FR3031810A1 - NON-DESTRUCTIVE METHOD FOR DETERMINING THE ADHESION QUALITY OF AN ASSEMBLY - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de détermination de la qualité d'adhésion d'un assemblage (1) comprenant au moins deux pièces (3, 5) collées entre elles au niveau d'une zone de collage (7). Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes visant à : - appliquer une sollicitation extérieure (13) à l'assemblage (1) de façon à modifier le champ de contraintes dans l'assemblage de sorte que l'assemblage est amené à un niveau de contrainte inférieur à sa limite élastique ; - soumettre l'assemblage (1) à un examen ultrasonore ; - qualifier, à partir des résultats de l'examen ultrasonore, l'état d'adhésion de l'assemblage (1).The present invention relates to a method for determining the adhesion quality of an assembly (1) comprising at least two pieces (3, 5) bonded together at a bonding zone (7). The method according to the invention is remarkable in that it comprises the following steps aimed at: - applying an external stress (13) to the assembly (1) so as to modify the stress field in the assembly so that the assembly is brought to a stress level lower than its elastic limit; - subjecting the assembly (1) to an ultrasonic examination; - Qualify, from the results of the ultrasonic examination, the adhesion state of the assembly (1).
Description
La présente invention concerne un procédé de détermination de la qualité d'adhésion d'un assemblage comprenant au moins deux pièces collées entre elles au niveau d'une zone de collage. Dans le domaine de la fabrication de pièces notamment composites, les 5 fabricants ont bien souvent la nécessité de contrôler la conformité de ces pièces, que ce soit à l'issue de leur fabrication, pour validation avant envoi à un client final, ou au cours de la vie de la pièce. Parmi les procédés de contrôle connus de l'art antérieur, on distingue deux catégories : les procédés de contrôle destructifs et les procédés de contrôle non-10 destructifs. La première catégorie de ces procédés trouve son intérêt lorsque la pièce arrive en fin de vie, par exemple afin d'apprécier les efforts subis par la pièce au cours de son cycle de vie ou de mesurer la fatigue des matériaux qui composent la pièce. A titre d'exemple, les procédés de contrôle destructifs peuvent consister en des essais 15 mécanique, visant par exemple à évaluer la résistance à la traction de la pièce jusqu'à sa rupture, ou en un procédé visant à soumettre la pièce à un rayonnement laser. Ces procédés endommageant les pièces contrôlées, ils ne sont pas applicables pour un contrôle de la pièce en début ou en cours de vie. La deuxième catégorie de ces procédés permet, quant à eux, de vérifier la 20 conformité d'une pièce à l'issue de sa fabrication, ou au cours de la vie de la pièce. Parmi les procédés de contrôle non-destructifs de l'art antérieur, on connaît les procédés de contrôle par ultrasons, qui consistent à soumettre une onde ultrasonore dans l'épaisseur de la pièce à contrôler, et à mesurer notamment la vitesse de l'onde ultrasonore entre un émetteur ultrasonore et un récepteur ultrasonore, ou encore 25 l'énergie de l'onde qui a parcouru la pièce à contrôler. Les résultats de ces mesures permettent de révéler la présence de certains défauts de la pièce, qu'il conviendra de corriger par un procédé approprié. Lorsque la pièce à contrôler se présente sous la forme d'un assemblage de deux pièces ou plus, collées entre elles au niveau d'une zone de collage, les 30 procédés de contrôle non-destructifs de l'art antérieur ne permettent pas de révéler la présence de défauts non usuels de l'assemblage lorsque ces défauts sont localisés entre l'une des pièces de l'assemblage et la zone de collage. Ces défauts, non détectables par les procédés de contrôle non-destructifs de l'art antérieur, peuvent être du type : zone d'adhésion faible entre l'une des pièces 35 de l'assemblage et la zone de collage, présence de deux surfaces en contact sans adhésion (« kissing bond » en terminologie anglo-saxonne) entre l'une des pièces de l'assemblage et la zone de collage. Ces défauts de collage peuvent entraîner une mauvaise tenue mécanique de l'assemblage. Cela présente un inconvénient majeur notamment dans le domaine 5 aéronautique, dans lequel une mauvaise tenue mécanique d'un assemblage du type susmentionné peut avoir des conséquences désastreuses, lorsque l'avion est en vol. La présente invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur en prévoyant un procédé de contrôle d'un assemblage de pièces collées entre elles, facile à mettre en oeuvre, industrialisable et peu coûteux, qui permette d'évaluer de 10 manière non-destructive la qualité de collage des pièces formant un assemblage. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de détermination de la qualité d'adhésion d'un assemblage comprenant au moins deux pièces collées entre elles au niveau d'une zone de collage, remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes visant à : 15 - appliquer une sollicitation extérieure à l'assemblage de façon à modifier le champ de contraintes dans l'assemblage de sorte que l'assemblage est amené à un niveau de contrainte inférieur à sa limite élastique ; - soumettre l'assemblage à un examen ultrasonore ; - qualifier, à partir des résultats de l'examen ultrasonore, l'état 20 d'adhésion de l'assemblage. Les inventeurs ont découvert de façon tout à fait surprenante qu'en soumettant un assemblage de pièces collées entre elles à une sollicitation extérieure de type mécanique, acoustique, dynamique ou thermique, à un niveau inférieur à celui amenant un endommagement de l'assemblage, des variations locales du champ 25 de contraintes au niveau de la zone de collage des pièces pouvaient être générées en fonction de l'état d'adhésion de l'assemblage. La présente invention prévoit de soumettre un assemblage de pièces collées entre elles à une telle sollicitation extérieure. Cela permet de générer des variations locales du champ de contrainte dans le cas où un défaut de collage est 30 présent entre l'une des pièces de l'assemblage et la zone de collage, ou dans la zone de collage elle-même. Ces variations locales sont ensuite détectées en émettant une onde ultrasonore de façon à ce qu'elle traverse l'épaisseur de l'assemblage, puis en analysant la vitesse et/ou l'énergie de l'onde ultrasonore de façon à ce qu'elle traverse au moins l'épaisseur d'une des pièces de l'assemblage. L'analyse de la vitesse 35 et/ou de l'énergie de l'onde ultrasonore permet de qualifier l'état d'adhésion de l'assemblage. Grâce à la présente invention il est désormais possible d'obtenir une qualification de la qualité d'adhésion d'un assemblage constitué de pièces collées entre elles. La méthode de la présente invention, non-destructive, est en outre peu coûteuse à mettre en oeuvre et facilement industrialisable. Dans le procédé selon l'invention : - la sollicitation extérieure est comprise dans le groupe suivant : sollicitation mécanique, acoustique, dynamique ou thermique ; - l'étape consistant à soumettre l'assemblage à un examen ultrasonore peut être réalisée de façon simultanée à l'étape consistant à appliquer à l'assemblage une sollicitation extérieure de façon à modifier le champ de contraintes dans l'assemblage de sorte que l'assemblage est amené à un niveau de contrainte inférieur à sa limite élastique ; - l'examen ultrasonore peut être réalisé par une échographie ultrasonore ou par un procédé de transmission ultrasonore. Dans le cas où l'examen ultrasonore consiste en une échographie ultrasonore, l'examen ultrasonore comprend les étapes suivantes visant à émettre une onde ultrasonore à travers au moins une pièce de l'assemblage et à mesurer l'énergie et/ou la vitesse ultrasonore de ladite onde après que ladite onde ait traversée l'assemblage. Dans le cas où l'examen ultrasonore est réalisé par le procédé de transmission ultrasonore, l'examen ultrasonore comprend les étapes suivantes visant à émettre une onde ultrasonore à travers l'assemblage et à mesurer la vitesse et/ou l'énergie de ladite onde après que ladite onde ait traversé l'assemblage ; - l'étape de qualification de l'état d'adhésion de l'assemblage consiste à déterminer la présence de défauts de collage non usuels compris dans le groupe suivant : zone d'adhésion faible entre l'une des pièces de l'assemblage et la zone de collage, présence de deux surfaces en contact sans adhésion (« kissing bond » en terminologie anglo-saxonne) entre l'une des pièces de l'assemblage et la zone de collage ; - le procédé selon l'invention comprend en outre une étape supplémentaire visant à localiser, dimensionner les défauts de collage non usuels, et à qualifier leur sévérité ; - l'examen ultrasonore est réalisé grâce à un dispositif émetteur/récepteur d'ondes ultrasonores. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures ci- annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un assemblage pour lequel on souhaite connaître son état d'adhésion ; - la figure 2 représente l'assemblage de la figure 1 auquel on applique le procédé de l'invention ; - la figure 3 illustre l'assemblage de la figure 1 dans lequel des défauts de collage ont été représentés de façon schématique. Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues représentent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.The present invention relates to a method for determining the adhesion quality of an assembly comprising at least two pieces bonded together at a bonding zone. In the field of the manufacture of particularly composite parts, the 5 manufacturers often have the need to check the conformity of these parts, whether at the end of their manufacture, for validation before sending to an end customer, or during of the life of the room. Among the known control methods of the prior art, two categories are distinguished: destructive control methods and non-destructive control methods. The first category of these processes finds its interest when the piece reaches the end of life, for example in order to appreciate the forces suffered by the part during its life cycle or to measure the fatigue of the materials that make up the part. By way of example, the destructive control methods may consist of mechanical tests, for example to evaluate the tensile strength of the part until it breaks, or a method of subjecting the part to radiation. laser. These methods damage the controlled parts, they are not applicable for a control of the part at the beginning or in the course of life. The second category of these methods makes it possible, in turn, to verify the conformity of a part at the end of its manufacture, or during the life of the part. Among the non-destructive control methods of the prior art, ultrasonic testing methods are known, which consist of subjecting an ultrasonic wave in the thickness of the part to be controlled, and in particular to measure the speed of the wave ultrasound between an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver, or the energy of the wave that has traveled the room to be controlled. The results of these measurements reveal the presence of certain defects in the part, which must be corrected by an appropriate method. When the piece to be controlled is in the form of an assembly of two or more pieces, glued together at a gluing area, the non-destructive testing methods of the prior art do not reveal the presence of non-usual defects of the assembly when these defects are located between one of the parts of the assembly and the bonding area. These defects, which can not be detected by the non-destructive testing methods of the prior art, may be of the type: weak adhesion zone between one of the parts of the assembly and the bonding zone, presence of two surfaces in contact without adhesion ("kissing bond" in English terminology) between one of the parts of the assembly and the bonding area. These gluing defects can cause poor mechanical strength of the assembly. This presents a major disadvantage particularly in the aeronautical field, in which a poor mechanical strength of an assembly of the aforementioned type can have disastrous consequences, when the aircraft is in flight. The present invention aims to overcome the drawbacks of the prior art by providing a method of controlling an assembly of parts bonded together, easy to implement, industrializable and inexpensive, which allows to evaluate in a non-functional manner. destructive the quality of bonding parts forming an assembly. To this end, the present invention relates to a method for determining the adhesion quality of an assembly comprising at least two parts bonded together at a bonding zone, which is remarkable in that it comprises the following steps aimed at to: - apply external stress to the assembly so as to modify the stress field in the assembly so that the assembly is brought to a stress level lower than its elastic limit; - submit the assembly to an ultrasound examination; - Qualify, from the results of the ultrasonic examination, the state of adhesion of the assembly. The inventors have discovered quite surprisingly that by subjecting an assembly of parts bonded together to an external stress of mechanical, acoustic, dynamic or thermal type, at a level below that causing damage to the assembly, Local variations of the stress field at the bond area of the workpieces could be generated depending on the bonding state of the assembly. The present invention provides for subjecting an assembly of parts bonded together to such external stress. This makes it possible to generate local variations of the stress field in the case where a bonding defect is present between one of the parts of the assembly and the bonding zone, or in the bonding zone itself. These local variations are then detected by emitting an ultrasonic wave so that it passes through the thickness of the assembly, then analyzing the speed and / or the energy of the ultrasonic wave so that it crosses at least the thickness of one of the parts of the assembly. The analysis of the speed and / or the energy of the ultrasonic wave makes it possible to describe the state of adhesion of the assembly. With the present invention it is now possible to obtain a qualification of the adhesion quality of an assembly consisting of pieces bonded together. The method of the present invention, non-destructive, is also inexpensive to implement and easily industrializable. In the process according to the invention: the external stress is included in the following group: mechanical, acoustic, dynamic or thermal stress; the step of subjecting the assembly to an ultrasonic examination can be carried out simultaneously at the step of applying to the assembly an external stress so as to modify the stress field in the assembly so that the assembly is brought to a stress level lower than its elastic limit; the ultrasound examination can be performed by ultrasound ultrasound or by an ultrasonic transmission method. In the case where the ultrasonic examination consists of an ultrasound ultrasound, the ultrasound examination comprises the following steps for emitting an ultrasonic wave through at least one part of the assembly and for measuring the energy and / or the ultrasonic velocity of said wave after said wave has passed through the assembly. In the case where the ultrasonic examination is performed by the ultrasonic transmission method, the ultrasonic examination comprises the following steps for emitting an ultrasonic wave through the assembly and for measuring the speed and / or energy of said wave after said wave has passed through the assembly; the step of qualifying the adhesion state of the assembly consists in determining the presence of non-usual bonding defects included in the following group: weak adhesion zone between one of the parts of the assembly and the bonding zone, presence of two surfaces in contact without adhesion ("kissing bond" in English terminology) between one of the parts of the assembly and the bonding area; - The method according to the invention further comprises an additional step to locate, size non-usual bonding defects, and to qualify their severity; ultrasound examination is performed by means of an ultrasonic wave transmitter / receiver device. Other features, objects and advantages of the present invention will appear on reading the following description and on examining the appended figures, in which: FIG. 1 is a cross-sectional view of an assembly; for which one wishes to know its state of adhesion; FIG. 2 represents the assembly of FIG. 1 to which the method of the invention is applied; - Figure 3 illustrates the assembly of Figure 1 in which gluing defects have been shown schematically. Throughout the figures, identical or similar references represent identical or similar organs or sets of members.
On se réfère à la figure 1, illustrant de façon schématique un assemblage 1 de pièces 3, 5 collées entre elles au niveau d'une zone de collage 7. Les matériaux des pièces 3 et 5 peuvent être, à titre d'exemple, constitués de matériaux composites ou de matériaux métalliques, et peuvent indifféremment être identiques ou différents. Le collage des pièces entre elles est quant à lui réalisé au moyen d'un adhésif. Les pièces 3 et 5 de l'assemblage 1 présentent de manière préférée des parois externes 9, 11 sensiblement parallèles. Comme représenté à la figure 2, lorsque l'on souhaite qualifier l'état d'adhésion de l'assemblage 1 selon le procédé de l'invention, on applique à l'assemblage 1 une sollicitation extérieure, représenté schématiquement par la 20 référence numérique 13, et on soumet l'assemblage à un examen ultrasonore. La sollicitation extérieure peut être du type mécanique, acoustique, dynamique ou thermique. Cette sollicitation est appliquée à l'assemblage 1 de façon à modifier le champ de contraintes dans l'assemblage, de sorte que l'assemblage est amené à un niveau de contrainte inférieur à sa limite élastique. La sollicitation 25 extérieure permet d'entraîner des variations locales du champ de contraintes dans l'assemblage, dans le cas où un défaut de collage est effectivement présent dans l'assemblage. L'examen ultrasonore est quant à lui réalisé grâce à un dispositif émetteur/récepteur d'ondes ultrasonores, comprenant un (ou plusieurs) émetteur 30 ultrasonore 15 et un (ou plusieurs) récepteur ultrasonore 17, choisis en fonction des dimensions de l'assemblage à inspecter, les émetteurs et récepteurs étant disposés de part et d'autre des parois externes 9 et 11 de l'assemblage 1. L'examen ultrasonore est réalisé simultanément à la sollicitation extérieure. L'examen ultrasonore peut consister en une échographie ultrasonore, 35 méthode selon laquelle on émet une onde ultrasonore à travers l'assemblage 1, depuis l'émetteur 15 vers le récepteur 17, puis on mesure l'énergie du signal ultrasonore lorsque l'onde ultrasonore a traversé l'intégralité de l'épaisseur e de l'assemblage 1. L'examen ultrasonore peut alternativement consister en un procédé de transmission ultrasonore, procédé selon lequel on émet une onde ultrasonore à travers l'assemblage, depuis l'émetteur 15 jusqu'au récepteur 17 ou inversement, puis on mesure la vitesse de l'onde ou l'énergie de cette onde dans l'assemblage ou la vitesse de l'onde ultrasonore lorsque l'onde ultrasonore s'est réfléchie sur la surface 19 représenté à la figure 1, surface désignant l'interface entre la zone de collage 7 et la pièce 3. Inversement, lorsque l'onde est émise depuis le récepteur 17 vers l'émetteur 15, la mesure est faite lorsque l'onde s'est réfléchie sur la surface 21 représentée à la figure 1, surface désignant l'interface entre la zone de collage 7 et la pièce 5. En présence d'un défaut non usuel, la différence de répartition des contraintes entraîne une variation de l'énergie ou de la vitesse de l'onde ultrasonore 15 qui a traversé l'assemblage ou au moins une des pièces de ce dernier. L'étape suivante du procédé de détermination de la qualité d'adhésion d'un assemblage consiste à qualifier, à partir des résultats de l'examen ultrasonore, l'état d'adhésion de l'assemblage 1. Cette qualification peut être définie, à titre d'exemples, en fonction d'abaques préalablement déterminées, établissant une 20 corrélation entre un type de défaut de l'assemblage et les résultats de l'examen ultrasonore. Ces défauts sont le plus souvent détectés dans la zone de collage 7 de l'assemblage 1 ou entre les pièces 3, 5 et la zone de collage 7. La figure 3 illustre l'assemblage 1 dans lequel sont représentés schématiquement des exemples de 25 défauts de collage non usuels détectés par le procédé selon l'invention. Ces défauts peuvent être compris dans le groupe suivant : zone d'adhésion 23 faible entre l'une des pièces 3, 5 de l'assemblage 1 et la zone de collage 7, présence d'un « kissing bond » 25 entre l'une des pièces de l'assemblage et la zone de collage. Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une étape selon laquelle les 30 défauts de collage non usuels sont localisés dans l'assemblage, dimensionnés et leur sévérité est qualifiée, à titre d'exemple à l'aide d'abaques. Grâce à la présente invention, il est à présent possible de détecter et de qualifier de façon non-destructive les défauts de collage d'un assemblage, de manière 35 simple, peu coûteuse et industrialisable.Referring to Figure 1, schematically illustrating an assembly 1 of parts 3, 5 bonded together at a bonding zone 7. The materials of parts 3 and 5 may be, for example, constituted composite materials or metallic materials, and may be identical or different. The gluing of the pieces together is carried out by means of an adhesive. The parts 3 and 5 of the assembly 1 preferably have external walls 9, 11 that are substantially parallel. As shown in FIG. 2, when it is desired to qualify the adhesion state of the assembly 1 according to the method of the invention, an external stress is applied to the assembly 1, represented diagrammatically by the numerical reference. 13, and the assembly is subjected to ultrasound examination. The external stress can be of the mechanical, acoustic, dynamic or thermal type. This bias is applied to the assembly 1 so as to modify the stress field in the assembly, so that the assembly is brought to a stress level lower than its elastic limit. The external stress makes it possible to cause local variations of the stress field in the assembly, in the case where a bonding defect is indeed present in the assembly. The ultrasonic examination is carried out by means of an ultrasonic wave transmitter / receiver device, comprising one (or more) ultrasound emitter 15 and one (or more) ultrasonic receiver 17, chosen according to the dimensions of the assembly. to inspect, the transmitters and receivers being arranged on either side of the outer walls 9 and 11 of the assembly 1. The ultrasonic examination is performed simultaneously with the external stress. Ultrasound examination may consist of ultrasonic ultrasound, in which an ultrasonic wave is emitted through assembly 1, from transmitter 15 to receiver 17, and the energy of the ultrasonic signal is measured when the ultrasound has passed through the entire thickness e of the assembly 1. The ultrasound examination may alternatively consist of an ultrasonic transmission process, a method according to which an ultrasonic wave is emitted through the assembly, from the transmitter 15 to the receiver 17 or vice versa, and then measure the speed of the wave or the energy of this wave in the assembly or the speed of the ultrasonic wave when the ultrasonic wave has reflected on the surface 19 shown in Figure 1, surface designating the interface between the bonding zone 7 and the part 3. Conversely, when the wave is transmitted from the receiver 17 to the transmitter 15, the measurement is made when the wave is thoughtful about surface 21 shown in Figure 1, surface designating the interface between the bonding zone 7 and the part 5. In the presence of an unusual defect, the difference in stress distribution causes a variation of the energy or the velocity of the ultrasonic wave 15 which has passed through the assembly or at least one of the parts thereof. The next step of the method for determining the adhesion quality of an assembly is to qualify, from the results of the ultrasonic examination, the adhesion state of the assembly 1. This qualification can be defined, as examples, based on previously determined charts, correlating a type of defect in the assembly with the results of the ultrasound examination. These defects are most often detected in the gluing zone 7 of the assembly 1 or between the parts 3, 5 and the gluing zone 7. FIG. 3 illustrates the assembly 1 in which are shown diagrammatically examples of defects Unusual gluing agents detected by the process according to the invention. These defects can be included in the following group: weak adhesion zone 23 between one of the parts 3, 5 of the assembly 1 and the bonding zone 7, presence of a "kissing bond" between one parts of the assembly and the bonding area. The method according to the invention may further comprise a step according to which the non-usual bonding defects are localized in the assembly, dimensioned and their severity is qualified, for example by means of abacuses. With the present invention, it is now possible to non-destructively detect and qualify bonding defects of an assembly in a simple, inexpensive and industrially usable manner.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de ce procédé, décrites ci-dessus uniquement à titre d'exemples illustratifs, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes faisant intervenir les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.As goes without saying, the invention is not limited to the embodiments of this method, described above solely as illustrative examples, but it encompasses all the variants involving the technical equivalents of the means described. as well as their combinations if they fall within the scope of the invention.
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| FR3031810B1 (en) | 2017-02-24 |
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