Techniques d'inspection par ondes guidées ultrasonores d'assemblages brasés dans des réacteurs aéronautiques

Comot, Pierre (2016). Techniques d'inspection par ondes guidées ultrasonores d'assemblages brasés dans des réacteurs aéronautiques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’industrie aéronautique, cherche à étudier la possibilité d’utiliser de manière structurelle des joints brasés, dans une optique de réduction de poids et de coût. Le développement d’une méthode d’évaluation rapide, fiable et peu couteuse pour évaluer l’intégrité structurelle des joints apparait donc indispensable. La résistance mécanique d’un joint brasé dépendant principalement de la quantité de phase fragile dans sa microstructure. Les ondes guidées ultrasonores permettent de détecter ce type de phase lorsqu’elles sont couplées à une mesure spatio-temporelle. De plus la nature de ce type d’ondes permet l’inspection de joints ayant des formes complexes.

Ce mémoire se concentre donc sur le développement d’une technique basée sur l’utilisation d’ondes guidées ultrasonores pour l’inspection de joints brasés à recouvrement d’Inconel 625 avec comme métal d’apport du BNi-2. Dans un premiers temps un modèle éléments finis du joint a été utilisé pour simuler la propagation des ultrasons et optimiser les paramètres d’inspection, la simulation a permis également de démontrer la faisabilité de la technique pour la détection de la quantité de phase fragile dans ce type de joints. Les paramètres optimisés sont la forme de signal d’excitation, sa fréquence centrale et la direction d’excitation. Les simulations ont montré que l’énergie de l’onde ultrasonore transmise à travers le joint aussi bien que celle réfléchie, toutes deux extraites des courbes de dispersion, étaient proportionnelles à la quantité de phase fragile présente dans le joint et donc cette méthode permet d’identifier la présence ou non d’une phase fragile dans ce type de joint.

Ensuite des expérimentations ont été menées sur trois échantillons typiques présentant différentes quantités de phase fragile dans le joint, pour obtenir ce type d’échantillons différents temps de brasage ont été utilisés (1, 60 et 180 min). Pour cela un banc d’essai automatisé a été développé permettant d’effectuer une analyse similaire à celle utilisée en simulation. Les paramètres expérimentaux ayant été choisis en accord avec l’optimisation effectuée lors des simulations et après une première optimisation du procédé expérimental. Finalement les résultats expérimentaux confirment les résultats obtenus en simulation, et démontrent le potentiel de la méthode développée.

Titre traduit

Ultrasonic guided wave inspection of brased lap joints used in aeronautic engines

Résumé traduit

The aerospace industry has been investigating the generalization of brazed structural assembly, to reduce weight and cost. There is therefore a need to develop a rapid, reliable, and cost-effective inspection technique to ensure the structural quality of these assemblies. The mechanical strength of a brazed assembly is mainly linked to the quantity of brittle phases in its microstructure. Ultrasonic guided waves enable the detection of such defect when a spatiotemporal measurement is used. Besides with that type of waves it is possible to assess complex shape joints.

This master thesis focuses on the development of a technique using ultrasonic guided waves to inspect brazed lap joints, which consist of two Inconel 625 plates brazed with BNi-2. Firstly, finite element simulations were performed to simulate the propagation of ultrasonic waves and to optimize the inspection parameters, these simulations have demonstrated the feasibility of this technique to estimate the amount of brittle phases in a brazed assembly. The optimized inspection parameters were the shape of the excitation signal, its center frequency and the direction of excitation. The simulations have shown that ultrasonic wave energy transmitted through the joint, as well as the reflected energy from the joint, were proportional to the amount of brittle phases.

Experimental validations were then performed on three distinctive samples with variable amount of brittle phases in the joint. The samples were brazed for different time (1, 60 and 180 minutes). In order to run the experiments with the same method used in the simulations, the measures were implemented on an automated test bench. The experimental parameters were chosen to validate the simulation results. Finally, experimental results were in accordance with simulations and demonstrate the potential of the inspection method.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire pésenté à l'école de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée". Bibliographie : pages 81-82.
Mots-clés libres:	Joints brasés Essais. Essais par ultrasons. Nickel Alliages Propriétés mécaniques. Ultrasons Modèles mathématiques. Méthode des éléments finis. Nickel Alliages Microstructure. Inconel. fragile, phase, ultrasonore, ondes guidées, brasage, Inconel 625
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Bélanger, Pierre
Codirecteur:	Codirecteur Bocher, Philippe
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt:	11 nov. 2016 20:00
Dernière modification:	11 nov. 2016 20:00
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1752

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