemplaire précis d'un composant. II est précisé que dans un mode de réalisation, on génère une onde en mode émission/réflexion pour obtenir l'onde réfléchie et qu'on génère une onde longitudinale pour obtenir l'onde réfléchie. Avantageusement, l'enregistrement comprend l'enregistrement d'au moins sept échos successifs. Par exemple, la détermination est effectuée en comparant l'amplitude de la composante sinusoïdale d'amplitude maximale à des valeurs d'amplitude d'onde ultrasonore prédéterminées, et/ou par application d'une relation linéaire à l'amplitude de la composante sinusoïdale d'amplitude maximale. Le procédé est par exemple mis en oeuvre sur une pièce réelle de moteur d'avion, et peut être mis en oeuvre pour mettre au point un adhésif pour le collage de deux pièces. Le mode de rupture est avantageusement caractérisé par des pourcentages de rupture adhésive et de rupture cohésive. Selon un aspect de mise en oeuvre, la porte électronique utilisée pour l'enregistrement a un champ qui inclut les échos successifs dans la matière de la pièce traversée par l'onde réfléchie, mais pas l'écho de l'interface entre l'eau et la surface de ladite pièce. L'invention va maintenant être décrite en relation avec les figures annexées. 2 9992 9 1 3 Brève description des figures La figure 1 représente une éprouvette utilisée lors de la phase de calibration de l'invention. La figure 2 présente des dispositifs mis en oeuvre lors de la phase de 5 calibration de l'invention. La figure 3 représente des profils de rupture de l'interface de collage de différentes éprouvettes. La figure 4 présente une étape ultérieure de la phase de calibration de l'invention. 10 La figure 5 présente une analyse des données issues de l'étape de la figure 4. La figure 6 présente l'abaque constituée lors de la phase de calibration. La figure 7 présente le procédé selon l'invention, mis en oeuvre sur un composant constitué de deux pièces collées l'une à l'autre. 15 Description détaillée de l'invention La solution selon l'art antérieur est représentée en figures 1 à 3. En figure 1, on a représenté une éprouvette utilisée pour l'étalonnage nécessaire à la mise en oeuvre du procédé selon l'art antérieur. Elle est 20 constituée de deux fragments 12 et 13 chacun de forme parallélépipédique rectangle, et assemblés avec des fragments en aluminium 11 et 14 également de forme parallélépipédique rectangle, les quatre fragments ayant des sections de même dimension. L'éprouvette est obtenue par découpe de plaques collées sous presse. Les 25 fragments 11 et 12 sont alignés suivant leur grande dimension avec un espace de séparation entre l'un et l'autre, et les fragments 13 et 14 sont également alignés suivant leur grande dimension avec également un espace de séparation entre eux. Un film de colle 15 relie les fragments 11 et 12 d'une part et les fragments 13 et 14 d'autre part, les deux espaces de séparation n'étant pas en vis-à-vis l'un de l'autre mais décalés. Ainsi les 2 9992 91 4 fragments 11 et 13 sont collés l'un à l'autre sur une grande longueur, et c'est aussi le cas des fragments 12 et 14. Les fragments 12 et 13 sont quant à eux collés l'un sur l'autre sur une petite longueur, appelée section efficace. Il s'agit d'une zone de recouvrement entre ces deux fragments. 5 Les fragments 11 et 14 ne sont pas collés l'un à l'autre. Pour l'étalonnage, des essais de traction par cisaillement sont effectués dans une machine de traction équipée d'une cellule de mesure de 100 kN. L'extensomètre utilisé est représenté en figure 2, avec l'enceinte de la machine de traction. 10 En figure 3, on a représenté différents faciès de rupture d'éprouvettes ayant subi une épreuve de cisaillement. Sur chaque exemple, les parties gauche et droite sont des photos des surfaces des fragments 12 et 13 en contact avec le film de colle 15. Du haut en bas, on observe des faciès à 70% rupture cohésive et 30% rupture adhésive, 100% rupture adhésive 15 et 50% rupture cohésive et 50% rupture adhésive. En figure 4, on a représenté la suite de la phase d'étalonnage. On utilise les éléments issus de la rupture de la structure représentée en figure 1. Ainsi, on dispose d'un fragment 101 de fragment du matériau étudié, correspondant au fragment 12 ou 13 de la figure 1, et collé, par le 20 film 15, au fragment 102 qui correspond au fragment 11 ou 14. On dirige vers la surface du segment 101 qui est opposée au film 15 (face 1) un transducteur ultrasonore 103, qui est par exemple un capteur plan Panametrics V313 15/0,25". Celui-ci émet une onde ultrasonore longitudinale de direction de propagation perpendiculaire à l'interface 25 constituée par le film de colle 15. Le pulse a une fréquence de vibration de 16.7 MHz. Une partie AO de cette onde se réfléchit sur la surface externe du fragment 101, et ne pénètre donc pas dans la matière. Elle effectue donc simplement un aller-retour dans l'eau entre le transducteur 103 et la 30 surface du fragment 101. Une deuxième partie Al pénètre dans le fragment 101 et est réfléchie par l'interface constituée par le film de colle 15. Elle traverse en sens inverse le fragment 101, ressort de celui-ci et parcourt la distance qui le sépare du transducteur 103. Une troisième partie A2 traverse l'interface constituée par le film de colle 15 et est réfléchie par la face opposée du fragment 102 (face 2). Elle traverse alors en sens inverse le fragment 102 et le fragment 101, et parcourt également la distance qui sépare ce dernier du transducteur 103. On enregistre avec le transducteur 103 en mode émission/réception une série d'échos naissants dans l'épaisseur du fragment 101, qui est ici, par exemple d'environ 10 mm, mesurée au micromètre prés. Les échos sont représentés dans la partie gauche de la figure 5, en fonction du temps, et numérotés 201 à 209. Leurs amplitudes vont en diminuant. On ne conserve que ceux qui sont nés dans l'épaisseur du fragment 101, c'est-à- dire ici les échos 202 à 208, et on exclut l'écho 201 né à la surface externe du fragment 101 (face 1), qui correspond à la partie AO de l'onde évoquée plus haut. Sur l'accumulation de ces échos 202 à 208, on effectue une transformation de Fourier, qui met en évidence des résonnances multiples. La résonnance est liée à la qualité de la liaison adhésive et cohésive. On observe un ensemble de pics de résonnance 301, 302 ... 30n dont l'enveloppe 320 est une gaussienne. On relève alors avec précision l'amplitude du maximum 325 de cette enveloppe. On procède à ce travail de relevé pour plusieurs éprouvettes obtenues avec des collages différents, et on constate l'existence d'une relation linéaire 410 de bonne qualité entre le pourcentage de rupture adhésive constaté visuellement sur les vues de la figure 3, et l'amplitude du maximum 325 de l'enveloppe repéré en figure 5. Cette relation est visualisée sur le graphe de la figure 6, qui présente en abscisses le pourcentage de rupture adhésive, et en ordonnées l'amplitude évoquée (succession de points 401, 402, ..., 40n, obtenue pour n éprouvettes pendant la phase de calibration). Une fois cet abaque établi, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre sur une pièce réelle composée de deux pièces 501 et 502 collées par un film 515, conformément à la figure 7, et éventuellement sur chaque exemplaire produit d'une pièce réelle, ou sur des exemplaires choisis au hasard à des fins de vérification de qualité. La pièce 501 a la même épaisseur que la pièce 101 ayant servi à préparer l'abaque. Le procédé consiste à diriger vers la surface d'une pièce 501 qui est opposée au film 515 le transducteur ultrasonore 103. Celui-ci émet à nouveau l'onde ultrasonore longitudinale de direction de propagation perpendiculaire à l'interface constituée par le film de colle 515. On enregistre avec le transducteur 103 en mode émission/réception une série d'échos B1 naissant dans l'épaisseur de la pièce 501, en excluant l'écho BO associé au parcours par l'onde de la distance entre la pièce 501 et le transducteur 103. La sélection des échos est faite de la même manière que décrit plus haut (figure 5), et on effectue ensuite la transformée de Fourrier (TF) du signal obtenu, puis la lecture de l'amplitude du maximum de l'enveloppe. Celle-ci est reportée sur l'abaque de la figure 6 pour déterminer le pourcentage de rupture adhésive attendu pour l'assemblage de pièce étudié, et, par différence, le pourcentage de rupture cohésive attendu. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes dans le cadre de la portée des revendications. REVENDICATIONS1. Procédé de caractérisation d'un collage, comprenant une étape d'enregistrement d'une onde ultrasonore (B1) réfléchie par une interface de collage (515) entre deux pièces (501, 512), une étape de décomposition (TF) de ladite onde en ses composantes sinusoïdales, pour la caractérisation d'un mode de rupture attendu en cas de rupture par 10 cisaillement de l'interface de collage (515). 2. Procédé de caractérisation selon la revendication 1, dans lequel l'enregistrement comprend l'enregistrement d'au moins sept échos successifs (202-208). 3. Procédé de caractérisation selon la revendication 1 ou la revendication 15 2, dans lequel on génère une onde (B1) en mode émission/réflexion pour obtenir l'onde réfléchie. 4. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on génère une onde longitudinale (B1) pour obtenir l'onde réfléchie. 5. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 4, dans 20 lequel la détermination est effectuée en comparant l'amplitude de la composante sinusoïdale d'amplitude maximale (325) à des valeurs d'amplitude d'onde ultrasonore prédéterminées (401, 402, ... 40n). 6. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la détermination est effectuée par application d'une relation linéaire 25 (410) à l'amplitude de la composante sinusoïdale d'amplitude maximale. 7. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 6, effectué sur une pièce réelle de moteur d'avion (501, 515, 502). 8. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 7, mis en oeuvre pour mettre au point un adhésif pour le collage de deux pièces 30 (501, 502). 9. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le mode de rupture est caractérisé par des pourcentages de rupture adhésive et de rupture cohésive. 10. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la porte électronique utilisée pour l'enregistrement a un champ qui inclut les échos successifs (B1) dans la matière de la pièce traversée par l'onde réfléchie (501), mais pas l'écho (BO) de l'interface entre la pièce traversée par l'onde réfléchie et l'eau.