Utilisateur:Jacques Zwickert/Brouillon
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La mesure de la tension de serrage par ultrasons[modifier | modifier le code]
La mesure de tension de serrage par ultrasons est une technique industrielle qui permet de connaître avec précision l'état de serrage d'un boulon, autrement dit la force induite dans celui-ci par le serrage.[1] Cette force étant couramment exprimée en kN.
De part sa précision et sa fiabilité cette technique a de nombreuses applications dans l'industrie . Elle permet de maîtriser le serrage d'assemblages vissés, de suivre un assemblage vissé sur le long terme et de contrôler le comportement d'un boulon en temps réel.
Le principe de la mesure[modifier | modifier le code]
Le principe consiste à mesurer l’élongation de la vis sous l’effet de la tension induite par le serrage. Lors du serrage d’une vis, celle-ci s’allonge proportionnellement à l’effort appliqué, c'est a loi de Hooke[2]. Ainsi la mesure de l’allongement de la vis permet de connaître la tension de serrage présente dans la vis et ainsi l’effort installé dans l’assemblage. Comment mesurer cette élongation ? En émettant des ultrasons dans la vis. La vis serrée étant plus longue que la vis au repos, les ultrasons vont mettre plus de temps à se propager dans la vis serrée, ayant plus de chemin à parcourir. Aussi, la vitesse de propagation des ondes ultrasonores varie en fonction de la tension. Les deux phénomènes étant concomitants et proportionnels à la tension, leur combinaison l'est également. De cette variation de temps de parcours de l’onde (le temps de vol des ultrasons) il est possible de déduire la tension de serrage présente dans la vis.
Mise en place de la technique[modifier | modifier le code]
La technique s'apparente à celle du contrôle par ultrasons.
Une onde ultrasonore est émise par un transducteur placé sur la tête de la vis à contrôler et se propage dans le matériau.Cette onde ultrasonore va se propager longitudinalement dans le matériau. Puis le transducteur va se comporter comme un récepteur qui va recueillir l’onde ultrasonore très affaiblie qui s’est réfléchie sur le fond de la vis, pour la transformer en un signal électrique qui sera traité par le système de mesure. Le système chronomètre le temps de propagation des ondes.
L'élongation ultrasonore est donc l'allongement du temps de vol des ultrasons dans la vis.
C’est le principe du sonar, mais la grande vitesse de propagation des ultrasons (environ 5800 m.s-1 dans l’acier) et la résolution recherchée sur l’allongement (quelques μm) nécessite une résolution de mesure du temps de l’ordre de la nanoseconde (10 - 9 s).
Le rapport de proportionnalité entre l’élongation ultrasonore (grandeur que l'on mesure) et la tension induite (grandeur que l'on cherche à connaître) va être établi par un étalonage préalable de l’assemblage. Phase dite de "carractérisation" qui permettra de définir le coefficient de proportionnalité K qui relie la tension induite dans la vis et l'allongement ultrasonore : Tension (daN) = K x Allongement ultrasonore (ns).
Avantages et précision de la technique[modifier | modifier le code]
Les avantages[modifier | modifier le code]
Cette technique est performante sur toutes les vis/ tiges. Elle fonctionne fréquemment sur des vis brutes / non rectifiées. La technique fonctionne sur des vis de longueur et de diamètre variables. C'est une méthode non-intrusive de la catégorie des contrôle non destructif : la mesure de tension de serrage ne modifie ni l’état ni la nature de l’assemblage.
Précision et causes d'incertitudes[modifier | modifier le code]
Des perturbations physiques vont limiter la précision réelle de la mesure
- Modifications des échos dues aux différences de positionnement du traducteur, par exemple en rotation sur lui-même.
- Planéité et parallélisme imparfaits des faces d’entrée et de fond.
- Forme irrégulière du fond de la vis.
- Dispersions de métallurgie entre vis de même type ( partageant le même étalonnage).
- Incertitude sur la mesure de la température réelle de la pièce, ou gradient de température variable et mal maîtrisé.
En résumé, cette méthode permet d’atteindre, toutes causes d’erreurs confondues, une précision meilleure que 5 % sur la tension réelle.[3]
Applications[modifier | modifier le code]
Les applications courantes dans l'industrie[modifier | modifier le code]
Cette technique est répendue dans tous les secteurs industriels tel que l'automobile, le ferroviaire, l'industrie lourde, l'énergie, l'aéronautique. Les besoins en sécurité et en qualité étant grandissants dans ces secteurs , cette méthode se développe depuis le début des années 1990.
Quelques exemples d'applications[modifier | modifier le code]
- Serrer l'ensemble des boulons d'un assemblage à la tension. Cela consiste à mesurer la tension de serrage indépendamment de l’outil utilisé pour serrer les boulons (visseuse, clé dynamométrique ou tendeur hydraulique). Il est question ici d'asservir le serrage à la mesure de la tension : durant le serrage, quelque soit l’outil utilisé pour serrer, l'attention est portée au suivi de l’évolution de la tension directement sur l’appareil de mesure.
- À long terme : contrôler la tension de serrage présente dans les vis à chaque instant. Suivre le comportement d’un assemblage vissé sur 1 an, 5 ans, 10 ans. Cette méthode est répandue dans les services de maintenance, de suivi de qualité.
- Observer le comportement d’un assemblage vissé en temps réel. Cela permet d’étudier le comportement d'un assemblage vissé « en action » et de connaître les variations de forces auxquelles sont soumises les vis afin d'en déduire, entre autres, les limites mécaniques de l’assemblage.
- Surveillance continue : Il est possible de surveiller le comportement d’un assemblage en permanence, le traducteur ultrasons et le système de mesure restant à demeure. Cette méthode permet de détecter les problèmes avant qu’ils ne surviennent sur des assemblages particulièrement critiques et d’éviter ainsi des casses dangereuses et/ou coûteuses.
- Vérifier la qualité des assemblages vissés par le contrôle de la tension installée par les robots de serrage sur chaine de montage.
Notes et références[modifier | modifier le code]
- M. Sorel J. Aubert A. Brand, Mesure des précharges de serrage dans les assemblages boulonnés par méthode ultrasonore, Paris, Etude CCPR - Rapport final, , 252 p.
- (en) Robert Hooke, Lectures De Potentia Restitutiva of springs, explaining the power of springing bodies, Londres, , 56 p.
- A. Brand, « Assemblages boulonnés : mesure de la tension de serrage par méthode ultrasonore », Matériaux & Techniques, Vol. 73, N°4-5, , p. 189–194 (lire en ligne)
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