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Déchets minimisés grâce aux mesures 3D précises lors de la soudure par faisceau d’électrons

By novembre 12, 2018Études de cas

GE Druck (une division de GE Sensing) a recours à la gamme de systèmes de mesure et d’inspection optiques de Vision Engineering afin d’optimiser les normes de qualité de leurs instruments de détection pour le secteur de l’aérospatiale.

Basé dans la région du Leicestershire, GE Druck est une division britannique de GE Sensing. L’un des principaux domaines de production de ce site est la fabrication d’une variété de capteurs de pression utilisés dans divers secteurs d’activités, dont le secteur de l’aérospatiale.

Maintien de la qualité des capteurs

Les capteurs mesurent des pressions comprises entre moins de 0,001 et 1000 bar et vont des dispositifs OEM à prix relativement bas aux capteurs barométriques à résonance en silicone de très haute précision.

Les instruments incluent des indicateurs de pression, des appareils d’étalonnage portatifs et des kits ADTS utilisés pour étalonner les instruments statiques des pilotes d’aviation de tous les types d’avion, des hélicoptères aux avions de combat supersoniques.

Des données anémo-barométriques aux systèmes de carburant des avions, en passant par la commande de vol et le contrôle des réacteurs, GE Sensing joue un rôle crucial dans une multitude de tests très rigoureux au sol / en vol et des applications de mesure de la pression en vol pour l’industrie aérospatiale mondiale.

Ces clients exigeants demandent des produits de haute qualité et, à cette fin, des instruments et des capteurs sont fabriqués conformément à des systèmes de qualité stricts à chaque étape du procédé de fabrication.

En outre, GE Druck œuvre pour améliorer davantage la qualité de ses produits en intégrant des méthodologies Six Sigma dans les activités d’amélioration continue tout au long du procédé de fabrication.

Soudure par faisceau d’électrons

La soudure par faisceau d’électrons est un procédé d’assemblage par fusion produisant une soudure en appliquant un faisceau d’électrons à haute énergie afin de chauffer le point de soudure. Les électrons sont des particules atomiques élémentaires caractérisées par une charge négative et une masse extrêmement faible.

Le fait de faire passer ces électrons à un état d’énergie très élevé en les accélérant à une vitesse équivalant à 30 à 70 % environ de la vitesse de la lumière fournit l’énergie nécessaire pour fondre des métaux. En contrôlant le niveau d’énergie (la tension d’accélération), le nombre d’électrons par seconde (le courant de faisceau), la taille du point de faisceau (mise au point) et la vitesse de soudure, il est possible de réaliser une soudure extrêmement répétable.

On obtient ainsi un profil de soudure étroit avec une faible distorsion et un apport calorifique très faible pour éviter tout endommagement des composants sensibles du capteur.

Les capteurs de pression contiennent plusieurs soudures par faisceau d’électrons (jusqu’à 15 sur un produit aérospatial complexe à plusieurs capteurs). Tout défaut peut entraîner la mise au rebut d’une unité et tout produit non conforme doit être détecté et retiré du procédé de fabrication afin de ne pas entraîner de travail et de frais supplémentaires.

Un programme de travail a été entrepris pour améliorer le rendement à l’aide du procédé de soudure par faisceau d’électrons. L’un des problèmes rencontrés était l’acceptabilité largement subjective des profils de soudure par rapport à une norme visuelle, car un produit pouvait parfois être considéré comme acceptable lors de la fabrication pour être ensuite rejeté lors de l’inspection finale où le coût de la mise au rebut est le plus élevé.

Directives relatives aux défauts acceptables

La norme britannique BS EN 13919-1 fournit des directives catégorisant les types de défauts désignés comme des projections, des caniveaux, des surépaisseurs, des défauts d’alignement et des dépressions.

La norme fournit également des conseils relatifs à la taille des défauts acceptables, mais vu que la taille des défauts acceptables est liée à la profondeur de la soudure (qui peut être inférieure à 0,5 mm), une méthode précise et répétable est requise pour déterminer les petites dimensions dans les axes X, Y et Z. Par exemple, la tolérance maximale pour une dépression en dessous d’un matériau d’origine dans un profil de soudure pour une enceinte de confinement de pression critique peut être aussi petite que 0,05 mm.

Steve Broadbridge, directeur de l’amélioration des produits de GE Druck, a étudié plusieurs méthodes pour mesurer avec précision les dimensions des défauts de soudure avant de décider d’investir dans un système de mesure optique sans contact.

Critères d’un système de mesure

Pour répondre aux critères exigeants d’un système de mesure, une solution précise a été adoptée sous la forme d’un système de mesure sans contact Hawk de Vision Engineering.

Le système Hawk fournit des mesures précises, ainsi qu’une répétitivité et une reproductibilité dans les trois axes. Lorsque les soudures doivent être mesurées afin d’être catégorisées, le capteur est tout simplement positionné sur la platine de mesure de 150 mm x 150 mm de haute précision afin de mesurer les soudures dans les axes X, Y et Z à l’aide des options de grossissement.

Une fois que le microprocesseur a enregistré les mesures, elles sont comparées aux normes d’inspection, conformément à la norme BS EN 13919-1.

Steve Broadbridge explique l’importance de mettre en œuvre une norme et un processus pour la soudure par faisceau d’électrons :

« Un capteur typique fabriqué par notre société peut être utilisé dans une application aérospatiale et si ce capteur ne répond pas aux tolérances strictes requises par nous et nos clients, cela pourrait entraîner un gaspillage en termes de matériaux et de main d’œuvre.

Nous mesurons donc les imperfections dans les axes X, Y et Z afin d’optimiser la qualité et la précision de nos soudures. Il n’existe plus d’ambiguïté à propos de l’acceptabilité d’une soudure individuelle. Nous sommes passés d’une interprétation subjective à une preuve qualitative. »We have moved on from subjective interpretation to qualitative evidence.”

Il poursuit en expliquant l’importance d’utiliser un système sans contact :

« L’une de nos priorités lorsque nous recherchions une solution était de choisir un système de mesure sans contact en raison des difficultés d’accès pour un système avec contact et de la petite taille des défauts que nous essayons de mesurer.

Nous nous sommes rendus compte que le système Hawk fournissait une image optique permettant de facilement détecter les contours de toute imperfection pour permettre à nos opérateurs et à nos ingénieurs d’être précis dans leurs mesures dans tous les axes ».

GE Druck fournit une gamme de solutions d’instrumentation de plus en plus diversifiée dans tous les secteurs d’activité. GE Druck est en train de s’agrandir et de se diversifier rapidement afin de répondre à la demande pour des instruments toujours plus rapides, plus petits et plus précis grâce aux nouvelles technologies.

Dans cette optique, la société investit dans des équipements afin de garantir les plus hauts niveaux de précision et de qualité des composants constituant leur gamme complète d’instruments.