Brevet FR3046844A1 — publié le 20170721

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne la détection et la quantification de la porosité présente à la surface d'une pièce. Lors de la fabrication industrielle de pièces, par exemple en matériau métallique (par fonderie) ou composite (renfort fibreux densifié par une matrice), il est fréquent qu'une ou plusieurs porosité(s) en surface de la pièce apparaissent. Ces défauts de surface doivent être contrôlés fréquemment car ils font partie de la spécification des pièces et constituent, par conséquent, des critères d'acceptation des pièces. C'est le cas notamment pour des pièces aéronautiques devant présenter de bonnes propriétés de tenue mécanique et aérodynamiques. Ces contrôles fréquents de la porosité en surface permettent également de détecter une dérive potentielle dans la chaîne de production. Il existe actuellement plusieurs techniques non-destructives permettant de contrôler la porosité de surface d'une pièce, telles que le ressuage ou la tomographie. Le ressuage est une technique qui exploite la phosphorescence de certaines solutions pour révéler la présence de fissures. Néanmoins, cette technique présente des inconvénients. En effet, elle nécessite un grand nombre d'étapes et de préparations pour être mise en oeuvre. En règle générale, six étapes sont nécessaires, à savoir : nettoyage préalable de la surface, application d'un pénétrant et son imprégnation, élimination du pénétrant en excès, application du révélateur, examen sous lampe UV, - nettoyage final. Cette technique de contrôle est donc relativement longue et fastidieuse à mettre en oeuvre. Elle utilise en outre des produits qui peuvent être nocifs d'un point de vue santé et environnemental, et qui ne sont pas compatibles avec certains matériaux comme les matériaux composites à matrice organique (CMO) car les solvants utilisés dans le ressuage peuvent affecter la matrice (résine). Enfin, cette technique permet de détecter des défauts, mais pas de les quantifier. 3046844 2 Parmi les techniques de contrôle non-destructif, il existe également la tomographie qui permet de détecter et de quantifier la porosité dans une pièce. Cependant, si la tomographie permet de détecter et quantifier efficacement la porosité interne, c'est-à-dire la porosité 5 emprisonnée dans le matériau de la pièce qui ne débouche pas à la surface de celle-ci, elle ne permet pas de détecter et quantifier de manière satisfaisante la porosité présente à la surface de la pièce, c'est-à-dire débouchant à la surface de cette dernière. En effet, le traitement d'image réalisé sur les images tomographiques tient compte de la différence de 10 densité entre le vide (absence de matériau) présent dans les porosité et le matériau environnant de la pièce afin de créer un contraste entre les pores et le matériau de la pièce. Dans le cas d'un pore interne, les contours de ce pore sont bien définis par le matériau environnant de la pièce. En revanche, pour un pore qui débouche à la surface de la pièce, la 15 distinction entre le pore et le matériau de la pièce est plus difficile et ne se limite pas à une interface matériau/vide. En effet, le pore étant débouchant, il est nécessaire de prendre en compte la géométrie macroscopique de la pièce pour reconstituer artificiellement la délimitation matériau/vide et ainsi détecter le pore en surface. Cette étape de 20 reconstruction de la géométrie de surface de la pièce peut être réalisée informatiquement en utilisant des programmes de traitement d'image mais qui nécessitent l'utilisation de paramètres devant être ajustés par un opérateur, ce qui peut modifier le résultat final. Une inspection visuelle de la surface de la pièce peut être 25 également effectuée mais elle ne permet pas de distinguer les porosités de petite taille. Par conséquent, il existe un besoin d'une solution permettant au moins de détecter de manière non-destructive la porosité présente à la surface d'une pièce, et ce de manière fiable et rapide. Il existe également 30 un besoin pour, en outre d'une détection, quantifier ou caractériser finement la porosité présente à la surface d'une pièce. 3046844 3 Objet et résumé de l'invention A cet effet, la présente invention propose un procédé de contrôle de la porosité de surface d'une pièce comprenant les étapes 5 suivantes : - dépôt d'une poudre sur une surface d'une pièce à inspecter, ladite poudre étant constituée de particules présentant une taille inférieure à 60 dam, au moins une partie des particules présentant une couleur différente de la ou les couleurs présentées par le matériau de la pièce en 10 surface, - retrait par raclage de la poudre en excès à la surface de la pièce à inspecter de manière à éliminer la poudre présente en surface de la pièce à inspecter en dehors des porosités et à compacter ladite poudre dans les porosités débouchantes sur la surface de la pièce à inspecter, 15 - détection visuelle d'une ou plusieurs zones comportant des porosités sur la surface de la pièce à inspecter, - si besoin, tomographie de la pièce, - élimination de la poudre présente dans les porosités. Le procédé selon l'invention permet ainsi de faciliter la détection 20 visuelle des porosités présentes à la surface d'une pièce à inspecter, et ce avec un minimum d'opérations en comparaison avec les techniques de l'art antérieur et en particulier le ressuage. Il est ainsi possible d'estimer de manière fiable et rapide l'étendue de la porosité sur la surface des pièces ainsi que la fraction de surface occupée par la porosité. 25 Selon une caractéristique particulière du procédé de l'invention, celui-ci comprend, après l'étape de retrait par raclage, une étape d'inspection tomographique consistant à obtenir par tomographie aux rayons X des images du volume de la pièce ou de la zone à inspecter, au moins une partie des particules de la poudre présentant une densité 30 différente de celle du ou des éléments constitutifs du matériau de la pièce. Grâce à l'utilisation de particules ayant une densité différente de celle du ou des éléments constitutifs du matériau de la pièce, les porosités apparaissent sur les images tomographiques avec un contraste important par rapport au matériau de la pièce. On obtient ainsi des images qui 35 peuvent être exploitées efficacement pour des traitements permettant de 3046844 4 quantifier finement (taille, volume, distribution, etc. des pores) la porosité présente à la surface de la pièce. Selon un premier aspect du procédé de l'invention, les particules de la poudre présentent une taille supérieure à 10 pm. 5 Selon un deuxième aspect du procédé de l'invention, la poudre est déposée sur la surface de la pièce à l'aide d'au moins une des techniques suivantes : projection de ladite poudre par aérosol, immersion dans bain contenant une suspension de ladite poudre et dépôt de ladite poudre sèche sur la surface de la pièce. 10 Selon un troisième aspect du procédé de l'invention, la poudre comprend des particules de pigment présentant une couleur différente de la ou les couleurs présentées par le matériau de la pièce en surface. Selon un quatrième aspect de l'invention, les particules de la poudre sont préalablement colorées ou revêtues avec une couleur 15 différente de la ou les couleurs présentées par le matériau de la pièce en surface. Selon un cinquième aspect de l'invention, la pièce est en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. 20 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, 25 donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un ordinogramme montrant les étapes d'un procédé de contrôle conforme à l'invention ; - la figure 2 représente la surface d'une pièce en matériau 30 composite de type CMO sans comblement de la porosité de surface selon le procédé de l'invention ; - la figure 3 représente la surface d'une pièce en matériau composite de type CMO après comblement de la porosité de surface selon le procédé de l'invention ; 3046844 5 - la figure 4 est une image obtenue par tomographie d'un échantillon poreux sans comblement de la porosité de surface selon le procédé de l'invention ; - la figure 5 est une image obtenue par tomographie de 5 l'échantillon poreux de la figure 4 après comblement de la porosité de surface selon le procédé de l'invention ; - la figure 6 est une image tridimensionnelle obtenue par reconstitution spatiale de la porosité de surface de l'échantillon de la figure 5. 10 Description détaillée d'un mode de réalisation Le procédé de l'invention concerne la détection et la quantification de la porosité présente en surface d'une pièce, c'est-à-dire 15 la porosité débouchant à la surface de la pièce. La pièce à inspecter peut être notamment en matériau métallique ou en matériau composite. Par « matériau composite », on entend ici tout matériau formé à partir d'un renfort fibreux comblé par une matrice comme par exemple les matériaux à matrice céramique (CMC) (renfort en fibres de carbone ou céramique 20 comblé par une matrice au moins partiellement céramique), les matériaux carbone/carbone (C/C) (renfort en fibres de carbone et matrice en carbone), les matériaux oxyde/oxyde (renfort en fibres oxyde et matrice oxyde), les matériaux à matrice organique (CMO) (renfort en fibres de verre, carbone ou autre et matrice organique), etc. 25 Le procédé de l'invention s'applique particulièrement, mais non exclusivement, à l'inspection de pièces aéronautiques, tels que des aubes, qui doivent présenter un état de surface compatible avec les performances aérodynamiques et les tenues mécaniques requises pour de telles pièces. Comme représenté sur la figure 1, le procédé de l'invention 30 débute par le dépôt d'une poudre sur une surface d'une pièce à inspecter (étape S1). Conformément à la présente invention, la poudre est constituée de particules présentant une taille inférieure à la taille de la plus petite porosité que l'on souhaite détecter. Les particules présentent ainsi de préférence une taille moyenne inférieure à 60 dam. Par « taille 3046844 6 moyenne », on entend la taille donnée par la distribution granulométrique statistique à la moitié de la population, dite D50. Toutefois, pour des aspects de santé, sécurité et environnement, la taille moyenne des particules est de préférence supérieure à 10 pm, ce qui permet d'éviter un 5 surcoût lié à l'utilisation d'installations requises pour le maniement de poudres fines. Toujours conformément à la présente invention, au moins la majorité des particules constituant la poudre présente une couleur différente de la ou les couleurs présentées par le matériau de la pièce en 10 surface. A cet effet, la poudre peut comprendre des particules de pigment présentant une couleur différente de la ou les couleurs présentées par le matériau de la pièce en surface. Ces particules colorées peuvent être mélangées avec des particules présentant une densité différente de celle du ou des éléments constitutifs de la pièce à inspecter afin de permettre 15 une inspection tomographique comme décrite ci-après. Selon une variante, les particules de la poudre sont préalablement colorées ou revêtues avec une couleur différente de la ou les couleurs présentées par le matériau de la pièce en surface. Dans le cas de la coloration de particules, celle-ci peut être obtenue en appliquant un 20 traitement à des particules métalliques permettant de modifier leur couleur. Par exemple, en soumettant des particules de titane à un traitement d'oxydation sous air à 900°C environ, il est possible d'obtenir des particules de titanes présentant une couleur bleutée. Concernant la formation d'un revêtement coloré sur les particules, celle-ci peut être 25 obtenue en mélangeant des particules métalliques avec un polymère coloré. D'autres méthodes, telles que le dépôt en phase gazeuse, l'électrodéposition, etc., peuvent être utilisées pour la formation d'un revêtement coloré à la surface des particules. La poudre peut être déposée sur la surface de la pièce à inspecter suivants plusieurs 30 techniques bien connues. La poudre peut être notamment déposée par projection de la poudre par aérosol, par immersion dans un bain contenant une suspension de ladite poudre, ou par dépôt de ladite poudre sèche sur la surface de la pièce. Une fois la poudre déposée sur la surface de la pièce, on 35 procède au retrait de l'excédent de poudre par raclage afin de ne laisser 3046 844 7 subsister de la poudre que dans les porosités présentes à la surface de la pièce, c'est-à-dire les porosités débouchant en surface de la pièce (étape S2). L'utilisation d'un racloir permet en outre de compacter une partie de la poudre dans les porosités, cette partie de la poudre étant alors piégée 5 et maintenue dans l'anfractuosité. A ce stade du procédé de l'invention, il est déjà possible de réaliser une inspection visuelle de la porosité présente à la surface de la pièce. En effet, les porosités présentes à la surface de la pièce à inspecter sont facilement détectables par seuillage colorimétrique car elles 10 présentent une couleur distincte de celle(s) du matériau en surface de la pièce. Il est ainsi déjà possible de délimiter les zones poreuses et de quantifier leur fraction surfacique. La figure 2 représente la surface 11 d'une pièce 10 en matériau composite de type CM() sur laquelle on peut distinguer des fibres 12 ainsi qu'une matrice 13. Sur la figure 2, la surface 15 11 de la pièce 10 n'a pas encore été traitée conformément aux étapes S1 et S2 du procédé de l'invention décrites ci-avant. Les porosités 14 présentes sur la surface 10 sont difficiles à détecter car elles ont sensiblement la même couleur que le matériau des fibres 12 et/ou de la matrice 13. La figure 3 montre la surface 11 de la pièce 10 à inspecter 20 après mise en oeuvre des étapes S1 et S2 du procédé de l'invention, à savoir dépôt d'une poudre 15 de particules de titane ayant une densité d'environ 5 et une taille moyenne de 58 pm, mélangées avec une poudre polymère de granulométrie équivalente de couleur rouge et raclage de l'excédent de poudre . Comme on peut le voir sur la figure 3, les porosités 25 présentes sur la surface 11 se distinguent clairement car elles sont comblées avec une poudre 15 qui présente une couleur (couleur blanche dans l'exemple décrit ici) différente de celles de la matrice et des fibres du matériau de la pièce. Si l'on souhaite caractériser plus finement la porosité présente à 30 la surface de la pièce, c'est-à-dire déterminer la taille, le volume, la répartition, etc. des pores présents en surface, une inspection tomographique peut être en outre réalisée. Cette inspection consiste à obtenir par tomographie aux rayons X des images de la pièce ou de la zone à inspecter (étape S4). A cet effet et conformément à la présente invention, la poudre ou au moins une partie majoritaire des particules 3046844 8 constitutives de la poudre présente une densité différente de celle du ou des éléments constitutifs du matériau de la pièce afin d'obtenir suffisamment de contraste entre les pores remplis de poudre et les autres phases formées par le matériau de la pièce. La poudre ou au moins une 5 partie majoritaire des particules constitutives de la poudre présente de préférence une densité qui diffère d'au moins 20% par rapport à la densité du ou des éléments constitutifs du matériau de la pièce. La figure 4 montre une image 2D obtenue par tomographie d'un échantillon poreux 20 en matériau composite à matrice organique qui n'a 10 pas été traité conformément au procédé de l'invention (pores en surface vides), le matériau composite comprenant ici un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice de résine polmère. La figure 5 montre une image 2D obtenue par tomographie d'un échantillon poreux 30 de même nature que celui de la figure 4 et après traitement selon l'invention, 15 à savoir après comblement des pores 33 en surface avec une poudre 32 présentant une densité différente de celle du matériau, ici une poudre de particules de titane ayant une densité d'environ 5 et une taille moyenne de 58 pm, mélangée à une poudre polymère de granulométrie équivalente de couleur rouge. Les échantillons poreux 20 et 30 ont une densité 20 comprise entre 1,25 et 1,78. L'image 2D de la figure 5 a été obtenue par la technique bien connue de tomographie haute résolution qui consiste à utiliser un tomographe haute résolution, ici un tomographe phoenix vitomelxL300/180 (tube XS300D (300kV) et détecteur 2D DXR250). 25 Sur l'image de la figure 4, certains pores 23 sont visibles mais ils se distinguent difficilement du reste du matériau de l'échantillon 20 et de l'air ambiant l'entourant. Ce faible contraste entre les pores et le reste de l'échantillon ne permet pas la réalisation de traitements d'images efficaces aptes à caractériser finement la porosité en surface de l'échantillon. Au 30 contraire, sur la figure 5, les pores 33 remplis par une poudre 32 de densité différente de celle du matériau de l'échantillon se distinguent très clairement, ce qui permet de disposer d'une image avec un bon contraste entre les pores et le reste de l'échantillon qui peut être utilisée efficacement pour des traitements de caractérisation de la porosité en 35 surface de l'échantillon. 3046 844 9 L'analyse de la porosité présente à la surface de l'échantillon 30 est réalisée à partir d'images obtenues avec un tomographe haute résolution du type décrit ci-avant et dans lequel est placé l'échantillon poreux 30 qui est mis en rotation à 360°. Les images de l'échantillon 5 poreux 30 issues de la tomographie correspondent chacune à un fichier de points en niveau de gris (nommés voxel) qui est transformé par seuillage en un fichier binaire qui permet d'avoir la position X, Y, Z dans l'espace de chaque voxel de chacun des pores. Il est alors possible par analyse d'images de ce fichier binaire de caractériser chacun des pores notamment 10 de manière quantitative : calcul du taux de porosité, répartition de la porosité à la surface de l'échantillon, taille/volume des pores, etc. La figure 6 est une image 3D de l'échantillon poreux 30 obtenue par reconstitution spatiale de la porosité de surface de l'échantillon 30 après avoir préalablement remplis les pores 33 de celui-ci avec une poudre 32 15 de densité différente de celle du matériau de l'échantillon. A titre d'exemple, pour l'inspection de la surface d'une pièce en matériau composite à matrice organique (CMO), une poudre de particules métallique colorée en rouge et présentant une taille moyenne inférieure à 60 pm et une densité supérieure à 4 est tout à fait adaptée à la mise en 20 oeuvre du procédé de contrôle de l'invention, les fibres du renfort fibreux de la pièce présentant une densité d'environ 1,78 et la matrice de la pièce présentant une densité d'environ 1,25. Pour l'inspection de la surface d'une pièce en matériau métallique, on utilise une poudre dont les particules présentent une densité inférieure ou supérieure à celle du 25 matériau métallique de la pièce. Une fois l'inspection de la surface de la pièce terminée, la poudre présente dans les porosités est éliminée (étape S5). L'élimination de la poudre peut être facilement réalisée par exemple par immersion dans l'eau en appliquant une action mécanique ou par application d'air 30 comprimé. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la porosité de surface d'une pièce comprenant les étapes suivantes - dépôt d'une poudre (15) sur une surface (11) d'une pièce (10) à inspecter, ladite poudre étant constituée de particules présentant une taille inférieure à 60 pm, au moins une partie des particules présentant une couleur différente de la ou les couleurs présentées par le matériau de la pièce en surface, - retrait par raclage de la poudre (15) en excès à la surface (11) de la pièce (10) à inspecteur de manière à éliminer la poudre présente en surface de la pièce à inspecter en dehors des porosités et à compacter ladite poudre dans les porosités débouchantes sur la surface de la pièce à inspecter, - détection visuelle d'une ou plusieurs zones comportant des porosités sur la surface (11) de la pièce (10) à inspecter, - élimination de la poudre (15) présente dans les porosités. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, après l'étape de retrait par raclage, une étape d'inspection tomographique consistant à obtenir par tomographie aux rayons X des images de la pièce (30) à inspecter et en ce qu'au moins une partie des particules de la poudre (32) présente une densité différente de celle du ou des éléments constitutifs du matériau de la pièce. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules de la poudre (15 ; 32) présentent une taille supérieure à 10 pm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poudre (15 ; 32) est déposée sur la surface de la pièce à l'aide d'au moins une des techniques suivantes : projection de ladite poudre par aérosol, immersion dans bain contenant une suspension de ladite poudre et dépôt de ladite poudre sèche sur la surface de la pièce. 3046844 11 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poudre (15 ; 32) comprend des particules de pigment présentant une couleur différente de la ou les couleurs 5 présentées par le matériau de la pièce en surface. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les particules de la poudre (15 ; 32) sont préalablement colorées ou revêtues avec une couleur différente de la ou 10 les couleurs présentées par le matériau de la pièce en surface. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce est en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. 15