FR2703461A1 - Procédés et appareils de mesure, d'uniformisation, de réglage, de nettoyage, de fabrication et de polissage. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de mesure non destructive d'un rapport de sections. Elle se rapporte à un procédé de mesure d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique (27) qui comprend la mémorisation préalable de valeurs de résistance électrique du premier et du second matériau, la mesure de la résistance électrique du fil électrique (27), le calcul d'un rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau, et le déplacement du fil électrique (27) recouvert d'un métal de façon continue pour la mesure de la distribution du rapport de sections dans la direction longitudinale du fil électrique (27) recouvert d'un métal. Application au contrôle des fils électriques.
Description
La présente invention concerne des procédés de mesure, d'ajustement et d'uniformisation du rapport des sections d'un fil électrique recouvert d'un métal, un procédé de nettoyage d'un fil électrique, un procédé de fabrication d'un fil électrique recouvert d'un métal, un appareil de mesure d'un rapport des sections d'un fil électrique recouvert d'un métal, et un appareil de polissage électrolytique d'un fil électrique recouvert d'un fil.
Elle concerne plus précisément un procédé de mesure non destructive d'un rapport des sections d'une partie d'un premier matériau et d'une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal ayant une partie d'âme qui comprend le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée d'un second matériau et qui recouvre la partie d'âme, un procédé d'ajustement du rapport des sections par polissage électrolytique, un procédé d'uniformisation de la section dans la direction longitudinale, un procédé de nettoyage d'une partie de couche superficielle d'un fil électrique ayant une surface métallique par polissage électrolytique, un procédé de fabrication d'un fil électrique recouvert d'un métal par polissage électrolytique, un appareil de mesure du rapport des sections d'un fil électrique recouvert d'un métal, de manière non destructive, et un appareil de polissage électrolytique destiné à dissoudre une partie de couche superficielle d'un fil électrique recouvert d'un métal par polissage électrolytique.
Parmi les fils électriques recouverts d'un métal ayant des parties d'âme qui sont recouvertes de couches métalliques de recouvrement, un fil supraconducteur métallique, par exemple un fil supraconducteur de NbTi recouvert de Cu, par exemple, est formé par un matériau de stabilisation de cuivre ou d'un alliage de cuivre et par un matériau supraconducteur enrobé afin que la protection du circuit soit assurée lors de la suppression de l'état supraconducteur.
Dans ce cas, un fil ayant une seule âme comprend une partie d'âme constituée uniquement d'un matériau supraconducteur, et une couche de recouvrement formée de cuivre ou d'un alliage de cuivre. Par ailleurs, un fil ayant plusieurs âmes comporte une partie d'âme constituée d'un matériau supraconducteur enrobée dans un matériau de stabilisation, et une couche de recouvrement de la partie d'âme.
Un fil supraconducteur ayant une telle structure est fabriqué en général de la manière suivante par exemple.
La figure 13 est un ordinogramme des étapes de fabrication d'un fil supraconducteur à une seule âme de
NbTi. Les figures 14 à 16 représentent des étapes respectives de fabrication de ce fil supraconducteur à une seule âme de NbTi. Parmi ces figures, les figures 14 et 16 sont des vues en perspective et la figure 15 une coupe.
NbTi. Les figures 14 à 16 représentent des étapes respectives de fabrication de ce fil supraconducteur à une seule âme de NbTi. Parmi ces figures, les figures 14 et 16 sont des vues en perspective et la figure 15 une coupe.
On se réfère d'abord aux figures 13 et 14 ; une tige 1 d'alliage de NbTi est préparée à partir de matières premières et est chargée dans un tube cylindrique 3 de cuivre destiné à être utilisé comme matériau de stabilisation du fil à une seule âme, et le tube 3 de cuivre est évacué avec un recouvrement 5 de cuivre et est fermé de manière étanche par soudage par faisceau d'électrons. Un matériau composite supraconducteur obtenu de cette manière est appelé "billette". Cette billette a une section pratiquement analogue à celle du fil finale à une seule âme.
On se réfère à la figure 15 ; le diamètre du fil de cette billette 7 est réduit de 50 à 30 * dans une presse à filer 9.
On se réfère à la figure 16 ; un corps 11 brut de filage subit la réduction finale au diamètre du fil final dans un banc 13 d'étirage de fil.
Ainsi, la surface du fil supraconducteur obtenu est propre. Cette étape est exécutée en général par nettoyage à l'acide assurant une dissolution chimique de la surface.
Plus précisément, le nettoyage à l'acide est réalisé par préparation d'un récipient contenant de l'acide dans une chaîne comprenant des mécanismes débiteur et récepteur et par passage du fil dans cette chaîne par plongée continue du fil dans l'acide, si bien que sa surface se dissout.
L'amplitude de dissolution est ajustée par la concentration de l'acide et la durée de trempage du fil dans l'acide (longueur du récipient et vitesse du fil dans la chaîne de fabrication). L'acide utilisé est préparé à partir d'acide sulfurique dans le cas d'un fil supraconducteur recouvert de cuivre par exemple.
Après le nettoyage précité, un fil supraconducteur à une seule âme est obtenue.
La figure 17 est un ordinogramme représentant des étapes de fabrication d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes de NbTi. La figure 18 est une vue en perspective représentant une étape parmi celles de la fabrication d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes de NbTi.
On se réfère aux figures 17 et 18 ; des fils 15 à une seule âme sont formés avec des sections hexagonales par une filière, coupés et nettoyés, puis le nombre nécessaire de ces fils 15 à une seule âme sont chargés simultanément dans un tube 3 de cuivre qui est lui-même mis sous vide avec une couverture 5 de cuivre et soudé par soudage par un faisceau d'électrons afin qu'une billette à plusieurs âmes soit préparée.
La billette est alors transmise à une presse à filer comme dans le cas de la fabrication d'un fil à une seule âme, elle subit un éclairage répété et un traitement thermique répété, et elle est soumise à la formation de torons ou analogues afin qu'un fil supraconducteur à plusieurs âmes soit obtenu.
Dans le fil supraconducteur recouvert de cuivre ainsi obtenu, le rapport des sections (rapport des sections
Cu/SC, SC désignant le matériau supraconducteur) du cuivre ou de l'alliage de cuivre et d'un matériau supraconducteur tel que NbTi est en général appelé "rapport de cuivre". Ce rapport de cuivre, qui est une valeur caractéristique importante représentant la stabilité du fil supraconducteur, est spécifié avec précision suivant l'application du fil supraconducteur.
Cu/SC, SC désignant le matériau supraconducteur) du cuivre ou de l'alliage de cuivre et d'un matériau supraconducteur tel que NbTi est en général appelé "rapport de cuivre". Ce rapport de cuivre, qui est une valeur caractéristique importante représentant la stabilité du fil supraconducteur, est spécifié avec précision suivant l'application du fil supraconducteur.
De manière générale, ce rapport de cuivre, c ' est-à- dire le rapport de sections Cu/SC (matériau supraconducteur), appelé simplement dans la suite "rapport de sections", est mesuré de la manière suivante.
D'abord, une partie d'extrémité d'un fil supraconducteur composite de cuivre Cu est échantillonnée et son poids est mesuré. Ensuite, une partie d'un matériau de stabilisation de Cu ou d'un alliage de Cu est retirée du fil supraconducteur recouvert de cuivre, et le poids de la partie restante du matériau supraconducteur est mesurée. Le rapport des sections Cu/SC est obtenu à partir du poids total et du poids de la partie de matériau supraconducteur du fil supraconducteur recouvert de cuivre qui a été échantillonné, par le calcul.
D'autre part, ce rapport de cuivre est ajusté de la manière suivante. Une matière composite supraconductrice appelée billette peut être considérée comme ayant une section analogue à celle du fil supraconducteur cible final. En conséquence, l'épaisseur du tube de cuivre et la quantité du matériau supraconducteur qui doit être introduite sont ajustées afin qu'elles correspondent au rapport cible finale de cuivre lors de la fabrication de la billette.
Cependant, la fabrication précitée du fil supraconducteur pose les divers problèmes suivants.
Lorsque le rapport de cuivre d'un fil supraconducteur est mesuré par un procédé classique, seul un rapport de sections Cu/SC à l'extrémité d'un fil supraconducteur recouvert de cuivre peut être mesuré, puisque la partie cible est échantillonnée et mesurée de manière destructive.
Lorsque le rapport de sections Cu/SC est mesuré par ce procédé classique lors du contrôle de qualité d'un fil supraconducteur recouvert de Cu brut de fabrication, ce fil supraconducteur global recouvert de cuivre doit par exemple être coupé et retiré lorsqu'une valeur mesurée dans sa partie d'extrémité n'est pas comprise dans une plage permise. Ainsi, le rendement est réduit dans ce cas. En particulier, le rapport de sections Cu/SC varie facilement à la partie d'extrémité du fil supraconducteur, et on a considéré que l'estimation du rapport de sections Cu/SC du fil dans son ensemble d'après la valeur mesurée dans la partie d'extrémité posait des problèmes.En conséquence, on a reconnu de façon générale la dispersion du rapport du cuivre dans un essai destructif sur toute la longueur au cours d'une expérience, mais cette reconnaissance ne peut pas être appliquée à l'inspection des produits. Ainsi, le rapport de cuivre au milieu du fil produit ne peut pas être mesuré.
En outre, lorsque le rapport de cuivre d'un fil supraconducteur doit être ajusté par le procédé classique, ce rapport doit être déterminé lors de la fabrication d'une billette puisque seule une structure en coupe analogue à celle du fil cible est obtenue par travail dégressif. Plus précisément, il est nécessaire de fabriquer des billettes ayant des rapports différents de cuivre pour fabriquer des fils supraconducteurs ayant différents rapports de cuivre, et en conséquence les étapes de fabrication sont compliquées.
Lorsque la surface d'un fil électrique est nettoyée ou lorsque les matières étrangères sont retirées de la surface par un procédé classique d'autre part, le problème suivant se pose. Une dissolution uniforme ne peut pas être obtenue dans le nettoyage classique par un acide, car le pouvoir dissolvant de l'acide est réduit au cours du nettoyage. En outre, il faut un temps extrêmement long pour réaliser la dissolution nécessaire à ltextraction des matières étrangères étant donné l'insuffisance de la valeur absolue de la dissolution en surface simultanément.
Lorsqutun fil supraconducteur est fabriqué par un procédé classique en outre, une déformation non uniforme du matériau est provoquée dans une filière qui applique une pression élevée, notamment lors du filage d'une billette, avec dispersion du rapport du cuivre dans le fil supraconducteur brut de fabrication.
On suppose que cette dispersion du rapport du cuivre est due au mécanisme suivant.
Les figures 19 à 21 sont des coupes représentant des états d'un fil supraconducteur pendant un filage.
Lorsqu'une billette comportant une partie d'âme 17, constituée d'un matériau supraconducteur enrobé dans du cuivre utilisé comme matériau de stabilisation qui est recouvert d'une partie 19 de couverture de cuivre est filée suivant la flèche 23 dans une filière 21 comme représenté sur la figure 19, la partie 19 de couverture de cuivre ne peut pas fluer de manière satisfaisante avec la partie d'âme 17 dans la filière 21 dans la première étape de filage étant donné la différence de résistance mécanique et la relation entre les positions de la partie d'âme 17 et de la partie 19 de recouvrement de cuivre.
En conséquence, la partie 19 de recouvrement de cuivre avance vers l'arrière comme si elle était raclée, comme indiqué sur la figure 20.
Ensuite, le cuivre transmis vers l'arrière reste indépendamment de la partie d'âme 17 et forme l'inconvénient appelé "talus" 25 comme indiqué sur la figure 21.
La figure 22 est une coupe longitudinale représentant l'état du fil supraconducteur brut de filage.
On se réfère à la figure 22 ; la partie 19 de recouvrement de cuivre du fil supraconducteur brut de filage comporte une partie 29 amincie du fait de l'avance du cuivre vers l'arrière et du talus 25 de cuivre. En conséquence, un tel fil supraconducteur a une dispersion du rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau, et, en conséquence, du rapport de cuivre dans la direction longitudinale.
Le rapport de cuivre est strictement déterminé en fonction de l'application du fil supraconducteur, comme indiqué précédemment, si bien qu'un courant circule dans le cuivre utilisé comme matériau de stabilisation lorsqu'un état supraconducteur du produit disparaît. Si le rapport du cuivre présente une dispersion de diamètre de fil cible en direction longitudinale, le problème suivant se pose.
Lorsque le rapport de cuivre est faible, le courant ne peut pas passer en dérivation vers le cuivre lors de la rupture de l'état supraconducteur puisque la section du cuivre est trop faible, et ceci peut provoquer une panne importante telle qu'un grillage du fil. Si le rapport de cuivre est faible en outre, la section de la partie supraconductrice augmente. Plus précisément, un étirage voulu ne peut pas être obtenu suffisamment sur chaque filament supraconducteur si bien qu'une valeur critique du courant peut ne pas être obtenue.Lorsque le rapport de cuivre est élevé d'autre part, la section de la partie supraconductrice importante est réduite si bien que cette partie ellemême peut ne pas permettre le passage de la valeur critique du courant
La présente invention a pour objet la solution des problèmes précités et la mise à disposition d'un procédé de mesure du rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d' un métal, la partie d'âme comprenant le matériau et une couche de recouvrement métallique formée du second matériau recouvrant la partie d'âme.
La présente invention a pour objet la solution des problèmes précités et la mise à disposition d'un procédé de mesure du rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d' un métal, la partie d'âme comprenant le matériau et une couche de recouvrement métallique formée du second matériau recouvrant la partie d'âme.
La présente invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé d'ajustement du rapport de sections d'une partie d'un premier matériau et d'une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal après filage du fil.
La présente invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé d'uniformisation d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal, dans la direction longitudinale.
La présente invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé de nettoyage efficace d'une surface de fil électrique ayant une surface métallique, en un temps court.
La présente invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé de fabrication d'un fil supraconducteur par polissage électrolytique.
La présente invention a aussi pour objet la réalisation d'un appareil de mesure non destructive d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal.
L'invention a aussi pour objet la réalisation d'un appareil de polissage électrolytique d'un fil électrique.
Dans un aspect, la présente invention concerne un procédé de mesure non destructive d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal ayant une partie d'âme comprenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme.Ce procédé comprend une étape de mémorisation préalable de valeurs de résistance électrique du premier et du second matériau respectivement, une étape de mesure de la résistance électrique du fil électrique recouvert d'un métal dans une région de longueur prescrite, une étape de calcul d'un rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau dans la région de longueur prescrite d'après les valeurs préalablement mémorisées de résistance électrique du premier et du second matériau et de la résistance électrique mesurée en réalité pour le fil électrique recouvert d'un métal, et une étape de déplacement du fil électrique recouvert d'un métal de façon continue dans sa direction longitudinale pour la mesure de la distribution du rapport de sections dans la direction longitudinale du fil électrique recouvert d'un métal.
De préférence, l'étape de mesure de la résistance électrique du fil électrique recouvert d'un métal comprend une étape de transmission d'un courant dans la région de longueur prescrite du fil électrique recouvert d'un métal à l'aide d'une paire de premières électrodes, et une étape de mesure d'une tension apparaissant dans la région de longueur prescrite du fil électrique recouvert de métal par l'intermédiaire d'une paire de secondes électrodes qui sont placées à l'intérieur de la paire de premières électrodes, et une étape de calcul de la résistance électrique de la région de longueur prescrite dans le fil électrique recouvert de métal en fonction de la valeur du courant appliqué et de la valeur de la tension mesurée.
De préférence, le premier matériau est un matériau supraconducteur et le second du cuivre ou un alliage de cuivre. Dans ce cas, la partie d'âme d'un fil ayant une seule âme est formée uniquement d'un matériau supraconducteur, alors que la partie d'âme d'un fil ayant plusieurs âmes comprend un matériau conducteur et un matériau de stabilisation formé de cuivre ou d'alliage de cuivre.
Dans un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'ajustement du rapport de sections d'une partie d'un premier matériau et d'une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal ayant la partie d'âme comprenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme, par dissolution d'une partie de couche superficielle de la couche de recouvrement par polissage électrolytique.
De préférence, un électrolyte est électrolysé à l'aide d'une anode formée du fil électrique et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse dans le polissage électrolytique, si bien qu'une partie de couche superficielle du fil électrique utilisé comme anode est dissoute.
De préférence, le procédé d'électrolyse comprend une étape de déplacement continu du fil électrique dans sa direction longitudinale afin qu'il circule constamment dans le bain d'électrolyse, et une étape d'électrolyse de l'électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique et plongée dans le bain d'électrolyse et d'une cathode du métal placée dans le bain d'électrolyse afin que la partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode soit dissoute.
De préférence, le second matériau est un métal choisi dans le groupe qui comprend le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre et le nickel, ou un de leurs alliages.
De préférence, le premier matériau est un matériau supraconducteur et le second le cuivre ou un alliage de cuivre.
Dans un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'uniformisation d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal par dissolution d'une partie de couche de surface de la couche de recouvrement du fil électrique recouvert d'un métal ayant la partie d'âme comprenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie du premier matériau, par polissage électrolytique afin que le rapport de sections de la partie du premier matériau et de la partie du second matériau soit uniformisé dans la direction longitudinale.
De préférence, un électrolyte est électrolysé à l'aide d'une anode formée du fil électrique et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse pendant le polissage électrolytique, si bien qu'une partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode est dissoute.
De préférence, le polissage électrolytique comprend une étape de déplacement continu du fil électrique dans sa direction longitudinale afin qu'il passe de façon continue dans le bain d'électrolyse, et une étape d'électrolyse de l'électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique et plongée dans le bain d'électrolyse et d'une cathode du métal placée dans le bain d'électrolyse afin qu'une partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode soit dissoute.
De préférence, la valeur du courant appliqué à l'électrolyte varie afin que l'amplitude de la dissolution de la partie de couche de surface du fil électrique soit réglée.
De préférence, le second matériau est un métal choisi dans le groupe qui comprend le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre et le nickel, ou un de leurs alliages.
De préférence, le premier matériau est un matériau supraconducteur et le second est du cuivre ou un alliage de cuivre.
Dans un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé de nettoyage d'un fil électrique par extraction d'une partie de couche de surface du fil électrique ayant une surface métallique par polissage électrolytique.
De préférence, un électrolyte est électrolysé à l'aide d'une anode formée du fil électrique et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse, pendant le polissage électrolytique, si bien qu'une partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode est dissoute.
De préférence, le polissage électrolytique comporte une étape de déplacement continu du fil électrique dans sa direction longitudinale afin qu'il circule de façon continue dans le bain d'électrolyse, et une étape d'électrolyse de l'électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique et plongée dans le bain d'électrolyse et d'une cathode du métal placée dans le bain d'électrolyse afin que la partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode soit dissoute.
De préférence, le métal est choisi dans le groupe qui comprend le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre et le nickel, ou un de leurs alliages.
De préférence le fil électrique comporte une partie d'âme contenant un matériau supraconducteur, et une couche de recouvrement formée de cuivre ou d'un alliage de cuivre recouvrant la partie d'âme.
Dans un autre aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un fil électrique recouvert d'un métal. Ce procédé comprend une étape de chargement d'un tube métallique formé d'un second matériau avec un premier matériau destiné à former une âme contenant un premier matériau, pour la préparation d'une billette, une étape de filage de la billette ainsi préparée, une étape de filage du corps brut de filage pour la préparation d'un fil électrique recouvert d'un métal, et une étape d'extraction d'une partie de couche de surface du fil électrique par polissage électrolytique.
De préférence, un électrolyte est électrolysé à l'aide d'une anode formée du fil électrique et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse au cours du polissage électrolytique, si bien qu'une partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode est dissoute.
De préférence, le polissage électrolytique comporte une étape de déplacement continu du fil électrique dans sa direction longitudinale afin qu'il passe de façon continue dans le bain d'électrolyse, et une étape d'électrolyse de l'électrolyte avec une anode formée du fil électrique et plongée dans le bain d'électrolyse et une cathode du métal placée dans le bain d'électrolyse afin que la partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode soit dissoute.
De préférence, le procédé comporte en outre une étape de mesure d'un état de distribution du rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau dans la direction longitudinale du fil électrique.
De préférence, l'amplitude d'extraction de la partie de couche de surface est ajustée d'après l'état mesuré de distribution du rapport de sections afin que le rapport de sections soit uniformisé dans la direction longitudinale au cours de l'étape d'extraction d'une partie de couche de surface du fil électrique par polissage électrolytique.
De préférence, l'amplitude d'extraction de la partie de couche de surface est ajustée par changement de la valeur du courant appliqué à l'électrolyte.
De préférence, la quantité d'extraction de la partie de couche de surface est ajustée par variation de la vitesse de déplacement du fil électrique.
De préférence, le procédé comprend une étape de filage supplémentaire du fil électrique ayant subi le polissage électrolytique afin que le diamètre du fil électrique soit uniformisé dans sa direction longitudinale.
De préférence, la partie de couche de surface est retirée par polissage électrolytique jusqu a ce que le rapport de sections de la partie du premier matériau et de la partie du second matériau du fil électrique atteigne une valeur prescrite.
De préférence, la couche de surface est retirée par polissage électrolytique afin que les défauts de la surface du fil électrique et les matières étrangères qui adhèrent à celui-ci soient suffisamment retirés.
De préférence, le fil électrique possède une partie d'âme contenant un matériau supraconducteur et une couche de recouvrement formée de cuivre ou d'un alliage de cuivre recouvrant la partie d'âme.
De préférence, une densité de courant en surface du fil électrique est réglée entre 1 et 200 A/dm2 au cours du polissage électrolytique.
Dans un autre aspect, l'invention concerne un appareil de mesure non destructive d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal ayant la partie d'âme qui contient le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme.Cet appareil comprend un dispositif destiné à mémoriser au préalable des valeurs de résistance électrique du premier et du second matériau respectivement, une paire de premières électrodes destinées à transmettre un courant à une région de longueur prescrite du fil électrique recouvert d'un métal, une paire de secondes électrodes placées à l'intérieur de la paire de premières électrodes et destinées à mesurer une tension qui apparaît dans la région de longueur prédéterminée du fil électrique recouvert d'un métal, un dispositif de calcul de la résistance électrique du fil électrique recouvert d'un métal dans la région de longueur prescrite en fonction de la valeur du courant appliqué et de la valeur de tension mesurée, et un dispositif de calcul d'un rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau dans la région de longueur prescrite d'après les valeurs de résistance électrique précédemment mémorisées pour le premier et le second matériau et de la résistance électrique mesurée et calculée du fil électrique recouvert d'un métal.
De préférence, l'appareil comporte en outre un dispositif destiné à déplacer de façon continue le fil électrique recouvert de métal dans sa direction longitudinale afin qu'il mesure la distribution du rapport de sections du fil électrique recouvert de métal dans la direction longitudinale.
Dans un autre aspect, la présente invention concerne un appareil de polissage électrolytique d'un fil électrique. L'appareil comprend un bain d'électrolyse contenant un électrolyte, un dispositif de déplacement constant d'un fil électrique ayant une surface métallique, dans sa direction longitudinale, afin que le fil passe constamment dans le bain d'électrolyse, un dispositif d'anodisation du fil électrique, un organe métallique placé dans le bain d'électrolyse et destiné à être utilisé comme cathode, et un dispositif destiné à créer une différence de potentiel entre le fil électrique et l'organe métallique afin qu'une partie de couche de surface du fil électrique soit dissoute par polissage électrolytique.
De préférence, le bain d'électrolyse contient des rouleaux d'enroulement du fil électrique qui passe dans le bain d'électrolyse.
De préférence, le dispositif de déplacement du fil électrique comporte un dispositif qui permet une variation de sa vitesse.
De préférence, l'appareil comporte en outre un dispositif qui permet le changement de l'intensité du courant appliqué à l'électrolyte.
Dans un autre aspect, la présente invention concerne un appareil d'uniformisation d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal ayant une partie d'âme contenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme dans sa direction longitudinale.
Cet appareil comprend un dispositif destiné à mémoriser au préalable des valeurs de résistance électrique du premier et du second matériau respectivement, une paire de premières électrodes destinées à transmettre un courant à une région de longueur prescrite du fil électrique recouvert d'un métal, une paire de secondes électrodes placées à l'intérieur de la paire de premières électrodes et destinées à mesurer une tension créée dans la région de longueur prescrite du fil électrique recouvert d'un métal, un dispositif de calcul de la résistance électrique du fil électrique recouvert d'un métal dans la région de longueur prescrite en fonction de la valeur du courant appliqué et de la valeur de la tension mesurée, un dispositif de calcul d'un rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau dans la région de longueur prescrite en fonction des valeurs préalablement mémorisées de résistance électrique du premier et du second matériau et de la résistance électrique réellement mesurée/calculée pour le fil électrique recouvert d'un métal, un bain d'électrolyse contenant un électrolyte, un dispositif d'anodisation du fil électrique, un organe métallique disposé dans le bain d'électrolyse et destiné à être utilisé comme cathode, un dispositif destiné à provoquer l'apparition d'une différence de potentiel entre le fil électrique et l'organe métallique afin qu'une partie de couche de surface du fil électrique soit dissoute par polissage électrolytique, un dispositif de déplacement constant du fil électrique dans sa direction longitudinale afin qu'il passe de façon continue dans le bain d'électrolyse à la suite de la mesure du rapport de sections, et un dispositif de réglage de l'amplitude de dissolution de la partie de couche de surface du fil électrique en fonction du résultat de la mesure du rapport de sections.
Dans un premier aspect de l'invention, il est possible de mesurer le rapport de sections de la partie du premier matériau et de la partie du second matériau du fil électrique recouvert d'un métal d'une manière non destructive. Ainsi, le rapport de sections peut être mesuré en position quelconque, alors que la distribution, sur toute la longueur du fil électrique, peut aussi être mesurée au cours d'une mesure continue.
Lorsque la présente invention est appliquée au contrôle de qualité pendant la fabrication d'un fil supraconducteur ou analogue par exemple, une partie défectueuse peut être déterminée si bien que le rendement de fabrication peut être accru par enlèvement de la partie défectueuse, sans perte.
En outre, la présente invention s'applique non seulement à un produit final mais aussi à un fil électrique recouvert d'un métal ayant un diamètre intermédiaire pendant les étapes de fabrication. En conséquence, la présente invention peut s'appliquer efficacement aussi à la fabrication d'un fil électrique ayant un rapport uniforme de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau.
Selon la présente invention, le rapport de sections de la partie du premier matériau et de la partie du second matériau est calculé d'après l'équation suivante (1), obtenue à partir des valeurs de résistance électrique préalablement mémorisées pour le premier et le second matériau et la résistance électrique réellement mesurée pour le fil électrique recouvert d'un métal
Rapport de sections = {(R.S/psc) - L}/{L - (R.S/pcu)} (1)
R = V/{I.(1 + α;)(T - 20)}, et V représente la tension mesurée, I un courant d'excitation, a un coefficient de variation de la résistance avec la température (/ C) à masse constante, à une température de 20 C comme référence, T représente la température du fil, S désigne la section du fil, L désigne une longueur entre prises, psc désigne la résistivité du premier matériau et pcu désigne la résistivité du second matériau.
Rapport de sections = {(R.S/psc) - L}/{L - (R.S/pcu)} (1)
R = V/{I.(1 + α;)(T - 20)}, et V représente la tension mesurée, I un courant d'excitation, a un coefficient de variation de la résistance avec la température (/ C) à masse constante, à une température de 20 C comme référence, T représente la température du fil, S désigne la section du fil, L désigne une longueur entre prises, psc désigne la résistivité du premier matériau et pcu désigne la résistivité du second matériau.
On décrit maintenant l'équation (1).
On suppose que R représente la résistance du fil électrique recouvert de métal, Rcu représente celle du second matériau et Rsc celle du premier matériau.
Dans le cas d'une matière composite, la résistance globale est formée en principe par connexion en parallèle des valeurs respectives des résistances. En conséquence, l'équation suivante [ 1 ] est obtenue
1/R = 1/Rcu + 1/Rsc
R = (Rcu.Rsc)/(Rcu + Rsc) [1]
On suppose que S représente la section du fil électrique recouvert de métal, Scu représente celle de la partie du second matériau, Ssc représente celle de la partie du premier matériau, et X le rapport de sections de la partie du second matériau et de la partie du premier matériau, et les équations suivantes [ 2 ] et [ 3 ] sont obtenues
X = Scu/Ssc [ 2 ]
S = Ssc + Scu [ 3 ]
D'autre part, les valeurs des résistances du second matériau et du premier matériau peuvent être exprimées de la manière suivante, dans l'hypothèse où pcu et psc représentent les valeurs respectives des résistances spécifiques
Rcu = pcu.(L/Scu) C41
Rsc = psc.(L/Ssc) [5]
L représentant la longueur entre prises, qui est commune pour la partie du second matériau et la partie du premier matériau.En conséquence, on obtient les équations suivantes [ 6 ] et [ 7 ] à partir des équations [ 2 ] , [ 3 ] , [ 4 ] et [5] :
Rcu = {pcu.L(X + 1)}/SX
Rsc = {psc.L(X + 1)}/S [7]
Si l'on porte les équations et dans l'équation , on obtient alors l'équation suivante [8]
R = {L(X + 1).pcu.psc}.{S(pcu + X.psc)} [8]
A partir de l'équation , on obtient l'équation précitée (1) sous la forme suivante
x = {R.S/Psc) - L}/{L - (R.S/pcu)}
Dans un autre aspect de l'invention, il est possible d'ajuster le rapport de sections entre la partie du premier matériau et celle du second matériau par dissolution de la partie de couche de surface de la couche de recouvrement du fil électrique recouvert d'un métal par polissage électrolytique. Plus précisément, une quantité cible de dissolution peut être obtenue facilement et uniformément par polissage électrolytique, si bien qu'il est possible de traiter un fil électrique recouvert d'un métal ayant un certain rapport de sections afin qu'il forme un fil électrique ayant un plus faible rapport de sections par dissolution de sa partie de couche superficielle. Ainsi, le rapport de sections peut être changé au cours des étapes de fabrication, si bien que des fils électriques produits pour diverses utilisations peuvent être préparés à partir d'une même matière première. Les étapes de fabrication sont donc simplifiées.
1/R = 1/Rcu + 1/Rsc
R = (Rcu.Rsc)/(Rcu + Rsc) [1]
On suppose que S représente la section du fil électrique recouvert de métal, Scu représente celle de la partie du second matériau, Ssc représente celle de la partie du premier matériau, et X le rapport de sections de la partie du second matériau et de la partie du premier matériau, et les équations suivantes [ 2 ] et [ 3 ] sont obtenues
X = Scu/Ssc [ 2 ]
S = Ssc + Scu [ 3 ]
D'autre part, les valeurs des résistances du second matériau et du premier matériau peuvent être exprimées de la manière suivante, dans l'hypothèse où pcu et psc représentent les valeurs respectives des résistances spécifiques
Rcu = pcu.(L/Scu) C41
Rsc = psc.(L/Ssc) [5]
L représentant la longueur entre prises, qui est commune pour la partie du second matériau et la partie du premier matériau.En conséquence, on obtient les équations suivantes [ 6 ] et [ 7 ] à partir des équations [ 2 ] , [ 3 ] , [ 4 ] et [5] :
Rcu = {pcu.L(X + 1)}/SX
Rsc = {psc.L(X + 1)}/S [7]
Si l'on porte les équations et dans l'équation , on obtient alors l'équation suivante [8]
R = {L(X + 1).pcu.psc}.{S(pcu + X.psc)} [8]
A partir de l'équation , on obtient l'équation précitée (1) sous la forme suivante
x = {R.S/Psc) - L}/{L - (R.S/pcu)}
Dans un autre aspect de l'invention, il est possible d'ajuster le rapport de sections entre la partie du premier matériau et celle du second matériau par dissolution de la partie de couche de surface de la couche de recouvrement du fil électrique recouvert d'un métal par polissage électrolytique. Plus précisément, une quantité cible de dissolution peut être obtenue facilement et uniformément par polissage électrolytique, si bien qu'il est possible de traiter un fil électrique recouvert d'un métal ayant un certain rapport de sections afin qu'il forme un fil électrique ayant un plus faible rapport de sections par dissolution de sa partie de couche superficielle. Ainsi, le rapport de sections peut être changé au cours des étapes de fabrication, si bien que des fils électriques produits pour diverses utilisations peuvent être préparés à partir d'une même matière première. Les étapes de fabrication sont donc simplifiées.
Dans un autre aspect de l'invention, il est possible d'uniformiser le rapport de sections entre la partie du premier matériau et celle du second matériau dans la direction longitudinale par dissolution de la partie de couche de surface de la couche de recouvrement du fil électrique recouvert d'un métal, par polissage électrolytique.Plus précisément, il est possible d'obtenir facilement et uniformément une quantité cible de dissolution par polissage électrolytique si bien que le rapport de sections peut être uniformisé par mesure préalable du rapport de sections du fil électrique recouvert d'un métal et par calcul de l'amplitude de dissolution nécessaire pour l'obtention d'un rapport spécifique de sections, avec dissolution de la partie de couche de surface de la couche de recouvrement par polissage électrolytique de manière qu'une partie de grande section soit dissoute en grande quantité et une partie de faible section soit dissoute en petite quantité, en fonction de la valeur mesurée et de la valeur calculée. En conséquence, le rendement de fabrication du fil électrique recouvert d'un métal est accru et on peut prévoir une réduction du coût.
L'amplitude de dissolution peut être ajustée par variation du courant appliqué à l'électrolyte au cours du polissage électrolytique. L'amplitude de dissolution est augmentée lorsque le courant augmente et est réduite lorsque le courant diminue.
L'amplitude de dissolution peut aussi être ajustée par changement de la vitesse de déplacement du fil supraconducteur. Plus précisément, l'amplitude de dissolution de la couche de recouvrement de métal est réduite lorsque la vitesse de déplacement du fil électrique recouvert de métal augmente, puisque le temps de passage du fil dans l'électrolyte est réduit. Lorsque la vitesse de déplacement du fil électrique est réduite d'autre part, l'amplitude de dissolution de la couche de recouvrement est accrue puisque le temps nécessaire au passage du fil électrique dans l'électrolyte est accru.
Dans un autre aspect de l'invention, il est possible de nettoyer la surface du fil électrique par extraction de la partie de couche de surface du fil électrique ayant une surface métallique. Plus précisément, il est possible de dissoudre une plus grande partie de la pellicule externe par polissage électrolytique par rapport au nettoyage classique ou par un acide ou analogue, tout en obtenant facilement et uniformément une amplitude cible de dissolution. Ainsi, il est possible de retirer les matières étrangères qui adhèrent à la surface et de donner à la surface une finition régulière par dissolution efficace d'une plus grande quantité de la pellicule de surface en un temps plus court que dans la technique antérieure. Il est donc possible d'empêcher la rupture du fil, qui a été provoquée en général par les matières étrangères.
Dans un autre aspect de l'invention, un polissage électrolytique est utilisé dans le procédé de fabrication d'un fil électrique recouvert d'un métal. Il est possible d'ajuster et d'uniformiser le rapport de sections ou de nettoyer la surface.
Le diamètre du fil électrique recouvert d'un métal qui est uniformisé dans son rapport de sections par polissage électrolytique est rendu irrégulier dans la direction longitudinale. En conséquence, le fil électrique ayant un diamètre irrégulier est à nouveau soumis à un filage dans une filière afin que son diamètre puisse être uniformisé.
Lorsque le fil électrique a une densité de courant en surface comprise entre 1 et 200 A/dm2 au cours du polissage électrolytique, la couche de recouvrement de métal peut être dissoute sans irrégularités de surface ni parties creuses sous forme de bulles dans le fil électrique, au cours du polissage électrolytique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence annexés sur lesquels
la figure 1 représente schématiquement un exemple d'appareil de mesure d'un rapport de sections sur toute la longueur d'un fil électrique recouvert de métal selon la présente invention
la figure 2 représente le résultat de la mesure d'un rapport global de cuivre d'un fil supraconducteur recouvert de cuivre, mesuré selon la présente invention
la figure 3 représente schématiquement un exemple d'appareil de polissage électrolytique d'un fil électrique recouvert de métal selon la présente invention
la figure 4 représente la relation entre un courant et une amplitude de dissolution au cours du polissage électrolytique
la figure 5 représente la relation entre la vitesse du fil et l'amplitude de dissolution au cours du polissage électrolytique
la figure 6 représente schématiquement un exemple d'appareil assurant la mesure d'un rapport de sections et un polissage électrolytique d'un fil électrique recouvert d'un métal selon la présente invention
la figure 7 représente l'état d'enroulement d'un fil électrique ;;
les figures 8 à 10 illustrent les étapes de fabrication utilisées pour l'ajustement d'un fil électrique ayant un rapport de cuivre qui est dispersé, de manière que le rapport de cuivre devienne uniforme, par polissage électrolytique ;
la figure 11 est un graphique représentant un exemple de distribution longitudinale du rapport de cuivre d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes dont le rapport de cuivre est rendu uniforme en direction longitudinale selon l'invention ;;
la figure 12 est un graphique représentant un exemple de distribution longitudinale du rapport de cuivre dans un fil supraconducteur classique à plusieurs âmes
la figure 13 est un ordinogramme représentant des étapes de fabrication d'un fil supraconducteur classique à une seule âme de NbTi
les figures 14 à 16 représentent des étapes respectives de fabrication d'un fil supraconducteur classique à une seule âme de NbTi
la figure 17 est un ordinogramme représentant des étapes de fabrication d'un fil supraconducteur classique à plusieurs âmes de NbTi ;
la figure 18 représente une étape de fabrication d'un fil supraconducteur classique à plusieurs âmes de
NbTi
les figures 19 à 21 sont des coupes représentant des états d'un fil supraconducteur pendant un filage ; et
la figure 22 est une coupe longitudinale représentant l'état d'un fil supraconducteur classique après filage.
la figure 1 représente schématiquement un exemple d'appareil de mesure d'un rapport de sections sur toute la longueur d'un fil électrique recouvert de métal selon la présente invention
la figure 2 représente le résultat de la mesure d'un rapport global de cuivre d'un fil supraconducteur recouvert de cuivre, mesuré selon la présente invention
la figure 3 représente schématiquement un exemple d'appareil de polissage électrolytique d'un fil électrique recouvert de métal selon la présente invention
la figure 4 représente la relation entre un courant et une amplitude de dissolution au cours du polissage électrolytique
la figure 5 représente la relation entre la vitesse du fil et l'amplitude de dissolution au cours du polissage électrolytique
la figure 6 représente schématiquement un exemple d'appareil assurant la mesure d'un rapport de sections et un polissage électrolytique d'un fil électrique recouvert d'un métal selon la présente invention
la figure 7 représente l'état d'enroulement d'un fil électrique ;;
les figures 8 à 10 illustrent les étapes de fabrication utilisées pour l'ajustement d'un fil électrique ayant un rapport de cuivre qui est dispersé, de manière que le rapport de cuivre devienne uniforme, par polissage électrolytique ;
la figure 11 est un graphique représentant un exemple de distribution longitudinale du rapport de cuivre d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes dont le rapport de cuivre est rendu uniforme en direction longitudinale selon l'invention ;;
la figure 12 est un graphique représentant un exemple de distribution longitudinale du rapport de cuivre dans un fil supraconducteur classique à plusieurs âmes
la figure 13 est un ordinogramme représentant des étapes de fabrication d'un fil supraconducteur classique à une seule âme de NbTi
les figures 14 à 16 représentent des étapes respectives de fabrication d'un fil supraconducteur classique à une seule âme de NbTi
la figure 17 est un ordinogramme représentant des étapes de fabrication d'un fil supraconducteur classique à plusieurs âmes de NbTi ;
la figure 18 représente une étape de fabrication d'un fil supraconducteur classique à plusieurs âmes de
NbTi
les figures 19 à 21 sont des coupes représentant des états d'un fil supraconducteur pendant un filage ; et
la figure 22 est une coupe longitudinale représentant l'état d'un fil supraconducteur classique après filage.
La figure 1 représente schématiquement un exemple d'appareil de mesure d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert de cuivre, de manière non destructive, selon la présente invention.
On se réfère à la figure 1 ; cet appareil de mesure comporte une source 31 d'un courant constant destinée à appliquer un courant constant à un fil électrique 27 à l'aide de deux premières électrodes 29a et 29b et d'un voltmètre 35 destiné à mesurer une tension apparaissant entre deux secondes électrodes 33a et 33b. La paire de secondes électrodes 33a et 33b est placée à l'intérieur de la paire de premières électrodes 29a et 29b. Le voltmètre 35 est connecté à un ordinateur 37 qui transforme la tension mesurée en une valeur de résistance électrique et calcule constamment le rapport de sections. Cet appareil de mesure comporte en outre un dispositif débiteur 39 et un dispositif récepteur 41 destinés à mesurer constamment la tension du fil électrique 27.
L'appareil de mesure ayant la structure précitée est destiné à mesurer le rapport du cuivre sur toute la longueur d'un fil supraconducteur composite de cuivre par exemple de la manière suivante.
D'abord, les valeurs des résistances électriques d'une partie d'un matériau de stabilisation de cuivre ou d'alliage de cuivre et d'une partie d'un matériau supraconducteur d'un fil supraconducteur composite de cuivre 27 sont mesurées au préalable, et les données obtenues sont transmises à l'ordinateur 37.
Ensuite, le fil supraconducteur composite 27 est transmis de façon continue du dispositif débiteur 39 afin qu'il s'enroule sur le dispositif récepteur 41, si bien que la résistance électrique du fil 27 est mesurée constamment dans sa direction longitudinale. La résistance électrique du fil supraconducteur 27 est mesurée par application d'un courant constant par la source 31 à l'aide des deux premières électrodes 29a et 29b, par mesure d'une tension apparaissant entre les deux secondes électrodes 33a et 33b à l'aide du voltmètre 35, et par transformation de la tension en une valeur de résistance électrique à l'aide de l'ordinateur 37.
En outre, l'ordinateur 37 calcule de façon continue un rapport de sections Cu/SC d'après l'équation précédente (1), en fonction des valeurs de résistance électrique saisies précédemment pour la partie du matériau de stabilisation de cuivre ou d'alliage de cuivre et la partie du matériau supraconducteur, et la résistance électrique du fil supraconducteur 27 est constamment mesurée de la manière précitée.
Un rapport de cuivre sur toute la longueur d'un fil supraconducteur composite de cuivre ayant un diamètre externe de 3 mm a été mesuré en réalité sur une longueur d'environ 5 000 m par le procédé précité de mesure. La mesure a été réalisée sur toute la longueur à des intervalles de 100 m. La figure 2 représente le résultat. Sur la figure 2, l'axe des abscisses représente la longueur (m) du fil set l'axe des ordonnées le rapport de sections Cu/SC.
On comprend facilement d'après la figure 2 que la distribution du rapport de sections Cu/SC d'un fil supraconducteur composite de cuivre peut ainsi être mesurée sur toute la longueur d'une manière non destructive.
Lorsque l'invention est appliquée au contrôle de qualité ou analogue pendant la fabrication d'un fil supraconducteur, par exemple, les parties défectueuses peuvent être déterminées et il est donc possible d'augmenter le rendement de fabrication par enlèvement des parties défectueuses, sans aucune perte. De plus, la présente invention s'applique non seulement au produit final mais aussi à un fil électrique recouvert d'un métal ayant le diamètre d'un fil intermédiaire au cours de la fabrication. En conséquence, la présente invention peut aussi s'appliquer efficacement à la fabrication d'un fil supraconducteur composite de cuivre ayant un rapport uniforme de sections
Cu/SC.
Cu/SC.
Lorsque des électrodes mettant en oeuvre le procédé à quatre sondes sont réglées dans une chaîne de fabrication ayant des mécanismes débiteurs et récepteurs et lorsqu'un certain courant constant est transmis par les électrodes pour la mise en oeuvre du procédé à quatre sondes avec entraînement d'un fil afin que la tension soit mesurée constamment comme dans le mode de réalisation précité, la fréquence de mesure peut être obtenue de manière analogue à l'aide d'électrodes sous forme de rouleaux, alors que la mesure peut aussi être réalisée à chaque emplacement constant.
Cet appareil de mesure s'applique très largement non seulement à un fil supraconducteur recouvert de cuivre mais à la mesure non destructive d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert de métal ayant la partie d'âme qui contient le premier matériau et la couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme.
La figure 3 représente schématiquement un exemple d'appareil de polissage électrolytique d'un fil électrique recouvert d'un métal selon la présente invention.
Sur la figure 3, cet appareil de polissage électrolytique comprend un bain 45 d'électrolyse qui contient un électrolyte 43, une partie 49 d'alimentation destinée à anodiser un fil électrique 27, et un organe métallique 51 qui est disposé dans le bain d'électrolyse 45 afin qu'il soit utilisé comme cathode, et il est formé de manière que la différence de potentiel apparaisse entre le fil électrique 27 et l'organe métallique 51. Cet appareil comprend en outre un dispositif débiteur 39 et un dispositif récepteur 41 destinés à déplacer constamment le fil électrique 27 dans sa direction longitudinale afin qu'il circule dans le bain 45 d'électrolyse.
Dans l'appareil de polissage électrolytique ayant la structure précitée, le fil électrique 27 qui est enroulé sur le dispositif débiteur 39 est transmis par l'électrolyte 43 contenant l'organe métallique 51 utilisé comme cathode tout en recevant de l'électricité afin qu'il soit utilisé comme anode. La pellicule superficielle du fil électrique 27 est alors dissoute dans le procédé d'électrolyse. Le fil électrique 27 ainsi dissous et poli est enroulé sur le dispositif récepteur 41. Ces étapes sont exécutées en continu.
Dans ce cas, l'amplitude de dissolution de la couche métallique de recouvrement peut être réglée par la valeur du courant appliquée à l'électrolyte et par la vitesse de déplacement du fil électrique.
La figure 4 représente la relation entre la valeur d'un courant appliqué à un électrolyte et une amplitude de dissolution d'une couche métallique de recouvrement au cours d'un polissage électrolytique. Il faut noter sur la figure 4 que l'amplitude de dissolution augmente lorsque la valeur du courant augmente.
La figure 5 représente la relation entre la vitesse de déplacement d'un fil électrique et l'amplitude de dissolution d'une couche métallique de recouvrement pendant le polissage électrolytique. Il faut noter sur la figure 5 que l'amplitude de dissolution est réduite lorsque la vitesse de déplacement du fil électrique augmente.
Cet appareillage de polissage électrolytique a été utilisé pour l'ajustement réel des rapports de cuivre de fil supraconducteur recouvert de cuivre. On décrit maintenant des exemples concrets.
(Exemple 1)
L'appareil de polissage électrolytique représenté sur la figure 3 a été utilisé pour le polissage électrolytique de 1 000 m d'un fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre égal à 1,00 et ayant un diamètre de fil de 3 mm dans un bain d'acide phosphorique au cours d'une étape de fabrication d'un fil supraconducteur de manière que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 50 pm, avec obtention d'un rapport de cuivre cible égal à 0,87.
L'appareil de polissage électrolytique représenté sur la figure 3 a été utilisé pour le polissage électrolytique de 1 000 m d'un fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre égal à 1,00 et ayant un diamètre de fil de 3 mm dans un bain d'acide phosphorique au cours d'une étape de fabrication d'un fil supraconducteur de manière que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 50 pm, avec obtention d'un rapport de cuivre cible égal à 0,87.
(Exemple comparatif 1)
Dans une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 1 000 m d'un fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre égal à 1,00 et un diamètre de fil de 3 mm a été dissous par de l'acide sulfurique dilué afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de sa pellicule de surface soit de 50 pm, avec obtention d'un rapport de cuivre cible égal à 0,87.
Dans une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 1 000 m d'un fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre égal à 1,00 et un diamètre de fil de 3 mm a été dissous par de l'acide sulfurique dilué afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de sa pellicule de surface soit de 50 pm, avec obtention d'un rapport de cuivre cible égal à 0,87.
En conséquence, il a été possible d'assurer la finition du fil supraconducteur avec le rapport de cuivre cible de 0,87 sur toute la longueur par mise en oeuvre du procédé de l'exemple 1 avec polissage électrolytique, au cours d'un temps de trempage de 0,3 h. Cependant, dans l'exemple comparatif 1, il n'a pas été possible d'obtenir une finition du fil avec le même rapport de cuivre sur toute la longueur car le pouvoir dissolvant de l'acide a été réduit avec la dissolution, bien que le fil soit trempé pendant 3 h. D'autre part, pour que la même amplitude de dissolution soit obtenue par dissolution par un acide, il faut dix fois plus de temps par rapport à l'acide utilisé dans le polissage électrolytique.
(Exemple 2)
Pour que le rapport de cuivre du fil supraconducteur de l'exemple 1 soit ajusté par polissage électrolytique, la pellicule de surface de cuivre d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes a été dissoute avec une densité de courant en surface de 100 A/dm2.
Pour que le rapport de cuivre du fil supraconducteur de l'exemple 1 soit ajusté par polissage électrolytique, la pellicule de surface de cuivre d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes a été dissoute avec une densité de courant en surface de 100 A/dm2.
(Exemple 3)
Pour que le rapport de cuivre du fil supraconducteur de l'exemple 1 soit ajusté par polissage électrolytique, la pellicule de surface de cuivre d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes a été dissoute avec une densité de courant de surface de 300 A/dm2.
Pour que le rapport de cuivre du fil supraconducteur de l'exemple 1 soit ajusté par polissage électrolytique, la pellicule de surface de cuivre d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes a été dissoute avec une densité de courant de surface de 300 A/dm2.
Les fils supraconducteurs bruts de fabrication des exemples 2 et 3 ont été comparés l'un à l'autre. En conséquence, le fil supraconducteur de l'exemple 2 avait une surface extrêmement lisse après la dissolution du cuivre.
Dans le fil supraconducteur de l'exemple 3 d'autre part, des quantités importantes de plissements et de soufflures de métal fondu ont été provoquées puisque la densité de courant en surface était trop élevée pendant le polissage électrolytique.
(Exemple 4)
Dans une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 1 000 m de fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre de 1,00 et un diamètre de fil de 3 mm ont été polis électrolytiquement dans un bain d'acide phosphorique dans un appareil de polissage électrolytique représenté sur la figure 3, afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 50 pm, avec obtention d'un rapport de cuivre cible de 0,87. A ce moment, la distance comprise entre le fil 27 et l'organe métallique 51, dans le bain d'acide phosphorique 43, était de 5 cm.
Dans une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 1 000 m de fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre de 1,00 et un diamètre de fil de 3 mm ont été polis électrolytiquement dans un bain d'acide phosphorique dans un appareil de polissage électrolytique représenté sur la figure 3, afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 50 pm, avec obtention d'un rapport de cuivre cible de 0,87. A ce moment, la distance comprise entre le fil 27 et l'organe métallique 51, dans le bain d'acide phosphorique 43, était de 5 cm.
(Exemple 5)
Dans une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 60 m d'un fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre de 1,00 et un diamètre de fil de 12 mm ont été polis électrolytiquement dans un bain d'acide phosphorique dans l'appareil de la figure 3 afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 200 pm, donnant un rapport de cuivre cible de 0,87. A ce moment, la distance entre le fil 27 et l'organe métallique 51, dans le bain d'acide phosphorique 43, était de 5 cm.
Dans une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 60 m d'un fil supraconducteur à une seule âme ayant un rapport de cuivre de 1,00 et un diamètre de fil de 12 mm ont été polis électrolytiquement dans un bain d'acide phosphorique dans l'appareil de la figure 3 afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 200 pm, donnant un rapport de cuivre cible de 0,87. A ce moment, la distance entre le fil 27 et l'organe métallique 51, dans le bain d'acide phosphorique 43, était de 5 cm.
Les fils supraconducteurs bruts de fabrication des exemples 4 et 5 ont été comparés l'un à l'autre. En conséquence, le fil de l'exemple 4 s'est dissous uniformément dans sa direction circonférentielle, alors que le fil de l'exemple 5 n'était pas dissous uniformément en direction circonférentielle puisqu'il était difficile de maintenir à une valeur constante la distance entre toute la circonférence et une électrode négative.
Ainsi, on peut noter que le rapport de cuivre peut être ajusté en un temps court pendant les étapes de fabrication, par polissage électrolytique. Dans ce polissage, le fil supraconducteur a de préférence une densité de courant en surface comprise entre 1 et 200 A/dm2.
Un procédé de fabrication d'un fil supraconducteur comporte des dizaines d'étapes entre l'état de la matière première et celui du produit, et on suppose donc que les différences entre les billettes dues à leur travail apparaissent avec une fréquence considérable. Ceci s'applique aussi au rapport de cuivre, si bien que la dispersion entre les lots pose en général des problèmes très délicats, en plus de la dispersion dans un même lot (dans la direction longitudinale d'un même fil). Selon l'invention, il est possible de corriger la dispersion du rapport de cuivre après le filage du fil.
Cet appareillage de polissage électrolytique s'applique de façon très générale non seulement à un fil supraconducteur recouvert de cuivre mais à l'ajustement du rapport de sections entre une partie d'âme et une partie métallique de recouvrement dans un fil électrique recouvert d'un métal ayant une partie d'âme et la couche métallique de recouvrement de la partie d'âme.
Dans ce cas, la couche de recouvrement à laquelle s'applique l'invention peut être préparée à partir d'un matériau ayant une excellente conductivité, telle que le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre ou le nickel. Ceci est dû au fait qu'il faut une certaine densité de courant en surface pour le polissage électrolytique, et un matériau ayant une mauvaise conductivité peut provoquer un dégagement de chaleur à ce moment.
L'électrolyte, qui varie avec la compatibilité avec le métal à dissoudre, peut éventuellement être préparé à partir d'un acide tel que l'acide perchlorique, l'acide phosphorique, l'acide sulfurique, l'acide chromique, l'acide nitrique, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium, un cyanure ou analogues. Un acide tel que l'acide phosphorique ou l'acide sulfurique est préférable pour la dissolution du cuivre par exemple.
L'étape de polissage électrolytique peut être réalisée dans une étape quelconque de la fabrication d'un fil électrique recouvert d'un métal.
Des surfaces de fil supraconducteur recouvertes de cuivre ont été nettoyées dans l'appareil de polissage électrolytique. On décrit maintenant quelques exemples concrets.
(Exemple 6)
Pour que les matières étrangères soient retirées au cours d'une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 5 000 m d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes de 3 mm de diamètre a subi un polissage électrolytique dans un bain d'acide phosphorique par passage dans l'appareil de polissage électrolytique représenté sur la figure 3, si bien que l'amplitude de dissolution d'un premier côté de sa pellicule de surface était de 30 pm. Le fil a ensuite été filé à 0,8 mm.
Pour que les matières étrangères soient retirées au cours d'une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 5 000 m d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes de 3 mm de diamètre a subi un polissage électrolytique dans un bain d'acide phosphorique par passage dans l'appareil de polissage électrolytique représenté sur la figure 3, si bien que l'amplitude de dissolution d'un premier côté de sa pellicule de surface était de 30 pm. Le fil a ensuite été filé à 0,8 mm.
(Exemple comparatif 2)
Pour l'extraction des matières étrangères au cours d'une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 5 000 m d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes ayant un diamètre de 3 mm ont subi une dissolution dans l'acide sulfurique dilué afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 30 pm. Le fil a ensuite été filé à 0,8 mm.
Pour l'extraction des matières étrangères au cours d'une étape de fabrication d'un fil supraconducteur, 5 000 m d'un fil supraconducteur à plusieurs âmes ayant un diamètre de 3 mm ont subi une dissolution dans l'acide sulfurique dilué afin que l'amplitude de dissolution d'un côté de la pellicule de surface soit de 30 pm. Le fil a ensuite été filé à 0,8 mm.
En conséquence, le fil supraconducteur de l'exemple 6 s'est rompu une seule fois du fait de la présence de matières étrangères alors que le fil supraconducteur de l'exemple comparatif 2 s'est brisé vingt fois à cause de la présence de matières étrangères. Ceci est sans doute dû au fait que les matières étrangères ont été presque totalement retirées par le polissage électrolytique qui permet une dissolution plus importante que la dissolution par un acide.
Cet appareil de polissage électrolytique peut s'appliquer très largement non seulement à un fil supraconducteur recouvert de cuivre mais au nettoyage d'une surface de fil électrique ayant une surface métallique.
Dans ce cas, le métal formant la surface est préparé par exemple à partir d'un matériau ayant une bonne conductivité, tel que le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre ou le nickel. Ceci est dû au fait qu'il est nécessaire qu'il existe une certaine densité de courant en surface pour le polissage électrolytique, et un matériau ayant une mauvaise conductivité peut provoquer un dégagement de chaleur à ce moment.
L'électrolyte, qui varie avec la compatibilité avec le métal à dissoudre, peut être préparé à partir d'un acide tel que l'acide perchlorique, phosphorique, sulfurique, chromique ou nitrique, l'hydroxyde de sodium ou de potassium, un cyanure ou analogue. Un acide tel que l'acide phosphorique ou sulfurique est préférable pour la dissolution du cuivre par exemple.
En outre, l'étape de polissage électrolytique peut être réalisée n'importe quand au cours des étapes de fabrication d'un fil électrique recouvert d'un métal, pouvant efficacement nettoyer le fil avant possibilité de cassure du fil lorsque le nettoyage est réalisé pour la suppression des cassures de fil pendant le filage.
Dans la suite, on décrit plus en détail un procédé d'uniformisation du rapport de sections du fil électrique recouvert d'un métal par polissage électrolytique.
La figure 6 représente schématiquement un autre exemple d'appareil de polissage électrolytique destiné à rendre uniforme le rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique recouvert d'un métal, dans la direction longitudinale, selon l'invention.
Sur la figure 6, cet appareil de polissage électrolytique est formé par combinaison de l'appareil de mesure de la figure 1 et de l'appareil de polissage électrolytique de la figure 3.
Cet appareil comprend une source 31 de courant constant destinée à appliquer un courant constant à un fil électrique 27 à l'aide de deux premières électrodes 29a et 29b, et un voltmètre 35 destiné à mesurer une tension apparaissant entre deux secondes électrodes 33a et 33b, dans un ensemble de mesure continue du rapport de sections.
La paire de secondes électrodes 33a et 33b est placée à l'intérieur de la paire des premières électrodes 29a et 29b. Cet appareil comporte en outre un bain d'électrolyse 45 contenant une solution 43 de polissage électrolytique, une partie 49 d'alimentation destinée à anodiser le fil électrique 27, et un organe métallique 51 placé dans le bain d'électrolyse 45 et destiné à être utilisé comme cathode dans un ensemble de polissage électrolytique, et il est formé de manière que la différence de potentiel soit créée entre le fil électrique 27 et l'organe métallique 51.
L'appareil comporte en outre un dispositif débiteur 39 et un dispositif récepteur 41 destinés à mesurer en continu la tension du fil 27 et à déplacer en continu le fil 27 dans sa direction longitudinale afin qu'il passe dans le bain d'électrolyse 45.
Dans cet appareil, un ordinateur 53 connecté au voltmètre 35 transforme la tension mesurée en une valeur de résistance électrique afin qu'il calcule constamment le rapport de sections, tout en calculant l'amplitude de dissolution destinée à donner le rapport cible de sections, en calculant une vitesse de fil destinée au déplacement du fil 27 et une amplitude de courant appliquée à l'électrolyte et en indiquant les valeurs calculés de la vitesse et du courant.
L'amplitude de dissolution destinée à donner le rapport cible de sections peut être obtenue à l'aide de l'équation suivante (2), à condition que le rapport de sections avant dissolution soit supérieur au rapport cible de sections
(D2/D1 )2 = ((1 x C2)/(1 + C1) ] (2)
D1 représentant le diamètre du fil avant le traitement électrolytique, C1 représentant le rapport de sections avant le traitement électrolytique, D2 représentant le diamètre cible du fil et C2 le rapport cible de sections.
(D2/D1 )2 = ((1 x C2)/(1 + C1) ] (2)
D1 représentant le diamètre du fil avant le traitement électrolytique, C1 représentant le rapport de sections avant le traitement électrolytique, D2 représentant le diamètre cible du fil et C2 le rapport cible de sections.
Il est possible, pour l'ajustement de l'amplitude de dissolution au cours du temps, de déterminer facilement les conditions de fabrication par obtention au préalable de la relation entre le courant, la vitesse du fil et l'amplitude de polissage, expérimentalement, et par reconnaissance de la quantité qui doit être dissoute. En particulier, lorsque l'appareil est utilisé pour l'ajustement du rapport de sections dans la direction longitudinale, la relation entre la position du fil, le courant et la vitesse du fil peut être calculée au préalable d'après l'amplitude cible de dissolution, de manière que cette valeur subisse un réglage de variation dans la chaîne. Plus précisément, il est possible de régler au cours du temps la quantité dissoute par transmission de la position du fil qui passe dans la chaîne, à partir d'un appareil de mesure.
Les conditions de polissage électrolytique sont fixées d'après le résultat de la mesure du rapport de sections de la manière suivante, dans un exemple.
D'abord, un courant constant est transmis à un espace constant par le procédé à quatre sondes pour la mesure des données de "caractéristiques position du filtension", et la valeur est alors calculée par un ordinateur afin qu'il donne les indications suivantes "caractéristiques position du fil-résistance électrique"- > "caractéristiques position du fil-rapport de section"- > "position du fil-amplitude nécessaire de dissolution"- > "position du fil-courant/vitesse du fil", et ce diagramme est écrit dans un ordinateur qui commande l'appareil de polissage électrolytique et, lorsque la chaîne est pilotée, la quantité de courant et la vitesse du fil sont réglées automatiquement pour l'obtention de l'amplitude cible de dissolution.
Pour que le fil reste plongé dans l'électrolyte pendant une plus longue période, le bain d'électrolyse doit être long. Cependant, il est possible de plonger un fil plus long que la longueur du bain d'électrolyse dans celuici par enroulement ou bobinage du fil.
La figure 7 est une vue en plan représentant l'étape de bobinage d'un fil électrique 27 dans un bain d'électrolyse.
On se réfère à la figure 7 ; le fil électrique 27 est enroulé en plusieurs spires sur des rouleaux 55 à gorges afin que le fil électrique 27 puisse être plongé dans l'électrolyte avec une longueur supérieure à celle du bain d'électrolyse.
Lorsque l'appareil est destiné simultanément à mesurer le rapport de sections et à polir le fil électrique, il est préférable de monter un mécanisme de renvoi des données de diamètre du fil mesuré après dissolution et de correction de l'amplitude de dissolution.
L'appareil de polissage électrolytique ayant la structure précitée a été utilisé pour l'uniformisation des rapports de cuivre de fils supraconducteurs recouverts de cuivre par exemple. Des exemples concrets sont maintenant décrits.
(Exemple 7).
D'abord, huit mille fils supraconducteurs hexagonaux à une seule âme de 2,55 mm de distance entre plats ont été chargés dans un tube de cuivre de 307 mm de diamètre externe et 251 mm de diamètre interne afin que le rapport de cuivre soit égal à 1,38, et le tube de cuivre a été fermé de manière étanche par un organe de recouvrement de cuivre, pour la préparation d'une billette. Cette billette a alors été travaillée dégressivement par filage à chaud pour la préparation d'un supraconducteur à plusieurs âmes de 80 mm de diamètre. Ce supraconducteur a subi un filage répété jusqu a un diamètre de 2,9 mm.
La pellicule externe de cuivre du fil supraconducteur à plusieurs âmes ainsi obtenu a été dissoute par polissage électrolytique et ajustée afin qu'elle donne un rapport de cuivre de 1,25.
Un tel procédé d'ajustement du rapport de cuivre par polissage électrolytique est maintenant décrit en détail en référence aux dessins.
Les figures 8 à 10 représentent des étapes de fabrication utiles pour l'ajustement d'un fil supraconducteur ayant un rapport de cuivre dispersé, de manière que ce rapport de cuivre soit uniforme, grâce au polissage électrolytique.
La figure 8 est une coupe longitudinale représentant un fil supraconducteur à plusieurs âmes obtenu au cours des étapes précitées, jusqu'au filage du fil.
On se réfère à la figure 8 ; ce fil supraconducteur à plusieurs âmes possède une partie 17 d'âme constituée d'un matériau supraconducteur enrobé dans du cuivre, formant un matériau de stabilisation, et d'une pellicule superficielle 19 de cuivre, le rapport de sections de la partie 17 d'âme et de la pellicule 19 de cuivre n'étant pas uniforme en direction longitudinale si bien que le rapport de cuivre n'est pas uniforme en direction longitudinale.
La distribution du rapport de cuivre de ce fil supraconducteur a été mesurée sur toute la longueur, d'une manière non destructive qui est la suivante.
Le fil supraconducteur a été réenroulé avec une faible épaisseur et une longueur totale relativement faible au contact d'une électrode à quatre sondes de longueur convenable et a subi une mesure de résistance électrique.
La valeur de résistance a été transformée en rapport de sections entre la partie du matériau supraconducteur et la pellicule de cuivre, grâce aux valeurs de résistance électrique respectives mesurées antérieurement. Il a donc été possible de mesurer constamment la distribution du rapport de cuivre du fil supraconducteur.
Plus précisément, lorsque la présente invention est appliquée à un fil à plusieurs âmes, le rapport de la section d'une partie formée d'un matériau supraconducteur de la partie d'âme à la section de la partie formée du matériau de stabilisation de la partie d'âme augmentée du cuivre ou de l'alliage de cuivre constituant la couche de recouvrement peut être mesuré.
La pellicule superficielle de cuivre a alors été dissoute par polissage électrolytique.
A ce moment, la relation entre l'intensité du courant appliqué à l'électrolyte, la vitesse de déplacement du fil supraconducteur et l'amplitude de dissolution du cuivre dans le polissage électrolytique a déjà été obtenue.
En fonction de cette relation, le polissage électrolytique a été réalisé avec réglage de l'intensité du courant appliqué à l'électrolyte et de la vitesse de déplacement du fil supraconducteur si bien que la pellicule de surface de cuivre s'est dissoute en grande quantité dans une partie ayant un rapport de cuivre élevé et en petite quantité dans une partie ayant un faible rapport de cuivre.
La figure 9 est une coupe longitudinale représentant le fil supraconducteur qui a subi un polissage électrolytique de la manière précitée.
Sur la figure 9, ce fil comprend une partie d'âme 17 et une pellicule de surface 19 de cuivre, et son rapport de cuivre est uniformisé dans la direction longitudinale.
(Exemple comparatif 3)
D'abord, huit mille fils supraconducteurs hexagonaux à une seule âme de 2,55 mm entre plats ont été chargés dans un tube de cuivre de 307 mm de diamètre externe et de 151 mm de diamètre interne pour l'obtention d'un rapport de cuivre de 1,25, et le tube de cuivre a été fermé de manière étanche par un organe de recouvrement de cuivre pour la préparation d'une billette. Ensuite, cette billette a subi un travail dégressif par filage à chaud pour la préparation d'un supraconducteur à plusieurs âmes, de 80 mm de diamètre. Ensuite, ce supraconducteur a été filé de manière répétée jusqu'à un diamètre de 2,9 mm.
D'abord, huit mille fils supraconducteurs hexagonaux à une seule âme de 2,55 mm entre plats ont été chargés dans un tube de cuivre de 307 mm de diamètre externe et de 151 mm de diamètre interne pour l'obtention d'un rapport de cuivre de 1,25, et le tube de cuivre a été fermé de manière étanche par un organe de recouvrement de cuivre pour la préparation d'une billette. Ensuite, cette billette a subi un travail dégressif par filage à chaud pour la préparation d'un supraconducteur à plusieurs âmes, de 80 mm de diamètre. Ensuite, ce supraconducteur a été filé de manière répétée jusqu'à un diamètre de 2,9 mm.
Les états finaux de distribution du rapport de cuivre des fils supraconducteurs à plusieurs âmes brutes de préparation de l'exemple 7 et de l'exemple comparatif 3 ont été mesurés. Les figures 11 et 12 indiquent les résultats.
La figure 11 indique la distribution du rapport de cuivre longitudinalement dans le fil supraconducteur de l'exemple 7. La figure 12 représente la distribution longitudinale du rapport de cuivre dans le fil de l'exemple comparatif 3. Sur les figures 11 et 12, les âmes 6 représentent la longueur (en mètres) par rapport à la tête après le filage à chaud jusqu'au diamètre de 2,9 mm, et l'axe des ordonnées représente le rapport de cuivre.
D'après les résultats des mesures, les valeurs maximale, minimale et moyenne de la distribution du rapport de cuivre ont été obtenus dans les fils supraconducteurs à plusieurs âmes de l'exemple 7 et de l'exemple comparatif 3.
Le tableau 1 indique les résultats.
Tableau 1
Exemple Exemple
comparatif
Rapport cible de cuivre 1,250 1,250
Valeur maximale 1,256 1,329
Valeur minimale 1,244 1,215
Valeur moyenne 1,250 1,260
Ecart type/valeur moyenne 0,004 0,014
Il faut noter manifestement d'après les figures 11 et 12 et le tableau 1 que le fil supraconducteur à plusieurs âmes de l'exemple 7 possède une distribution extrêmement uniforme du rapport de cuivre par rapport au fil supraconducteur de l'exemple comparatif 3.
Exemple Exemple
comparatif
Rapport cible de cuivre 1,250 1,250
Valeur maximale 1,256 1,329
Valeur minimale 1,244 1,215
Valeur moyenne 1,250 1,260
Ecart type/valeur moyenne 0,004 0,014
Il faut noter manifestement d'après les figures 11 et 12 et le tableau 1 que le fil supraconducteur à plusieurs âmes de l'exemple 7 possède une distribution extrêmement uniforme du rapport de cuivre par rapport au fil supraconducteur de l'exemple comparatif 3.
Lorsque le rapport de cuivre est ajusté par polissage électrolytique de la manière précitée, il est préférable que la valeur de la diffusion du cuivre soit telle que le diamètre d'un fil supraconducteur ayant un diamètre d'environ 1 à 4 mm est réduit d'environ 1 à 200 pm, pour des raisons de rendement.
(Exemple 8)
Le diamètre du fil supraconducteur à plusieurs âmes de l'exemple 7, dont le rapport de cuivre a été ajusté par polissage électrolytique, a été dispersé entre 2,78 et 2,91 mm.
Le diamètre du fil supraconducteur à plusieurs âmes de l'exemple 7, dont le rapport de cuivre a été ajusté par polissage électrolytique, a été dispersé entre 2,78 et 2,91 mm.
2 500 m d'un tel fil supraconducteur ayant un diamètre dispersé a subi un filage supplémentaire dans une série de filières, avec un rapport dégressif de 18 %.
La figure 10 est une coupe longitudinale représentant le fil supraconducteur brut de filage.
Sur la figure 10, ce fil comporte une partie d'âme 57 et une pellicule de surface 59 de cuivre, le rapport de cuivre et le diamètre du fil ayant été uniformisés dans la direction longitudinale.
(Exemple 9)
2 500 m de fil supraconducteur à plusieurs âmes de l'exemple 7 ayant un diamètre dispersé comme décrit précédemment ont été filés dans une série de filières ayant un rapport dégressif de 80 %.
2 500 m de fil supraconducteur à plusieurs âmes de l'exemple 7 ayant un diamètre dispersé comme décrit précédemment ont été filés dans une série de filières ayant un rapport dégressif de 80 %.
On a examiné les fréquences de cassure du fil pendant son travail pour les fils supraconducteurs des exemples 8 et 9 préparés comme indiqué précédemment. Le tableau 2 indique les résultats.
Tableau 2
Diamètre du Exemple 8 Exemple comparatif 9
fil étiré (rapport 18 %) (rapport 30 %)
à 2,5 mm O 1
à 2,0 mm 0 3
à 1,5 mm 0 18
à 1,0 mm 1 non étirable
à 0,8 mm 2 non étirable
On note facilement sur le tableau 2 que le fil supraconducteur de l'exemple 8 a une plus faible fréquence de cassure et de meilleures propriétés de filage que celui de l'exemple 9.
Diamètre du Exemple 8 Exemple comparatif 9
fil étiré (rapport 18 %) (rapport 30 %)
à 2,5 mm O 1
à 2,0 mm 0 3
à 1,5 mm 0 18
à 1,0 mm 1 non étirable
à 0,8 mm 2 non étirable
On note facilement sur le tableau 2 que le fil supraconducteur de l'exemple 8 a une plus faible fréquence de cassure et de meilleures propriétés de filage que celui de l'exemple 9.
Ainsi, il est préférable de réaliser un rapport dégressif de filière de 10 à 25 % pour un nouveau filage d'un fil supraconducteur dont le rapport de cuivre est ajusté par polissage électrolytique afin que le diamètre du fil soit uniforme et que la pellicule de surface de cuivre ou d'alliage de cuivre ne puisse pas fluer vers l'arrière et de manière que le fil ne se casse pas.
(Exemple 10)
Lorsque le rapport de cuivre du fil supraconducteur à plusieurs âmes de la figure 7 est réglé par polissage électrolytique, la densité de courant de surface du fil est réglée à 100 A/dm2 afin que la pellicule de surface de cuivre soit dissoute.
Lorsque le rapport de cuivre du fil supraconducteur à plusieurs âmes de la figure 7 est réglé par polissage électrolytique, la densité de courant de surface du fil est réglée à 100 A/dm2 afin que la pellicule de surface de cuivre soit dissoute.
(Exemple 11)
Lorsque le rapport de cuivre du fil supraconducteur multicouche de l'exemple 7 est ajusté par polissage électrolytique, la densité du courant de surface du fil est réglée à 300 A/dm2 afin que la pellicule de surface de cuivre soit dissoute.
Lorsque le rapport de cuivre du fil supraconducteur multicouche de l'exemple 7 est ajusté par polissage électrolytique, la densité du courant de surface du fil est réglée à 300 A/dm2 afin que la pellicule de surface de cuivre soit dissoute.
Les fils supraconducteurs à plusieurs âmes obtenus directement dans les exemples 10 et 11 ont été comparés l'un à l'autre. En conséquence, le fil de l'exemple 10 avait une surface extrêmement lisse après dissolution du cuivre. Dans le fil de l'exemple 11 d'autre part, de grandes quantités de plissements du métal fondu et de soufflures ont apparu car la densité de courant en surface du fil supraconducteur était trop élevée pendant le polissage électrolytique.
Ainsi, il est préférable d'utiliser une densité de courant en surface du fil supraconducteur comprise entre 1 et 200 A/dm2, lorsque le polissage électrolytique est réalisé pour l'ajustement du rapport de cuivre.
Comme indiqué précédemment, le fil supraconducteur fabriqué selon la présente invention a une uniformité du rapport de cuivre dans sa direction longitudinale. Le rendement de fabrication est donc accru et on peut prévoir une réduction de coût. Selon l'invention, en outre, le diamètre du fil supraconducteur ayant un rapport uniformité de cuivre peut aussi être uniformisé par filage supplémentaire du fil, donnant un fil supraconducteur de hautes performances.
L'appareil de polissage électrolytique s'applique de façon très générale non seulement à un fil supraconducteur recouvert de cuivre mais aussi à l'uniformisation du rapport de sections entre une partie d'âme et une couche métallique de recouvrement d'un fil électrique recouvert d'un métal ayant la partie d'âme et la couche métallique de recouvrement de la partie d'âme dans sa direction longitudinale.
Dans ce cas, la couche de recouvrement à laquelle s'applique l'invention peut être préparée à partir d'un matériau ayant une excellente conductivité telle que le zinc, l'aluminium, le cuivre, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre ou le nickel. Ceci est dû au fait qu'une certaine densité de courant en surface est nécessaire au polissage électrolytique, et un matériau ayant une mauvaise conductivité peut provoquer un dégagement de chaleur à ce moment.
L'électrolyte, qui varie avec la compatibilité avec le métal à dissoudre, peut être préparée à partir d'un acide, par exemple l'acide perchlorique, phosphorique, sulfurique, chromique ou nitrique, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium, un cyanure ou analogues. Un acide tel que l'acide phosphorique ou sulfurique est préférable pour la dissolution du cuivre par exemple.
En outre, l'étape de polissage électrolytique peut être réalisée à un stade quelconque au cours des étapes de fabrication du fil électrique recouvert d'un métal. Il est cependant nécessaire de faire subir un étirage au fil afin que son diamètre soit régulé.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés et appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (39)
1. Procédé de mesure non destructive d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique (27) recouvert d'un métal ayant une partie d'âme comprenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend
une étape de mémorisation préalable de valeurs de résistance électrique du premier et du second matériau respectivement,
une étape de mesure de la résistance électrique du fil électrique (27) recouvert d'un métal dans une région de longueur prescrite,
une étape de calcul d'un rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau dans la région de longueur prescrite d'après les valeurs préalablement mémorisées de résistance électrique du premier et du second matériau et de la résistance électrique mesurée en réalité pour le fil électrique (27) recouvert d'un métal, et
une étape de déplacement du fil électrique (27) recouvert d'un métal de façon continue dans sa direction longitudinale pour la mesure de la distribution du rapport de sections dans la direction longitudinale du fil électrique (27) recouvert d'un métal.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mesure de la résistance électrique du fil électrique (27) recouvert d'un métal comprend
une étape de transmission d'un courant à la région de longueur choisie du fil électrique (27) recouvert d'un métal par une paire de premières électrodes (29a, 29b),
une étape de mesure d'une tension apparaissant dans la région de longueur prescrite du fil électrique (27) recouvert d'un métal par l'intermédiaire d'une paire de secondes électrodes (33a, 33b) placées à l'intérieur de la paire de premières électrodes (29a, 29b), et
une étape de calcul de la résistance électrique du fil électrique (27) recouvert d'un métal dans la région de longueur prédéterminée en fonction de la valeur du courant appliqué et de la valeur de la tension mesurée.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier matériau est un matériau supraconducteur, et le second matériau est du cuivre ou un alliage de cuivre.
4. Procédé d'ajustement d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique (27) recouvert d'un métal, ayant une partie d'âme comprenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme, caractérisé en ce qu'il comprend la dissolution d'une partie de couche de surface de la couche de recouvrement par polissage électrolytique, et l'ajustement du rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le polissage électrolytique est adapté à l'électrolyse d'un électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique (27) et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse afin que la partie de couche de surface du fil électrique (27) utilisé comme anode soit dissoute.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le polissage électrolytique comprend
une étape de déplacement constant du fil électrique (27) dans sa direction longitudinale afin qu'il circule constamment dans un bain d'électrolyse, et
une étape d'électrolyse d'un électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique (27) et plongée dans le bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placé dans le bain d'électrolyse, si bien que la partie de couche de surface du fil électrique (27) utilisé comme anode est dissoute.
7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second matériau est un métal choisi dans le groupe qui comprend le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre et le nickel, et leurs alliages.
8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier matériau est un matériau supraconducteur, et le second matériau est le cuivre ou un alliage de cuivre.
9. Procédé d'uniformisation d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique (27) recouvert d'un métal ayant une partie d'âme contenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme, caractérisé en ce qu'il comprend la dissolution d'une partie de couche de surface de la couche de recouvrement par polissage électrolytique, avec uniformisation de cette manière du rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau, dans la direction longitudinale.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le polissage électrolytique est adapté à l'électrolyse d'un électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil métallique (27) et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse de manière qu'une partie de couche de surface du fil électrique (27) utilisé comme anode soit dissoute.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le polissage électrolytique comprend
une étape de déplacement constant du fil électrique (27) dans sa direction longitudinale afin qu'il passe constamment dans un bain d'électrolyse, et
une étape d'électrolyse d'un électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique (27) et plongée dans le bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse, si bien qu'une partie de couche superficielle du fil électrique (27) utilisé comme anode est dissoute.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la valeur du courant appliqué à l'électrolyte est changée afin que l'amplitude de dissolution de la partie de couche de surface du fil électrique (27) soit réglée.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du fil électrique (27) est changée afin que l'amplitude de dissolution de la partie de couche de surface du fil électrique (27) soit réglée.
14. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le second matériau est un métal choisi dans le groupe qui comprend le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre et le nickel, et leurs alliages.
15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier matériau est un matériau supraconducteur, et le second matériau est le cuivre ou un alliage de cuivre.
16. Procédé de nettoyage d'un fil électrique (27), caractérisé en ce qu'il comprend l'extraction d'une partie de couche de surface du fil électrique (27) ayant une surface métallique, par polissage électrolytique, si bien que la surface du fil électrique est nettoyée.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le polissage électrolytique est destiné à ltélec- trolyse d'un électrolyte à laide d'une anode formée du fil électrique (27) et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse, si bien que la partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode est dissoute.
18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le polissage électrolytique comprend
une étape de déplacement constant du fil électrique (27) dans sa direction longitudinale afin qu'il passe de façon continue dans un bain électrolytique, et
une étape d'électrolyse d'un électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique (27) et plongée dans le bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse, si bien que la partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode est dissoute.
19. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le métal est choisi dans le groupe qui comprend le zinc, l'aluminium, l'or, l'argent, le chrome, l'étain, le tungstène, le fer, le cuivre et le nickel et leurs alliages.
20. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le fil électrique (27) comprend une partie d'âme contenant un matériau supraconducteur et une couche de recouvrement formée de cuivre ou d'un alliage de cuivre et recouvrant la partie d'âme.
21. Procédé de fabrication d'un fil électrique recouvert d'un métal, caractérisé en ce qu'il comprend
une étape de chargement d'un matériau destiné à former une partie d'âme, contenant un premier matériau, dans un tube métallique formé d'un second matériau, pour la préparation d'une billette,
une étape de filage de la billette ainsi préparée,
une étape de filage du corps filé pour la préparation d'un fil électrique (27) recouvert d'un métal, et
une étape d'extraction d'une partie de la surface du fil électrique (27) par polissage électrolytique.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que le polissage électrolytique est destiné à ltélec- trolyse d'un électrolyte à laide d'une anode formée du fil électrique (27) et plongée dans un bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse de manière que la partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode soit dissoute.
23. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que le polissage électrolytique comprend
une étape de déplacement constant du fil électrique (27) dans sa direction longitudinale afin qu'il passe de façon continue dans un bain d'électrolyse, et
une étape d'électrolyse d'un électrolyte à l'aide d'une anode formée du fil électrique (27) et plongée dans le bain d'électrolyse et d'une cathode d'un métal placée dans le bain d'électrolyse, si bien que la partie de couche de surface du fil électrique utilisé comme anode est dissoute.
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de mesure d'un état de distribution d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau du fil électrique (27) dans la direction longitudinale de celui-ci, avant le polissage électrolytique.
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'étape d'extraction de la partie de couche de surface du fil électrique (27) par polissage électrolytique est adaptée pour l'ajustement de l'amplitude d'extraction de la partie de couche de surface d'après l'état mesuré de la distribution du rapport de sections, si bien que le rapport de sections est uniformisé dans la direction longitudinale.
26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que l'amplitude d'extraction de la partie de couche de surface est ajustée par changement de l'intensité du courant appliqué à l'électrolyte.
27. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que l'amplitude d'extraction de la partie de couche de surface est ajustée par changement de la vitesse de déplacement du fil électrique (27).
28. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'étirage supplémentaire du fil électrique (27) après polissage électrolytique, si bien que le diamètre du fil électrique est uniformisé dans sa direction longitudinale.
29. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que la partie de couche de surface est retirée par polissage électrolytique, jusqu a ce que le rapport de sections d'une partie d'un premier matériau et d'une partie d'un second matériau du fil électrique (27) atteigne une valeur prescrite.
30. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que la partie de couche de surface est retirée par polissage électrolytique en quantité permettant une extraction suffisante des défauts et une suppression suffisante de l'adhérence des matières étrangères à la surface du fil électrique.
31. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que le fil électrique (27) comporte une partie d'âme comprenant un matériau supraconducteur, et une couche de recouvrement formée de cuivre ou d'un alliage de cuivre et recouvrant la partie d'âme.
32. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que la densité du courant à la surface du fil électrique (27) est réglée entre 1 et 200 A/dm2 pendant le polissage électrolytique.
33. Appareil de mesure non destructive d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique (27) recouvert d'un métal ayant la partie d'âme qui contient le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend
un dispositif destiné à mémoriser au préalable des valeurs de résistance électrique du premier et du second matériau respectivement,
une paire de premières électrodes (29a, 29b) destinées à transmettre un courant à une région de longueur prescrite du fil électrique recouvert d'un métal,
une paire de secondes électrodes (33a, 33b) placées à l'intérieur de la paire de premières électrodes (29a, 29b) et destinées à mesurer une tension qui apparaît dans la région de longueur prédéterminée du fil électrique recouvert d'un métal,
un dispositif de calcul de la résistance électrique du fil électrique recouvert d'un métal dans la région de longueur prescrite en fonction de la valeur du courant appliqué et de la valeur de tension mesurée, et
un dispositif de calcul d'un rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau dans la région de longueur prescrite d'après les valeurs de résistance électrique précédemment mémorisées pour le premier et le second matériau et de la résistance électrique mesurée et calculée du fil électrique recouvert d'un métal.
34. Appareil selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à déplacer constamment le fil électrique (27) recouvert d'un métal dans sa direction longitudinale, afin qu'il mesure la distribution du rapport de sections dans la direction longitudinale du fil électrique recouvert d'un métal.
35. Appareil de polissage électrolytique d'un fil électrique, caractérisé en ce qu'il comprend
un bain d'électrolyse contenant un électrolyte,
un dispositif (39, 41) de déplacement constant d'un fil électrique (27) ayant une surface métallique, dans sa direction longitudinale, afin que le fil passe constamment dans le bain d'électrolyse,
un dispositif d'anodisation du fil électrique (27),
un organe métallique placé dans le bain d'électrolyse et destiné à être utilisé comme cathode, et
un dispositif destiné à créer une différence de potentiel entre le fil électrique (27) et l'organe métallique afin qu'une partie de couche de surface du fil électrique (27) soit dissoute par polissage électrolytique.
36. Appareil selon la revendication 35, caractérisé en ce que le bain d'électrolyse comprend un rouleau d'enroulement du fil électrique (27) circulant dans le bain d'électrolyse.
37. Appareil selon la revendication 35, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement (39, 41) du fil électrique (27) comporte un dispositif capable de modifier sa vitesse.
38. Appareil selon la revendication 35, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif capable de changer la valeur du courant circulant dans le bain d'électrolyse.
39. Appareil d'uniformisation d'un rapport de sections entre une partie d'un premier matériau et une partie d'un second matériau d'un fil électrique (27) recouvert d'un métal ayant une partie d'âme contenant le premier matériau et une couche métallique de recouvrement formée du second matériau et recouvrant la partie d'âme dans sa direction longitudinale, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend
un dispositif destiné à mémoriser au préalable des valeurs de résistance électrique du premier et du second matériau respectivement,
une paire de premières électrodes (29a, 29b) destinées à transmettre un courant à une région de longueur prescrite du fil électrique (27) recouvert d'un métal,
une paire de secondes électrodes (33a, 33b) placées à l'intérieur de la paire de premières électrodes (29a, 29b) et destinées à mesurer une tension créée dans la région de longueur prescrite du fil électrique (27) recouvert d'un métal,
un dispositif de calcul de la résistance électrique du fil électrique (27) recouvert d'un métal dans la région de longueur prescrite en fonction de la valeur du courant appliqué et de la valeur de la tension mesurée,
un dispositif de calcul d'un rapport de sections entre la partie du premier matériau et la partie du second matériau dans la région de longueur prescrite en fonction des valeurs préalablement mémorisées de résistance électrique du premier et du second matériau et de la résistance électrique réellement mesurée/calculée pour le fil électrique (27) recouvert d'un métal,
un bain d'électrolyse contenant un électrolyte,
un dispositif d'anodisation du fil électrique (27),
un organe métallique disposé dans le bain d'électrolyse et destiné à être utilisé comme cathode,
un dispositif destiné à provoquer l'apparition d'une différence de potentiel entre le fil électrique (27) et l'organe métallique afin qu'une partie de couche de surface du fil électrique (27) soit dissoute par polissage électrolytique,
un dispositif (39, 41) de déplacement constant du fil électrique (27) dans sa direction longitudinale afin qu'il passe de façon continue dans le bain d'électrolyse à la suite de la mesure du rapport de sections, et
un dispositif de réglage de l'amplitude de dissolution de la partie de couche de surface du fil électrique en fonction du résultat de la mesure du rapport de sections.
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