Brevet FR3099579A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : PIECE ETALON POUR LE CONTROLE PAR MAGNETOSCOPIE Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne une pièce étalon tubulaire en matériau ferroma- gnétique pour le contrôle par magnétoscopie d'une autre pièce tubulaire en matériau ferromagnétique de turbomachine à gaz pour aéronef. Un arbre de turbomachine à contrôler est en particulier concerné. La magnétoscopie (MT) est une technique de contrôle non destructif (CND) permettant de détecter des défauts à la surface d'une pièce en matériau ferromagnétique ou à l'intérieur de ce matériau. Cette technique consiste à pulvériser un produit contenant des particules colorées ou des particules ferromagnétiques enrobées d'un pigment fluorescent sur la surface de la pièce à contrôler, puis à soumettre cette pièce à un champ magnétique tout en observant par endoscopie et sous éclairage en lumière blanche ou lumière ultraviolette la surface traitée avec le produit. [0002] Avec des particules ferromagnétiques, lorsque les lignes de courant du champ ma- gnétique rencontrent un défaut de la pièce, elles sont déviées, ce qui créé un champ de fuite à la surface de la pièce attirant les particules ferromagnétiques au droit du défaut, ces particules étant observables sous éclairage ultraviolet du fait de la présence du pigment fluorescent. 100031 Dans la technique actuelle, l'observation sous éclairage ultraviolet de la surface interne d'une pièce tubulaire comme ci-avant définie peut être réalisée au moyen d'une canne engagée dans la pièce et qui porte une source de lumière ultraviolette ainsi qu'un miroir incliné de renvoi d'images vers une caméra CCD. Cette technologie présente des inconvénients. La canne est équipée de matériels relativement complexes et encombrants. Les lampes au néon qui équipent la source de lumière ne permettent pas d'éclairer la pièce de manière homogène. La longueur d'onde émise est difficilement contrôlable. Le miroir renvoie des images de petite taille. La canne est déplacée en translation à l'intérieur de la pièce en même temps que celle-ci est entraînée en rotation autour de son axe, ce qui se traduit par une déformation des images enregistrées par la caméra. Il est en outre difficile d'obtenir dans ce cas un recouvrement suffisant des surfaces inspectées et de garantir que la totalité de la surface à explorer a été contrôlée. 100041 FR-2946752 a apporté des éléments de réponse en proposant un dispositif de contrôle par magnétoscopie d'une dite pièce tubulaire présentant un axe longitudinal, ce dispositif comprenant un outil de forme allongée inséré à l'intérieur de la pièce et portant des moyens d'endoscopie à éclairage ultraviolet pour l'éclairage de l'intérieur 2 tubulaire de la pièce et l'observation de défauts éventuels de celle-ci, l'outil comprenant une pluralité de repères externes régulièrement répartis sur au moins une partie de sa longueur et définissant des pas réguliers d'avance en translation de l'outil le long de l'axe longitudinal de la pièce. [0005] Demeurent toutefois des problèmes liés à une vérification incomplète des caracté- ristiques structurelles de la pièce à contrôler : l'état au coeur du matériau est insuffisamment connu. [0006] L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à cela. [0007] Une solution proposée est que la pièce étalon concernée, qui présentera un axe (A) le long duquel s'étendra un alésage intérieur, comprenne : - non seulement des entailles matérialisant des défauts de surface prédéfinis sur ladite pièce étalon, mais aussi - des découpes dans lesquelles sont formées des lumières matérialisant des défauts internes prédéfinis à l'intérieur dudit matériau. [0008] Avec de telles lumières internes, on va pouvoir, sur la pièce étalon : - matérialiser des défauts internes, donc les rendre détectables, - en les ayant au préalable calibrés, donc prédéfinis. [0009] A noter que le terme « découpe » est générique : ladite pièce étalon présentant des surfaces respectivement : - extérieure orientée vers l'environnement extérieur de ladite pièce étalon et - intérieure orientée vers l'alésage intérieur, il s'agit d'un passage à travers la pièce étalon qui s'étend radialement à l'axe A) entre lesdites surfaces extérieure et intérieure respectivement. [0010] Pour réunir sur cette seule pièce étalon les détections de validation du dispositif de contrôle par magnétoscopie précité, en évitant ainsi d'avoir à recourir à plusieurs sous-dispositifs, pour certains manuels, pour d'autres à cycle de fonctionnement automatique, il est aussi proposé que les entailles précitées soient formées dans ces surfaces extérieure et intérieure. [0011] Ainsi, on associera matérialisation/détection des potentiels défauts internes et maté- rialisation/détection des potentiels défauts de surface (apparente) extérieure et intérieure. [0012] Pour fiabiliser/sécuriser la matérialisation/détection des potentiels défauts internes (donc dans le matériau ferromagnétique), il est aussi proposé que les lumières précitées soient situées à différentes distances radiales de l'axe longitudinal précité. [0013] Et pour assurer tant une réalisation qu'un repérage par magnétoscopie de ces lumières qui soient respectivement simple et performant en toutes circonstances, il est aussi proposé que lesdites lumières comprennent, au sein donc du matériau ferroma- 3 gnétique, des trous allongés orientés pour certains parallèlement audit axe longitudinal, pour d'autres suivant des secteurs de circonférence, autour de cet axe. [0014] Pour éviter d'avoir à percer la pièce afin de former ces trous, une alternative propose que les lumières comprennent des rainures : - allongées pour certaines parallèlement audit axe (A), pour d'autres suivant des secteurs de circonférence, et - débouchant chacune, le long de son allongement, sur la surface extérieure ou sur la surface intérieure. [0015] Les rainures peuvent être réalisées à partir de la surface extérieure ou de la surface intérieure, radialemcnt audit axe (A), sur des épaisseurs différentes les unes des autres. [0016] Par groupe, les rainures pourront être réalisées parallèlement entre elles en ne dé- bouchant que sur la surface extérieure ou que sur la surface intérieure. [0017] Une découpe rectangulaire déterminée pourra être entourée de quatre groupes (un par côté) de lumières (notamment rainures), de chacun plusieurs rainures plus ou moins profondes (s'il s'agit de rainures) : deux groupes face à face (sur deux côtés opposés) débouchant pour l'un en face extérieure et pour l'autre en surface intérieure. [0018] Ainsi, la référence d'étalonnage sera de très bonne qualité, sans complication notable de la fabrication de la pièce. [0019] Comme déjà noté, la pièce étalon concernée sera favorablement un arbre étalon destiné à servir de référence d'étalonnage desdits dispositifs de contrôle par magnétoscopie des arbres de turbomachines à gaz, en particulier des arbres de turbine basse-pression et de compresseur basse-pression qui doivent être contrôlés : - après leur fabrication, pour détecter d'éventuels défauts métallurgiques tels que des inclusions ou des criques d'usinage, et - pendant des opérations de maintenance, pour détecter d'éventuelles criques de fonctionnement. [0020] Afin que ces arbres soient contrôlés par magnétoscopie dans leur intégralité, il est aussi proposé que ledit arbre étalon présente une partie axiale tubulaire pourvue axialement d'un tourillon, desdites entailles et lumières précitées étant formées dans la partie axiale tubulaire et dans le tourillon, y compris dans une dite découpe de celui-ci. [0021] Par ailleurs, pour favoriser ces contrôles par magnétoscopie, il est proposé que la pièce étalon soit recouverte d'un produit contenant des particules ferromagnétiques et un pigment fluorescent. [0022] L'invention pourra être, si nécessaire, encore mieux comprise et d'autres détails, ca- ractéristiques et avantages de l'invention pourront apparaître à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels Brève description des figures [0023] [fig.11 et [0024] [fig.21 sont des vues schématiques d'un banc de contrôle non destructif par magné- toscopie et représentent deux étapes du procédé de contrôle d'un arbre opérationnel, [0025] [fig.31 est une vue schématique partielle en perspective de « l'outil » précité, [0026] [fig.41 illustre, en partie A, une vue en perspective d'un mode de réalisation de la pièce étalon selon l'invention, en partie B, un détail à l'un quelconque des emplacements pointés figure 4A, en partie C, aussi un détail à l'un des emplacements pointés figure 4A, suivant un autre angle de vue, et, en partie D, encore un détail à l'un des emplacements pointés figure 4A, suivant un autre angle, [0027] [fig.5j illustre, cn partie A, une vue en perspective d'un mode de réalisation de la pièce étalon selon l'invention, en partie B, un détail à l'emplacement pointé figure SA, et, en partie C, encore le même détail que Fig. SA, sous un autre angle, [0028] [fig.6] illustre, cn partie A, une vue en perspective d'un mode de réalisation de la pièce étalon selon l'invention, et, cn partie B, un détail aux emplacements pointés figure 6A, [0029] [fig.7] illustre une variante de réalisation, en coupe, de l'un des emplacements cerclés Fig. 4A, et [0030] [fig.8] illustre la même variante de réalisation, suivant une autre vue. Description détaillée de l'invention 100311 On se réfère d'abord aux figures 1,2 qui présentent un dispositif ou banc 10 de contrôle non destructif (CN D) par magnétoscopie d'une pièce tubulaire qui est, dans l'exemple représenté, un arbre 12 de turbomachine à gai pour aéronef, et en particulier un arbre de turbine basse-pression ou de compresseur basse-pression. L'arbre 12 est allongée, d'axe longitudinal A. Il est en matériau ferromagnétique. Les surfaces cylindriques intérieure et extérieure de l'arbre 12 doivent être contrôlées par magnétoscopie après la fabrication de cet arbre ou au cours d'opérations de maintenance, pour détecter la présence d'éventuels défauts dans le matériau ferromagnétique de l'arbre. Ce contrôle est essentiellement réalisé en deux étapes; : une première étape dans laquelle un produit contenant des particules ferromagnétiques enrobées d'un pigment fluorescent est pulvérisé sur la surface interne de l'arbre, et une seconde étape dans laquelle l'arbre est soumis à un champ magnétique et un outil 14 portant des moyens d'endoscopie est engagé à l'intérieur de l'arbre pour l'inspection visuelle sous éclairage ultraviolet de sa surface interne traitée avec le produit précité. 100321 Le banc de contrôle 10 comprend des moyens 16 de support et de mise en rotation de l'arbre 12 autour de son axe A, un outil 14 de contrôle non destructif par magnétoscopie du type précité, des moyens 18 de support et de guidage en translation de cet outil à l'intérieur de l'arbre 12, et des générateurs 20 de champ magnétique. [0033] Les moyens de support 16, qui reposent sur le sol, permettent de tourner l'arbre 12 en rotation autour de son axe A. Des moyens 18, tels des galets 26, de support de l'outil 14 sont disposés vers les extrémités de l'arbre 12 de façon que l'outil puisse être engagé et guidé dans l'une de ces extrémités, comme cela est visible aux figures 1 et 2. Les générateurs 20 de champ magnétique sont aptes à appliquer un champ magnétique à l'arbre 12 dans une direction longitudinale (flèches 28) et/ou dans une direction transversale (flèches 30). L'outil 14 comprend des moyens d'endoscopie logés à l'intérieur d'un corps cylindrique tubulaire sur la surface extérieure duquel sont formés des repères 32 définissant des pas réguliers d'avance en translation de l'outil le long de l'axe A. Dans l'exemple représenté, ces repères 32 sont formés par des marques annulaires extérieures ou des rainures annulaires extérieures s'étendant autour de l'axe longitudinal de l'outil (figure 1). [0034] Les moyens 18 de support de l'outil 14 sont équipés de moyens d'indexage 34 coopérant avec les repères 32 de l'outil pour contrôler et déterminer la position axiale de l'outil dans l'arbre 12. Les moyens d'endoscopie portés par l'outil 14 comprennent des moyens 36 de transmission d'images et des moyens 38 de guidage de lumière ultraviolette, qui s'étendent axialement dans le corps de l'outil. Lcs moyens 36 de transmission d'images dépassent axialement de l'extrémité distalc du corps de l'outil (figure 3) et comprennent à cette extrémité au moins un prisme 40 de renvoi d'images vers une série de lentilles logées dans le corps de l'outil. Les images sont par exemple captées par une caméra située à l'extrémité proximale de l'outil pour être ensuite visualisées sur un écran de contrôle. [0035] Les moyens 38 de guidage de lumière sont reliés à l'extrémité proximale de l'outil à une source de lumière ultraviolette et dépassent axialement à leur extrémité opposée de l'extrémité distale du corps de l'outil. [0036] Les moyens d'endoscopie peuvent être à visée distale déviée - l'axe d'observation défini par le prisme des moyens 36 de transmission d'images est orienté sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'outil, et l'axe de visée défini par l'extrémité distale des moyens 38 de guidage de lumière est sensiblement parallèle à cet axe de visée. Les moyens 36, 38 de transmission d'images et de guidage de lumière sont en outre reliés à leurs extrémités proximales à une unité 42 de commande et de traitement de données. L'outil 14 est destiné à être engagé dans l'arbre par une de ses extrémités (figure 1) et à être bloqué dans une position axiale donnée dans l'arbre à l'aide des moyens d'indexage 34. L'outil est maintenu fixement par les moyens de support 18 et l'arbre 12 est tourné autour de son axe A par les moyens de support 16, de façon que la tache d'éclairage des moyens d'endoscopie de l'outil balaye une surface annulaire intérieure de l'outil. L'outil est ensuite déplacé en translation d'un pas en 6 avant ou en arrière dans l'arbre (flèche 42) puis est à nouveau immobilisé par les moyens d'indexage 34 des moyens de support 18. La rotation de l'arbre 12 entraîne le balayage par la tâche d'éclairage des moyens d'endoscopie d'une nouvelle surface annulaire interne de l'arbre qui recouvre au moins en partie la surface annulaire précédemment inspectée. L'outil 14 est ainsi avancé ou reculé pas à pas à l'intérieur de l'arbre et maintenu fixement après chacun de ces déplacements et pendant la rotation de l'arbre 12. [0037] Pour fiabiliser de tels Contrôles Non Destructifs par magnétoscopic, une vérification régulière des paramètres machine est nécessaire afin de garantir le bon fonctionnement du banc de contrôle. [0038] Cette vérification en série se fait de façon connue en plusieurs étapes. [0039] Dans un premier temps, à l'aide d'une première cale étalon (anneau cylindrique pouvant posséder des usinages de 01 à 2mm sous-jacents - c'est-à-dire interne au matériau, par exemple à environ 2mm de la surface et qui simulent des défauts), on conduit une magnétisation circulaire avec une inspection extérieure faite visuellement par l'inspecteur, ainsi qu'une inspection intérieure réalisée à l'aide d'un endoscope ou d'une caméra endoscopique. [0040] Dans un second temps, à l'aide d'une seconde cale étalon (barreau allongé pouvant posséder des usinages sous-jacents comme ci-avant, qui simulent donc des défauts), on conduit une magnétisation longitudinale avec une inspection extérieure faite visuellement par l'inspecteur, ainsi qu'une inspection intérieure réalisée à l'aide d'un endoscope ou d'une caméra endoscopique. [0041] Dans un troisième temps, et moins fréquemment, un autre contrôle est conduit, avec une mise en situation d'un arbre étalon qui possède des usinages superficiels intérieur et extérieur, lesquels simulent toujours des défauts de surface. Le contrôle réalisé par l'inspecteur est visuel pour la surface extérieure et s'opère à l'aide d'une caméra endoscopique pour la surface intérieure de l'arbre - le long de son alésage central. [0042] Pour sécuriser au mieux les vérifications du dispositif ou banc 10 de contrôle, il est proposé d'utiliser, à la place de l'arbre 12, la pièce étalon 50, sur laquelle on va effectuer périodiquement des contrôles, en cycle automatique, de façon à s'assurer du bon étalonnage des contrôles des arbres « réels » 12 issus des moteurs série. [0043] Comme illustré figures 4 à 8, la pièce étalon 50 est donc tubulaire et en matériau fer- romagnétique. Il s'agit d'un équivalent de l'arbre 12. La pièce étalon 50 est donc allongée suivant l'axe longitudinal A, le long duquel s'étend un alésage intérieur 51. Sur ses surfaces respectivement extérieure 57, orientée vers l'environnement extérieur, et intérieure 63, orientée vers l'alésage intérieur, elle comprend des entailles, ou gorges, 53,55 matérialisant des défauts de surface prédéfinis ; voir notamment figures 6A,6B. 7 [0044] La pièce étalon 50 comprend en outre des découpes 59 dans lesquelles (autour desquelles) sont formées des lumières 61 matérialisant des défauts internes prédéfinis à l'intérieur du matériau de la pièce étalon. Les lumières 61 sont situées à différentes distances radiales de l'axe A, donc à différentes profondeurs radiales dans le matériau de la pièce étalon 50, comme on peut le voir figures 5B-5D. Pour une efficacité de détection et une facilité de réalisation, ces lumières peuvent comprendre chacune un trou allongé orienté, pour certains, parallèlement à l'axe A, pour d'autres suivant des secteurs de circonférence ; voir figure 6. Ainsi, des lumières 61 formant des croix seront alors formées autour des découpes 59 dans lesquelles elles déboucheront. [0045] Outre une partie essentiellement tubulaire 65, la plus longue axialement, que l'on vient de présenter, la pièce 50 comprend aussi une partie dite tourillon 67, à une extrémité libre. Sur l'arbre opérationnel, cette partie tourillon 67 sert d'interface avec les pièces tournantes à monter autour de cet arbre. [0046] D'autres entailles de surface 69 (voir figures 6A,6B) et lumières 71 (voir figures 5B,5C) sont formées dans le tourillon 67. Les lumières 71, réparties à différentes profondeurs radiales, parallèlement à l'axe A, sont formées dans une dite découpe, repérée ici 73, et dans une des faces radiales 75a,75b du tourillon, ici celle 75a orientée vers partie essentiellement tubulaire 65 de l'arbre étalon. [0047] Les lumières 71 sont chacune rectilignes et orientées circonférentiellement. Les entailles de surface 69 sont comme celles 53 (traits en creux, circonférentiels de quelques centièmes de mm de profondeur et quelques cm de long). Les entailles de surface 69 peuvent être formées dans les surfaces circonférentielles respectivement radialement extérieure et intérieure 77a,77b d'un rebord axial du tourillon 67. Les figures 6A-6B montrent des emplacements sur la partie essentiellement tubulaire 65 et le tourillon 67 où des entailles de surface peuvent être présentes. [0048] Pour favoriser le repérage par magnétoscopie, la pièce étalon 50 sera favorablement recouverte d'un produit contenant des particules ferromagnétiques et un pigment fluorescent. [0049] La variante de réalisation des figures 7 et 8 est différente de la réalisation précédente des figures 4B-4D en ce que les lumières 61 comprennent maintenant des rainures 650 - allongées pour certaines parallèlement audit axe A, pour d'autres suivant des secteurs de circonférence, et - débouchant chacune, le long de son allongement, sur la surface extérieure 57 ou sur la surface intérieure 63. [0050] Les rainures peuvent se présenter par groupes : deux paires de groupes de rainures avec, dans chaque paire, deux groupes de rainures se faisant face d'un groupe à l'autre, sur deux côtés opposés d'une lumière 61 rectangulaire 8 [0051] Dans chaque paire de groupes se faisant face, les rainures 650 débouchent, le long de leurs allongements (tels Ll et L2 figure 8), sur la surface extérieure 57 pour l'un des groupes et sur la surface intérieure 63 pour l'autre groupe. [0052] Par groupe, les rainures pourront être réalisées parallèlement entre elles, être rec- tilignes, et ne déboucher donc que sur la surface extérieure ou que sur la surface intérieure. [0053] Dans un groupe, les rainures 650 sont successivement et progressivement de plus en plus profondes de la première à la dernière rainure du groupe. [0054] Ainsi, les rainures 650 pourront être réalisées à partir de la surface extérieure ou de la surface intérieure, radialemcnt audit axe A, sur des épaisseurs différentes les unes des autres. [0055] Dans la version à trous allongés 65 (figures 4B-4D) c'est la position radiale (de creusement) des trous qui variait successivement et progressivement du premier au dernier trou du groupe. [0056] 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] REVENDICATIONSPièce étalon (50) tubulaire en matériau ferromagnétique pour le contrôle par magnétoscopic d'une pièce (12) tubulaire en matériau ferromagnétique de turbomachine à gaz pour aéronef, la pièce étalon présentant un axe (A) le long duquel s'étend un alésage intérieur (51) et comprenant des entailles (53,55,69) matérialisant des défauts de surface prédéfinis sur ladite pièce étalon, caractérisé en cc qu'elle comprend en outre des découpes (,59,73) dans lesquelles sont formées des lumières (61,71) matérialisant des défauts internes prédéfinis à l'intérieur dudit matériau. Pièce (12) étalon selon la revendication 1, présentant des surfaces respectivement extérieure, orientée vers l'environnement extérieur de ladite pièce étalon, et intérieure, orientée vers l'alésage intérieur (51), les entailles (53,55,69) étant formées dans les surfaces extérieure et intérieure (57,63 ; 77a,77b). Pièce (12) étalon selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les lumières (61,71) sont situées à différentes distances radiales dudit axe (A). Pièce (12) étalon selon l'une des revendications précédentes dans laquelle, la pièce présentant des surfaces respectivement extérieure orientée vers l'environnement extérieur de ladite pièce étalon et intérieure orientée vers l'alésage intérieur (51), les lumières (61,71) comprennent des rainures (650) : - allongées pour certaines parallèlement audit axe (A), pour d'autres suivant des secteurs de circonférence, et - débouchant chacune, le long de son allongement, sur la surface extérieure ou sur la surface intérieure. Pièce (12) étalon selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les lumières (61,71) comprennent des trous (65) allongés orientés pour certains parallèlement audit axe (A), pour d'autres suivant des secteurs de circonférence. Pièce (12) étalon selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pièce étalon (50) est un arbre étalon. Pièce (12) étalon selon la revendication 6, dans laquelle l'arbre étalon présente une partie axiale tubulaire (65) pourvue axialement d'un tourillon (67), desdites entailles (53,55,69) et lumières (61,71) étant formées dans la partie axiale tubulaire et clans le tourillon, y compris 10 dans une dite découpe (71) de celui-ci. [Revendication 8] Pièce étalon selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pièce étalon (50) est recouverte d'un produit contenant des particules ferromagnétiques et un pigment fluorescent.