L'USINE NOUVELLE - N°2470 - Le 15 septembre 1994
CONTRÔLE QUALITÉ
L'effet Barkhausen au service de l'usinage
Le"bruit Barkhausen" permet de déceler des défauts, des brûlures de
rectification, des zones adoucies, l'effet de bord en traitement thermique, etc., par un contrôle à 100% des pièces.
Chez Hispano-Suiza, à Bois-Colombes, tous les pignons des boîtes de transmission de puissance pour moteurs d'avions civils et militaires sont contrôlés à 100% après la rectification. Il s'agit de vérifier que les faces et les portées n'ont pas subi de brûlures de rectification susceptibles de réduire la durée de vie des pièces. Contrôlées en temps réel, celles-ci peuvent être retouchées immédiatement si la mesure indique un début de dommage.
Résultat: le retour de pièces défectueuses a considérablement diminué. D'une cinquantaine auparavant, il n'est plus que de quelques unités aujourd'hui. Hispano-Suiza a adopté la méthode de contrôle non destructif fondée sur le "bruit Barkhausen". Un phénomène mis en évidence en 1919 mais qui n'est exploité de manière vraiment industrielle que depuis une dizaine d'années. Son principe consiste à soumettre le métal à un champ magnétique alternatif et à mesurer en retour les impulsions magnétiques ou "bruits", provoquées par le
réarrangement des microdomaines magnétiques au sein du matériau. Or l'amplitude du bruit Barkhausen dépend du niveau des contraintes résiduelles dans le matériau et de sa dureté.
Ainsi, une microstructure du métal caractérisée par une dureté élevée se traduit-elle par une diminution de l'amplitude du signal. Tandis que les contraintes de tension en surface, caractéristiques des brûlures de rectification, se manifestent par une augmentation.
Le dysfonctionnement des meules est également détecté
La méthode présente un avantage indéniable face au traditionnel bain de Nital (mélange d'acide nitrique et d'alcool) dans lequel on trempe les pièces après rectification. Car le bain révèle les défauts sous forme de nuances de taches grises (carbone précipité) difficiles à interpréter. En outre, le système contrôle indirectement le bon fonctionnement des meules d'usinage. Selon Norbert Quemerais, responsable des méthodes avancées et procédés chez Hispano-Suiza, "une meule décentrée créera obligatoirement une dissymétrie de la surface de la pièce qui sera aussitôt détectée par l'appareil". Autre exemple d'application de la méthode:
chez Ford (usine de Windsor, au Canada), un appareillage automatique contrôle tous les arbres à cames de la chaîne de production des moteurs 3,8 litres à la cadence d'un arbre de douze cames toutes les vingt secondes. Le contrôle porte sur le résultat du traitement thermique et la qualité de la rectification. Ainsi, une came correctement rectifiée est
caractérisée par une distribution uniforme des contraintes résiduelles de compression. Ford, Hispano Suiza et d'autres industriels comme BMW, Mitsubishi, Volvo, General Motors, Messier-Dowty, Bethlehem Steel, etc., utilisent des appareils mis au point par American Stress Technology et Stresstech, une société finlandaise, toutes deux filiales du groupe finlandais Outokumpu.
L'efficacité dépend de l'étalonnage du départ
Ces appareils se programment par "apprentissage" de la différence entre une pièce bonne et une pièce défectueuse. "Ils restituent leurs mesures en valeurs relatives, car ils nécessitent au départ un étalonnage entre deux valeurs extrêmes: celle d'une pièce jugée très endommagée (à rejeter) et celle d'une pièce parfaite", souligne Michel Cardon, ingénieur conseil, consultant pour Specicom, filiale de Stresstech en stade du laboratoire et s'applique de plus en plus au contrôle à 100% sur les chaînes de
fabrication. Cependant, elle présente les défauts de ses qualités. En effet, son efficacité dépend de l'étalonnage de départ, qui reste finalement assez subjectif. De plus, le contrôle de certaines pièces à géométrie particulière (pièce dentelée, par exemple) n'est pas toujours possible. Enfin, il faut toujours tenir compte de la nature du matériau. En dehors du contrôle des pièces mécaniques en cours de fabrication, le bruit Barkhausen est utilisé pour la
surveillance d'équipements en service, comme les cylindres de laminoir, les conduites forcées de barrages hydrauliques, les grandes cuves de raffinerie, etc. Mais, dans un avenir proche, la méthode devrait se développer dans le cadre de la norme mondiale ISO 9000, qui stipule notamment la nécessité d'une qualité intégrée à la fabrication et non plus un suivi des matériaux en sortie d'usinage.
UN SIGNAL DE BRUIT
Les matériaux ferromagétiques sont constitués de petites régions magnétiques, assimilables à des barreaux aimantés, appelées "domaines". Lorqu'on applique un champ alternatif à un tel matériau, celui-ci force les parois des domaines à se déplacer à chaque cycle, ce qui provoque un changement de magnétisation dans le matériau. Celui-ci induit une impulsion électrique dans un bobinage placé à proximité de la pièce. Barkhausen montra que l'évolution de la magnétisation dans le matériau n'est pas continue mais composée d'incréments faibles et abrupts. Le signal électrique récolté par la bobine (le capteur) présente alors un profil typique d'un signal de "bruit".
