FR3020463A1 - Procede et dispositif de controle par ultrasons de soudures, notamment des soudures des aubes sur le disque d'un disque aubage monobloc - Google Patents

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Abstract

Selon l'invention, pour contrôler des soudures d'éléments (6) sur un corps (4), formant avec ces éléments un ensemble monobloc (2), on équipe l'extrémité libre d'un robot poly-articulé (12) d'une sonde ultrasonore (24), pourvue d'un traducteur ultrasonore multiéléments matriciel (14) ; on insère la sonde dans l'espace (10) compris entre deux éléments adjacents de l'ensemble ; on fait effectuer à la sonde des trajectoires tridimensionnelles le long du profil de l'élément ; on effectue un balayage électronique sectoriel dans au moins deux plans de contrôle non parallèles; et l'on traite les signaux ultrasonores fournis par le traducteur en vue du contrôle des soudures.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE PAR ULTRASONS DE SOUDURES, NOTAMMENT DES SOUDURES DES AUBES SUR LE DISQUE D'UN DISQUE AUBAGE MONOBLOC DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle par ultrasons de soudures. Elle s'applique notamment au contrôle des soudures des aubes sur le disque d'un disque aubagé monobloc (en anglais, bladed disk ou plus simplement blisk). ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE On connaît déjà des procédés et dispositifs de contrôle par ultrasons, utilisant des traducteurs ultrasonores multiéléments matriciels, par les documents suivants : FR 2 698 170, « Procédé et dispositif de contrôle ultrasonore industriel de pièces par retournement temporel », Société nationale d'étude et de construction de moteurs d'aviation SNECMA, FR 2 778 462, « Procédé de contrôle ultrasonore en immersion de pièces à géométrie cylindrique », Société nationale d'étude et de construction de moteurs d'aviation SNECMA. Actuellement, les aubes d'un disque aubagé monobloc sont usinées dans la masse. Et l'on envisage de remplacer cet usinage par un soudage par friction par exemple linéaire ou, en variante, par friction orbitale (mono-orbitale ou multi-orbitale), des aubes, ou éléments radiaux, sur la partie disque, ou moyeu, par exemple d'un disque aubagé monobloc pour turbomachine. Les aubes et la partie disque peuvent alors être usinées séparément, ce qui permet de gagner énormément de matière, cette matière étant perdue lors de l'usinage dans la masse.
Une autre possibilité réside dans le remplacement des aubes à la suite d'un endommagement en cours de fabrication ou en service. Le procédé de soudage par friction peut engendrer des anomalies superficielles et internes au niveau du plan de joint des aubes sur la partie disque. Il faut être capable de les détecter par contrôle pour garantir la conformité du disque aubagé monobloc. Ce plan de joint est localisé dans un proche voisinage de la périphérie extérieure de la partie disque, voire dans le rayon de raccordement avec la veine, ce qui rend très difficile l'accessibilité à la zone à contrôler. Par ailleurs, le profil de cette zone à contrôler est très complexe et l'épaisseur à contrôler est évolutive, d'où un caractère tridimensionnel à prendre en compte pour le contrôle. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention vise à résoudre ce problème de contrôle de la zone du plan de joint de soudure.
Elle utilise un contrôle par ultrasons des soudures, à l'aide d'un robot poly-articulé, équipé d'un traducteur ultrasonore multiéléments matriciel. De plus, on combine des balayages électroniques multi-plans pour compenser la déviation du faisceau ultrasonore. De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de contrôle des soudures d'éléments sur un corps, le corps et les éléments qui lui sont soudés constituant un ensemble monobloc, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : -équiper l'extrémité libre d'un robot poly-articulé d'une sonde ultrasonore, pourvue d'un traducteur ultrasonore multiéléments matriciel ; -insérer la sonde ultrasonore dans l'espace compris entre deux éléments adjacents de l'ensemble monobloc, en regard du joint soudé, correspondant à l'un des deux éléments dont on veut contrôler la soudure ; -faire effectuer à la sonde ultrasonore des trajectoires tridimensionnelles le long du profil de l'élément dont on veut contrôler la soudure ; -effectuer un balayage électronique sectoriel dans au moins deux plans de contrôle non parallèles, de préférence sensiblement orthogonaux ; et -traiter les signaux ultrasonores fournis par le traducteur en vue du contrôle des soudures.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé, objet de l'invention, le contrôle est un contrôle par ondes ultrasonores transversales. De préférence, le contrôle est effectué en travaillant d'une part en bond complet et d'autre part en demi-bond. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on contrôle le joint soudé de chaque élément en effectuant une première passe pour contrôler le joint soudé en demi-bond et une deuxième passe pour contrôler le joint soudé en bond complet. De préférence, on utilise le robot poly-articulé pour suivre le profil le long de chaque élément, à une première distance constante du plan de joint correspondant ainsi qu'a une deuxième distance constante de celui-ci, différente de la première distance. La sonde ultrasonore est avantageusement une sonde biseautée, adaptée à l'espace compris entre les éléments adjacents de l'ensemble monobloc. Dans la présente invention, on peut utiliser le procédé de contrôle suivant : -utiliser un logiciel d'acquisition de données, -entrer des caractéristiques du traducteur, des caractéristiques du disque aubagé monobloc et une configuration de contrôle dans le logiciel d'acquisition, -calculer des lois de retard pour le traducteur, -effectuer un étalonnage sur une pièce de référence, -régler des intervalles de valeurs numériques de paramètres de contrôle, -définir une séquence de contrôle, et -acquérir les signaux fournis par le traducteur et les analyser pour contrôler les soudures.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les éléments sont constitués par les aubes, et le corps par la partie disque, d'un ensemble constituant un disque aubagé monobloc de turbomachine, le contrôle étant ainsi un contrôle des soudures des aubes sur la partie disque du disque aubagé monobloc.
De préférence, les éléments du traducteur ultrasonore multiéléments matriciel sont des éléments en damier. La présente invention concerne aussi un dispositif de contrôle des soudures d'éléments sur un corps, le corps et les éléments qui lui sont soudés constituant un ensemble monobloc, caractérisé en ce qu'il comprend : -un robot poly-articulé, capable d'effectuer des trajectoires tridimensionnelles, -une sonde ultrasonore, pourvue d'un traducteur ultrasonore multiélément matriciel, sonde dont est équipé le robot poly-articulé, pour effectuer un contrôle par ultrasons dans l'espace compris entre deux éléments adjacents de l'ensemble monobloc, et -un dispositif électronique de traitement des signaux fournis par le traducteur ultrasonore multiéléments matriciel, en vue du contrôle des soudures. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une vue en perspective schématique et partielle d'un disque aubagé monobloc pour lequel on veut contrôler les soudures des aubes sur la partie disque, -les figures 2A et 2B illustrent schématiquement un exemple du dispositif, objet de l'invention, -la figure 2C illustre schématiquement un traducteur ultrasonore multiéléments matriciel de type damier, -la figure 2D illustre schématiquement, d'une part, le principe d'un contrôle effectué en travaillant en bond complet et, d'autre part, le principe d'un contrôle effectué en travaillant en demi-bond, -la figure 3 illustre schématiquement des contrôles d'une aube en demi- bond et en bond complet, -les figures 4A et 4B illustrent schématiquement des plans inspectés par balayage sectoriel, -les figure 5A et 5B illustrent schématiquement une sonde biseautée, utilisée de préférence dans la présente invention, et, -la figure 5C illustre schématiquement un contrôle effectué à l'aide de cette sonde. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La description qui va suivre s'applique à un disque aubagé monobloc pour turbomachine, dans lequel les aubes sont soudées à la partie disque formant moyeu. Cependant, cette application n'est pas limitative. La figure 1 est une vue en perspective schématique et partielle d'un disque aubagé monobloc 2 comprenant un disque 4, formant un moyeu, et des aubes 6. Ces dernières ont été soudées au disque 4 par friction linéaire par exemple.
Conformément à l'invention, on effectue un contrôle ultrasonore des soudures, telle que la soudure 8, également appelée « joint soudé ». Et ce contrôle est effectué dans l'espace interaube, tel que l'espace 10, compris entre deux aubes adjacentes, à l'aide d'un dispositif comprenant un robot poly-articulé 12 (figure 2A). Ce dernier est capable d'effectuer des trajectoires tridimensionnelles. Il est équipé d'un traducteur ultrasonore multiéléments, de préférence un traducteur ultrasonore multiéléments matriciel 14 (figure 2B). Par « traducteur ultrasonore multiéléments », on entend un traducteur qui est décomposé en une pluralité d'éléments individuels, chacun desquels peut être piloté indépendamment des autres. Les traducteurs ultrasonores multiéléments matriciels, encore appelés « traducteurs ultrasonores à réseau matriciel », ont une partie active qui est divisée en différents éléments en deux dimensions. Un traducteur ultrasonore matriciel de type damier TD (figure 2C), ayant de multiples éléments E, est préféré dans le cas du contrôle des soudures des aubes à la partie disque d'un disque aubagé monobloc : une telle configuration permet de piloter le faisceau ultrasonore en trois dimensions. Le dispositif de contrôle comprend aussi un dispositif électronique 16 pour traiter de façon appropriée les signaux fournis par le traducteur 14 et fournir les résultats du contrôle. Le dispositif 16 est pourvu d'outils de simulation (non représentés) et d'un dispositif 18 d'affichage des résultats. Dans l'exemple représenté, on effectue un contrôle par ondes ultrasonores transversales. Ce contrôle est effectué en travaillant d'une part en bond complet et d'autre part en demi-bond. Ceci est schématiquement illustré par la figure 2D où l'on voit le disque 4, un faisceau ultrasonore F, émis par un traducteur non représenté, et un défaut ou anomalie A. Sur cette figure 2D, le cas I correspond à un travail en bond complet et le cas II correspond à un travail en demi-bond. On est ainsi capable de détecter des anomalies superficielles et internes avec un faisceau ultrasonore engendré d'un seul côté du disque 4. Cela nécessite deux passes de contrôle (figure 3) et permet de gagner en temps de cycle et en simplicité de programmation des trajectoires. La première passe 20 consiste en un contrôle du joint soudé 8 en demi- bond, d'où un seul rebond du faisceau ultrasonore sur le fond de l'aube correspondante 6. La deuxième passe 22 consiste en un contrôle du joint soudé 8 en bond complet, d'où un rebond du faisceau ultrasonore sur le fond de l'aube 6 puis sur la surface de celle-ci. Afin de compenser les effets de géométrie, on utilise le robot poly- articulé 12, encore appelé « bras robotisé », pour suivre le profil complexe le long de l'aube 6, à deux distances constantes et différentes du plan de joint soudé 8, pour limiter le nombre de trajectoires dans l'espace réduit que constitue l'espace interaube 10. Ce suivi de profil robotisé est en général nécessaire mais il ne permet généralement pas de compenser les effets de déviation du faisceau ultrasonore en trois dimensions, dus à l'interaction entre ce faisceau ultrasonore et la surface du joint soudé 8 (d'après les lois de Snell-Descartes).
Ainsi, ce suivi de profil est de préférence complété par un balayage électronique sectoriel (effectué par le faisceau ultrasonore) dans deux plans de contrôle qui sont représentés sur les figures 4A et 4B. Cela contribue également à traiter l'épaisseur de la zone à contrôler, épaisseur qui évolue suivant le profil de l'aube 6. On rappelle qu'un balayage électronique consiste à déplacer dans l'espace le faisceau ultrasonore en activant séquentiellement chacun des éléments du traducteur ultrasonore multiéléments matriciel. Un tel balayage permet de remplacer électroniquement un axe de balayage mécanique. Un balayage électronique est bien adapté au contrôle des soudures. On voit le premier plan de contrôle P1 sur la figure 4A et le deuxième plan de contrôle P2 sur la figure 4B. Ces plans P1 et P2 sont non parallèles et de préférence sensiblement orthogonaux. La combinaison des balayages électroniques multi-plans permet de compenser la déviation du faisceau ultrasonore. Lors de l'utilisation d'une sonde matricielle (sonde ultrasonore, pourvue d'un traducteur ultrasonore multiéléments matriciel), il est préférable d'utiliser deux plans sensiblement orthogonaux afin de couvrir globalement le volume, caractérisé par une variation de l'épaisseur et du profil à suivre. Sur les figures 4A et 4B, les joints soudés, tels que le joint soudé 8, sont très schématiquement représentés. Sur ces figures 4A et 4B, on a également schématiquement représenté une sonde 24 dans laquelle est inclus le traducteur ultrasonore multiéléments matriciel 14 ainsi qu'un ou plusieurs faisceaux ultrasonores 26 successivement émis par le traducteur 14. La sonde 24 équipe l'extrémité libre du robot poly-articulé 12 (figure 2B), ce qui lui permet d'effectuer des trajectoires tridimensionnelles le long du profil de l'aube dont on contrôle la soudure.
L'espace interaube 10 est réduit (typiquement 35 mm au maximum) et possède des géométries concaves puis convexes. C'est pourquoi on utilise une sonde biseautée 24 dont la conception et la géométrie sont adaptées à l'encombrement réduit en question. Plus précisément, une sonde biseautée est avantageuse parce qu'elle peut être aisément insérée entre deux éléments radiaux adjacents, au plus près du moyeu (et en regard du joint soudé contrôlé), et qu'elle est adaptée à l'espace compris entre les éléments. Dans l'exemple décrit, la sonde biseautée 24 est telle que représentée sur les figures 5A et 5B. Ces figures 5A et 5B sont des vues en perspective schématiques de la sonde biseautée 24. La figure 5A est une vue de dessous et l'on y voit le traducteur 14. La figure 5B est une vue de dessus. La sonde 24 est en forme générale de coin dont une face de couplage 24A comprend le traducteur 14 et dont une autre face 24B, opposée à la face de couplage 24A, fait un angle aigu d'environ 30° avec cette dernière. Une face latérale 24C de la sonde 24 comprend un élément de connexion 27. Ce dernier est relié à un câble 28 qui transmet les signaux fournis par le traducteur 14 au dispositif électronique de traitement 16 (figure 2B) par l'intermédiaire de l'élément de connexion 27. La figure 5C illustre schématiquement le contrôle de l'une des soudures à l'aide de cette sonde. Dans l'exemple décrit, on utilise le protocole de contrôle suivant : -Phase 1 : définition de la configuration Entrée des caractéristiques du traducteur dans le logiciel d'acquisition utilisé (notamment forme, fréquence, dimensions des éléments émetteurs-récepteurs d'ultrasons que comprend le traducteur, nombre de ces éléments, ...) Entrée des caractéristiques des aubes et du disque d'aubes (notamment données de CAO (conception assistée par ordinateur) et matériaux) Entrée de la configuration de contrôle (notamment angulation du traducteur et colonne d'eau) Calcul des lois de retard pour commander le traducteur. -Phase 2 : réglages Etalonnage sur une ou plusieurs pièces de référence (notamment un réflecteur artificiel) Réglages des « portes », c'est-à-dire des intervalles de valeurs numériques de paramètres de contrôle (notamment distance et amplitude) Définition de la séquence de contrôle (notamment trajectoires, plateau tournant, enchaînement des passes) -Phase 3 : acquisitions et analyse. L'espace interaube réduit a conduit à la conception d'une sonde biseautée. Toutefois, dans une variante non représentée, un porte-outil ayant une forme courbe, adaptée à l'espace inter-aube, est prévu pour maintenir cette sonde à l'extrémité libre du robot poly-articulé 12 (figure 2B). Ce porte-outil apporte une aide supplémentaire pour le passage et le déplacement de la sonde dans l'espace inter-aube compte tenu de l'encombrement réduit disponible pour la sonde. On précise en outre que la programmation des trajectoires du robot poly-articulé a été réalisée par apprentissage. L'interaction homme-machine prend en compte un fichier numérique du disque aubagé monobloc, c'est-à-dire de la partie disque et des aubes soudées. On précise aussi qu'un lien entre le logiciel de pilotage de l'électronique associée au traducteur multi-éléments et la trajectoire théorique, définie dans le fichier numérique, permet une trajectoire plus précise.
Dans l'exemple décrit ci-dessus, on a pu faire le contrôle des soudures, ou joints soudés, en tenant compte de la géométrie complexe de celles-ci grâce à la compensation des déviations du faisceau ultrasonore par un balayage électronique dans deux directions. L'invention précédemment décrite s'applique donc au contrôle des soudures d'un disque aubagé monobloc pour turbomachine. Toutefois, le procédé de contrôle de soudures selon l'invention et le dispositif de contrôle mis en oeuvre dans l'invention peuvent s'appliquer à d'autres domaines que ce domaine des disques aubagés monoblocs pour turbomachine.30

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle des soudures d'éléments (6) sur un corps (4), le corps et les éléments qui lui sont soudés constituant un ensemble monobloc (2), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : -équiper l'extrémité libre d'un robot poly-articulé (12) d'une sonde ultrasonore (24), pourvue d'un traducteur ultrasonore multiéléments matriciel (14) ; -insérer la sonde ultrasonore (24) dans l'espace (10) compris entre deux éléments adjacents de l'ensemble monobloc (2), en regard du joint soudé, correspondant à l'un des deux éléments dont on veut contrôler la soudure ; -faire effectuer à la sonde ultrasonore (24) des trajectoires tridimensionnelles le long du profil de l'élément dont on veut contrôler la soudure ; -effectuer un balayage électronique sectoriel dans au moins deux plans de contrôle non parallèles (P1, P2), de préférence sensiblement orthogonaux ; et -traiter les signaux ultrasonores fournis par le traducteur en vue du contrôle des soudures.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le contrôle est un contrôle par ondes ultrasonores transversales.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le contrôle est effectué en travaillant d'une part en bond complet et d'autre part en demi-bond.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant l'étape consistant à contrôler le joint soudé de chaque élément (6) en effectuant une première passe pour contrôler le joint soudé en demi-bond et une deuxième passe pour contrôler le joint soudé en bond complet.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant l'étape consistant à utiliser le robot poly-articulé pour suivre le profil le long de chaque élément (6), à une première distance constante du plan de joint correspondant ainsi qu'a une deuxième distance constante de celui-ci, différente de la première distance.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la sonde ultrasonore est une sonde biseautée (24), adaptée à l'espace (10) compris entre les éléments adjacents de l'ensemble monobloc (2).
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes consistant à : -utiliser un logiciel d'acquisition de données, -entrer des caractéristiques du traducteur, des caractéristiques de l'ensemble monobloc (2) et une configuration de contrôle dans le logiciel d'acquisition, -calculer des lois de retard pour le traducteur (14), -effectuer un étalonnage sur une pièce de référence, -règler des intervalles de valeurs numériques de paramètres de contrôle, -définir une séquence de contrôle, et -acquérir les signaux fournis par le traducteur et les analyser pour contrôler les soudures.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les éléments sont constitués par les aubes (6), et le corps par la partie disque (4), d'un ensemble constituant un disque aubagé monobloc (2) de turbomachine, le contrôle étant ainsi un contrôle des soudures des aubes (6) sur la partie disque (4) du disque aubagé monobloc (2).
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les éléments du traducteur ultrasonore multiéléments matriciel (14) sont des éléments en damier.
  10. 10. Dispositif de contrôle des soudures d'éléments (6) sur un corps (4), le corps et les éléments qui lui sont soudés constituant un ensemble monobloc (2), caractérisé en ce qu'il comprend : -un robot poly-articulé (12), capable d'effectuer des trajectoires tridimensionnelles, -une sonde ultrasonore (24), pourvue d'un traducteur ultrasonore multiélément matriciel (14), sonde dont est équipé le robot poly-articulé, pour effectuer un contrôle par ultrasons dans l'espace (10) compris entre deux éléments adjacents de l'ensemble monobloc (2), et -un dispositif électronique (16) de traitement des signaux fournis par le traducteur ultrasonore multiéléments matriciel, en vue du contrôle des soudures.
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