Brevet FR3138518A1 — publié le 20240202

Titre : DISPOSITIF REPRESENTATIF POUR LA MESURE D’UN CYCLE THERMIQUE D’UNE PIÈCE DANS UN FOUR DE TRAITEMENT THERMIQUE INDUSTRIEL Ce dispositif de maintien d’un capteur (1) pour représenter le traitement thermique d’une pièce dans un four de traitement thermique industriel, comprenant un socle (2), un volume de matière (3) représentatif de ladite pièce en volume, en épaisseurs et en matière et adapté pour pouvoir englober un capteur de température à thermocouple, le socle (2) étant adapté pour maintenir ledit volume de matière (3) par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel. Figure pour l’abrégé : [Fig 1] DISPOSITIF REPRESENTATIF POUR LA MESURE D’UN CYCLE THERMIQUE D’UNE PIÈCE DANS UN FOUR DE TRAITEMENT THERMIQUE INDUSTRIEL La présente invention concerne les dispositifs permettant le suivi de traitements thermiques réalisés dans des fours industriels et qui permettent une modification des propriétés du matériau traité thermiquement (magnétisme, inoxydabilité…). La présente invention vise à constituer un dispositif de maintien en position d’un capteur thermique et qui est adapté pour reproduire le comportement en chauffage d’une pièce donnée, afin de connaitre des caractéristiques de l’état de la pièce lors d’une chauffe simultanée de la pièce et du dispositif de maintien en position du capteur, sans avoir à interférer avec la pièce, ni à adjoindre de capteur au cœur de ladite pièce. Techniques antérieures Les traitements thermiques permettent d’obtenir des performances très précises sur plusieurs paramètres clés rattachés à la définition de pièces mécaniques. Il est connu d’installer des instruments de mesure, de contrôle et de surveillances de ces paramètres dans les fours industriels, qui sont couplés à des règles de calcul et d’interprétation des mesures pour juger du respect des paramètres spécifiés permettant l’atteinte des objectifs notamment mécaniques. Parmi les nombreux paramètres spécifiés, se trouvent la «température de traitement » et le «temps de maintien », qui doivent être respectés en tout point des volumes des pièces à traiter, aussi bien à cœur qu’en surface. Pour contrôler le respect de ces exigences, il est connu d’utiliser des instruments d’enregistrement tels que des thermocouples de charges basés sur l’effet Seebeck, placés sur des zones identifiées comme étant les plus froides ou les plus chaudes de la pièce de manière à borner l’ensemble de ses températures. Actuellement, quelles que soient les zones identifiées, les thermocouples ne sont placés qu’en surface de la pièce, dans des cavités pratiquées en surface, ou encore sur des masselottes cylindriques, du même matériau que la pièce, et posées à proximité de la pièce dans le four. En effet, dans les procédés de chauffage (par rayonnement et/ou par convection) qu’utilisent la plupart des fours industriels de traitement thermique, les zones chauffées le plus tardivement se trouvent dans les zones les moins exposées. Tel est également le cas au cœur même des plus grands volumes de matière de la pièce. Pour obtenir une mesure de la température de ces zones, il faudrait donc en théorie insérer des thermocouples de charge dans les zones les moins soumises au traitement thermique, ce qui signifierait qu’il faudrait percer la pièce, changer son design et de fait altérer sa conformité géométrique. Ainsi, l’utilisation de cavités dans la pièce pour positionner les thermocouples dénature la pièce, est un procédé onéreux, et pose souvent un problème d’accessibilité au capteur lors de son placement dans la pièce ou de son retrait. Une technique consiste à utiliser des masselottes cylindriques mais ces dernières ne sont pas toujours géométriquement représentatives des zones d’intérêt. Elles n’offrent pas en tout temps la possibilité d’être positionnées de façon optimale pour l’objectif et ne garantissent pas une stabilité lors des traitements. Elles peuvent se déplacer en fonction de leurs dimensions et des déplacements de gaz ou de la pièce lors des traitements. L’alternative consistant à placer le thermocouple de charge à la surface de la zone ne permet pas de garantir que le contact avec cette surface soit constant durant toute la durée de traitement. En somme, la température de traitement et le temps de maintien au cœur des zones bornant l’ensemble des points de matière des pièces traitées sont rarement bien déterminés car difficilement mesurables. L’invention a pour but de pallier au moins certains des inconvénients précités et de proposer un dispositif de maintien du capteur représentatif du traitement thermique d’une pièce dans un four de traitement thermique industriel, capable de cumuler les avantages de rapidité d’installation, de fiabilité de représentativité, et de répétabilité dans sa mise en œuvre. Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un dispositif de maintien d’un capteur pour représenter le traitement thermique d’une pièce à traiter dans un four de traitement thermique industriel, comportant un socle, un volume de matière représentatif de ladite pièce à traiter en volume, en épaisseurs et en matière et adapté pour pouvoir englober un capteur de température à thermocouple, le socle étant adapté pour maintenir ledit volume de matière par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel, le dit dispositif étant adapté pour être placé/positionné de manière prédéterminée dans le four avec la pièce à traiter. Le dispositif de maintien du capteur est destiné à permettre la mesure de la température à l’intérieur d’une éprouvette témoin placée de manière concomitante avec la pièce à traiter dans le four. De ce fait les paramètres (température, temps) de la pièce à traiter sont mesurés dans l’éprouvette témoin et servent de base à l’estimation de ces mêmes paramètres dans la pièce à traiter. L’intérêt est de ne pas modifier la géométrie de la pièce à traiter et surtout de pouvoir positionner de manière très précise le dispositif de maintien du capteur, donc l’éprouvette témoin, dans le four. De préférence, le volume de matière comporte une ouverture pour le passage dudit capteur de température à thermocouple, ce qui permet de le positionner et de le retirer plus facilement. Par exemple, le volume de matière est de forme de forme représentative de celle des pièces à traiter, par exemple de forme cylindrique, ce qui correspond à la représentation d’une dimension souhaitée de diamètre de la pièce. Avantageusement, l’ouverture est positionnée sur une face supérieure du cylindre formé par le volume de matière, ce qui améliore son accessibilité. Selon une forme de réalisation, le socle est amovible par rapport au volume de matière et le dispositif comporte des moyens de maintien du volume de matière sur le socle. Dans un mode de réalisation, les moyens de maintien sont adaptés pour permettre une orientation du volume de matière à trois cent soixante degrés sur le socle. Avantageusement, les moyens de maintien au socle comportent au moins trois bras en forme d’arcs de cercle entourant le volume de matière. Le dispositif peut en outre être prévu pour que les bras en forme d’arcs de cercle comportent des ajours. De préférence, le socle comporte un rebord en forme d’anneau et le volume de matière peut être inscrit dans une sphère (ou une partie de sphère) de diamètre supérieur à un diamètre central dudit anneau. L'invention concerne également un dispositif dans lequel le socle comprend en outre un piètement périphérique adapté pour stabiliser le socle par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel lorsque le volume de matière est posé sur ledit socle. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée d’un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : représente un dispositif de maintien d’un capteur selon l’invention, en vue en perspective. Description détaillée La illustre un dispositif de maintien du capteur 1 selon l’invention destiné à fournir une représentation d’un traitement thermique d’une pièce dans un four de traitement thermique industriel. Le dispositif de maintien du capteur 1 comporte un socle 2 et un volume de matière 3 représentatif de ladite pièce dont on cherche à représenter l’évolution thermique lors de son traitement thermique. Le socle a une forme annulaire, à section carrée ou ronde, permettant de supporter le volume de matière 3 en position centrale du dispositif 1. Le volume de matière 3 est une masse centrale de matière sur le dispositif 1, représentative de ladite pièce en termes de volume, d’épaisseurs et de matière. Le volume 3 occupe par exemple un volume de deux à quarante millimètres. Il peut être réalisé par un procédé de fabrication additive, ce qui permet de lui conférer des formes et creux internes caractéristiques de la pièce, de manière à reproduire ses propriétés intrinsèques de conductivité thermique. Le volume 3 est par exemple une masse métallique de la même densité que la pièce à modéliser en température. Le matériau peut alternativement être réalisé par exemple en plastique ou en céramique (titane, inconel®, alliage de nickel…) Ainsi, le volume 3 comporte sensiblement les mêmes évolutions thermiques que la pièce à traiter lors d’un même traitement thermique. Le volume 3 est adapté pour pouvoir recevoir et loger un capteur de température à thermocouple. Ainsi, le dispositif de maintien du capteur 1 permet le suivi de l’évolution thermique de la pièce à traiter, notamment en son cœur, sans avoir à interférer avec celle-ci. Le socle 2 est adapté pour maintenir le volume de matière 3 par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel. Ainsi, le socle 2 permet un positionnement prédéterminé rapide et simple du dispositif de maintien du capteur 1 dans le four. Le socle 2 est réalisé dans un matériau qui résiste à la température du four et qui est réutilisable. De préférence, le volume de matière 3 comporte une ouverture 4 pour le passage dudit capteur de température à thermocouple, ce qui permet de le positionner et de le retirer plus facilement, par exemple pour sa maintenance, son remplacement. L’ouverture 4 doit comporter un creux suffisamment grand pour y insérer le thermocouple à une profondeur suffisamment importante pour s’affranchir des effets de bords liés à la surface supérieure du volume 3. Le capteur de température est par exemple un thermocouple de charges basés sur l’effet Seebeck, qui a l’avantage d’être un capteur peu onéreux et particulièrement compact. Le capteur est inséré pour avoir la température au cœur du volume 3 de manière à être représentative de la pièce à traiter sans avoir à percer la pièce elle-même ou à utiliser un perçage existant, qui est une solution imprécise et donc de représentativité non optimale. Les capteurs de température sont placés préférentiellement dans des zones identifiées comme étant les plus froides ou les plus chaudes du dispositif 1 de manière à borner l’ensemble de ses températures. Le volume de matière 3 est par exemple de forme cylindrique, ce qui permet de s’assurer de représenter une dimension souhaitée de diamètre de la pièce, tout en offrant une profondeur d’insertion suffisante pour le capteur qui impose une hauteur relativement haute du volume 3. Avantageusement, l’ouverture 4 est positionnée sur une face supérieure du cylindre formée par le volume de matière 3, ce qui améliore son accessibilité, notamment par le dessus lorsque la pièce est positionnée dans le four. Il est en effet préférable d’insérer le capteur au dernier moment, et les solutions existantes ne permettent pas un accès facile pour le thermocouple. Selon une forme de réalisation, le socle 2 est amovible par rapport au volume de matière 3 et le dispositif 1 comporte des moyens de maintien 5 du volume de matière 3 sur le socle 2. En effet, la hauteur du volume 3 peut entrainer un défaut de stabilité du dispositif 1 qui doit rester précisément orienté dans le four pour la bonne représentativité thermique de la pièce à traiter. Les moyens de maintien au socle adaptés directement sur le volume 3 permettent d’éviter les solutions d’accommodement, par exemple à fils de fer, pour orienter le volume 3 dans des positions particulières par rapport à une surface horizontale dans le four. Dans un mode de réalisation, les moyens de maintien 5 sont adaptés pour permettre une orientation du volume de matière 3 à trois cent soixante degrés sur le socle 2. Cela permet d’orienter le volume 3 de manière la plus représentative de la pièce dans le four lors de son traitement thermique. De plus, l’inclinaison facilite l’accès à l’ouverture 4 donc l’ergonomie du dispositif 1. Comme illustré à la , les moyens de maintien 5 comportent par exemple six bras en forme d’arcs de cercle entourant le volume de matière 3. De préférence le dispositif comporte au moins trois bras. Les moyens de maintien 5 sont par exemple liés au volume 3 par une portion inférieure, réalisée de manière à être la plus représentative possible d’une forme de la pièce ou la plus fine possible pour minimiser les interactions thermiques avec le volume 3 dans le four. Le nombre de branches est de préférence limité, de manière à limiter l’impact desdites branches sur les mesures thermiques, compte-tenu de l’exposition au chauffage du volume 3. Les formes d’arcs de cercle permettent une stabilisation selon de nombreuses positions angulaires offertes par lesdits arcs de cercle par rapport au socle 3. Le dispositif 1 peut être muni, en outre, de bras en forme d’arcs de cercle comportant des ajours 7. Les ajours 7 permettent à la fois de diminuer le coût et le poids du dispositif 1 par enlèvement de matière, d’améliorer la chauffe de la zone active du volume 3, d’adapter la représentativité des flux de gaz dans le four à l’égard du volume 3, et de faciliter le retrait du capteur à thermocouple. De préférence, le socle 2 comporte un rebord 8 en forme d’anneau 10 et le volume de matière 3 peut être inscrit dans une sphère de diamètre supérieur à un diamètre central dudit anneau 10. Le socle 2 peut comprendre un crantage (non représenté) pour choisir ou orienter et maintenir un angle ou une position particulière prédéterminée du volume 3 Le socle 2 peut comprendre en outre un piètement périphérique 9 adapté pour stabiliser le socle 2 par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel lorsque le volume de matière 3 est posé sur ledit socle 2. Le volume 3 est ainsi maintenu stabilisé le long d’une ligne de contact avec le socle 2, ce qui permet de le positionner facilement et de manière stable. On réalise ainsi un dispositif 1 dans lequel le volume 3 peut être maintenu de manière stable tout le long d’un traitement thermique, simple d’utilisation, avec un encombrement minimal, et qui est à la fois robuste et réutilisable. Dispositif de maintien d’un capteur (1) pour représenter le traitement thermique d’une pièce à traiter dans un four de traitement thermique industriel, comportant un socle (2), un volume de matière (3) représentatif de ladite pièce en volume, en épaisseurs et en matière et adapté pour pouvoir englober un capteur de température à thermocouple, le socle (2) étant adapté pour maintenir ledit volume de matière (3) par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel le dit dispositif étant adapté pour être positionné de manière prédéterminée dans le four avec la pièce à traiter. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel le volume de matière (3) comporte une ouverture (4) pour le passage dudit capteur de température à thermocouple. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le volume de matière (3) est de forme représentative de celle des pièces à traiter. Dispositif (1) selon les revendications 2 et 3, dans lequel le volume de matière (3) est de forme cylindrique et l’ouverture (4) est positionnée sur une face supérieure du cylindre. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le socle (2) est amovible par rapport au volume de matière (3) et le dispositif (1) comporte des moyens de maintien (5) du volume de matière (3) sur le socle (2). Dispositif (1) selon la revendication 5, dans lequel les moyens de maintien (5) sont adaptés pour permettre une orientation du volume de matière (3) à trois cent soixante degrés sur le socle (2). Dispositif (1) selon l’une des revendications 5 et 6, dans lequel les moyens de maintien (5) comportent des bras en forme d’arcs de cercles entourant le volume de matière (3). Dispositif (1) selon la revendication 7, dans lequel les bras en forme d’arcs de cercles comportent des ajours (7). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le socle (2) comporte un rebord (8) en forme d’anneau (10) et le volume de matière (3) peut être inscrit dans une sphère de diamètre supérieur à un diamètre central dudit anneau (10). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le socle comprend en outre un piètement périphérique (9) adapté pour stabiliser le socle (2) par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel lorsque le volume de matière (3) est posé sur ledit socle (2).