La mesure de contraintes par perçage incrémental est une méthode destructive qui permet d’obtenir un profil de contraintes résiduelles dans la matière en réalisant un perçage progressif suivant les incréments de mesure.
Principe de la mesure par perçage incrémental
Une rosette de jauges d’extensométrie à trois directions est collée sur la surface du matériau à étudier. La rosette est alors solidaire de la pièce. Un trou est percé de façon incrémentale au centre de cette rosette.
L’enlèvement de matière et donc la relaxation des contraintes résiduelles dans la pièce étudiée entraîne un nouvel équilibre mécanique qui se traduit par des déformations mesurées dans les jauges (correspondant à la déformation du matériau).
À partir de ces valeurs de déformations et en utilisant les équations de la mécanique des milieux continus, il est possible de déterminer la répartition en profondeur (de 100 µm à 1,2 mm) des contraintes résiduelles et d’en déduire le tenseur des contraintes avant perçage.
Avantages de la méthode
La mesure par perçage incrémental permet :
- de mesurer tous types de pièces finies, sans découpe préalable et sans limitation dimensionnelle (à condition d’être raisonnablement plan autour du trou)
- de mesurer tous types de matériaux pourvu que ces derniers vérifient des conditions d’élasticité et d’isotropie. Ainsi que de mesurer de nouveaux matériaux qui présentent des caractéristiques cristallographiques incompatibles avec une application de diffraction X
- une mesure très rapide (profil obtenu en 1h environ)
- d’effectuer des mesures sur site
Contact mesure des contraintes résiduelles
David MARECHAL
Mobile : +33 6 66 00 99 80
d.marechal@meliad-sas.com
Vente de machines de mesure par perçage incrémental – Mirastar
Mirastar permet de réaliser des mesures conformes à la norme ASTM E837 et permet également de réaliser une modélisation par éléments finis pour déterminer les coefficients d’influence pour n’importe quelle configuration de perçage.
Retrouvez ici la brochure de notre matériel Mirastar.
Matériel
La configuration standard inclut :
- Un bâti mécanique de positionnement des pièces avec plateau X,Y
- Un ensemble mécanique de maintien et de positionnement de la broche de perçage
- Une caméra de centrage du foret sur la jauge
- Une broche de perçage électrique à vitesse variable
- Un contrôleur de descente de la broche
- Une chaîne d’acquisition des µdéformations
Logiciel
Le logiciel pilote tous les composants, excepté la vitesse de rotation de la broche qui se commande par un potentiomètre sur le contrôleur. Un profil de contraintes s’obtient en moins d’une heure, en tenant compte de la mise en œuvre opérationnelle, du perçage et du calcul des contraintes. À partir des caractéristiques mécaniques introduites, et des résultats des relevés de µdéformation, le logiciel calcule automatiquement le profil de contraintes résiduelles.
Le logiciel permet :
- De créer des rosettes de jauges ou d’utiliser celles pré-enregistrées
- De créer des matériaux ou d’utiliser ceux pré-enregistrés
- De créer une géométrie de perçage spécifique ou d’utiliser celle de la norme.
- De calculer les coefficients d’influence, au plus près de la géométrie réelle du perçage ou d’utiliser les coefficients et la méthodologie répondant à la norme ASTM E837.
- Le perçage incrémental automatique sur les profondeurs définies par le technicien
Applications
La plupart des procédés de fabrication — soudage, traitement thermique, usinage, rectification, grenaillage — génèrent des contraintes résiduelles qui conditionnent la tenue en fatigue et la durée de vie des pièces. Le perçage incrémental permet de qualifier et de suivre ces procédés en obtenant un profil de contraintes en profondeur, directement sur la pièce finie, sans découpe ni préparation lourde. C’est la méthode de référence lorsque la diffraction des rayons X atteint ses limites : sur les matériaux non cristallins, amorphes ou composites, sur les structures à gros grains ou fortement texturées, ainsi que sur les grandes pièces et structures soudées sans limitation dimensionnelle (dès lors que la zone autour du trou est raisonnablement plane). Sa rapidité de mise en œuvre et sa portabilité en font également une solution adaptée aux mesures sur site, en complément des analyses menées en laboratoire.
Applications types :
- Contrôle de procédé — vérification d’un profil de contraintes après grenaillage, soudage ou traitement thermique
- Grandes structures soudées — chaudronnerie, charpente, ouvrages mécano-soudés
- Matériaux incompatibles avec la DRX — alliages non cristallins, composites, matériaux à structure complexe
- Analyse de défaillance — caractérisation des contraintes sur pièces en service pour identifier les causes de fissuration
- Mesures profondes — profils jusqu’à une profondeur de l’ordre de 100 µm à 1,2 mm
Le perçage incrémental est-il une méthode destructive ?
Oui. La mesure nécessite de percer un petit trou au centre d’une rosette de jauges collée sur la pièce. Le trou reste de faible diamètre, mais la méthode retire localement de la matière : elle est donc destructive, contrairement à la diffraction des rayons X qui peut être réalisée en surface uniquement.
Sur quels matériaux peut-on l’utiliser ?
Sur tous les matériaux vérifiant des conditions d’élasticité et d’isotropie. C’est notamment la solution de référence pour les matériaux non cristallins, amorphes ou composites, dont les caractéristiques cristallographiques sont incompatibles avec la diffraction des rayons X.
Jusqu’à quelle profondeur la mesure descend-elle ?
Le perçage incrémental fournit un profil de contraintes résiduelles en profondeur, typiquement de l’ordre de 100 µm à 1,2 mm, déterminé à partir des microdéformations mesurées dans les jauges.
Quelle norme encadre la méthode ?
La machine Mirastar réalise des mesures conformes à la norme ASTM E837. Le logiciel peut utiliser la géométrie et les coefficients d’influence définis par la norme, ou les recalculer au plus près de la géométrie réelle du perçage par modélisation éléments finis.
Peut-on mesurer sur de grandes pièces ou directement sur site ?
Oui. La méthode s’applique à des pièces finies sans limitation dimensionnelle (à condition que la zone autour du trou soit raisonnablement plane) et sans découpe préalable. Sa rapidité et sa portabilité la rendent adaptée aux interventions sur site, en complément des analyses en laboratoire.