1 PROCEDE DE MISE EN FORME D'UN FIL METALLIQUE L'invention se rapporte à un procédé de mise forme d'un câble métallique à base de cuivre, ce câble pouvant être entièrement en cuivre, ou bien être réalisé à partir d'un alliage en cuivre. Généralement, certains procédés de mise en forme de tels câbles, destinés par exemple, à constituer des câbles électriques ayant un diamètre bien défini, comprennent dans l'ordre, une étape de tréfilage réalisée sur un seul fil ou sur plusieurs fils au moyen d'une tréfileuse, une étape de recuit, une étape de refroidissement, et une étape d'embobinage du fil métallique ou de la mèche de fils obtenue sur une bobine. Lors de ces procédés de mise en forme, le fil ou la mèche est mis en mouvement en continu, entre l'étape de tréfilage et l'étape d'embobinage. Les procédés de mise en forme selon l'invention incorporent une étape, permettant de contrôler certaines caractéristiques des fils obtenus avant d'être embobinés. Dans un souci de clarté et de bonne compréhension de l'invention, il faut souligner que les procédés de mise en forme selon l'invention peuvent être appliqués à la mise forme, soit d'un fil unitaire, soit d'une mèche constituée de plusieurs fils. Dans le premier cas, un seul fil sera mis en mouvement, et dans le deuxième cas, c'est une pluralité de fils regroupés en une mèche qui seront déplacés simultanément durant la totalité du déroulement dudit procédé. Pour la suite de la description, le fait d'évoquer un fil ou une mèche est donc équivalent. De même, pour la suite de la description il sera fait état d'un fil métallique à base de cuivre, recouvrant à la fois la configuration pour laquelle le fil est entièrement en cuivre, et la configuration pour laquelle il est réalisé à partir d'un alliage en cuivre. Un problème récurrent, souvent rencontré avec ce type de procédé mettant en oeuvre une étape de recuit suivie d'une étape de refroidissement, est l'oxydation du fil à base de cuivre, une fois qu'il est embobiné sur la bobine. En effet, après les étapes de recuit et de refroidissement, le fil est susceptible de présenter un certain taux d'humidité inhérent à ces deux étapes, et, si ce taux n'est pas contrôlé, il peut dépasser une valeur seuil, et entrainer de façon certaine, une oxydation de ce fil sur la bobine. Or, le phénomène d'oxydation détériore les caractéristiques structurelles d'un fil à base de cuivre, au point de les rendre inutilisables. Il est donc important de bien contrôler ce taux d'humidité, de façon permanente durant toute la durée du procédé de mise en forme du fil à base de cuivre, afin d'éviter ce phénomène redouté d'oxydation. L'un des moyens les plus sûrs pour prévenir ce phénomène d'oxydation, consiste à effectuer des mesures de certains paramètres relatifs à l'état d'humidité du fil métallique, entre la phase de refroidissement postérieure à la phase de recuit, et la phase d'embobinage, afin de contrôler en temps réel ces paramètres. Mais, ces mesures sont difficiles à mettre en place, en raison principalement du déplacement du fil durant toute la durée du procédé de mise en forme. En effet, le fil est déplacé avec une vitesse de défilement importante, pouvant être supérieure à 20m/s entre l'étape de tréfilage et l'étape d'embobinage, et les moyens de mesures ne doivent, ni entraver cette cadence de défilement, ni interférer directement avec le fil, sous peine d'endommager ledit fil ou sous peine d'effectuer des relevés erronés. Autrement dit, les moyens d'acquisition et d'enregistrement des paramètres permettant d'évaluer les situations critiques, pour lesquelles le fil a une forte probabilité de s'oxyder sur la bobine, ne doivent avoir aucun contact mécanique avec le fil durant le procédé de mise en forme. Les solutions consistant à ralentir le procédé, voire à l'interrompre, pour effectuer ces mesures, avec des moyens qui pourraient alors venir au contact dudit fil, ne sont pas retenues, en raison notamment de l'allongement notable du délai total de mise en forme du fil, et en raison du fait que certaines zones du fil ne seraient pas explorées.
Les procédés de mise en forme selon l'invention, mettent donc en oeuvre des moyens de mesure de certains paramètres relatifs à l'état d'humidité du fil et aptes à indiquer si ledit fil est susceptible de s'oxyder sur la bobine, ces moyens de mesures étant positionnés à proximité dudit fil, sans interférer mécaniquement avec lui, et sans affecter la vitesse de défilement de ce fil durant la durée du procédé de mise en forme. Les mesures s'effectuent ainsi en continu durant toute la durée du procédé de mise en forme. Ces moyens de mesure peuvent être avantageusement reliés à des dispositifs d'alerte sonores ou visuels, pour informer un opérateur de la présence d'une situation critique. Ils peuvent également être reliés à un système d'arrêt automatique du défilement du fil, afin que l'opérateur puisse intervenir en temps réel sur le fil, pour faire disparaitre les conditions d'apparition d'une oxydation dudit fil. Ils peuvent aussi être interfacés avec le réglage d'un système de refroidissement dans le recuiseur. L'invention se rapporte à un procédé de mise en forme d'au moins un fil à base de cuivre comprenant dans l'ordre, une étape de tréfilage, une étape de recuit, une étape de refroidissement et une étape d'embobinage sur une bobine, le fil étant déplacé en continu durant ledit procédé avec une vitesse de défilement donnée. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention, est qu'il comprend une étape de mesure située en amont de l'étape d'embobinage, et permettant de déterminer certains paramètres relatifs à l'état d'humidité du fil, ladite étape s'effectuant en continu par l'intermédiaire d'au moins un capteur placé à distance du fil en défilement. De cette manière, chaque capteur de mesure n'interfère pas directement avec le fil, et évite ainsi, d'une part, tout risque de dégradation du fil par contact et, d'autre part, tout risque de blocage ou de déviation dudit fil durant le procédé de mise en forme. De même, cette configuration mettant à distance le fil et les capteurs de mesure, permet d'éviter les situations pour lesquelles le fil, qui serait au contact desdits capteurs, biaiserait la qualité des mesures. Le procédé de mise en forme selon l'invention, permet de mettre en forme, soit un seul fil, soit une pluralité de fils en même temps, regroupés en une mèche de fils. Dans ce deuxième cas, c'est une mèche constituée d'une pluralité de fils qui va être déplacée durant le procédé, afin d'y subir les différentes étapes de recuit, de refroidissement et d'embobinage. Lors des phases de recuit et de refroidissement, il est donc fondamental de surveiller certains paramètres, tels que par exemple la température des fils et leur taux d'humidité, afin d'éviter d'enrouler des fils humides et/ou chauds sur la bobine, et dont les conséquences se traduiraient par une oxydation desdits fils. Le problème lié à l'humidité et au risque d'oxydation est plus marqué lorsque le procédé de mise en forme traite une mèche de plusieurs fils, les zones propices au dépôt d'humidité y étant plus nombreuses, mais demeure également présent avec un seul fil mis en forme par le procédé selon l'invention. L'étape de tréfilage permet de réduire le diamètre d'un fil métallique, et puisque le fil de diamètre réduit sortant de la tréfileuse est particulièrement raide, il doit subir une étape de recuit afin de retrouver de la ductilité et de la souplesse, cette étape de recuit devant être suivie par une étape de refroidissement pour ramener le fil à une température plus en accord avec la température ambiante. C'est au moment de ces deux phases de recuit et de refroidissement que de l'humidité peut se déposer sur les fils ou dans les interstices crées par lesdits fils au sein d'une mèche. L'étape de mesure doit s'effectuer en continu, afin de tester le fil ou la mèche sur toute sa longueur, sans laisser subsister de zones inexplorées. Avantageusement, l'étape de mesure est située entre l'étape de refroidissement et l'étape d'embobinage. En effet, c'est à la sortie des deux étapes de recuit et de refroidissement que le fil ou la mèche de fils à base de cuivre, est le plus susceptible de présenter une température un peu trop élevée ou trop basse, associée à un certain taux d'humidité pouvant conduire au phénomène d'oxydation redouté. De façon préférentielle, l'étape de mesure met en oeuvre au moins un capteur permettant de mesurer la température du fil. En effet, la température du fil ou de la mèche de fils, est l'un des paramètres fondamentaux, qui va conditionner l'apparition ou non d'une oxydation dudit fil ou de ladite mèche, sur la bobine. Le contrôle précis de cette température est donc requis. Préférentiellement, le capteur est un fluxmètre radiatif. L'avantage majeur fourni par un fluxmètre radiatif est qu'il est prévu pour agir à distance d'un corps chaud, et qu'il permet de mesurer la chaleur irradiée par ledit corps. Une fois que le flux de chaleur radiatif a été mesuré par le fluxmètre, il est aisé de déduire la température de ce corps chaud par l'intermédiaire de la loi de Boltzmann. Le procédé de mise en forme d'un fil à base de cuivre selon l'invention, peut mettre en oeuvre plusieurs fluxmètres radiatifs positionnés à des emplacements stratégiques le long de la chaine de défilement du fil ou de la mèche. Généralement, un fluxmètre est associé à une centrale d'acquisition et à un logiciel permettant d'évaluer directement la température du corps chaud qui irradie de la chaleur, à partir du flux radiatif recueilli. De façon avantageuse, le fluxmètre se présente sous la forme d'une pièce sensiblement cylindrique placée autour du fil en défilement, ledit fil se déplaçant le long de l'axe de révolution dudit fluxmètre. Autrement dit, une telle configuration de fluxmètre est tout à fait adaptée pour recueillir le flux thermique émis de façon isotrope par un fil ou une mèche de fils en déplacement. Avantageusement, l'étape de mesure met en oeuvre au moins un capteur permettant de mesurer le taux d'humidité du fil. En effet, le taux d'humidité du fil ou de la mèche de fils, est l'un des autres paramètres fondamentaux en dehors de la température, qui va conditionner l'apparition ou non d'une oxydation dudit fil ou de ladite mèche, sur la bobine. Le contrôle précis du taux d'humidité du fil est donc requis pour prévenir les situations d'oxydation potentielle. De façon préférentielle, le capteur d'humidité est un capteur d'humidité capacitif. Ce type de capteur est de petite taille, et est placé juste à coté du fil ou de la mèche de fils, sans toutefois être à leur contact. A l'image des capteurs de température, le procédé de mise en forme d'un fil selon l'invention, peut mettre en oeuvre plusieurs capteurs d'humidité capacitifs, positionnés à des emplacements stratégiques le long de la chaine de défilement du fil ou de la mèche. De façon avantageuse, le capteur d'humidité et le capteur de température sont regroupés dans une même zone, l'un à la suite de l'autre. La notion « l'un à la suite de l'autre » est à considérer par rapport au sens de défilement du fil ou de la mèche de fils. Cette configuration est privilégiée, car, d'une part, les deux capteurs ne risquent pas d'interférer entre eux lors des mesures effectuées, et, d'autre part, la zone critique dans laquelle le fil est à une température inadaptée et qu'il est le plus fortement chargé en humidité est faiblement étendue.
Préférentiellement, les capteurs de mesure sont reliés à un avertisseur sonore ou visuel prévu pour se déclencher, lorsque certaines valeurs mesurées dépassent une valeur seuil. Ainsi, un opérateur supervisant ce procédé de mise en forme d'un fil ou d'une mèche de fils, ne devra pas rester en permanence, les yeux rivés sur la valeur des mesures acquises par les capteurs, au cours du temps, afin d'évaluer les risques d'apparition de situations critiques. Un avertisseur visuel ou sonore, l'informera directement, et il pourra alors agir en conséquence sur les réglages du niveau de refroidissement afin d'éliminer les conditions d'apparition d'une oxydation sur le fil ou la mèche de fils. Avantageusement, les capteurs de mesure sont reliés à un système d'arrêt automatique du déplacement du fil, qui est déclenché lorsque certaines valeurs mesurées dépassent une valeur seuil. De cette manière, l'opérateur n'aura pas à réagir dans l'urgence et de façon précipitée. La mise en oeuvre d'un système d'arrêt automatique, correspond à une version sécuritaire d'un procédé selon l'invention. De façon préférentielle, les capteurs de mesure sont reliés à un système de réglage automatique du niveau de refroidissement du fil dans la colonne de refroidissement. De cette manière, le procédé selon l'invention se retrouve autorégulé, sans que le fil ne soit jamais porté à une température compatible avec l'apparition du phénomène d'oxydation sur la bobine. Un procédé de mise en forme d'un fil métallique ou d'une mèche de fils selon l'invention, présente l'avantage d'être amélioré par rapport aux procédés déjà existants, en incluant une étape supplémentaire de contrôle de l'état d'humidité du fil ou de la mèche, ladite étape étant réalisée en parallèle dudit procédé, donc sans rallonger son temps de cycle. De plus, cette étape de contrôle s'effectue à distance du fil ou de la mèche en défilement, en évitant toute interaction directe entre les moyens de mesure et ledit fil ou ladite mèche, rendant fiables, précises et sûres lesdites mesures.
On donne ci-après une description détaillée, d'un mode de réalisation préféré d'un procédé de mise en forme d'un fil à base de cuivre ou d'une mèche de plusieurs fils selon l'invention, en se référant aux figures 1 à 7. - La figure 1 est une vue schématisée montrant les différentes étapes d'un procédé de mise en forme d'un fil selon l'invention, - La figure 2 est une vue en perspective montrant la position d'un fluxmètre radiatif par rapport à une mèche de fils mise en forme à partir d'un procédé selon l'invention, - La figure 3 est une vue en coupe radiale montrant la position d'un fluxmètre radiatif par rapport à une mèche de fils mise en forme à partir d'un procédé selon l'invention, - La figure 4 est un logigramme montrant les différentes étapes permettant de déduire la température d'une mèche de fils à partir de la mesure d'un fluxmètre, - La figure 5 est une vue en perspective montrant la position d'un capteur d'humidité capacitif, par rapport à une mèche de fils mise en forme à partir d'un procédé selon l'invention, - La figure 6 est un logigramme montrant les différentes étapes permettant de déduire le taux d'humidité d'une mèche de fils à partir de la mesure d'un capteur d'humidité capacitif, - La figure 7 est une vue en perspective montrant un arrangement particulier d'un fluxmètre par rapport à un capteur d'humidité capacitif, pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. En se référant à la figure 1, un procédé 1 de mise en forme selon l'invention, permettant de mettre en forme une mèche 2 constituée d'une pluralité de fils de cuivre, comprend, de façon chronologique, une étape de tréfilage 3, une étape de recuit 4, une étape de refroidissement 5, une étape de mesures 6 et une étape d'embobinage 7 sur une bobine 8. En début de procédé, la mèche 2 de fils est apportée de plusieurs paniers 21, puis est déroulée de façon à ce que les fils de cuivre de ladite mèche 2 passent simultanément dans les filières 9 d'une tréfileuse 10, afin de réduire leur diamètre respectif. En sortie de tréfileuse 10, les fils de la mèche 2, qui ont été façonnés de manière à avoir un diamètre réduit, sont raides et doivent alors subir une étape de recuit 4, pour leur permettre de retrouver de la ductilité ainsi que de la souplesse. Cette étape de recuit 4 s'effectue généralement en appliquant une tension électrique entre des poulies 11, et de ce fait, en faisant passer un courant électrique dans les fils de la mèche 2, et permettant de chauffer par effet joule ladite mèche 2 jusqu'à des températures voisines de 550°C. Une fois portés à ces températures, les fils doivent être ensuite refroidis, afin de retrouver une température plus en conformité avec la température ambiante. Cette étape de refroidissement 5 est réalisée au moyen d'une colonne de refroidissement 12, prévue pour abaisser la température de la mèche jusqu'à environ 35°C.L'ultime étape du procédé consiste à enrouler la mèche 2 transformée, sur une bobine 8. Ce procédé 1 se déroule en continu, la mèche 2 parcourant les différentes étapes du procédé en étant animée d'une vitesse de défilement de pouvant être supérieure à 20 m/s. La mèche 2 s'enroule ainsi progressivement sur la bobine 8, à cette vitesse, et le procédé est interrompu, une fois que la totalité de la mèche 2 mise en forme, se retrouve enroulée intégralement sur la bobine 8. Avec ce type de procédé visant à mettre en forme une mèche 2 de fils de cuivre, ladite mèche 2 peut se retrouver avec un certain taux d'humidité associé à une température inappropriée, en sortie d'étape de refroidissement 5, et, si les valeurs de ces deux paramètres dépassent une valeur seuil, les risques d'oxydation de la mèche 2, une fois qu'elle est enroulée sur la bobine 8, deviennent très importants. Les procédés 1 selon l'invention, incluent donc une étape supplémentaire 6 de mesures de la température et du taux d'humidité de la mèche 2, ladite étape 6 étant intercalée entre l'étape de refroidissement 5 et l'étape d'embobinage 7. En effet, c'est en sortie d'étape de refroidissement 5 que la mèche 2 est le plus susceptible de présenter un taux d'humidité élevé associé à une température inadaptée. De cette manière, cette étape 6 de mesures a pour objectif de contrôler les principaux paramètres, qui vont régir l'apparition ou non d'une oxydation de la mèche enroulée sur la bobine 8. Cette étape 6 supplémentaire fait intervenir à la fois, des moyens de mesure 20 de la température de la mèche 2, et des moyens de mesure 30 du taux d'humidité de ladite mèche 2. Ces deux moyens 20,30 sont intercalés entre la colonne de refroidissement 12 prévue pour assurer l'étape de refroidissement de la mèche 2 après son recuit 4, et la bobine 8 sur laquelle va s'enrouler la mèche 2 mise en forme. En se référant à la figure 2, les moyens de mesures de la température comprennent essentiellement un fluxmètre radiatif 20, conçu pour enregistrer le flux thermique radiatif émis par la mèche 2, cette mesure s'effectuant à distance de la mèche 2 En se référant également à la figure 3, le fluxmètre 20 se présente sous la forme de deux pièces 22 sensiblement hémicylindriques et complémentaires l'une de l'autre, de façon à constituer une pièce cylindrique venant se placer autour de la mèche 2 de fils en cuivre en défilement. Idéalement, la mèche 2 est positionnée au centre du fluxmètre 20, de manière à être confondue avec l'axe de révolution dudit fluxmètre 20, ou, si le fluxmètre 20 n'est pas cylindrique mais est constitué de deux pièces 22 identiques non rigoureusement hémicylindriques, est confondue alors avec son axe de symétrie. Une fois que les deux parties 22 constitutives du fluxmètre 20 sont refermées l'une sur l'autre, elles laissent subsister, au niveau de leurs extrémités, une ouverture pour le passage de la mèche 2. Cet agencement particulier du fluxmètre 20 avec la mèche 2 permet audit fluxmètre 20 de mesurer la quasi-totalité du flux thermique radiatif émis de façon isotrope par ladite mèche 2 en défilement. La prise de mesure est localisée dans l'espace, et est effectuée sur la longueur du fluxmètre 20. Une fois le flux thermique radiatif acquis par le fluxmètre 20, il est aisé de déduire la température de la mèche 2 au moyen de l'équation de Boltzmann : E Q (Tfil4 - Tth4) où, (D est le flux thermique mesuré, E est l'émissivité, o. est une constante, Tfil est la température de la mèche, Tth est la température du fluxmètre, Comme le montre schématiquement la figure 4, une fois que le fluxmètre 20 a enregistré un flux thermique radiatif, il transmet un premier signal 23 sous la forme d'une tension électrique, à une centrale d'acquisition 24, qui va alors calculer la valeur du flux thermique déduite de ce premier signal 23. Il transmet également à cette centrale d'acquisition, un deuxième signal 25, simultanément au premier 23, sous la forme d'une tension électrique, et qui va permettre de calculer la température du fluxmètre 20. Un logiciel 26, se fondant sur l'équation de Boltzmann et possédant comme données d'entrée, la température du fluxmètre 20 et la valeur du flux thermique émis par la mèche 2, donne alors, instantanément, la valeur de la température de la mèche 2. En se référant à la figure 5, les moyens de mesures du taux d'humidité de la mèche 2, comprennent essentiellement un capteur d'humidité capacitif 30, conçu pour enregistrer le taux d'humidité de la mèche 2, cette mesure s'effectuant à distance de la mèche 2. Ce capteur capacitif 30, contrairement au fluxmètre 20, possède une géométrie compacte et est de petite dimension. Il se présente sous la forme d'un boitier 32 parallélépipédique, placé à proximité de la mèche 2 en défilement, mais sans être à son contact. En se référant à la figure 6, le capteur capacitif 30 ne permet pas de mesurer directement et de façon absolue, le taux d'humidité de la mèche 2, mais permet de déterminer une différence entre le taux d'humidité ambiant et celui de ladite mèche 2. Pour ce faire, il envoie un premier signal 33 représentatif du taux d'humidité ambiant, sous la forme d'une capacité, à un circuit électronique 34 oscillateur, qui va alors calculer une première fréquence 35 déduite de ce premier signal 33. Simultanément à l'envoi du premier signal 33, il envoie un deuxième signal 36 représentatif du taux d'humidité de la mèche 2, à ce circuit 34, qui alors calculer une deuxième fréquence 37 déduite de ce deuxième signal 36. Une centrale d'acquisition 38 va déterminer, à partir de ces deux fréquences 35,37, une différence de taux d'humidité entre l'ambiance et la mèche 2. En se référant à la figure 7, le fluxmètre 20 et le capteur 30 d'humidité capacitif sont regroupés dans une zone 50 restreinte située entre les colonnes de refroidissement 12 et la bobine 8. Cette zone 50 est délimitée par un boitier 51 cylindrique, constitué de deux parties complémentaires hémicylindriques, et articulées l'une par rapport à l'autre, ledit boitier 51 renfermant le capteur capacitif 30 et le fluxmètre 20. Une fois que les deux parties complémentaires sont refermées l'une sur l'autre, elles laissent subsister au niveau de leurs extrémités, deux ouvertures centrales, alignées l'une sur l'autre suivant l'axe de révolution du boitier 51, lesdites ouvertures étant prévues pour le passage de la mèche 2 en défilement, durant le procédé. Ces moyens de mesures 20,30 sont reliés à au moins un avertisseur sonore ou visuel, pour prévenir un opérateur dans le cas où les paramètres mesurés dépasseraient des valeurs seuil. Ces moyens de mesure 20,30 peuvent également être reliés à un système d'arrêt automatique du déplacement de la mèche 2, qui serait déclenché pour les mêmes situations que celles évoquées ci-avant. Enfin, ces moyens de mesure peuvent aussi engendrer un réajustement automatique du niveau de refroidissement de la mèche 2. Lorsque le procédé de mise en forme 1 est déclenché, la mèche 2 de fils est mise en mouvement entre l'étape initiale de tréfilage 3 et l'étape finale d'embobinage 7, ladite mèche 2 s'enroulant au fur et à mesure autour sur la bobine 8, après que les fils de cuivre la composant, aient été mis au diamètre voulu. L'étape de mesure 6 consistant à relever la température de la mèche 2 ainsi que son taux d'humidité, au moyen respectivement d'un fluxmètre radiatif 20 et d'un capteur capacitif 30, est alors mise en oeuvre dès le début du procédé et se poursuit en continu pour le reste du procédé. Dès que les valeurs mesurées de ces deux paramètres dépassent des valeurs seuil, indiquant une situation dégradée susceptible d'engendrer un phénomène d'oxydation de la mèche 2 enroulée sur la bobine 8, un opérateur préposé à la supervision de ce procédé 1 est immédiatement averti, et peut alors intervenir rapidement en conséquence. Selon un autre mode de réalisation préféré, le déplacement de la mèche 2 est stoppé automatiquement, ou encore, un ajustement automatique du niveau de refroidissement de la mèche 2 est enclenché, dès que les paramètres mesurés dépassent une valeur seuil. Sans jamais perturber le déroulement du procédé 1 de mise en forme de la mèche 2, l'étape de mesures 6 insérée entre l'étape de refroidissement 5 et l'étape d'embobinage 7, permet, de façon sûre et fiable, d'éviter les situations pour lesquelles ladite mèche 2, enroulée sur la bobine 8, possède de sérieux risques de s'oxyder.