Les spécifications mécaniques des composants sont définies en fonction des exigences spécifiques à leur application. En plus des dimensions et des caractéristiques de surface, elles incluent des propriétés inhérentes aux matériaux.
|
Table of contents
|
Certaines applications exigent l'utilisation d'alliages aux caractéristiques précises, notamment en ce qui concerne le module d'élasticité. Cette propriété peut être modifiée et ajustée par des traitements thermiques adaptés. Pour atteindre les performances souhaitées, il est indispensable de définir avec précision la composition de l'alliage et les paramètres du traitement thermique. Cependant, des écarts, même minimes, dans le processus ou des variations dans les éléments constitutifs de l'alliage peuvent compromettre les propriétés finales du matériau, réduisant ainsi l’efficacité et la fiabilité du composant dans son utilisation prévue. |
Les procédés de trempe, tels que la trempe par induction ou la trempe en four, sont utilisés pour améliorer la résistance des composants mécaniques. Le choix de la méthode dépend de l’alliage du matériau. Il est crucial de vérifier la présence de molécules de carbone mobiles dans l’alliage ou de déterminer si leur introduction est nécessaire durant le processus. Le traitement thermique modifie profondément la structure interne du matériau, souvent par une exposition à des températures élevées qui permettent la transformation souhaitée de la maille cristalline.
Dans de nombreux cas, les composants mécaniques subissent une combinaison de trempe et de revenu. Après le durcissement, un chauffage contrôlé est effectué pour le revenu, ce qui permet d'optimiser les propriétés mécaniques tout en préservant la structure de base. Le revenu réduit les contraintes résiduelles et atténue la fragilité, notamment dans les zones périphériques, diminuant ainsi les risques de défaillances liées aux charges appliquées sur les surfaces.
Dans la production en série, il est indispensable de vérifier diverses propriétés des matériaux des composants mécaniques grâce à des essais rigoureux. Ces propriétés incluent notamment la dureté de surface, la profondeur de trempe, ainsi que la structure interne de l'assemblage du composant.
Plusieurs approches permettent d'évaluer ces caractéristiques dans le cadre du contrôle qualité. La dureté d’un composant peut être mesurée soit directement de manière quantitative, soit par des essais comparatifs. Contrairement aux méthodes comparatives, qui indiquent simplement si les propriétés définies du composant ont changé, les mesures quantitatives fournissent des valeurs précises en unités normalisées (ISO), permettant une évaluation détaillée. Dans les essais par courants de Foucault, les pièces conformes servent de référence pour comparer les pièces testées, offrant une méthode fiable de détection des écarts.
Une corrélation directe existe entre les propriétés magnétiques et la conductivité d’un matériau et sa dureté. Les systèmes de contrôle par courants de Foucault exploitent cette relation pour mesurer ces propriétés avec précision. Cependant, pour garantir la fiabilité des résultats, il est crucial que les propriétés requises soient clairement définies dans les spécifications du composant, et qu’un dispositif de contrôle adapté soit correctement configuré. Ce système comprend généralement un appareil de contrôle, une bobine spécifique, et une configuration appropriée pour l'alimentation, qu'elle soit automatisée ou manuelle.
Pour maintenir la stabilité du processus, il est recommandé d’enseigner au système un échantillon représentatif contenant un grand nombre de pièces conformes. Sur la base de ces données, des seuils d’acceptation peuvent être établis pour distinguer les pièces non conformes et garantir une qualité constante.
Le contrôle par courants de Foucault repose sur l’induction électromagnétique. Un champ électrique alternatif est généré dans l’enroulement primaire de la bobine d’essai, couplé à l’échantillon à tester. Ce champ alternatif induit des courants de Foucault dans le matériau testé. Ces courants, en s’opposant au champ primaire, produisent un champ magnétique secondaire. Les champs primaire et secondaire interagissent, et le champ résultant génère une tension d’induction dans la bobine d’essai. Cette tension est enregistrée et analysée par les circuits électroniques. La formation des courants de Foucault, ainsi que le champ magnétique secondaire associé, dépendent de plusieurs facteurs : la conductivité du matériau, la structure interne du composant, et sa susceptibilité magnétique. Contrairement à la susceptibilité magnétique, la conductivité électrique est fortement influencée par la température. Toute variation de température modifie la conductivité et le champ magnétique secondaire, impactant ainsi les résultats des mesures. Par conséquent, la température de l’échantillon doit être stable pendant le test pour garantir des mesures fiables. De plus, les variations de température affectent également la bobine d’essai. Les spires de cuivre qui composent la bobine voient leur conductivité évoluer avec la température, ce qui modifie les caractéristiques d’impédance de la bobine et le champ primaire généré. Contrôle des fissures et des structuresLa méthode des courants de Foucault s’applique à deux principaux domaines :
Lors de l’étalonnage, plusieurs valeurs de mesure sont enregistrées, permettant de définir des champs de tolérance pour le tri. Pendant les essais en série, les valeurs mesurées sont automatiquement comparées à ces limites et évaluées en conséquence. |
Le contrôle de la dureté par courants de Foucault, bien qu’efficace et non destructif, présente des défis spécifiques qu’il est essentiel de maîtriser pour garantir des résultats fiables. Contrairement à des méthodes comme Vickers, qui peuvent endommager les surfaces et sont difficiles à automatiser, les courants de Foucault nécessitent une gestion attentive des paramètres suivants :
Positionnement du composant : la reproductibilité des résultats dépend fortement de l’emplacement précis du composant dans la bobine d’essai. Un mauvais positionnement peut entraîner des écarts significatifs.
Variations de temperature: les fluctuations thermiques pendant les mesures affectent la conductivité et donc les résultats du test. Il est crucial de maintenir une température stable.
Fréquence des essais : la profondeur de pénétration des courants de Foucault et les profils de dureté évalués varient en fonction de la fréquence utilisée. Celle-ci doit être adaptée et fixée pour chaque application.
Magnétisation des composants : les champs magnétiques résiduels peuvent altérer la répétabilité des mesures. Une démagnétisation préalable est souvent nécessaire.
Composition du matériau : les différences d’alliages ou d’autres variations dans la composition peuvent influencer les signaux mesurés, impactant ainsi la fiabilité des résultats.
Niveaux de dureté similaires : les propriétés magnétiques de certains matériaux peuvent être proches, même si leurs niveaux de dureté diffèrent, rendant la distinction complexe.
Influences environnementales : les champs magnétiques externes ou les interférences provenant du processus de production peuvent perturber les résultats.
Les défis associés et leurs impacts sont les suivants :
Pour garantir des résultats stables et reproductibles, plusieurs aspects doivent être maîtrisés :
Approvisionnement régulier des pièces : Les composants doivent être alimentés de manière constante dans le système d’essai, en maintenant des conditions uniformes. Par exemple, des pièces avec des caractéristiques de surface identiques doivent être transportées via un convoyeur ou un système de manutention approprié.
Positionnement précis : L’alignement des composants asymétriques est essentiel pour éviter des écarts dans les mesures. Les systèmes automatisés doivent déclencher le test uniquement lorsque le composant est correctement positionné dans la bobine d’essai.
Synchronisation du processus : Dans les configurations où un système de régulation externe active le test, une synchronisation précise est indispensable pour éviter les variations de positionnement, qui pourraient altérer les résultats.
Utilisation des sondes de test : Lors de l’inspection locale avec une sonde, il est crucial que le capteur examine le même point, avec un angle et une distance constants. Des écarts même minimes, de l’ordre de quelques dixièmes de millimètre, peuvent compromettre la fiabilité.
Pour les applications nécessitant un bouton de mesure, maintenir un contact constant entre le capteur et la pièce pendant le test est recommandé. Cela contribue à minimiser les variations et améliore la stabilité des résultats.
Les résultats des essais par courants de Foucault dépendent étroitement des propriétés électriques et magnétiques du matériau testé, ce qui les rend sensibles aux variations de température. Pour minimiser ces influences, certains appareils intègrent des capteurs de température dans leurs bobines d’essai. Ces capteurs enregistrent une courbe de température qui permet d’ajuster en temps réel le signal mesuré en fonction des variations du champ primaire.
Matériaux non ferromagnétiques : La conductivité électrique, principale source d’influence, est particulièrement sensible aux variations thermiques.
Matériaux ferromagnétiques : Ces derniers offrent des informations supplémentaires grâce à leurs propriétés magnétiques, notamment la perméabilité, qui reste relativement stable en dessous de la température de Curie. Cette stabilité permet une évaluation fiable même en présence de variations thermiques modérées, tandis que l’analyse harmonique garantit que les mesures se concentrent exclusivement sur les propriétés magnétiques.
L’évaluation des signaux inclut des composantes de fréquence issues du signal d’excitation et des harmoniques. Ces dernières, plus stables, permettent des résultats moins affectés par la température, à condition que le rapport signal/bruit soit élevé et que des algorithmes avancés soient utilisés pour garantir la précision.
La fréquence d’essai détermine la profondeur de pénétration des courants de Foucault dans le matériau :
Fréquences élevées : Idéales pour analyser les propriétés de surface.
Fréquences basses : Utilisées pour évaluer la profondeur de durcissement.
En ajustant les paramètres de fréquence en fonction des propriétés connues, il est possible d’optimiser la précision des essais. Une analyse multifréquence permet d’examiner plusieurs paramètres simultanément, tels que la dureté superficielle et la profondeur de durcissement. Bien que cette méthode puisse révéler des écarts auparavant indétectés, elle peut également générer des rejets inutiles en détectant des variations mineures sans lien direct avec la qualité réelle du composant.
Les champs magnétiques résiduels, ou rémanents, peuvent perturber les résultats des essais de dureté en modifiant les signaux mesurés. Ces champs, influencés par des facteurs tels que le transport ou les dispositifs de manutention, augmentent la variabilité des données si leur intensité ou orientation varie entre les lots.
Pour garantir la fiabilité des résultats, des unités de démagnétisation sont généralement utilisées avant les essais. Ces dispositifs réduisent les champs magnétiques résiduels à des niveaux inférieurs à 1 A/cm, améliorant ainsi la précision des mesures.
Les composants d’alliage influencent les propriétés magnétiques et électriques des pièces, ce qui peut modifier les signaux des courants de Foucault et compromettre la précision des mesures. Il est recommandé de réaliser un contrôle préalable des mélanges de matériaux pour s'assurer que la composition est adaptée avant le durcissement. Les systèmes de contrôle par courants de Foucault permettent d’effectuer cette analyse tout en servant au contrôle de la dureté, offrant une solution polyvalente.
Lors des essais de dureté par courants de Foucault, il est crucial de tenir compte des facteurs environnementaux pouvant altérer la qualité des mesures. Les perturbations potentielles comprennent :
Champs magnétiques parasites : des moteurs électriques puissants présents dans l’environnement de production peuvent générer des champs magnétiques indésirables, interférant avec les signaux de mesure et compromettant la précision des résultats.
Modifications imprévues de la ligne de production : par exemple, le remplacement d'une pince en matériau non magnétique par une pince magnétique peut modifier la distribution du champ de la bobine d'essai, perturbant ainsi le processus de mesure.
Un autre exemple est le remplacement d'une bande transporteuse par une autre ayant une conductivité différente. Ce changement influe directement sur les champs magnétiques générés, et donc sur la fiabilité des signaux de mesure.
Pour garantir la précision et la stabilité des essais :
Sélection des matériaux adaptée : Dès la conception de l’environnement d’essai, il est essentiel de choisir des matériaux dont les propriétés électriques et magnétiques n’interfèrent pas avec les mesures.
Réévaluation après modification : Toute modification de l’équipement ou de la chaîne de production doit être suivie d’un processus d’approbation rigoureux, incluant une vérification des résultats et de la stabilité des essais.
La prise en compte proactive des influences environnementales dans le cadre de la production contribue à garantir des mesures fiables et une qualité constante dans les essais par courants de Foucault.
FOERSTER propose des solutions éprouvées et performantes pour les essais de dureté, notamment avec les systèmes MAGNATEST D et le MAGNATEST ECM. Ces équipements, reconnus pour leur fiabilité, sont utilisés depuis de nombreuses années avec succès dans divers contextes.
Grâce à leur grande flexibilité, ces systèmes s’adaptent à des usages variés :
FOERSTER travaille actuellement sur le développement du MAGNATEST CM, successeur du MAGNATEST ECM. Ce nouvel appareil promet d’incorporer des améliorations techniques et fonctionnelles pour répondre aux exigences croissantes des tests de dureté. Sa disponibilité prochaine offrira aux utilisateurs une solution encore plus avancée et adaptée aux besoins modernes.