FR3114398A1 - Méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou de soudage d’un alliage métallique - Google Patents

Méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou de soudage d’un alliage métallique Download PDF

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Abstract

Méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou de soudage d’un alliage métallique Méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique dans un bain de fusion (B) ou un cordon solidifié (C) produit par un procédé de fabrication additive métallique ou un procédé de soudage d’un alliage métallique, la méthode d’analyse comportant les étapes suivantes : Etape a : émission de rayons ionisants dans au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié à l’aide d’au moins une source ionisante (16), Etape b : détection, à l’aide d’au moins un détecteur spectral multi-pixel (35), respectivement à l’aide d’au moins deux détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b), de photons de fluorescence émis par ladite au moins une partie du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C) irradiée, et génération d’au moins un signal représentant le taux de comptage des photons de fluorescence par ledit détecteur spectral multi pixel (35), respectivement chacun desdits détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b), en au moins une zone de mesure (Zm1, Zm2, Zm3, Zm k ) donnée du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C) et pour au moins une raie de fluorescence donnée, Etape c : traitement dudit au moins un signal en vue de fournir au moins une information sur ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion (B) ou le cordon solidifié (C). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou de soudage d’un alliage métallique
La présente invention concerne une méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie, désignée couramment par « analyse par fluorescence X », d’au moins une espèce chimique, notamment de sa répartition, dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou un procédé de soudage d’un alliage métallique.
Elle concerne encore un produit programme d’ordinateur, un dispositif de traitement, un système d’analyse et une installation de fabrication additive ou de soudage.
L’invention s’applique au domaine de la fabrication additive ou du soudage et plus particulièrement à la caractérisation du bain de fusion ou du cordon solidifié généré au cours ou par la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive ou de soudage.
Durant le procédé d’ajout de matière par fabrication additive ou soudage, un bain de fusion est produit suite à l’interaction de la matière, généralement sous forme de fil ou particulaire, avec une source de chaleur, par exemple un arc électrique, un laser, un faisceau d’électrons. Suivant les paramètres du procédé tels que la puissance thermique induite, la vitesse d’apport de matière ou la géométrie système, le bain de fusion peut présenter des gradients thermiques et chimiques ou bien des variations géométriques, que ce soit à la surface ou dans la profondeur.
Une donnée physique importante est la répartition des espèces chimiques de l’alliage à la surface et dans le volume du bain avec leurs possibles migrations durant le procédé de fabrication additive ou de soudage. En effet, cela peut influer sur la qualité de la pièce réalisée par fabrication additive ou de la soudure.
Deux études étudient l’évaporation différentielle d’alliage de titane. Il s’agit de l’étude Schwerdtfeger, Jan, and Carolin Körner intitulée"Selective electron beam melting of Ti –48Al–2Nb–2Cr: Microstructure and aluminium loss."Intermetallics 49 (2014): 29-35 et de celle de Juechter, V.,et al. intitulée"Processing window and evaporation phenomena for Ti –6Al–4V produced by selective electron beam melting."Acta Materialia 76 (2014): 252-258.
Une solution pour analyser la composition du bain de fusion est proposée par Vasily N Lednevet al. dans la publication"In situ elemental analysis and failures detection during additive manufacturing process utilizing laser induced breakdown spectroscopy."Optics express 27.4 (2019): 4612-4628 et dans la publication"In situ multi-elemental analysis by laser induced breakdown spectroscopy in additive manufacturing."Additive Manufacturing 25 (2019): 64-70. Cette solution consiste à effectuer une analyse par spectrométrie d’émission atomique de plasma induit par laser, connue sous l’acronyme LIBS (pour « Laser Induced Breakdown Spectroscopy » en anglais) à la fois sur le bain de fusion et sur le cordon. Cette analyse peut être effectuée pendant la mise en œuvre du procédé de fabrication additive. Cette solution permet certes une analyse chimique élémentaire, mais elle n’est pas entièrement satisfaisante car la limitation de cette approche est intrinsèquement liée à l’analyse par LIBS qui reste surfacique ou sub-surfacique (limitée à une dizaine de micromètres sous la surface du bain de fusion).
Pour parer à cela, un dispositif d’analyse en profondeur d’un métal en fusion oxydable par technique LIBS est connu du brevet EP 3 146 314 mais cette solution n’est pas totalement satisfaisante car le dispositif est intrusif.
Il existe un besoin pour bénéficier d’une méthode d’analyse du bain de fusion et/ou du cordon solidifié qui peut être mise en œuvre au cours du procédé de fabrication additive ou de soudage et qui permette d’étudier sans intrusion au moins une espèce chimique à l’intérieur du bain de fusion ou du cordon solidifié à une profondeur pouvant être de préférence supérieure à 10 µm sous la surface du bain de fusion ou du cordon solidifié.
L’invention parvient à répondre à tout ou partie de ce besoin grâce à, selon l’un de ses aspects, une méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique, notamment de sa répartition, dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive métallique ou un procédé de soudage d’un alliage métallique, la méthode d’analyse comportant les étapes suivantes :
a) Etape a : émission de rayons ionisants dans au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié à l’aide d’au moins une source ionisante, de préférence collimatée,
b) Etape b : détection, à l’aide d’au moins un détecteur spectral multi-pixel, respectivement à l’aide d’au moins deux, notamment deux, détecteurs spectraux mono pixel, de préférence collimatés, de photons de fluorescence émis par ladite au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié irradiée, et génération d’au moins un signal représentant le taux de comptage des photons de fluorescence par ledit au moins un détecteur spectral multi pixel, respectivement chacun desdits détecteurs spectraux mono pixel, en au moins une zone de mesure donnée du bain de fusion ou du cordon solidifié et pour au moins une raie de fluorescence donnée,
c) Etape c : traitement dudit au moins un signal en vue de fournir au moins une information sur ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié, notamment une information sur une valeur représentative, par exemple une quantité physico-chimique telle que la quantité ou la concentration, de ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié.
L’étape c peut par exemple comporter le traitement dudit au moins un signal en vue de déterminer au moins une quantité physico-chimique, en particulier la quantité et/ou la concentration, de ladite au moins une espèce chimique dans ladite au moins une zone de mesure donnée, voire dans tout ou partie du bain de fusion ou du cordon solidifié.
L’étape c peut comporter l’établissement d’une cartographie au moins partielle, notamment quantitative, représentative de la répartition de ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié.
Lorsque la méthode d’analyse est mise en œuvre pour l’analyse de plusieurs espèces chimiques présentes dans l’alliage métallique, l’étape c peut permettre d’établir une unique cartographie représentative de la répartition des espèces chimiques dans le bain de fusion ou le cordon solidifié ou plusieurs cartographies au moins partielles, chacune étant représentative de la répartition d’une desdites espèces chimiques dans le bain de fusion ou le cordon solidifié.
De préférence, l’étape b est mise en œuvre pour une pluralité de zones de mesure données du bain de fusion ou du cordon solidifié. Dans ce cas, chaque signal généré peut être traité à l’étape c.
L’étape b peut être mise en œuvre pour plusieurs raies de fluorescence données, caractéristiques d’une unique espèce chimique ou de plusieurs espèces chimiques. Dans ce dernier cas, la méthode d’analyse selon l’invention permet d’analyser plusieurs espèces chimiques différentes de l’alliage dans le bain de fusion ou le cordon solidifié.
L’étape b peut comporter la prise de mesures croisées effectuées par ledit au moins un détecteur spectral multi pixel ou lesdits au moins deux détecteurs spectraux mono pixel.
Grâce à l’invention, on bénéficie d’une méthode qui permette de réaliser sans intrusion une analyse élémentaire quantitative à la fois sur la surface et dans la profondeur du bain. En effet, la détection, que ce soit à l’aide d’un détecteur spectral multi-pixel ou d’au moins deux détecteurs spectraux mono pixel, permet d’avoir une approche de mesures croisées.
La méthode selon l’invention présente un grand intérêt pour la maîtrise du procédé de fabrication additive ou de soudage et également pour fournir des points de référence pour la validation de modèles de simulation de ces procédés. En effet, connaître les migrations d’une ou plusieurs espèces chimiques dans un bain de fusion peut permettre de contrôler le procédé de fabrication additive ou de soudure.
De plus, on bénéficie d’une méthode d’analysein situmettant en œuvre un dispositif non intrusif dans la matière.
Par ailleurs, la méthode selon l’invention permet une analyse en profondeur et non limitée, comme la technologie LIBS, à une profondeur d’environ 10µm sub-surfacique, si ce n’est par la nature de l’élément chimique analysé.
La méthode selon l’invention permet également de disposer en temps réel d’informations sur au moins une espèce chimique présente dans l’alliage métallique, notamment de sa répartition et/ou de sa concentration, au sein du bain de fusion.
La méthode d’analyse selon l’invention permet avantageusement de caractériser la répartition d’une, de préférence plusieurs, espèce(s) chimique(s) de l’alliage considéré au sein du bain de fusion ou du cordon solidifié.
Par l’expression « dans un bain de fusion », on entend inclure l’intérieur du bain de fusion mais également l’interface du bain de fusion avec l’atmosphère. La méthode d’analyse selon l’invention permet ainsi, au choix ou de manière additionnelle, d’étudier une ou plusieurs espèces chimiques à la surface du bain de fusion et à l’intérieur du bain de fusion, sous la surface de celui-ci.
Par « cordon solidifié », on comprend la matière solidifiée par refroidissement après son passage en voie liquide par fusion dans le cadre de la fabrication additive ou du soudage. L’analyse portera de préférence sur une zone du cordon située au voisinage du bain de fusion, notamment sans limite dans le temps pour l’analyse du cordon.
Ledit alliage métallique peut être choisi dans le groupe constitué par les alliages de fer, les alliages de cuivre, notamment les alliages de bronze ou de laiton, les alliages d’aluminium, les alliages de titane, les superalliages à base de nickel, notamment l’Inconel 625, l’Inconel 718, 316L, les alliages de carbure de tungstène, les alliages à faible coefficient de dilatation, notamment ceux à base de fer et de nickel tels que l’Invar®, et tout autre alliage métallique.
Un alliage métallique comporte au moins deux espèces chimiques différentes, en proportions généralement différentes.
Chaque espèce chimique, encore appelée élément chimique, présente dans ledit alliage peut avoir un numéro atomique Z compris entre 12 et 92. L’espèce chimique peut notamment être choisie dans le groupe constitué par : les métaux de transition tels que, entre autres, le fer, le cobalt, le chrome, le molybdène, le zirconium, le plomb, le tungstène, le nickel et le niobium ; les métaux pauvres, notamment le plomb, le zinc et l’aluminium ; les alcalinoterreux tels que le magnésium ; et tout autre élément dont le numéro atomique est compris entre 12 et 92.
Les espèces chimiques présentes dans l’alliage métallique sont bien entendu fonction dudit alliage, de même que la proportion massique dans laquelle elle(s) est/sont présente(s).
Un alliage métallique comportant par définition plusieurs types de métaux donc d’espèces chimiques, la méthode d’analyse pourra être mise en œuvre pour tout ou partie de celles-ci. Les espèces chimiques faisant l’objet de la méthode d’analyse selon l’invention seront désignées comme étant des espèces chimiques d’intérêt et la caractérisation réalisable à l’aide de la méthode de spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie selon l’invention.
La ou les espèces chimiques d’intérêt seront alors associées à une ou des raies de fluorescence dites d’intérêt, caractéristiques de cette ou ces espèces chimiques.
Les étapes a et b sont avantageusement mises en œuvre simultanément. Elles ont lieu de préférence au cours du procédé de fabrication additive ou de soudage, notamment dès fusion de l’alliage métallique en au moins une zone de mesure donnée du bain de fusion. En variante, elles peuvent avoir lieu après solidification au moins partielle du bain de fusion en un cordon solidifié, en au moins une zone de mesure donnée du cordon de solidification, au cours ou après mise en œuvre du procédé de fabrication additive ou de soudage.
Ledit ou lesdits détecteurs spectraux comportent de préférence un système de collimation. Un tel système de collimation peut être choisi dans le groupe constitué par un système de collimation à trou et un système de collimation par masque notamment codé. Un tel masque codé peut être constitué par le masque de Mura décrit par S.R. Gottesman, E.E. Fenimore, dans Appl. Opt. 28 (1989) 4344« New family of binary arrays for coded aperture imaging »ou par le masque de Barker, en 1D mais qu’on peut généraliser au 2D décrit par R. H. Barker dansCommunication Theory(Butterworth, 1953), p. 273. Le système de collimation peut encore être un système de collimation à fente.
Au cours de l’étape a, la source ionisante émet de préférence dans une gamme d’énergie comprise entre 1keV et 300keV, de préférence entre 2keV et 50 keV, plus préférentiellement entre 5 keV et 30 keV. Le choix de la source ionisante peut en particulier être guidé par la facilité de mise en œuvre. Dans un mode de réalisation préféré, la source ionisante mettant en œuvre l’étape a est un tube à rayons X apte à émettre un faisceau de rayons X.
En variante, la source ionisante est apte à émettre un faisceau de rayons gamma, un faisceau d’électrons ou d’ions suffisamment accélérés ou un faisceau de neutrons.
Ledit ou lesdits détecteurs spectraux mettant en œuvre l’étape b sont de préférence configurés pour détecter des photons de fluorescence émis par une ou plusieurs espèces chimiques présentes dans l’alliage métallique au sein du bain de fusion ou du cordon solidifié.
La méthode peut comporter une étape, préalable à l’étape a, de détermination théorique portant par exemple sur une évaluation de la sensibilité de mesure ou par exemple encore sur la sensibilité en profondeur. Cette étape préalable peut être menée par modélisation analytique ou numérique. Pour illustration, une évaluation de la sensibilité en profondeur peut être menée par voie de modélisation numérique de l’interaction rayonnement matière, notamment pour ce qui est de l’absorption, par le bain de fusion ou le cordon, des photons X de fluorescence émis en profondeur, pour un alliage métallique donné et un procédé de fabrication additive ou de soudage donné, pour au moins une espèce chimique donnée dudit alliage.
Par « sensibilité en profondeur », on désigne la profondeur sub-surfacique, c’est-à-dire sous la surface du bain de fusion, jusqu’à laquelle une espèce chimique donnée peut être détectée à l’aide du ou des détecteurs spectraux, c’est-à-dire la profondeur jusqu’à laquelle le ou les détecteurs spectraux peuvent détecter l’émission de photons de fluorescence caractéristiques de cette espèce chimique.
On peut considérer que la sensibilité en profondeur correspond à une profondeur permettant d’obtenir un taux de transmission égal à 5%, correspondant à 5% du flux de photons de fluorescence transmis, au travers du bain ou du cordon solidifié, donc parvenant au(x) détecteur(s). Les 95% restant de ce flux de photons de fluorescence ont été par exemple absorbés par l’alliage lui-même. Bien entendu, plus l’épaisseur sub-surfacique est importante, plus cette absorption sera élevée réduisant ainsi le taux de transmission de photons de fluorescence, ou photons X jusqu’au(x) détecteur(s) spectral(ux).
On peut bien entendu, sans sortir du cadre de l’invention, choisir d’assimiler la sensibilité en profondeur à un taux de transmission différent de 5%, notamment plus faible, par exemple égal à 3%. Cela peut dépendre du bruit de mesure. En effet, si on a 0,5% de bruit, un taux de transmission à 3% peut convenir.
Cette sensibilité en profondeur dépend de l’espèce chimique d’intérêt, de la composition de l’alliage métallique dans lequel cette espèce est présente et/ou du procédé de fabrication additive ou de soudage incluant les paramètres du procédé.
La méthode peut ainsi permettre, par cette étape préalable, de déterminer de manière théorique la sensibilité en profondeur de chaque espèce chimique d’intérêt de l’alliage, pour le procédé de fabrication additive ou de soudage mis en œuvre.
L’étape b et/ou c comporte de préférence la détermination de la sensibilité en profondeur de l’espèce chimique associée à ladite raie de fluorescence, à partir du taux de comptage centré sur l’énergie d’une raie de fluorescence d’une espèce chimique donnée, mesuré par le ou chacun des détecteurs spectraux, et en tenant compte de la disposition du détecteur spectral multi pixel ou de la disposition relative des détecteurs spectraux mono pixel lors de la mesure.
La mesure effectuée est de préférence moyennée sur une surface de mesure pouvant être ajustée par la collimation. Une telle surface de mesure pourra être comprise entre 0,007 mm² et 4 mm², par exemple être de 0,03 mm².
La méthode d’analyse selon l’invention peut mettre en œuvre deux détecteurs spectraux mono pixel avec système de collimation. Dans ce cas, le rapport Δ entre les taux de comptage des deux détecteurs spectraux est tel que
soit de préférence supérieur ou égal à 5%.
En variante, la méthode d’analyse peut mettre en œuvre au moins un détecteur spectral multi pixel avec système de collimation.
L’étape c peut comporter au moins un traitement tel qu’une correction portant sur le rendement de détection, sur des phénomènes d’empilements ou de pic d’échappement.
L’étape c peut comporter un ajustement gaussien produit sur les raies de fluorescence dites d’intérêt permettant une estimation du comptage net, c’est-à-dire une mesure de comptage sans la contribution du bruit.
L’étape c peut encore comporter, notamment après estimation du comptage net, la mise en œuvre de jeux d’étalonnage de manière à relier la mesure du comptage net à une quantité physico-chimique de l’espèce chimique comme par exemple la concentration en espèce chimique.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un produit programme d’ordinateur comportant des instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre au moins l’étape c de la méthode d’analyse telle que définie plus haut.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison ou non avec ce qui précède, un système d’analyse pour l’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique, notamment de la répartition d’au moins une voire de plusieurs espèces chimiques, dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou un procédé de soudage d’un alliage métallique, notamment un système d’analyse pour la mise en œuvre de la méthode d’analyse telle que définie plus haut, comportant :
  • une source ionisante configurée pour émettre des rayons ionisants dans au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié,
  • au moins un détecteur spectral multi pixel ou au moins deux, notamment deux, détecteurs spectraux mono pixel configuré(s) pour détecter des photons de fluorescence émis par ladite au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié irradiée, et pour générer au moins un signal représentant le taux de comptage des photons de fluorescence, en au moins une zone de mesure donnée du bain de fusion ou du cordon solidifié et pour au moins une raie de fluorescence donnée et
  • un système de traitement de données configuré pour fournir , à partir dudit au moins un signal dudit ou desdits détecteurs spectraux, au moins une information sur ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié, notamment une information sur une valeur représentative de ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié.
L’ensemble de la source ionisante et dudit ou desdits détecteurs spectraux est de préférence solidarisé à un dispositif de chauffage et d’apport de matière d’une installation de fabrication additive ou de soudage pour la mise en œuvre dudit procédé de fabrication additive ou de soudage.
Cet ensemble peut être fixé mécaniquement à la suite dudit dispositif de chauffage et d’apport de matière dans le sens de déplacement de celui-ci lors de la mise en œuvre dudit procédé de fabrication additive ou de soudage.
Dans une variante, cet ensemble est dissocié du dispositif de chauffage et d’apport de matière de l’installation de fabrication additive ou de soudage.
Grâce à ce système d’analyse, on bénéficie d’un système de mesure en ligne, par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie, interrogeant la zone du bain de fusion, le cas échéant du cordon solidifié, pour permettre une analyse élémentaire avec le meilleur compromis entre la surface de mesure et le rapport signal sur bruit, en sachant que plus la surface de mesure est petite, plus il y a de bruit par rapport au signal utile, avec quantification, par exemple de la proportion élémentaire, via un jeu d’étalonnage. Le système d’analyse peut permettre d’établir une cartographie, notamment quantitative, portant sur la répartition superficielle et en profondeur du ou des éléments d’intérêt par une approche de mesures croisées effectuées par ledit au moins un détecteur spectral multi pixel ou lesdits au moins deux détecteurs spectraux mono pixel.
Le système d’analyse peut permettre de réaliser une ou plusieurs cartographies de la répartition d’espèces chimiques du bain de fusion ou du cordon solidifiéin situpendant le procédé de fabrication additive ou de soudage.
Ledit ou lesdits détecteurs spectraux sont de préférence pourvus d’un système de collimation.
Le système d’analyse peut comporter deux détecteurs spectraux mono pixel disposés de manière à former entre eux un angle prédéterminé.
La source ionisante est de préférence un tube à rayons X. La source ionisante peut être pourvue d’un système de collimation.
Le système de traitement de données peut comporter un ordinateur connecté au(x) détecteur(s).
Le système de traitement de données peut être configuré pour déterminer au moins une quantité physico-chimique, en particulier la quantité et/ou la concentration, de ladite au moins une espèce chimique dans ladite au moins une zone de mesure donnée, voire dans tout ou partie du bain de fusion ou du cordon solidifié.
Le système de traitement de données peut être configuré pour établir une cartographie au moins partielle, notamment quantitative, représentative de la répartition de ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, une installation de fabrication additive ou de soudage comportant un système de fabrication additive ou de soudage et un système d’analyse tel que défini plus haut.
Le procédé de fabrication additive et le procédé de soudage ont pour point commun d’utiliser une mise en forme de la matière en voie liquide à des températures très élevées, créant ainsi un bain de fusion puis un cordon solidifié par refroidissement. C’est ce bain de fusion et/ou ce cordon solidifié qui est analysé par la méthode d’analyse selon l’invention et/ou grâce au système d’analyse selon l’invention.
Le procédé de fabrication additive d’une pièce à partir de l’alliage métallique peut être choisi, de manière non limitative, dans le groupe constitué par un procédé de fabrication additive par dépôt de matière sous énergie concentrée avec apport de la matière sous forme de fil ou de poudre (en anglais « Direct Energy Deposition » (DED)) et un procédé de fabrication additive sur lit de poudre, notamment la fusion sélective par laser (en anglais « Selective Laser Melting » (SLM)) ou la fusion par faisceau d’électrons (en anglais « Electron Beam Melting » (EBM)), de préférence le dépôt de matière sous énergie concentrée (DED).
Le procédé de soudage d’au moins deux pièces métalliques avec éventuellement l’apport d’une tige d’alliage métallique proche des deux pièces considérées peut être choisi, de manière non limitative, dans le groupe constitué par le soudage TIG (pour « Tungsten Inert Gas » en anglais, c’est-à-dire Tungstène Gaz inerte), le soudage MIG et le soudage MAG (respectivement pour « Metal Inert Gas » en anglais, c’est-à-dire Métal Gaz inerte et pour « Metal Active Gas » en anglais, c’est-à-dire Métal Gaz actif).
Le système de fabrication additive ou de soudage sera adapté pour la mise en œuvre du procédé de fabrication additive ou de soudage choisi.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel
la représente, en schéma blocs, un exemple de méthode d’analyse selon l’invention,
la représente, de manière schématique en vue en coupe transversale, un exemple d’installation pour la mise en œuvre de la méthode d’analyse selon l’invention,
la représente un graphe illustrant le spectre d’un exemple de source ionisante pouvant être utilisée pour la mise en œuvre de l’invention, avec le nombre de photons Np en ordonnée et l’énergie ε en keV en abscisse,
la représente un graphe illustrant la transmission de photons issus de la couche électronique K des éléments Ni, Fe et Mo en fonction de l’épaisseur d’un alliage Invar®,
la est une vue schématique et en coupe transversale d’un exemple de système d’analyse pour la mise en œuvre de la méthode d’analyse selon l’invention,
la représente de manière schématique en vue de dessus une matière déposée par fabrication additive ou soudage incluant un bain de fusion, et un exemple de cartographie de certaines zones de mesure dudit bain de fusion pouvant être établie à l’aide de la méthode d’analyse selon l’invention mise en œuvre à l’aide du système d’analyse de la ,
la représente un graphe illustrant le rapport des densités de probabilités des détecteurs spectraux du système d’analyse de la en fonction de l’épaisseur d’alliage pour les raies Kα du fer et nickel,
la représente de manière schématique, en vue en coupe transversale, un autre exemple de système d’analyse selon l’invention pour la mise en œuvre de la méthode d’analyse selon l’invention, et
la est une vue similaire à la illustrant la mise en œuvre de la méthode d’analyse selon l’invention à l’aide du système d’analyse de la .
Description détaillée
Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonctions identiques portent le même signe de référence. A des fins de concision de la présente description, ils ne sont pas décrits en regard de chacune des figures, seules les différences entre les modes de réalisation étant décrites.
Sur les figures, les proportions réelles n’ont pas été respectées, dans un souci de clarté.
On a illustré à la un schéma blocs illustrant différentes étapes de la méthode d’analyse selon l’invention.
La méthode d’analyse selon l’invention vise à analyser au moins une espèce chimique voire plusieurs espèces chimiques, notamment sa/leur répartition, dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou un procédé de soudage d’un alliage métallique.
Dans une étape a, des rayons ionisants sont émis à l’aide d’au moins une source ionisante dans au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié. La source ionisante joue le rôle de source excitatrice. La source ionisante, préférentiellement un tube à rayons X, émet de préférence dans une gamme d’énergie comprise entre 1 keV et 300 keV, préférentiellement entre 2 keV et 50 keV et encore plus préférentiellement entre 5 keV et 30 keV.
Dans une étape b, des photons fluorescents ainsi émis par ladite au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié irradiée sont détectés à l’aide d’au moins un détecteur spectral multi pixel ou d’au moins deux, notamment exactement deux, détecteurs spectraux mono pixel.
Toujours au cours de l’étape b, un signal représentant le taux de comptage des photons de fluorescence, mesuré par un détecteur spectral en au moins une zone de mesure donnée du bain de fusion ou du cordon solidifié et pour au moins une raie de fluorescence donnée, est généré par ledit ou chacun desdits détecteurs spectraux.
Le taux de comptage est mesuré en coups par seconde (cps), mesure liée au nombre de photons X interagissant avec le détecteur. Les photons X produits par phénomènes de fluorescence ou de diffusion provoquent des ionisations dans le détecteur. Ces charges migrent sous l'effet du champ électrique de polarisation du détecteur et provoquent des impulsions de courant dont la hauteur est proportionnelle à l'énergie du photon. On peut séparer par un discrimineur les impulsions selon leur hauteur, et donc compter proportionnellement les photons incidents selon leur énergie. On les range ensuite de l’énergie la plus basse vers la plus haute suivant dans des canaux et cela produit un histogramme ou spectre.
Il est à noter que ladite au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié irradiée est de préférence plus grande que la zone de mesure. Des mesures peuvent être effectuées dans plusieurs zones de mesure données de ladite au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié irradiée.
Dans une étape c, une analyse est réalisée sur le taux de comptage des photons, par exemple en estimant le comptage net par un ajustement Gaussien, ce qui permet de donner une information sur la quantité d’une espèce chimique en provenance d’une zone de mesure donnée. En effectuant un traitement du signal de l’étape b, on peut indiquer, par exemple, pour chaque zone de mesure donnée, une valeur représentative de ladite espèce chimique, par exemple sa concentration.
On peut ainsi réaliser une cartographie au moins partielle de ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié établie à partir du signal généré à l’étape b. Cela permet d’étudier par exemple la répartition de ladite au moins une espèce chimique dans tout ou partie du bain de fusion ou du cordon solidifié.
L’étape c peut comporter la détermination, dans au moins une zone de mesure donnée du bain de fusion ou du cordon solidifié, d’au moins une quantité physico-chimique, notamment la concentration, de ladite au moins une espèce chimique et/ou un post-traitement comprenant une étape de correction portant sur les photons d’échappement, sur des phénomènes d’empilements et/ou sur le rendement de détection, pour ensuite appliquer un ajustement gaussien produit sur les raies de fluorescence dites d’intérêt permettant une estimation du comptage net, c’est-à-dire une mesure de comptage sans la contribution du bruit pour enfin, via des jeux d’étalonnage relier la mesure du comptage net à une quantité physico-chimique comme par exemple la concentration en espèce chimique.
Dans un mode particulier de mise en œuvre de l’invention, au moins les étapes a et b sont réalisées au cours du procédé de fabrication additive ou de soudage de l’alliage métallique, par exemple dès fusion de l’alliage métallique en une zone donnée. Cela permet d’analyser le bain de fusion avec l’alliage métallique encore à l’état fondu.
La méthode d’analyse peut comporter une étape 0, comme dans l’exemple illustré sur la , préalable à l’étape a, consistant à déterminer de manière théorique, par exemple par méthode analytique ou par simulation numérique, pour un alliage métallique donné et un procédé de fabrication additive ou de soudage donné, la sensibilité en profondeur pour au moins une espèce chimique donnée de cet alliage.
Il s’agit d’évaluer la profondeur maximale sub-surfacique, sous la surface du bain de fusion, jusqu’à laquelle une espèce chimique donnée de l’alliage métallique peut être détectée à l’aide du ou des détecteurs spectraux. Cette sensibilité en profondeur peut correspondre par exemple à un taux de transmission égal à 5 % du flux de photons transmis parvenant au détecteur. Une telle étape 0 peut permettre, pour chaque espèce chimique d’intérêt de l’alliage métallique considéré, d’estimer la profondeur jusqu’à laquelle on pourra réaliser le traitement du signal à l’étape c.
On a représenté sur la un exemple d’installation 5 de fabrication additive ou de soudage selon l’invention comportant un système de fabrication additive ou de soudage 10 et un système d’analyse 15 selon l’invention.
Le système de fabrication additive ou de soudage 10 comporte comme illustré dans cet exemple au moins un dispositif 11 de chauffage et d’apport de matière sous forme de fil ou de poudres d’alliage métallique A pour permettre d’utiliser de la matière fondue, en voie liquide à des températures très élevées, de manière à créer un bain de fusion B qui, en refroidissant, forme petit à petit un cordon solidifié C, comme visible sur cette figure.
Dans l’exemple illustré, le procédé mis en œuvre par le système de fabrication additive ou de soudage 10 est un procédé de fabrication additive de type DED laser utilisant de la poudre ou du fil métallique comme matière première.
La méthode d’analyse selon l’invention permet l’analyse de la surface extérieure S du bain de fusion B, l’analyse dans le bain de fusion B sous la surface extérieure S ainsi que, le cas échéant, dans le cordon solidifié C, par exemple qui vient d’être solidifié, dès lors que la sensibilité en profondeur de la ou des espèces chimiques concernées le permet et/ou que la ou les espèces chimiques ont un numéro atomique compris entre 12 et 92.
Dans l’exemple illustré, l’alliage métallique est un alliage Invar® ayant pour référence Alloy 36/K93603/ASTM F 1684. Les espèces chimiques dites d’intérêt présentes dans cet alliage sont le molybdène, le fer et le nickel.
Le dispositif 11 de chauffage et d’apport de matière déposant et chauffant la matière se déplace dans le sens de déplacement 12 indiqué par la flèche pour mettre en œuvre le procédé de fabrication additive.
L’installation 5 de fabrication additive, dans cet exemple DED, comporte encore un système d’analyse 15 selon l’invention comportant une source ionisante 16 pourvue d’un système de collimation 27 et apte à émettre un faisceau de rayons ionisants, dans l’exemple illustré un faisceau F divergent de rayons X.
Le système d’analyse 15 comporte encore dans cet exemple deux détecteurs spectraux mono pixel 17, à savoir un premier détecteur spectral 17a et un deuxième détecteur spectral 17b. Chacun de ces détecteurs spectraux 17a et 17b est pourvu d’un système de collimation 18 du type à trou unique (en anglais « pinhole »). Ils sont agencés de manière à pouvoir détecter les photons de fluorescence émis depuis une zone Zm de mesure située au sommet de l’angle α formé par leurs orientations respectives, comme visible.
Le système d’analyse 15 est solidarisé au système de fabrication additive 10 par un système mécanique 20 agencé pour solidariser d’une part la source ionisante 16 et les détecteurs spectraux 17 entre eux et d’autre part cet ensemble de la source ionisante 16 et des détecteurs spectraux 17 au système de fabrication additive 10. Ainsi, le système de fabrication additive 10 et l’ensemble de la source ionisante 16 et des détecteurs spectraux 17 se déplacent de manière solidaire au fur et à mesure de la mise en œuvre du procédé de fabrication additive.
L’invention permet ainsi, en temps réel et en cours de mise en œuvre de la fabrication additive ou du soudage, d’analyser le bain de fusion B (y compris la surface S du bain de fusion en jouant sur l’orientation angulaire des détecteurs) et/ou le cordon solidifié C pour en déduire une information, notamment la répartition, relative à au moins une espèce chimique de l’alliage métallique au sein du bain de fusion ou du cordon solidifié.
Le système d’analyse 15 comporte encore un système de traitement de données 19, illustré en pointillés sur la , pouvant être constitué par un ordinateur, qui, lui, est distant et non nécessairement solidaire du système de fabrication additive 10, mais relié au moins aux détecteurs 17 pour pouvoir traiter les signaux générés par ceux-ci, notamment.
Les paramètres principaux du procédé de fabrication additive, dans l’exemple considéré, sont la puissance de la source de chauffe qui peut varier entre 0,2 kW et 5 kW et la vitesse de scan qui peut être comprise entre 0,5 cm/s et 10 cm/s. Ces paramètres conduisent à un bain fondu dont l’épaisseur peut varier entre 500 µm et 5 mm. On considérera par la suite, dans un souci de clarté, un bain d’épaisseur de 1 mm.
Pour pouvoir générer un signal de fluorescence, la source ionisante 16 est nécessaire, étant constituée dans l’exemple illustré par un tube à rayons X avec une anode en tungstène d’énergie maximale de 100 keV dont le spectre du nombre de photons Np en fonction de l’énergie ε (exprimée en keV) est tel qu’illustré sur la dans l’exemple considéré. La source ionisante 16 est pourvue d’un système de collimation 27 notamment de type à trou unique.
Dans cette configuration, 60 % des photons incidents sont atténués par 1 mm d’alliage A et ils ont de 1 % à 2 % de probabilité que leurs interactions avec la matière constituant le bain de fusion génèrent des raies de fluorescence issues des couches électroniques K, L, M etc. La paramétrisation du faisceau F incident permet ainsi de produire des raies de fluorescence X sur toute l’épaisseur du bain envisagé. Pour que les raies de fluorescence dans un alliage type Invar® produites, associées au molybdène, au fer et au nickel soient collectées par les détecteurs spectraux 17, on peut étudier l’atténuation que ces raies vont subir par l’alliage A, comme indiqué plus haut dans l’étape préalable 0. De façon quelque peu arbitraire, on considère que pour faire la mesure, il faut qu’un minimum de 5 % du flux de photons fluorescents parvienne aux détecteurs spectraux 17.
Par exemple, si l’on considère les raies Kα et Kβ, un flux de photons d’énergie de 7,48 keV correspondant à la raie Kα du nickel (Ni Kα) sera atténué à 95% par 15 µm d’Invar®.
De même, pour la raie de fluorescence Kα du molybdène (Mo Kα), d’énergie plus élevée de 17,48 keV, 5% du flux de photons sera transmis après avoir traversé 92 µm d’épaisseur d’Invar®.
La présente le taux de transmission T des photons issus de la couche électronique K des éléments molybdène, nickel et fer (en %) en fonction de l’épaisseur Ep, exprimée en µm, de l’Invar® traversé.
On peut ainsi trouver à l’aide de ce graphe de la la sensibilité en profondeur à laquelle on peut s’attendre avec les éléments molybdène, fer et nickel pour une transmission respective de 5%, calculée à partir des données NIST auxquelles on peut accéder sur le site internet www.nist.gov.
Le tableau ci-dessous reproduit ces valeurs de sensibilité en profondeur :
Transmission à 5% pour des raies de fluorescence considérées
Raie de fluorescence Ni Kα Ni Kβ Fe Kα Fe Kβ Mo Kα Mo Kβ
Epaisseur Invar® (en µm) 15 19 46 59 92 128
Ainsi, pour l’alliage Invar® considéré, le molybdène permettra d’avoir une sensibilité en profondeur d’une centaine de micromètres contre une cinquantaine de micromètres pour l’élément fer et une vingtaine de micromètres pour l’élément nickel.
Pour pouvoir extraire par la mesure cette sensibilité en profondeur, on peut se référer au système d’analyse 15 selon l’invention représenté de manière isolée sur la .
Dans cet exemple, l’angle α entre les deux détecteurs 17 est de 45°. Par ailleurs, le détecteur 17a dans l’exemple illustré est disposé à 90° par rapport à la surface S du bain de fusion qu’il surplombe tandis que le détecteur 17b est disposé à 45° de la surface S du bain qu’il surplombe, comme visible sur la .
On définit le taux de comptage centré sur l’énergie d’une raie de fluorescence d’intérêt, avec N0un taux de comptage de référence et N1, N2les taux de comptage mesurés respectivement par les deux détecteurs 17b et 17a, tel que, selon la loi de Beer Lambert :
avec x1et x2 ,les épaisseurs traversées depuis le point d’émission et µ le coefficient d’atténuation linéique de l’alliage considéré à l’énergie de la raie de fluorescence d’intérêt, pouvant être calculé à l’aide des données du NIST.
Le but étant de déterminer la valeur x1, on peut écrire :
En se référant à la , on peut écrire l’épaisseur x2 telle que :
On peut ainsi reprendre le rapport Δ et écrire :
La valeur de Δ étant déterminée par la mesure, on peut calculer x1:
On visualise sur la la zone d’éclairement O, éclairée par le rayon ionisant au moins à un instant donné. La collimation des détecteurs spectraux 17 induit une zone d’inspection ou zone de mesure Zm plus petite que la zone d’éclairement O, laquelle peut être elle-même plus petite que le volume du bain fondu ou bain de fusion B. La mesure effectuée suit le déplacement de la source de chaleur formée par le dispositif 11 de chauffage et d’apport de matière comme indiqué plus haut. La mesure est donc moyennée sur une surface de mesure pouvant être ajustée par la collimation. On visera typiquement une surface de mesure autour de 0,03 mm².
Comme vu précédemment, pour avoir une sensibilité en profondeur de la mesure, il faut que le rapport des taux de comptage entre les deux détecteurs
soit significativement différent de l’unité et l’on estime dans cet exemple qu’une variation d’au moins 5 % est nécessaire, c’est-à-dire
La présente le rapport ∆ entre deux détecteurs spectraux 17 avec la même configuration qu’en , toujours pour un alliage métallique d’Invar®. Ces courbes sont issues de données simulées par un code Monte Carlo de transport de particules appelé PENELOPE (voir par exemple la publication à ce sujet de Sempau, J., et al. intitulée "An algorithm for Monte Carlo simulation of coupled electron-photon transport." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 132.3 (1997): 377-390 et celle de Sempau, J., et al. intitulée "Experimental benchmarks of the Monte Carlo code PENELOPE." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 207.2 (2003): 107-123).
On peut voir sur la que les valeurs de ∆ sont significatives pour les raies Kα du fer et du nickel avec un plateau atteint respectivement à environ 50 µm et 25 µm d’épaisseur d’alliage, épaisseurs au-delà desquelles le bain peut être considéré comme infini. Ceci est dû à l’auto-absorption des raies par l’alliage.
Une fois les mesures effectuées, on peut retraiter celles-ci comme indiqué plus haut au cours de l’étape c, de manière à les représenter par exemple sur une cartographie illustrée sur la en niveaux de gris.
Pour des raies de fluorescence d’intérêt, en l’espèce Kα du fer, Kα du nickel et Kα du molybdène, et pour chaque position illustrée sur la par trois zones mesurées Zm1, Zm2 et Zm3, on peut afficher comme dans la cartographie 30 illustrée sur la partie droite de la un niveau de gris représentatif de la concentration en un élément donné pour chacune des zones mesurées Zm1, Zm2 et Zm3.
La première zone mesurée dans le sens de déplacement 12 est la zone Zm1 pour laquelle on a pu quantifier la concentration en fer, nickel et molybdène.
La deuxième zone mesurée est la zone Zm2 pour laquelle on a à nouveau pu effectuer des mesures de la concentration en fer, nickel et molybdène.
Il en est de même pour la zone Zm3 et pour tout Zm k aveckégal à 1,2, …,n, [Math. 10] , même si seules les zones Zm1, Zm2, Zm3ont été ici représentées.
On a représenté sur les figures 8 et 9 un autre mode de réalisation du système d’analyse 15 selon l’invention comportant une source ionisante 16 avec système de collimation 27 et un unique détecteur spectral 35 multi pixel comportant une pluralité de pixels 36 numérotés P1, P2, P3, P4, P5. Le détecteur spectral 35 peut bien sûr comporter plus de cinq pixels, par exemple des ensembles compris entre 16 × 16 pixels et 512 × 512 pixels, disposés dans cet exemple en deux dimensions, en une matrice.
La matrice de pixel P(i,j) avec i,j =1,2,…n ; [Math. 11] , encode spatialement la surface mesurée, comme illustré sur la direction (Y, Z), comme visible sur la figure 8, Z étant la direction d’avancée du système de chauffe et Y étant la profondeur. Un masque de collimation 37 permet, pour chaque pixel P(i,j) d’avoir une sensibilité en profondeur grâce à une sélection d’angles solides de la zone Zm du bain inspectée, mesurant ainsi un taux de comptage N(i,j) variant en fonction de la concentration des éléments d’intérêt du bain de fusion B pour des épaisseurs traversées x(i,j). L’affichage de la mesure pourra alors être à l’image de la figure 6, à la différence près que la surface ne sera pas encodée par un pixel donnant, pour des éléments d’intérêt, une valeur de comptage (un niveau de gris) mais par une matrice de pixels donnant respectivement des valeurs de comptage (soit une matrice de niveau de gris), à une position de mesure Zmk donnée, avec k =1,2, …, n ; [Math. 12] , visibles sur la .
La figure 9 illustre ainsi, pour le mode de réalisation de la figure 8, une cartographie XRF suivant une direction, dans cet exemple selon l’axe Z du bain de fusion B avec suivi du déplacement de la source de chaleur. On visualise l’affichage des mesures en fonction de la zone mesurée Zmk avec k égal à 1,2, …, n, [Math. 13] .
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
En particulier, le rayonnement auquel est soumis, via la source ionisante, le bain de fusion ou le cordon solidifié peut être constitué par des rayons gamma ou bien par un faisceau d’électrons ou d’ions suffisamment accélérés, ou bien encore par un faisceau de neutrons.
Le procédé de fabrication additive peut être différent d’un procédé de fabrication de type DED tel que décrit plus haut. Il peut par exemple, de manière non limitative, consister en un procédé de fabrication additive sur lit de poudre, notamment la fusion sélective par laser (en anglais « Selective Laser Melting » (SLM)) ou la fusion par faisceau d’électrons (en anglais « Electron Beam Melting » (EBM)).
Le procédé mis en œuvre peut en variante n’être pas un procédé de fabrication additive mais un procédé de soudage. Le procédé de soudage peut être choisi, de manière non limitative, dans le groupe constitué par le soudage TIG (pour « Tungsten Inert Gas » en anglais, c’est-à-dire Tungstène Gaz inerte), le soudage MIG et le soudage MAG (respectivement pour « Metal Inert Gas » en anglais, c’est-à-dire Métal Gaz inerte et pour « Metal Active Gas » en anglais, c’est-à-dire Métal Gaz actif).
L’alliage métallique peut être différent de l’Invar®, étant par exemple choisi dans le groupe constitué par les alliages de fer, les alliages de cuivre, notamment les alliages de bronze ou de laiton, les alliages d’aluminium, les alliages de titane, les superalliages à base de nickel, notamment l’Inconel 625, l’Inconel 718, 316L, les alliages de carbure de tungstène, d’autres alliages à faible coefficient de dilatation, notamment ceux à base de fer et de nickel, et tout autre alliage métallique.
La ou les espèces chimiques analysées dans le bain de fusion ou le cordon solidifié sera/seront adapté(s) en fonction de l’alliage métallique considéré.

Claims (20)

  1. Méthode d’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique dans un bain de fusion (B) ou un cordon solidifié (C) produit par un procédé de fabrication additive métallique ou un procédé de soudage d’un alliage métallique, la méthode d’analyse comportant les étapes suivantes :
    1. Etape a : émission de rayons ionisants dans au moins une partie du bain de fusion ou du cordon solidifié à l’aide d’au moins une source ionisante (16),
    2. Etape b : détection, à l’aide d’au moins un détecteur spectral multi-pixel (35), respectivement à l’aide d’au moins deux détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b), de photons de fluorescence émis par ladite au moins une partie du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C) irradiée, et génération d’au moins un signal représentant le taux de comptage des photons de fluorescence par ledit détecteur spectral multi pixel (35), respectivement chacun desdits détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b), en au moins une zone de mesure (Zm1, Zm2, Zm3, Zm k ) donnée du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C) et pour au moins une raie de fluorescence donnée,
    3. Etape c : traitement dudit au moins un signal en vue de fournir au moins une information sur ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion (B) ou le cordon solidifié (C).
  2. Méthode d’analyse selon la revendication 1, dans laquelle au moins les étapes a et b sont mises en œuvre au cours du procédé de fabrication additive ou de soudage, notamment dès fusion de l’alliage métallique en au moins une zone de mesure (Zm1, Zm2, Zm3, Zm k ) donnée du bain de fusion.
  3. Méthode d’analyse selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit ou lesdits détecteurs spectraux (35 ; 17 ; 17a, 17b) comportent un système de collimation (36 ; 18), le système de collimation (36 ; 18) étant choisi dans le groupe constitué par un système de collimation à trou et un système de collimation par masque.
  4. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, au cours de l’étape a, la source ionisante (16) émet dans une gamme d’énergie comprise entre 1keV et 300keV, de préférence entre 2 keV et 50 keV et plus préférentiellement entre 5 keV et 30 keV.
  5. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la source ionisante (16) mettant en œuvre l’étape a est un tube à rayons X apte à émettre un faisceau de rayons X et ledit ou lesdits détecteurs spectraux (35 ; 17 ; 17a, 17b) mettant en œuvre l’étape b sont configurés pour détecter des photons de fluorescence émis par une ou plusieurs espèces chimiques présentes dans l’alliage métallique (A) au sein du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C).
  6. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape, préalable à l’étape a, de détermination théorique portant sur une évaluation de la sensibilité de mesure ou sur la sensibilité en profondeur, cette étape préalable étant menée par modélisation analytique ou numérique.
  7. Méthode d’analyse selon la revendication précédente, dans lequel l’étape préalable comporte une évaluation de la sensibilité en profondeur menée par voie de modélisation numérique de l’interaction rayonnement matière, notamment pour ce qui est de l’absorption, par le bain de fusion ou le cordon, des photons X de fluorescence émis en profondeur, pour un alliage métallique donné et un procédé de fabrication additive ou de soudage donné, pour au moins une espèce chimique donnée dudit alliage.
  8. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’étape b et/ou c comporte la détermination de la sensibilité en profondeur de l’espèce chimique associée à ladite raie de fluorescence, à partir du taux de comptage centré sur l’énergie d’une raie de fluorescence d’une espèce chimique donnée, mesuré par le ou chacun des détecteurs spectraux (35 ; 17 ; 17a, 17b), et en tenant compte de la disposition du détecteur spectral multi pixel (35) ou de la disposition relative des détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b) lors de la mesure.
  9. Méthode d’analyse selon la revendication précédente, mettant en œuvre deux détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b) avec système de collimation (18), méthode dans laquelle le rapport Δ entre les taux de comptage des deux détecteurs spectraux (17 ; 17a, 17b) est tel que [Math. 14] soit supérieur ou égal à 5%.
  10. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, mettant en œuvre au moins un détecteur spectral multi-pixel (35) avec système de collimation (37).
  11. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’étape c comporte le traitement dudit au moins un signal en vue de déterminer au moins une quantité physico-chimique, en particulier la quantité et/ou la concentration, de ladite au moins une espèce chimique dans ladite au moins une zone de mesure donnée (Zm1, Zm2, Zm3, Zm k ), voire dans tout ou partie du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C).
  12. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’étape c comporte l’établissement d’une cartographie au moins partielle, notamment quantitative, représentative de la répartition de ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion (B) ou le cordon solidifié (C).
  13. Méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’étape c comporte un ajustement gaussien produit sur les raies de fluorescence dites d’intérêt permettant une estimation du comptage net et éventuellement la mise en œuvre de jeux d’étalonnage de manière à relier la mesure du comptage net à une quantité physico-chimique de l’espèce chimique.
  14. Produit programme d’ordinateur comportant des instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre au moins l’étape c de la méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
  15. Système d’analyse (15) pour l’analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie d’au moins une espèce chimique dans un bain de fusion ou un cordon solidifié produit par un procédé de fabrication additive ou un procédé de soudage d’un alliage métallique, notamment système d’analyse pour la mise en œuvre de la méthode d’analyse selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comportant :
    1. une source ionisante (16) configurée pour émettre des rayons ionisants dans au moins une partie du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C),
    2. au moins un détecteur spectral multi pixel (35) ou au moins deux détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b) configuré(s) pour détecter des photons de fluorescence émis par ladite au moins une partie du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C) irradiée, et pour générer au moins un signal représentant le taux de comptage des photons de fluorescence, en au moins une zone de mesure (Zm1, Zm2, Zm3, Zm k ) donnée du bain de fusion (B) ou du cordon solidifié (C) et pour au moins une raie de fluorescence donnée et
    3. un système de traitement de données configuré pour fournir, à partir dudit au moins un signal dudit ou desdits détecteurs spectraux (35 ; 17 ; 17a, 17b), au moins une information sur ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion ou le cordon solidifié, notamment une information sur une valeur représentative de ladite au moins une espèce chimique dans le bain de fusion (B) ou le cordon solidifié (C).
  16. Système d’analyse (15) selon la revendication 15, dans lequel l’ensemble de la source ionisante (16) et dudit ou desdits détecteurs spectraux (35 ; 17 ; 17a, 17b) est solidarisé à un dispositif (11) de chauffage et d’apport de matière d’une installation de fabrication additive ou de soudage (5) pour la mise en œuvre dudit procédé de fabrication additive ou de soudage, ou est fixé mécaniquement à la suite dudit dispositif (11) de chauffage et d’apport de matière dans le sens de déplacement de celui-ci lors de la mise en œuvre dudit procédé de fabrication additive ou de soudage.
  17. Système d’analyse (15) selon la revendication 15 ou 16, dans lequel ledit ou lesdits détecteurs spectraux (35 ; 17 ; 17a, 17b) sont pourvus d’un système de collimation (36 ; 18).
  18. Système d’analyse (15) selon l’une quelconque des revendications 15 à 17, comportant deux détecteurs spectraux mono pixel (17 ; 17a, 17b) disposés de manière à former entre eux un angle (α) prédéterminé.
  19. Système d’analyse (15) selon l’une quelconque des revendications 15 à 18, dans lequel la source ionisante (16) est un tube à rayons X et la source ionisante (16) est pourvue d’un système de collimation (27).
  20. Installation de fabrication additive ou de soudage (5) comportant un système de fabrication additive ou de soudage (10) et un système d’analyse (15) selon l’une quelconque des revendications 15 à 19.
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