Morgan Hiraiwa1<\/sup>, Hao Guo2<\/sup>, Alexandre Nadeau1<\/sup>, Andrew Grasley2<\/sup>, Matthew Stautz2<\/sup><\/p>\n 1<\/sup> Tecnar Automation Lt\u00e9e<\/p>\n 1021, rue Marie-Victorin<\/p>\n Saint-Bruno, QC, Canada J3V 0M7<\/p>\n T\u00e9l\u00e9phone : (450) 461-1221<\/p>\n Courriel : sales@tecnar.com<\/p>\n 2 <\/sup>Cleveland-Cliffs Inc.<\/p>\n Suite 3300, 200 Public Square, Cleveland, OH, USA, 44114<\/p>\n T\u00e9l\u00e9phone : (216)694-5700<\/p>\n Courriel : info@ClevelandCliffs.com<\/p>\n INTRODUCTION<\/p>\n En 2021, la production mondiale d’acier fini et semi-fini a atteint, selon les estimations, 1,82 milliard de tonnes, dont environ 436,3 millions de tonnes, soit environ 25 %, ont \u00e9t\u00e9 export\u00e9es1<\/sup>. Parmi ces produits export\u00e9s, environ 42 % se pr\u00e9sentaient sous la forme de bobines d’acier, qui sont essentielles au traitement continu sur lequel l’industrie s’appuie pour rester comp\u00e9titive. Pour que la production se d\u00e9roule sans interruption, il est essentiel que les bobines soient soud\u00e9es sans probl\u00e8me. L’assemblage des bobines est souvent r\u00e9alis\u00e9 par une variante du soudage par r\u00e9sistance appel\u00e9e soudage \u00e0 la moissonneuse, qui est largement utilis\u00e9e dans les aci\u00e9ries continues modernes pour assembler les bobines d’acier en maintenant la continuit\u00e92, 3<\/sup>.<\/p>\n Le processus de soudage entra\u00eene des changements m\u00e9tallurgiques et thermom\u00e9caniques rapides et importants dans le mat\u00e9riau de base, qu’il est difficile de contr\u00f4ler avec autant de pr\u00e9cision que le processus de fabrication de l’acier. En outre, la soudure subit de nombreux cycles de flexion et de compression \u00e0 une tension de ligne \u00e9lev\u00e9e, \u00e0 des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es et dans des environnements corrosifs, ce qui en fait le point le plus faible. Les d\u00e9faillances des soudures entra\u00eenent des temps d’arr\u00eat importants et, si elles ne sont pas r\u00e9solues rapidement, elles peuvent entra\u00eener des temps d’arr\u00eat prolong\u00e9s. Il est donc essentiel de produire des soudures de haute qualit\u00e9 et sans d\u00e9faut. Le manque de fusion est une cause fr\u00e9quente de faiblesse des soudures, qui se produit lorsque l’interface de soudure entre deux bobines n’est pas suffisamment fusionn\u00e9e, ce qui peut entra\u00eener des d\u00e9faillances2-5<\/sup>.<\/p>\n Il existe deux cat\u00e9gories de m\u00e9thodes permettant de contr\u00f4ler en ligne les soudures : les techniques de surface et les techniques volum\u00e9triques. Les techniques de surface permettent d’obtenir des informations thermiques \u00e0 partir de la surface de la bobine \u00e0 l’aide de pyrom\u00e8tres ou de la thermographie, ce qui est utile car la temp\u00e9rature de la soudure est un param\u00e8tre critique pour la qualit\u00e9 de la soudure6, 7<\/sup>. Bien que la temp\u00e9rature de surface soit li\u00e9e \u00e0 la temp\u00e9rature interne par transfert de chaleur, elle fournit toujours une preuve indirecte de la fusion. Le contr\u00f4le thermique est tr\u00e8s r\u00e9pandu dans les usines, mais des ruptures de soudure se produisent encore, ce qui indique que l’image reste incompl\u00e8te.<\/p>\n Le contr\u00f4le par ultrasons (IU) est une m\u00e9thode volum\u00e9trique qui utilise des ultrasons traversant l’\u00e9paisseur de la pi\u00e8ce \u00e0 inspecter. Les d\u00e9fauts int\u00e9rieurs refl\u00e8tent les ultrasons, qui peuvent \u00eatre d\u00e9tect\u00e9s en mesurant la r\u00e9tro-r\u00e9flexion d’un c\u00f4t\u00e9 du d\u00e9faut ou l’absence d’ultrasons de l’autre c\u00f4t\u00e9. La m\u00e9thode de g\u00e9n\u00e9ration et de mesure la plus r\u00e9pandue fait appel \u00e0 des transducteurs en contact avec la surface du m\u00e9tal, \u00e0 l’aide d’un liquide de couplage qui emp\u00eache leur utilisation lorsque les soudures sont chaudes. Bien que les transducteurs ultrasoniques de contact se soient r\u00e9v\u00e9l\u00e9s tr\u00e8s prometteurs pour le contr\u00f4le en ligne des soudures8<\/sup>, un syst\u00e8me d’essai install\u00e9 sur une ligne de galvanisation continue devait \u00eatre situ\u00e9 en aval du soudeur et n\u00e9cessitait plus de 30 secondes par cycle9<\/sup>.<\/p>\n Le contr\u00f4le par ultrasons laser (IU laser) est une solution qui permet de surmonter les limites des transducteurs ultrasoniques de contact. Il permet de g\u00e9n\u00e9rer et de mesurer des ultrasons uniquement par des moyens optiques sans contact10<\/sup>. L’IU laser a d\u00e9montr\u00e9 un potentiel consid\u00e9rable dans la d\u00e9tection des d\u00e9fauts apr\u00e8s des d\u00e9cennies de recherches approfondies 10-15<\/sup>, et gagne du terrain sur le plan commercial au fur et \u00e0 mesure que les fabricants prennent conscience de ses capacit\u00e9s16<\/sup>. Tecnar’s Lut, par exemple, est devenu un leader industriel dans le contr\u00f4le de l’\u00e9paisseur et de l’excentricit\u00e9<\/sup> des tubes d’acier sans soudure17 . Pour la surveillance des soudures dans l’assemblage des bobines, les syst\u00e8mes IU laser ont souvent un avantage en termes de distance de travail par rapport \u00e0 d’autres m\u00e9thodes sans contact, ce qui rend plus applicable la mesure de la soudure pendant qu’elle est r\u00e9alis\u00e9e avec des pinces ferm\u00e9es.<\/p>\n Dans ce rapport, nous partageons les r\u00e9sultats du prototype Weldspector, un capteur IU laser pour l’inspection de la qualit\u00e9 des soudures sur une ligne de galvanisation continue. Le capteur est un syst\u00e8me enti\u00e8rement sans contact qui peut prendre des mesures en temps r\u00e9el pendant la r\u00e9alisation d’une soudure, sans ajouter de temps de cycle, au cours de la passe avant d’une soudeuse par r\u00e9sistance \u00e0 chevauchement. Nous avons effectu\u00e9 des mesures en direct sur une s\u00e9rie de 11 soudures cr\u00e9\u00e9es en utilisant diff\u00e9rents niveaux de courant de la soudeuse pour induire des zones d\u00e9fectueuses. Les r\u00e9sultats ont \u00e9t\u00e9 compar\u00e9s \u00e0 l’inspection visuelle et \u00e0 la m\u00e9tallographie. Nous avons d\u00e9velopp\u00e9 une m\u00e9thodologie d’analyse et utilis\u00e9 2 des 11 soudures pour ajuster le seuil d’acceptation des soudures. L’application de la m\u00e9thode aux 9 autres soudures a permis d’obtenir d’excellentes pr\u00e9dictions en termes de solidit\u00e9 de la soudure, d’identifier tous les d\u00e9fauts de fusion connus et de montrer un potentiel dans la d\u00e9tection de l’\u00e9tat transitoire de fusion partielle mais insuffisante. Plus de quatre mois apr\u00e8s le d\u00e9but de la p\u00e9riode d’essai, le syst\u00e8me est toujours en ligne pour \u00e9valuer la stabilit\u00e9 et d\u00e9velopper une base de donn\u00e9es d’un large \u00e9ventail de param\u00e8tres relatifs au soudeur et \u00e0 la bobine.<\/p>\n M\u00e9thodologie exp\u00e9rimentale<\/p>\n 2.1 Syst\u00e8me Weldspector<\/p>\n Les ultrasons sont cr\u00e9\u00e9s \u00e0 l’aide d’un laser puls\u00e9 de 9 ns \u00e0 532 nm et 25 mJ. Un laser de d\u00e9tection puls\u00e9 (PDL) sp\u00e9cialement con\u00e7u produit 500 W de puissance de pointe sur une impulsion de 80 \u00b5s, dont la lumi\u00e8re est r\u00e9partie sur quatre fibres (deux fibres d’illumination et deux fibres de pompe) pour mesurer deux points de mesure simultan\u00e9ment. L’amplitude du signal mesur\u00e9 avant la soudure permet de conna\u00eetre l’amplitude de l’onde se d\u00e9pla\u00e7ant vers la soudure, qui est ensuite compar\u00e9e \u00e0 l’amplitude de l’onde apr\u00e8s la soudure pour obtenir la puissance ultrasonore transmise, appel\u00e9e simplement \u00ab puissance transmise \u00bb \u00e0 partir de ce point. La lumi\u00e8re r\u00e9fl\u00e9chie est collect\u00e9e et inject\u00e9e dans des fibres optiques, puis envoy\u00e9e au module de d\u00e9tection du m\u00e9lange \u00e0 deux ondes (TWM), qui est un interf\u00e9rom\u00e8tre photor\u00e9fractif capable de mesurer les ultrasons sur des surfaces rugueuses et r\u00e9sistant aux vibrations ambiantes18<\/sup>.<\/p>\n La sonde, illustr\u00e9e \u00e0 la figure 1a, est responsable de la livraison de la lumi\u00e8re laser \u00e0 la cible et contenant l’optique pour l’\u00e9clairage, la collecte de la lumi\u00e8re r\u00e9fl\u00e9chie, et la focalisation du faisceau de g\u00e9n\u00e9ration, ainsi que le laser de g\u00e9n\u00e9ration. L’optique est con\u00e7ue pour focaliser la lumi\u00e8re sur la cible avec les tailles de zone souhait\u00e9es et la disposition spatiale par rapport \u00e0 la soudure, comme le montre l’encart de la figure 1a.<\/p>\n Figure 1. a) Repr\u00e9sentation de la sonde install\u00e9e sur une soudure en spirale avec des pinces ferm\u00e9es. L’encart de gauche montre la sonde enti\u00e8re et l’encart de droite montre la disposition des points laser. b) Image de la sonde install\u00e9e sur le pilier de la roue de r\u00e9treint.<\/p>\n Le faisceau laser g\u00e9n\u00e9r\u00e9 est focalis\u00e9 sur la surface de la bobine \u00e0 l’aide d’une lentille de 125 mm, cr\u00e9ant une taille de zone de 1 mm \u00e0 environ 7,5 mm de l’axe de la soudure. Les spots d’\u00e9clairage avant et apr\u00e8s la soudure ont \u00e9galement un diam\u00e8tre de 1 mm sur la surface de la cible. La mesure avant soudure est situ\u00e9e entre le point de g\u00e9n\u00e9ration et la ligne centrale de la soudure, \u00e0 3,5 mm de la ligne centrale, de mani\u00e8re \u00e0 mesurer l’onde envoy\u00e9e dans la direction de la soudure. La mesure post-soudure est effectu\u00e9e dans la direction du point de g\u00e9n\u00e9ration et du point de pr\u00e9-soudure, \u00e0 une distance de 12,5 mm du point de pr\u00e9-soudure.<\/p>\n La sonde Weldspector est fix\u00e9e \u00e0 une soudeuse par r\u00e9sistance Mitsubishi MSW-C1 50D26 dans l’usine Cleveland-Cliffs Kote (New Carlisle, Indiana). Elle est mont\u00e9e sur le poteau de la roue de r\u00e9treint, \u00e0 l’oppos\u00e9 de la roue de l’\u00e9lectrode, comme illustr\u00e9 \u00e0 la figure 1b. Cette position garantit que la bobine reste dans le champ optique de la sonde lors du passage du chariot vers l’avant, ce qui permet d’effectuer des mesures en temps r\u00e9el pendant la r\u00e9alisation de la soudure.<\/p>\n 2.2 Exemples de mesures<\/p>\n Un balayage B d’une post-soudure typique est pr\u00e9sent\u00e9 \u00e0 la figure 2a, qui montre les signaux dans le domaine temporel mesur\u00e9s sur un balayage lin\u00e9aire sur toute la longueur de la soudure, r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 partir de deux bobines d’aluminium \u00e0 faible teneur en carbone de 0,975 mm d’\u00e9paisseur tu\u00e9es \u00e0 l’acier, avec l’image de la soudure pr\u00e9sent\u00e9e juste en dessous. La soudure a \u00e9t\u00e9 inspect\u00e9e visuellement \u00e0 la recherche d’un d\u00e9collement ou de fissures partielles apr\u00e8s avoir \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9e par la machine \u00e0 souder. Le signal de pr\u00e9-soudure est stable sur toute la longueur, bien qu’il ne soit pas pr\u00e9sent\u00e9 dans la figure (coefficient de variation = 0,12) et la puissance ultrasonore, d\u00e9finie dans la section suivante, quantifie l’amplitude ultrasonore mesur\u00e9e. Une diminution significative de l’amplitude du signal peut \u00eatre observ\u00e9e sur plusieurs sections, ce qui est attendu, \u00e9tant donn\u00e9 que la soudure contenait deux trous estamp\u00e9s et des longueurs significatives de r\u00e9gions d\u00e9fectueuses connues, et sera analys\u00e9 dans les sections suivantes.<\/p>\n Figure 2. a) Scanner B post-soudure d’une soudure pr\u00e9sentant des sections avec un manque de fusion important. Les couleurs plus vives indiquent une plus grande amplitude des ultrasons. b) Signaux repr\u00e9sentatifs du balayage A apr\u00e8s soudage \u00e0 des endroits o\u00f9 l’absence de fusion a \u00e9t\u00e9 v\u00e9rifi\u00e9e et \u00e0 des endroits o\u00f9 elle ne l’a pas \u00e9t\u00e9, repr\u00e9sent\u00e9s respectivement en rouge et en vert. Les emplacements de ces relev\u00e9s sont \u00e9galement indiqu\u00e9s par les lignes pointill\u00e9es rouges et vertes de la figure 1a. c) Densit\u00e9s spectrales de puissance des signaux pr\u00e9sent\u00e9s dans la figure 1b.<\/p>\n La figure 2b pr\u00e9sente deux signaux post-soudure : l’un obtenu \u00e0 une position exempte de d\u00e9fauts et l’autre \u00e0 une position d\u00e9fectueuse, qui a \u00e9t\u00e9 v\u00e9rifi\u00e9e comme \u00e9tant un endroit situ\u00e9 dans une grande r\u00e9gion de fissure partielle identifi\u00e9e visuellement. \u00c0 une position sans d\u00e9faut (ligne verte), deux modes ultrasonores sont principalement superpos\u00e9s. L’un de ces modes est une forme d’onde transitoire \u00e0 basse fr\u00e9quence d’une dur\u00e9e d’environ 3,5 \u00e0 8 us, correspondant au mode asym\u00e9trique A0<\/sub> lamb de l’ordre le plus bas (ci-apr\u00e8s d\u00e9nomm\u00e9 simplement \u00ab impulsion \u00e0 basse fr\u00e9quence \u00bb). \u00c0 cela se superpose un signal p\u00e9riodique \u00e0 haute fr\u00e9quence et \u00e0 longue dur\u00e9e de vie, qui dure bien au-del\u00e0 de la fin de la p\u00e9riode enregistr\u00e9e. Ce signal \u00e0 haute fr\u00e9quence correspond aux \u00e9chos longitudinaux qui traversent l’\u00e9paisseur de la feuille de 0,975 mm dans un sens ou dans l’autre (ci-apr\u00e8s d\u00e9nomm\u00e9 simplement \u00ab signal \u00e0 haute fr\u00e9quence \u00bb). Bien que d’autres ondes de cisaillement et de modes mixtes soient pr\u00e9sentes, la majeure partie de l’\u00e9nergie ultrasonore mesur\u00e9e correspond \u00e0 cette description. \u00c0 la position d\u00e9fectueuse (ligne rouge), on observe une diminution significative de l’amplitude globale du signal, et la forme du signal est qualitativement diff\u00e9rente, le signal \u00e0 longue dur\u00e9e de vie disparaissant presque enti\u00e8rement.<\/p>\n L’analyse de la densit\u00e9 spectrale de puissance (DSP) dans le domaine des fr\u00e9quences fournit d’autres informations, comme le montre la figure 2c. \u00c0 la position sans d\u00e9faut, l’impulsion \u00e0 basse fr\u00e9quence a une nature \u00e0 large bande et est centr\u00e9e autour de 1 MHz. Le fondamental du signal haute fr\u00e9quence est un pic net \u00e0 2,9 MHz, avec des harmoniques d’ordre sup\u00e9rieur apparaissant \u00e9galement \u00e0 des amplitudes plus faibles. En revanche, \u00e0 la position d\u00e9fectueuse, on observe une r\u00e9duction de l’impulsion transitoire \u00e0 basse fr\u00e9quence et une absence presque totale du signal \u00e0 haute fr\u00e9quence. La transmission des ultrasons en fonction de la fr\u00e9quence \u00e0 travers des corps solides en contact pr\u00e9sentant une rugosit\u00e9 de surface a \u00e9t\u00e9 d\u00e9montr\u00e9e pr\u00e9c\u00e9demment, ce qui peut expliquer l’att\u00e9nuation du signal \u00e0 haute fr\u00e9quence \u00e0 l’endroit d\u00e9fectueux19<\/sup>.<\/p>\n 2.3 Hi\u00e9rarchie de la prise de d\u00e9cision en mati\u00e8re de traitement des signaux<\/p>\n Pour garantir la viabilit\u00e9 du Weldspector pour les soudures par recouvrement, il est n\u00e9cessaire de mettre en place un sch\u00e9ma de traitement des signaux robuste, comme le montre la figure 3. L’\u00e9tape initiale consiste \u00e0 s’assurer qu’une quantit\u00e9 suffisante de lumi\u00e8re PDL r\u00e9fl\u00e9chie est recueillie avant et apr\u00e8s la soudure. L’amplitude de la lumi\u00e8re r\u00e9fl\u00e9chie sur la plaque est utilis\u00e9e pour \u00e9tablir un crit\u00e8re de rejet. Ensuite, les PSD sont int\u00e9gr\u00e9s de 2 \u00e0 20 MHz pour calculer la puissance ultrasonore des deux points de mesure. La fen\u00eatre temporelle pour l’emplacement avant soudure est de 0,5 \u00e0 4,2 \u00b5s, tandis qu’elle est de 0,5 \u00e0 17,2 \u00b5s pour l’emplacement apr\u00e8s soudure. Les fen\u00eatres temporelles ont \u00e9t\u00e9 choisies pour exclure l’arriv\u00e9e de l’onde de choc dans l’air, qui effleure la surface de la t\u00f4le et n’est pas li\u00e9e \u00e0 la soudure. L’analyse est limit\u00e9e aux \u00e9chos longitudinaux \u00e0 haute fr\u00e9quence qui sont plus sensibles \u00e0 l’att\u00e9nuation que les basses fr\u00e9quences lorsque deux surfaces sont en contact19<\/sup>. Si la puissance ultrasonore avant soudure tombe en dessous d’un seuil, le signal est rejet\u00e9 pour s’assurer qu’une \u00e9nergie ultrasonore suffisante a \u00e9t\u00e9 g\u00e9n\u00e9r\u00e9e et qu’elle se dirige vers la soudure. Ce n’est que s’il d\u00e9passe cette amplitude minimale que le signal est consid\u00e9r\u00e9 comme valide pour l’inspection de la soudure.<\/p>\n Pour am\u00e9liorer la robustesse du syst\u00e8me face \u00e0 une amplitude variable de g\u00e9n\u00e9ration d’ultrasons, une \u00e9tape de traitement du signal divise la puissance ultrasonore post-soudure par la puissance pr\u00e9-soudure pour obtenir la puissance transmise \u00e0 travers la soudure, comme illustr\u00e9 \u00e0 la figure 2. Si la puissance transmise tombe en dessous d’un seuil pr\u00e9\u00e9tabli, l’endroit est signal\u00e9 comme une zone o\u00f9 il peut y avoir un manque de fusion, sinon l’endroit est consid\u00e9r\u00e9 comme ayant une fusion compl\u00e8te. Bien que le degr\u00e9 de fusion soit une quantit\u00e9 continue qui affecte probablement la puissance transmise, une sortie binaire est pr\u00e9f\u00e9rable pour faciliter l’utilisation par les op\u00e9rateurs. Il convient de noter que le seuil choisi n’est pas universel et peut d\u00e9pendre de divers facteurs, notamment la qualit\u00e9 de l’acier, l’\u00e9paisseur de la t\u00f4le et le chevauchement des soudures. Une \u00e9tape d’ajustement est d\u00e9crite dans la section suivante.<\/p>\n Figure 3 Hi\u00e9rarchie de la prise de d\u00e9cision pour d\u00e9terminer l’absence de fusion \u00e0 chaque emplacement de mesure.<\/p>\n 2.4 R\u00e9glage du seuil de puissance transmise<\/p>\n Afin de d\u00e9terminer le seuil d’alerte LOF le plus appropri\u00e9, une \u00e9tape d’ajustement est n\u00e9cessaire, comme l’illustre l’exemple suivant. Diverses qualit\u00e9s de soudure ont \u00e9t\u00e9 produites en faisant varier le courant de l’\u00e9lectrode, en commen\u00e7ant l\u00e9g\u00e8rement au-dessus de la valeur nominale pour la premi\u00e8re soudure et en diminuant pour chaque soudure suivante jusqu’\u00e0 atteindre z\u00e9ro (tableau 1). Le courant dans chaque soudure a \u00e9t\u00e9 maintenu constant dans l’espace sur toute la longueur de la soudure. Les deux t\u00f4les assembl\u00e9es \u00e9taient les m\u00eames bobines d’aluminium tu\u00e9es en acier \u00e0 faible teneur en carbone, avec des dimensions de 0,975 mm d’\u00e9paisseur et 1009 mm de largeur. La soudure n\u00b02 a utilis\u00e9 le courant nominal g\u00e9n\u00e9ralement utilis\u00e9 pour assembler ces bobines. Le contr\u00f4leur de soudure a effectu\u00e9 des mesures sur le passage avant du chariot pendant la r\u00e9alisation de la soudure, et les soudures ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9es et inspect\u00e9es visuellement par la suite pour d\u00e9tecter les d\u00e9fauts de soudure \u00e0 l’arc complets ou partiels. Deux sections de chaque soudure ont \u00e9t\u00e9 examin\u00e9es par m\u00e9tallographie. La soudure n\u00b0 8 a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9e pour ajuster le seuil de puissance transmise car, parmi toutes les soudures pr\u00e9sentant des d\u00e9fauts d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 identifi\u00e9s visuellement, c’est celle dont le courant d’\u00e9lectrode est le plus proche du courant d’\u00e9lectrode standard utilis\u00e9 dans cette installation.<\/p>\n Tableau 1 Courant d’\u00e9lectrode pour chaque soudure effectu\u00e9e, par rapport au courant maximal dont le soudeur est capable.<\/p>\n La figure 4a illustre la puissance transmise pour une soudure (n\u00b0 8) dont on a v\u00e9rifi\u00e9 qu’elle contenait des d\u00e9fauts de type LOF. La puissance transmise est d\u00e9finie comme le rapport de la puissance post-soudure en chaque point. L’image de la soudure est pr\u00e9sent\u00e9e directement sous le graphique. La soudure contient deux zones de d\u00e9fauts LOF qui ont \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9es visuellement apr\u00e8s l’ach\u00e8vement. Les d\u00e9fauts LOF partiels correspondent \u00e0 des endroits o\u00f9 au moins un des bords de la soudure est soulev\u00e9, mais o\u00f9 une partie du chevauchement de la t\u00f4le a fusionn\u00e9. Les d\u00e9fauts LOF complets sont des endroits o\u00f9 un espace d’air est visible entre les t\u00f4les. Deux trous pr\u00e9c\u00e9demment estamp\u00e9s dans les t\u00f4les se trouvent sur la longueur de la soudure et sont omis parce qu’ils ne repr\u00e9sentent pas des d\u00e9fauts r\u00e9alistes. Dans les deux zones de perte de charge identifi\u00e9es visuellement (avant 216 mm et apr\u00e8s 671 mm), on observe une nette diminution de la puissance transmise, comme pr\u00e9vu, en raison de la diff\u00e9rence d’imp\u00e9dance acoustique entre l’air et l’acier. Cependant, quelques points des zones LOF pr\u00e9sentent une l\u00e9g\u00e8re augmentation du signal, qui peut \u00eatre due \u00e0 une contrainte de contact locale due \u00e0 la flexion des t\u00f4les, mais la puissance transmise reste faible pour la plupart des points.<\/p>\n Figure 4. a) Puissance ultrasonore transmise pour la soudure n\u00b0 8, qui contenait deux sections dont l’absence de fusion avait \u00e9t\u00e9 v\u00e9rifi\u00e9e. La ligne rouge en pointill\u00e9s indique le seuil s\u00e9lectionn\u00e9, en dessous duquel le test d’absence de fusion \u00e9choue. Sous la puissance transmise se trouve une image de la soudure apr\u00e8s avoir \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9e et, en dessous, le r\u00e9sultat du processus de prise de d\u00e9cision r\u00e9ussite\/\u00e9chec. Les signaux non valides et les emplacements des trous pr\u00e9-estampill\u00e9s sont omis. b) Identique \u00e0 la figure 4a, mais pour la soudure n\u00b0 3, pour laquelle aucun manque de fusion n’a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9 apr\u00e8s que la soudure a \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9e et inspect\u00e9e visuellement.<\/p>\n Contrairement \u00e0 la soudure (#8), la soudure #3 (soud\u00e9e \u00e0 un courant de soudage l\u00e9g\u00e8rement inf\u00e9rieur au courant nominal) n’a pas pr\u00e9sent\u00e9 de manque de fusion identifi\u00e9 visuellement, comme le montre la figure 4b. La puissance transmise de la soudure n\u00b0 3 est plus \u00e9lev\u00e9e que celle de la zone de perte d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 de la soudure n\u00b0 8, et d’une ampleur similaire \u00e0 celle de la zone sans perte d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9. Sur la base de ces deux soudures, un seuil de puissance transmise de 0,15 a \u00e9t\u00e9 choisi pour l’avertissement LOF. Ce seuil a permis de d\u00e9tecter tous les emplacements \u00e0 l’int\u00e9rieur des deux zones de perte d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 identifi\u00e9es visuellement sur la soudure n\u00b0 8 et de ne pas d\u00e9clencher de fausses alarmes pour les points de la soudure n\u00b0 3. Il convient de noter que la pr\u00e9sence d’une fissure partielle sur la soudure n\u00b0 8 a rendu l’inspection visuelle difficile. En ajustant le seuil de puissance transmise, le Weldspector a d\u00e9tect\u00e9 plus de longueurs de soudures d\u00e9fectueuses que l’inspection visuelle. Cependant, l’inspection visuelle ne peut identifier que les d\u00e9fauts de surface et peut ne pas d\u00e9tecter des d\u00e9fauts subtils tels que des longueurs LOF courtes ou des vides internes, comme le montre la m\u00e9tallographie dans la section suivante. Le seuil choisi sera test\u00e9 sur 9 autres soudures de diff\u00e9rents courants d’\u00e9lectrode, et les r\u00e9sultats seront compar\u00e9s \u00e0 ceux de l’inspection visuelle et de la m\u00e9tallographie.<\/p>\n R\u00c9SULTATS ET DISCUSSION<\/p>\n Avec le seuil d’avertissement de la puissance transmise d\u00e9termin\u00e9 lors de l’\u00e9tape d’ajustement pr\u00e9c\u00e9dente, le pourcentage d’avertissement LOF des soudures enti\u00e8res peut maintenant \u00eatre analys\u00e9 pour les diff\u00e9rents r\u00e9glages d’\u00e9lectrodes. Dans la figure 5, le pourcentage de longueur de chaque soudure pour laquelle le Weldspector a \u00e9mis un avertissement LOF est compar\u00e9 \u00e0 l’inspection visuelle. Comme pr\u00e9vu, on observe que le Weldspector produit un pourcentage de longueur LOF sup\u00e9rieur \u00e0 celui de l’inspection visuelle pour la soudure n\u00b09, comme pour la soudure n\u00b08, comme indiqu\u00e9 dans la section pr\u00e9c\u00e9dente lors de l’ajustement du seuil d’avertissement LOF. En outre, il correspond \u00e0 la LOF de 100 % de la longueur pour les soudures 10 et 11, pour lesquelles les deux t\u00f4les ont \u00e9t\u00e9 compl\u00e8tement s\u00e9par\u00e9es apr\u00e8s avoir \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9es par la machine \u00e0 souder.<\/p>\n Figure 5 Comparaison du pourcentage de longueur du manque de fusion d\u00e9tect\u00e9 par le Weldspector ou l’inspection visuelle. Les param\u00e8tres de soudage pour chaque soudure sont indiqu\u00e9s dans le tableau 1.<\/p>\n Notre approche est illustr\u00e9e par la soudure n\u00b0 7, pour laquelle le Weldspector a \u00e9mis trois avertissements cons\u00e9cutifs de manque de fusion au d\u00e9but de la soudure, de 12 mm \u00e0 49 mm (mesur\u00e9s \u00e0 partir du d\u00e9but de la soudure) et un autre \u00e0 62 mm. Une m\u00e9tallographie a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 49 mm et a confirm\u00e9 l’existence d’une perte d’\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 (Fig. 6). Il convient de noter que le Weldspector avait une r\u00e9solution spatiale de 12 mm pour cette soudure, de sorte que la r\u00e9gion d\u00e9fectueuse de la mesure a pu s’\u00e9tendre jusqu’\u00e0 61 mm. M\u00eame si la rupture compl\u00e8te observ\u00e9e par m\u00e9tallographie \u00e9tait due \u00e0 la pr\u00e9paration, cela indiquerait toujours que la soudure \u00e0 cet endroit \u00e9tait plus faible et contenait des d\u00e9fauts LOF. La m\u00e9tallographie de toutes les autres sections transversales de la soudure n’a pas montr\u00e9 de LOF sous la m\u00eame pr\u00e9paration. Une \u00e9tude de cas portant sur une rupture de soudure sur une ligne de galvanisation similaire a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 que la rupture s’\u00e9tait produite au bord de la soudure en raison d’un manque de fusion, ce qui d\u00e9montre l’importance de l’inspection volum\u00e9trique dans cette r\u00e9gion critique3<\/sup>. La m\u00e9tallographie ne repr\u00e9sentant qu’un seul point, elle n’est pas incluse dans la comparaison avec le Weldspector \u00e0 la figure 5. Ainsi, en g\u00e9n\u00e9ral, pour toutes les autres soudures d’essai, l’inspection visuelle ayant un % LOF l\u00e9g\u00e8rement inf\u00e9rieur n’est pas n\u00e9cessairement un signe de l’inexactitude du Weldspector. Trois des cinq emplacements qui ont donn\u00e9 un LOF sur la soudure n\u00b0 6 se trouvaient \u00e0 moins de 200 mm du d\u00e9but, l\u00e0 o\u00f9 les LOF ont eu tendance \u00e0 se produire au cours de ce test, mais nous ne pouvons pas exclure les fausses alertes pour l’instant. Le reste des \u00e9chantillons a donn\u00e9 un avertissement LOF Weldspector au maximum, et aucune zone d\u00e9fectueuse apparente n’a \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9e lors de l’inspection visuelle ou de la m\u00e9tallographie.<\/p>\n Figure 6 a) M\u00e9tallographie prise au d\u00e9but (image du haut) et \u00e0 la fin (image du bas) de la soudure n\u00b0 7. b) Puissance transmise pour la soudure n\u00b0 7.<\/p>\n Bien que les mauvaises soudures de ce test aient \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es intentionnellement en r\u00e9duisant le courant pour diminuer artificiellement la chaleur, il est important de noter que les d\u00e9fauts LOF peuvent \u00e9galement se produire dans d’autres sc\u00e9narios. Par exemple, la pr\u00e9sence de calamine sur les t\u00f4les avant le soudage peut provoquer des d\u00e9fauts de soudure, comme l’a montr\u00e9 l’\u00e9tude de cas de rupture mentionn\u00e9e pr\u00e9c\u00e9demment dans une installation de galvanisation en continu3<\/sup>. Dans cette \u00e9tude de cas, les propri\u00e9t\u00e9s d’isolation \u00e9lectrique de la calamine sur la surface ont entra\u00een\u00e9 une augmentation locale de la temp\u00e9rature, qui peut masquer le d\u00e9faut lors de la surveillance de la soudure par des m\u00e9thodes de temp\u00e9rature de surface telles que les pyrom\u00e8tres ou la thermographie. Cette constatation confirme la n\u00e9cessit\u00e9 d’une m\u00e9thode de d\u00e9tection volum\u00e9trique telle que le Weldspector.<\/p>\n Interface utilisateur du Weldspector<\/p>\n Pour que le syst\u00e8me Weldspector soit utile aux op\u00e9rateurs dans l’usine, il faut concevoir une interface utilisateur qui puisse \u00eatre lue rapidement et facilement en m\u00eame temps que d’autres informations importantes. La figure 7 pr\u00e9sente la premi\u00e8re version de notre interface utilisateur, qui utilise comme exemples deux soudures suppl\u00e9mentaires provenant de l’ensemble de donn\u00e9es pr\u00e9c\u00e9dent. Sur le c\u00f4t\u00e9 gauche de l’interface, un graphique spatial indique le r\u00e9sultat de la r\u00e9ussite ou de l’\u00e9chec pour chaque emplacement le long de la soudure. Si un clich\u00e9 est invalide en raison d’une faible lumi\u00e8re collect\u00e9e ou de la puissance de pr\u00e9-soudage, il est vide, comme on peut le voir dans le cas des deux trous pr\u00e9-estampill\u00e9s dans la t\u00f4le de la figure 7b. Sur le c\u00f4t\u00e9 droit, un diagramme \u00e0 barres r\u00e9sume l’ensemble de la soudure en pourcentage de longueur r\u00e9ussie\/\u00e9chec, avec une cat\u00e9gorie interm\u00e9diaire suppl\u00e9mentaire d’\u00ab avertissement \u00bb qui peut \u00eatre ajout\u00e9e pour indiquer la proximit\u00e9 du seuil d’\u00ab \u00e9chec \u00bb. Le r\u00e9sultat final du syst\u00e8me Weldspector est une d\u00e9cision d’acceptation ou de refus pour l’ensemble de la soudure, d\u00e9termin\u00e9e lorsqu’une soudure contient plus d’un certain nombre d’emplacements LOF, comme indiqu\u00e9 par la coche verte ou le x rouge dans le cercle \u00e0 c\u00f4t\u00e9 du num\u00e9ro d’identification de la soudure. Au moment de la publication, cette interface Weldspector est fournie \u00e0 l’op\u00e9rateur pendant la production r\u00e9guli\u00e8re pour l’aider \u00e0 \u00e9valuer rapidement la qualit\u00e9 de la soudure.<\/p>\n Figure 7 Interface de l’op\u00e9rateur Weldspector et exemples de r\u00e9sultats pour une soudure contenant a) aucun manque de fusion et b) des manques de fusion. Le rouge indique l’absence de fusion, le vert indique que la soudure est saine et les signaux non valides (tels que d\u00e9crits dans la figure 3) sont vides. Nous notons que tous les signaux non valides, sauf un, \u00e9taient dus \u00e0 la pr\u00e9sence de trous pr\u00e9-\u00e9tamp\u00e9s dans les bobines.<\/p>\n CONCLUSIONS<\/p>\n En r\u00e9sum\u00e9, nous avons montr\u00e9 le d\u00e9veloppement de la d\u00e9tection de l’absence de fusion en utilisant un prototype du Weldspector, un capteur volum\u00e9trique de qualification de soudure enti\u00e8rement sans contact. Les mesures ont \u00e9t\u00e9 prises sans probl\u00e8me pendant que la soudure \u00e9tait effectu\u00e9e en attachant le Weldspector \u00e0 une soudeuse par r\u00e9sistance \u00e0 chevauchement en ligne. Onze soudures ont \u00e9t\u00e9 inspect\u00e9es par des m\u00e9thodes visuelles et m\u00e9tallographiques, en faisant varier le courant de la soudeuse pour induire des d\u00e9fauts, afin de v\u00e9rifier l’absence partielle et totale de fusion. Tous les d\u00e9fauts connus \u00e0 l’aide de ces m\u00e9thodes ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9tect\u00e9s comme pr\u00e9vu apr\u00e8s l’utilisation de deux soudures pour ajuster le seuil \u00e0 partir duquel un avertissement se produit. Les r\u00e9gions enti\u00e8res identifi\u00e9es comme contenant des d\u00e9fauts de fusion lors de l’inspection visuelle ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 signal\u00e9es par le Weldspector, en plus d’autres endroits.<\/p>\n L’un de ces emplacements suppl\u00e9mentaires a fait l’objet d’un examen plus approfondi par m\u00e9tallographie, qui a confirm\u00e9 que l’emplacement, bien qu’ayant pass\u00e9 l’inspection visuelle, contenait effectivement un d\u00e9faut d’absence de fusion au bord de la soudure, qui est connu pour \u00eatre \u00e0 l’origine de ruptures. Cette situation d\u00e9montre la capacit\u00e9 du syst\u00e8me d’inspection Weldspector \u00e0 d\u00e9tecter des d\u00e9fauts directement \u00e0 l’interface de la soudure, qui pourraient \u00eatre d\u00e9tect\u00e9s par d’autres m\u00e9thodes d’inspection de surface en ligne. Cette situation d\u00e9montre la capacit\u00e9 du syst\u00e8me d’inspection Weldspector \u00e0 d\u00e9tecter des d\u00e9fauts directement \u00e0 l’interface de la soudure, ce qui pourrait \u00eatre accept\u00e9 par d’autres m\u00e9thodes d’inspection de surface en ligne.<\/p>\n Le syst\u00e8me est toujours en ligne au moment de la r\u00e9daction du pr\u00e9sent document et continue de collecter des donn\u00e9es.<\/p>\n R\u00c9F\u00c9RENCES<\/p>\n [1] \u00ab 2022 World Steel in Figures \u00bb, World Steel Association<\/em>, 2022. https:\/\/worldsteel.org\/steel-topics\/statistics\/world-steel-in-figures-2022\/ (consult\u00e9 le 18 f\u00e9vrier 2023).<\/p>\n [2] P. R. Bonikila, S. S. Indimath, et N. Shajan, ‘Failure assessment of Mash Seam Weld breakage and development of online weld inspection system for early detection of weld failure’, Eng Fail Anal<\/em>, Vol. 133, Mar. 2022, doi : 10.1016\/j.engfailanal.2021.105967.<\/p>\n [3] S. Pawar, S. Sahoo, et G. Mukhopadhyay, ‘Failure analysis of weld joint of high strength quality steel sheets in cold rolling mill’, Eng Fail Anal<\/em>, Vol. 103, pp. 392-399, Sep. 2019, doi : 10.1016\/j.engfailanal.2019.05.010.<\/p>\n [4] A. Poling, F. Bleich, et J. Drocton, ‘Developing a Robust Welding Method for Heavy Gauge DP590 At a Continuous Galvanizing Line’, in Galvanizers Association Annual Conference<\/em>, Oct. 2018.<\/p>\n [5] R. Garza B. L., B. Montelongo V. J., L. Garcia P., et A. Trevi\u00f1o, ‘Analysis of Interruptions of Continuous Galvanizing Line by Weak Joints in Welding Process’, in 110th Meeting of the Galvanizers association<\/em>, Oct. 2018.<\/p>\n [6] V. S. de Deus, J. A. Castro et S. R. Correa, \u00ab Correlation among the input thermal parameters and thermography measurements data of the resistance seam welding \u00bb, Materials Research<\/em>, Vol. 23, No. 1, 2020, doi : 10.1590\/1980-5373-MR-2020-0029.<\/p>\n [7] M. Balle, \u00ab Automated IR-weld seam control \u00bb, dans Proceedings Volume 1313, Thermosense XII :<\/em> An International Conference on Thermal Sensing and Imaging Diagnostic Applications<\/em>, Mar. 1990, Vol. 1313, pp. 332-339. doi : 10.1117\/12.21938.<\/p>\n [8] S. S. Indimath, R. Shunmugasundaram, S. Balamurugan, M. Dutta, S. K. Gudimetla, et K. Kant, ‘Online ultrasonic technique for assessment of mash seam welds of thin steel sheets in a continuous galvanizing line’, International Journal of Advanced Manufacturing Technology<\/em>, Vol. 91, No. 9-12, pp. 3481-3491, Aug. 2017, doi : 10.1007\/s00170-017-9995-8.<\/p>\n [9] P. R. Bonikila, S. S. Indimath, et N. Shajan, ‘Failure assessment of Mash Seam Weld breakage and development of online weld inspection system for early detection of weld failure’, Eng Fail Anal<\/em>, Vol. 133, Mar. 2022, doi : 10.1016\/j.engfailanal.2021.105967.<\/p>\n [10] C. B. Scruby et L. E. Drain, Ultrasons laser :<\/em> Techniques and Applications<\/em>, 1st ed. New York : Routledge, 1990.<\/p>\n [11] M. D. Rogge, \u00ab IN-PROCESS SENSING OF WELD PENETRATION DEPTH USING NON-CONTACT LASER ULTRASOUND SYSTEM A Dissertation Presented to The Academic Faculty \u00bb, Georgia Institute of Technology, Atlanta, 2009. Accessible en ligne : 18 f\u00e9vrier 2023. [En ligne]. Available: https:\/\/www.proquest.com\/openview\/ea4d79042e3959951f270759315ce65e\/1?pq-origsite=gscholar&cbl=18750<\/p>\n [12] G. Diot, A. Koudri-David, H. Walaszek, S. Gu\u00e9gan et J. Flifla, \u00ab Non-destructive testing of porosity in laser welded aluminium alloy plates : Laser ultrasound and frequency-bandwidth analysis’, J Nondestr Eval<\/em>, Vol. 32, No. 4, pp. 354-361, Dec. 2013, doi : 10.1007\/S10921-013-0189-5\/METRICS.<\/p>\n [13] M. Miller, B. Mi, A. Kita et I. C. Ume, \u00ab Development of automated real-time data acquisition system for robotic weld quality monitoring \u00bb, Mechatronics<\/em>, Vol. 12, No. 9-10, pp. 1259-1269, Nov. 2002, doi : 10.1016\/S0957-4158(02)00028-4.<\/p>\n [14] G. M. Graham et I. C. Ume, \u00ab Automated system for laser ultrasonic sensing of weld penetration \u00bb, Mechatronics<\/em>, Vol. 7, No. 8, pp. 711-721, Dec. 1997, doi : 10.1016\/S0957-4158(97)00031-7.<\/p>\n [15] M. Shaloo, M. Schnall, T. Klein, N. Huber et B. Reitinger, \u00ab A Review of Non-Destructive Testing (NDT) Techniques for Defect Detection : Application to Fusion Welding and Future Wire Arc Additive Manufacturing Processes’, Materials 2022, Vol. 15, Page 3697<\/em>, Vol. 15, No. 10, p. 3697, May 2022, doi : 10.3390\/MA15103697.<\/p>\n [16] J. Monchalin et alii<\/em>, ‘Ultrasons laser : From the Laboratory to the Shop Floor’, Advanced Performance Materials<\/em>, Vol. 5, pp. 7-23, 1998.<\/p>\n [17] \u00ab Wall thickness gauges for hot seamless tube mills | IU laser by Tecnar \u00bb, Tecnar Automation Lt\u00e9e<\/em>, 2023. https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/ (consult\u00e9 le 19 f\u00e9vrier 2023).<\/p>\n [18] A. Blouin et J. P. Monchalin, \u00ab Detection of ultrasonic motion of a scattering surface by two-wave mixing in a photorefractive GaAs crystal \u00bb, Appl Phys Lett<\/em>, Vol. 65, No. 8, p. 932, Jun. 1998, doi : 10.1063\/1.112153.<\/p>\n [19] B. W. Drinkwater, R. S. Dwyer-Joyce et P. Cawley, \u00ab A study of the interaction between ultrasound and a partially contacting solid-solid interface \u00bb, Proceedings of the Royal Society A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences<\/em>, Vol. 452, No. 1955, pp. 2613-2628, 1996, doi : 10.1098\/rspa.1996.0139.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Picture1-800x800.jpg\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Picture2.png\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Picture3.jpg\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Picture4-800x121.png\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Picture5-800x362.jpg\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Picture6-800x488.jpg\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Untitled-design-3-1-800x450.png\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/laser-ut.tecnar.com\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/Picture8-800x704.jpg\")
<\/p>\n