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Procédé de contrôle d'une soudure bout à bout de bandes métalliques.
La présente invention concerne un procédé de contrôle d'une soudure bout à bout de bandes métalliques.
Il convient d'indiquer d'emblée que le terme"bande métallique"est utilisé d'une manière générique, dans la présente invention, pour désigner des produits plats, laminés à chaud ou à froid, dont l'épaisseur est inférieure à 10 mm et est de préférence comprise entre 0,2 mm et 5 mm. Ces produits peuvent se présenter sous la forme de bandes, généralement enroulées en bobines, mais aussi sous forme de tôles individuelles de dimensions quelconques. Ils sont de préférence en acier, mais ils peuvent également être en tout autre métal ou alliage métallique soudable.
Parmi les nombreuses applications qui font appel au soudage bout à bout de bandes métalliques, la description qui va suivre sera plus spécialement consacrée à l'assemblage de bandes d'acier en un ruban ininterrompu destiné à un processus continu.
A l'heure actuelle, on utilise de plus en plus des processus continus pour la fabrication ou le traitement de bandes métalliques, en particulier de bandes d'acier. A titre d'exemple, on citera notamment le laminage, à chaud ou à froid, le décapage, le recuit et le revêtement des bandes. Pour permettre la mise en oeuvre de ces processus continus, il est de pratique courante d'assembler les bandes individuelles bout à bout par soudage, de façon à former une bande continue, de longueur théoriquement illimitée. La qualité des soudures d'assemblage des bandes joue un rôle capital dans le bon déroulement de ces processus continus. En effet, elle conditionne la résistance de la bande continue aux efforts de traction longitudinale qui assurent la progression de celle-ci.
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Actuellement, ces soudures sont contrôlées de façon très rudimentaire au niveau industriel. Ce contrôle consiste fréquemment en un rapide examen visuel effectué par un opérateur et présentant dès lors d'importants risques d'erreur et d'incertitude ; il ne fournit aucune information sur la santé interne de la soudure. Il en résulte qu'en l'absence d'un contrôle objectif et fiable des soudures, il se produit des ruptures de bande qui provoquent des arrêts de longue durée des installations de production. En outre, le manque de confiance dans la qualité des soudures entraîne un ralentissement des lignes de fabrication ou de traitement.
La présente invention a pour but de porter remède aux inconvénients précités, en proposant un procédé objectif, rapide et fiable, de contrôle d'une soudure bout à bout de bandes métalliques. Le procédé de l'invention peut être appliqué immédiatement après le soudage, alors que la soudure est encore chaude, de sorte qu'il permet de corriger sans délai une soudure défectueuse.
Elle est basée sur une comparaison de la soudure examinée avec une zone de la bande non affectée par la soudure, dite zone de référence.
Conformément à la présente invention, un procédé de contrôle d'une soudure bout à bout de bandes métalliques, est caractérisé en ce que l'on scrute la soudure au moyen d'impulsions d'ondes ultrasonores, en ce que l'on capte les impulsions réfléchies par la soudure, et en ce que l'on compare au moins un des paramètres caractéristiques d'au moins une desdites impulsions réfléchies avec le paramètre correspondant d'une impulsion identique réfléchie par une zone de référence de la bande métallique.
Suivant une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, on mesure la période d'écho de ladite impulsion réfléchie et on la compare à la période d'écho d'une impulsion réfléchie par la zone de référence.
Il est apparu que la qualité d'une soudure devient insuffisante
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lorsque la période d'écho de la soudure examinée est plus longue d'au moins 5 s que la période d'écho de la zone de référence. On peut alors, conformément à l'invention, commander l'exécution d'une nouvelle opération de soudage au point jugé défectueux.
Suivant une autre mise en oeuvre du procédé de l'invention, on mesure le temps nécessaire à l'amortissement, c'est-à-dire à la décroissance et la disparition des échos de réflexions multiples pour la soudure examinée, et on le compare à celui que l'on observe avec la zone de référence.
On a constaté que la décroissance et la disparition des échos de réflexions multiples étaient beaucoup plus rapides dans une soudure saine que dans une soudure défectueuse. Le rapport particulier destemps d'amortissement sera avantageusement choisi dans chaque cas en fonction de la qualité de soudure désirée. D'une manière générale, on peut indiquer que la soudure examinée est défectueuse si son temps d'amortissement est au moins égal à 10 fois, et de préférence à 3 fois, le temps d'amortissement d'une soudure de référence.
Egalement selon l'invention, on peut encore comparer la courbe enveloppe d'une impulsion réfléchie respectivement par la soudure examinée et par la zone de référence. Cette comparaison peut d'ailleurs porter sur la totalité, ou sur une partie seulement, de la courbe enveloppe ; dans ce dernier cas, il va de soi qu'il faut comparer des parties de courbe enveloppe correspondant à une même période de temps.
Toujours selon l'invention, on utilise de préférence des ondes ultrasonores qui se propagent suivant une direction perpendiculaire à la surface des bandes.
L'invention va maintenant être exposée de manière plus détaillée, à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre illustré par les dessins annexés, dans lesquels la Figure 1 représente schématiquement un assemblage composé de deux tronçons de bandes soudés bout à bout, sur lequel on a
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indiqué plusieurs points de contrôle ; la Figure 2 montre le tracé du signal représentatif d'une impulsion correspondant à un premier point de contrôle, après ré- flexion en ce point, pour une soudure saine et pour une soudure défectueuse ; la Figure 3 montre le tracé du signal représentatif d'une impulsion correspondant à un deuxième point de contrôle, après ré- flexion en ce point, pour une soudure saine et pour une soudure défectueuse, avec la représentation des courbes enveloppes de ces signaux ;
et la Figure 4 présente une comparaison des courbes enveloppes tracées dans la figure 3.
La figure 1 représente schématiquement un assemblage soudé, composé de deux tronçons de bande assemblés bout à bout par soudage à l'arc, de manière conventionnelle. Les deux tronçons de bande sont désignés respectivement par les repères numériques 1 et 2, tandis que le repère 3 désigne la soudure qui les assemble. Les points 4 et 6 sont des points de la soudure où l'on a effectué un contrôle par le procédé de l'invention ; le point 5 est un point d'un tronçon de bande, voisin de la soudure 3, où l'on a effectué le contrôle de référence.
Les échantillons étaient constitués de tronçons de bandes d'acier laminées à froid, d'une épaisseur de 1,47 mm. Les soudures ont été contrôlées au moyen d'ondes ultrasonores ayant une fréquence F = 4 MHz, elles-mêmes pulsées à basse fréquence.
Chaque essai a porté sur deux échantillons constitués de manière identique, mais dont l'un comportait une soudure saine et l'autre une soudure défectueuse, obtenue en déréglant la machine de soudage. On a enregistré les signaux représentatifs des impulsions réfléchies aux différents points de contrôle 4,5 et 6.
La figure 2 montre les enregistrements obtenus au point 4 : la figure 2a correspond à la soudure saine, la figure 2c à la soudure défectueuse, et la figure 2b au point 5 de la bande.
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La figure 2a montre clairement que, pour la soudure saine, la période d'écho d'une impulsion est d'environ 5 us ; par contre, la soudure défectueuse produit une période d'écho d'environ 10 ils, comme l'indique la figure 2c. Cette nette différence de durée des périodes d'écho permet de distinguer une soudure défectueuse d'une soudure saine. Par comparaison, l'enregistrement obtenu au point 5 ne fait apparaître aucun écho dans l'impulsion réfléchie, représentée dans la figure 2b.
La figure 3 reproduit les enregistrements obtenus aux points 5 et 6, à une échelle plus petite que dans la figure 2, pour montrer la totalité d'une impulsion réfléchie dans les trois cas. Dans la figure 3a, on observe que l'onde s'amortit très rapidement après le premier écho ; la durée d'amortissement ne dépasse pas 20 gs. Cette durée est encore plus courte, et sans écho, dans la bande (figure 3b). Par contre, la soudure défectueuse provoque une durée d'amortiss qui dépasse 50 s (figure 3c). On constate que les périodes d'écho sont sensiblement égales à celles de la figure 2.
En outre, la figure 3 présente, en d, e, f, les courbes enveloppes des enregistrements a, b, c. Ces tracés soulignent nettement la présence de plusieurs échos dans la courbe f représentant la soudure défectueuse, et la prolongation de l'amortissement qui en résulte.
Dans la figure 4, on compare les courbes enveloppes des figures 3 d, e, f.
La superposition de ces courbes, représentée à la figure 4g, montre que, malgré la présence du premier écho dans la courbe d, les courbes d (soudure saine) et e (bande) présentent une allure comparable. Par contre, la courbe g (soudure défectueuse) s'en distingue nettement par une série d'échos secondaires, qui prolongent la durée d'amortissement.
Cette différence apparaît clairement lorsque l'on compare des
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portions de courbes comprises par exemple entre 15 gs et 35 gs (figures 4h, 4i) : les courbes (d) et (e) sont pratiquement superposables (figure 4h), tandis que la courbe (f) présente d'importantes variations par rapport à la courbe (e) (figure 4 i).
Dans le présent exemple, le contrôle des soudures a été effectué en quelques points discrets, dans le but d'illustrer le principe du procédé.
Il ne sortirait évidemment pas du cadre de l'invention d'effectuer ce contrôle d'une manière continue sur toute la longueur d'une soudure, ou même sur une partie seulement de cette longueur. De même, l'invention englobe l'exécution de ces contrôles aussi bien sur des soudures refroidies que sur des soudures encore chaudes. Dans ce dernier cas, le contrôle peut être effectué immédiatement après l'opération de soudage des bandes, éventuellement au moyen d'un capteur qui n'entre pas en contact avec la soudure.