La régulation du vérin hydraulique est assurée par un boîtier MTS permettant de pi-loter l’essai en fonction des signaux de l’extensomètre, de la force, ou du déplacement de la traverse. La mesure de l’allongement de la zone utile de l’éprouvette est faite par un extensomètre dont les extrémités sont en contact avec l’éprouvette tout au long de l’essai. L’étalonnage de l’extensomètre influe directement sur la justesse de la courbe de traction qui sera tracée à l’issue des essais. Afin de résister aux hautes températures, l’ex-tensomètre est constitué de deux tiges (coûteaux) en alumine. L’extrémité de chacune des tiges, de forme biseautée, est positionnée de part et d’autre de la zone utile, et une pression est appliquée afin que le déplacement des tiges suive celui de la zone utile et d’empêcher tout glissement. L’écartement initial des coûteaux en céramique de l’extensomètre est de 15mm. La longueur importante des tiges de l’extensomètre permet au capteur inductif mesurant les variations de l’entre-axe entre les tiges de ne pas être influencé par le champ électromagnétique induit par le mode de chauffage par induction. La précision de l’ex-tensomètre est estimée à ±1,25% en prenant en compte l’écart à la linéarité du capteur
[Cav98]
Comme il a été dit, le pilotage d’un essai peut être fait en effort, en déplacement ou en déformation. C’est-à-dire que le boîtier de commande MTS impose une consigne à la machine de traction, et les capteurs renvoient un signal de retour correspondant. Les trois types de pilotage ont été testés, l’asservissement en déformation étant incontestablement celui donnant les résultats les moins bruités. C’est donc celui qui sera conservé pour la suite de la campagne d’essai. Toutefois, il faut signaler que le pilotage en déformation demande un lourd travail de réglage de l’extensomètre, afin de réduire au maximum le bruit du signal mesuré. Les procédures d’étalonnage et de réglages ne seront toutefois pas détaillées ici.
Dispositif de chargement thermique
Le dispositif de chargement mécanique est couplé avec un dispositif de chargement thermique, afin d’effectuer les essais à des températures supérieures à la température am-biante. Dans le cas présent, le chauffage est effectué par induction.
Ce dispositif se présente sous la forme d’un générateur de courant continu relié à une arrivée d’eau. Sur ce boitier est mis en place l’inducteur, qui prend la forme d’un tube en cuivre de section ronde, de diamètre 4 mm, refroidi par circulation d’eau. Lorsque l’éprouvette est placée dans l’inducteur, le champ magnétique y induit des courants de Foucault, générant des quantités précises de chaleur propre et localisée sans aucun contact physique entre la pièce et l’inducteur. Il faut alors définir la géométrie de l’inducteur utilisé car elle est directement reliée à la géométrie du champ magnétique obtenu.
Les vitesses de chauffe pouvant être atteintes par ce type de chauffage sont rela-tivement élevées. Toutefois, ces valeurs sont largement inférieures à celles pouvant être obtenues en chauffage par effet Joule, notamment avec la Gleeble. En chauffage par induc-tion, la géométrie de l’éprouvette, ainsi que le matériau influent énormément les vitesses maximales de chauffe. Dans le cas qui nous intéresse, le Norem02 est un matériau mag-nétique, tout du moins dans la gamme de température [20˚C-800˚C] pour laquelle sera utilisé ce mode de chauffage. D’autre part, les éprouvettes sont de taille réduite B.1, donc la quantité de matière à chauffer est faible. Tout ceci laisse supposer que les vitesses de chauffe maximales seront importantes.
Une caractéristique importante à souligner en chauffage par induction est la pro-fondeur de pénétration, ou encore propro-fondeur de peau. L’intensité du flux de courant induit dans l’éprouvette est à son maximum en surface, et diminue rapidement sous la surface. Lors des esasis, les thermocouples permettant le contrôle de la température sont disposés en peau, ce qui laisse donc penser que la température à coeur est inférieure à la température de prescription. Toutefois, ce propos est à nuancer, car s’il est vrai que la température à coeur sera plus faible que la température mesurée par les thermocouples au cours du cycle de chauffe, ces températures devraient être sensiblement plus proches au cours de l’essai de traction, car un palier de maintien de la température durant 10 min-utes est systématiquement respecté au cours des essais. Ce point est important, car il faut impérativement que la température de l’éprouvette soit la plus uniforme possible dans la
zone utile tout au long de l’essai, les différences maximales acceptables étant de 5˚C pour les essais réalisés à 1000˚C d’après la norme NF EN 10002-5.
Géométrie de l’inducteur
Afin d’obtenir un champ de température uniforme dans la zone utile de l’éprouvette dans le sens longitudinal, la géométrie de l’inducteur doit être prise en compte. En effet, en chauffage par induction, le champ de température reflète la géométrie de l’inducteur, donc celui-ci détermine non seulement la vitesse de chauffe maximale atteignable, mais aussi l’uniformité du champ de température.
Le flux magnétique est plus concentré à mi-longueur d’un solénoïde qu’en début et en fin. Le flux de chaleur apporté à l’éprouvette sera donc également plus important dans cette zone, qui correspond à la moitié de la hauteur totale de la spire, dans le cas général où la spire est symétrique. Il est alors nécessaire de caractériser la spire, afin que le flux mag-nétique soit le plus uniforme possible. Plusieurs solutions sont envisageables : le diamètre de la spire peut être modifié afin d’augmenter sa distance à l’éprouvette et de réduire le flux dans certaines zones, ou, plus comunément, le nombre de boucles de la spire peut être réduit au centre.
D’autre part, le champ de température étant l’image de la géométrie de la spire, celui-ci a souvent une forme en spirale (barber poiling). Pour remédier à ce problème, une rotation de l’éprouvette peut être effectuées au cours du cycle de chauffe, à une vitesse n’excédant pas 10 rotations au cours du cycle de chauffe. Toutefois, ce procédé ne semble pas envisageable pour les essais sur la machine conventionnelle de traction.
Une alternative est alors d’utiliser des tubes en cuivre plats, ou en acollant un liner à la spire [ZS88a]. Le liner est un ruban de cuivre brasé sur le tube. Dans les deux cas, les tubes plats (ou à section rectangulaire) et le liner doivent être disposés de façon à ce que leur face de dimension la plus importante soit orientée parallèlement à l’éprouvette. Ainsi la surface conductrice est plus importante, ce qui créé un champ magnétique plus large pour chaque boucle. En pratique, la solution la plus généralement employée est l’utilisation de tube à section carrée, qui permettent aux industriels de fournir des inducteurs présentant à la fois une meilleure uniformité de champ magnétique qu’avec l’utilisation de tubes à section ronde, et des vitesses de chauffe plus importante qu’avec l’utilisation de tubes à sections rectangulaires ou circulaires avec liner.
Le champ de température n’a pas été calculé par simulation, bien que certains codes permettent de le faire, principalement car le calcul à mettre en oeuvre est lourd et néces-siterait de prendre en compte toutes les pièces à proximité de l’inducteur au cours d’un essai, également car il n’y a pas de données connues sur le matériau à étudier, le Norem, concernant sa conductivité électrique en fonction de la température.
La géométrie doit donc être détemrinée expérimentalement. La démarche employée est une démarche empirique : plusieurs géométrie d’inducteurs ont été successivement utilisées afin de définir la contribution de chaque paramètre géométrique de la spire sur l’uniformité du champ de température.
disponibles au LaMCoS et compatibles avec l’éprouvette d’essai. Pour chacun de ces es-sais, 7 thermocouples ont été microsoudés sur une éprouvette de diamètre 10 mm comme on le voit figure B.3, ensuite sur une éprouvette de diamètre 6 mm identique à celles util-isées lors des essais de traction à basse température. Les thermocouples sont espacés de 5 mm, et sont répartis sur la zone utile de l’éprouvette, de -15 à +15 mm par rapport à son centre. Le thermocouple central sert de consigne. C’est donc à ce point de l’éprouvette que la température sera contrôlée.