Sondes à broches collées pour la mesure de tension des boulons
Introduction :
La mesure de la tension des boulons à l’aide de traducteurs ultrasonores standard peut s’avérer difficile sur les fixations de petite taille ou présentant une géométrie complexe. Des erreurs de positionnement de la sonde, des difficultés de couplage sur des surfaces irrégulières, telles que des rainures ou des marquages en relief, ainsi que des variations sur les très petits boulons peuvent entraîner des résultats inexacts. DakotaNDT a développé le système Bolt Tension Pin Probe afin de répondre à ces difficultés particulières.
Contrairement aux traducteurs intégrés classiques, qui regroupent le cristal piézocéramique, l’électronique, l’amortissement et la face d’usure, la sonde à broche repose sur une solution en deux parties :
1. Cristaux piézocéramiques autocollants consommables : Petits cristaux fins collés directement sur la fixation.
2. Sonde de contact à broche séparée : Elle se raccorde à l’appareil et entre en contact avec le cristal afin de l’exciter.
Cette conception offre une plus grande flexibilité pour les mesures difficiles de tension des boulons :
Faces obstruées : Les cristaux peuvent être placés au fond de rainures ou de cavités profondes afin de contourner l’obstacle.
Petites fixations : Le collage du cristal garantit un positionnement identique de la sonde pour la mesure initiale, à l’état desserré, et la mesure finale, à l’état serré, éliminant ainsi une source d’erreur importante.
La Bolt Tension Pin Probe permet d’obtenir des mesures plus précises sur une plus grande variété de boulons. Toutefois, l’absence de matériaux d’amortissement intégrés, présents dans les traducteurs standard, peut produire davantage de résonances et un niveau de bruit potentiellement plus élevé. Un réglage minutieux de l’appareil est donc nécessaire.
Scénarios d’application idéaux
Les traducteurs standard conviennent à de nombreuses applications, mais la sonde à broche est particulièrement performante dans certaines situations :
1. Fixations dont la face est obstruée, par exemple les boulons à empreinte profonde
- Difficulté : Les trous de serrure, les empreintes hexagonales Allen profondes ou les cavités similaires empêchent la grande face plane des traducteurs standard, en particulier des modèles magnétiques, d’assurer un couplage acoustique correct. Le contact direct est impossible, ce qui entraîne des mesures peu fiables.
- Solution avec la sonde à broche : Le petit cristal piézocéramique fin est collé directement sur le fond plat de la cavité. La sonde à broche doit alors uniquement entrer en contact avec la face supérieure du cristal, contournant ainsi la géométrie complexe de la surface et permettant la transmission de l’impulsion ultrasonore.
2. Boulons comportant des reliefs en surface, par exemple des marquages de classe en relief
- Difficulté : Les marquages en relief, notamment les indicateurs de classe et les logos, peuvent faire reposer les traducteurs standard de manière irrégulière et provoquer leur basculement. Les espaces d’air ainsi créés perturbent le signal ultrasonore et peuvent empêcher tout contact stable.
- Solution avec la sonde à broche : Le petit cristal peut être placé stratégiquement et collé sur une zone plane entre les marquages en relief. Un trajet acoustique stable, non affecté par les éléments environnants, est ainsi établi. La sonde à broche entre ensuite en contact avec ce cristal positionné avec précision.
3. Boulons et vis de très petit diamètre
- Difficulté : Sur les petites fixations, la surface de contact relativement importante des traducteurs standard rend difficile un positionnement reproductible. Même un léger déplacement ou changement d’angle entre les mesures à l’état desserré et à l’état serré peut modifier la longueur du trajet ultrasonore et entraîner des erreurs importantes de tension ou d’allongement.
- Solution avec la sonde à broche : Le cristal est collé une seule fois sur la tête du boulon. La position et le couplage sont ainsi strictement identiques pour les deux mesures, ce qui élimine l’erreur de positionnement. Après le serrage, l’opérateur doit simplement mettre la sonde à broche en contact avec le cristal déjà en place. La précision et la répétabilité sur les petites fixations sont ainsi nettement améliorées.
Procédure d’utilisation
L’utilisation du système à sonde à broche consiste à coller un cristal, puis à employer la sonde à broche pour effectuer les mesures :
1. Préparation de la surface : Nettoyez soigneusement la zone cible sur la tête de la fixation afin d’éliminer la saleté, la graisse, la rouille et la calamine. Pour assurer une bonne adhérence et un couplage correct, la surface doit être propre, sèche et de préférence plane. Utilisez un solvant adapté si nécessaire.
2. Application de l’adhésif : Appliquez une quantité minimale d’un adhésif cyanoacrylate approprié sur la surface préparée. DakotaNDT recommande Loctite 425. Un excès d’adhésif peut amortir le signal ou prolonger le temps de polymérisation.
3. Positionnement du cristal : Placez délicatement le cristal sur l’adhésif et vérifiez qu’il repose à plat. Appliquez brièvement une pression douce et uniforme afin d’étaler l’adhésif en couche mince et d’assurer un bon contact.
Attention : les cristaux piézocéramiques sont très fragiles. Placez-les uniquement sur des surfaces planes. Évitez les zones courbes ou irrégulières. Toute flexion ou contrainte pendant le positionnement ou la polymérisation peut fracturer définitivement le cristal. Un cristal cassé est inutilisable.
4. Polymérisation de l’adhésif : Laissez l’adhésif polymériser complètement conformément aux instructions du fabricant. Le temps nécessaire dépend de l’adhésif, de la température et de l’humidité.
5. Configuration de l’appareil : Mettez sous tension l’appareil Dakota NDT de mesure de tension des boulons. Accédez à l’onglet de configuration approprié (AUTO-SET) et saisissez la longueur nominale approximative de la fixation afin de faciliter la détection initiale.
6. Raccordement de la sonde à broche : Branchez le câble de la sonde sur le port destiné au traducteur de l’appareil.
7. Établissement du contact :
- Sonde à deux broches (signal/masse) : Appuyez doucement sur la sonde afin que la broche centrale touche la face supérieure du cristal et que le contact de masse extérieur touche la surface métallique conductrice de la tête du boulon ou du support. Une mise à la masse correcte peut réduire le bruit.
- Sonde à une broche : Appuyez doucement l’extrémité de la broche sur la face supérieure du cristal. La mise à la masse peut s’effectuer par l’intermédiaire de l’opérateur ou du montage d’essai.
8. Acquisition de la mesure : Lorsque le contact est stable :
- Vérifiez qu’une forme d’onde ultrasonore stable est affichée sur l’appareil. Réglez le gain ou le seuil si nécessaire.
- Utilisez la fonction de mesure de l’appareil (« MEASURE »/« AUTO-SET ») pour enregistrer la valeur, telle que le temps, l’allongement ou la charge.
Comparaison des performances : sonde à broche et traducteurs standard
Équipement utilisé :
1. Barre d’étalonnage de 3” : X-000-0011
2. Petit boulon M7 x 34
3. Petit boulon M10 x 45
4. Support à deux broches à ressort, espacement de 1/4” : N-704-0094
5. Traducteur magnétique 10 MHz : T-700-4405
1. Barre d’étalonnage
- Sur des surfaces planes idéales, les deux types produisent des signaux clairs.
- Le signal de la sonde à broche peut présenter une résonance légèrement plus importante et une décroissance des échos plus lente en raison de l’absence d’amortissement intégré par rapport aux traducteurs standard. Les deux solutions conviennent à un étalonnage de base.
2. Petite vis, par exemple M7 x 34
- Qualité du signal : La forme d’onde de la sonde à broche présente de nouveau davantage de résonances. Les portes de détection de l’appareil peuvent nécessiter un réglage précis.
- Régularité du positionnement : Il s’agit ici du principal avantage de la sonde à broche. La forme d’onde illustrée est obtenue simplement en mettant la sonde en contact avec le cristal déjà collé. Après le serrage, il est difficile et risqué de replacer un traducteur magnétique standard de manière parfaitement identique sur une tête aussi petite. La sonde à broche élimine cette variable.
3. Petit boulon, par exemple M10 x 45, comportant des obstacles en surface
Ce scénario met en évidence les avantages de la sonde à broche sur les géométries difficiles.
- Signal de la sonde à broche : Forme d’onde claire et bien définie, avec des échos distincts. Ce résultat est obtenu en plaçant le petit cristal sur une zone plane entre les marquages de classe en relief, afin d’assurer un bon couplage.
- Signal du traducteur standard : Forme d’onde fortement dégradée et bruitée. Le traducteur standard, plus grand, est légèrement incliné et désaxé sur les marquages en relief, ce qui empêche un contact plan et nuit à la transmission du signal.
- Conclusion de la comparaison : La sonde à broche est particulièrement performante lorsque de petites dimensions et des obstacles de surface sont présents simultanément. Elle a produit un signal clair alors que le traducteur standard rencontrait des difficultés, car la géométrie empêchait tout contact plan. Elle permet d’effectuer des mesures qui pourraient autrement être impossibles et garantit une grande répétabilité grâce au cristal fixé en position.
Principales considérations et limitations
Les utilisateurs doivent tenir compte des facteurs suivants :
- Caractéristiques du signal : Il faut s’attendre à davantage de résonances et éventuellement à un niveau de bruit plus élevé qu’avec des traducteurs standard amortis. Un réglage minutieux de l’appareil, notamment du gain, du seuil et des portes, est souvent nécessaire.
- Cristaux consommables : Les cristaux sont fragiles, consommables et généralement destinés à un usage unique. Les coûts de remplacement et la logistique doivent être intégrés à la planification. Manipulez-les avec précaution.
- Procédure de collage : Une préparation de la surface, l’application de l’adhésif et un temps de polymérisation sont nécessaires, ce qui ajoute des étapes par rapport aux traducteurs à contact direct. Le choix et l’application corrects de l’adhésif sont essentiels.
- Exigences relatives à la surface : Une petite zone plane est nécessaire sur la fixation afin de monter le cristal sans lui imposer de contrainte. Le système ne convient pas lorsqu’aucune zone plane appropriée n’est disponible.
Conclusion
La DakotaNDT Bolt Tension Pin Probe constitue un outil précieux pour la mesure ultrasonore de tension des boulons dans certaines applications difficiles. Grâce à l’utilisation d’un cristal consommable séparé, collé sur la fixation, elle permet de surmonter les limitations rencontrées par les traducteurs standard sur les boulons dont les faces sont obstruées, qui présentent des reliefs ou dont le diamètre est très faible, lorsque la régularité du positionnement est essentielle.
Bien qu’il soit nécessaire de tenir compte des caractéristiques du signal, du caractère consommable des cristaux et de la procédure de collage, la sonde à broche permet d’effectuer des mesures précises et répétables sur une plus grande variété de fixations. Elle améliore ainsi le contrôle qualité lorsque les méthodes conventionnelles risquent d’échouer ou de fournir des résultats peu fiables.
Équipement Dakota utilisé pour cette application :
Découvrez plus en détail comment le Dakota BT1-DL Bolt Tension Monitor peut améliorer votre processus de contrôle.