Analyse d’une scène de soudage par thermographie Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Analyse d’une scène de soudage par thermographie Université PARIS X Philippe HERVE (LEEE/Université Paris-X) Isabelle TKATSCHENKO (CEA/DRT/DECS/UTA) Jean-Luc BODNAR (LEO/Université Reims) P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Contexte de l’étude Mesure de température en soudage Université PARIS X Conditions difficiles,  Suppression des effets des rayonnements parasites P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Analyse spectrale de 2 plasmas d’arc en soudage TIG Hélium – Isoudage = 120A – Isoudage = 80A Université PARIS X Argon – Isoudage = 200A – Isoudage = 80A P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Méthodes de mesures existantes Méthodes de contact (thermocouples): Inadaptés dans zone fondue (Tmax < Tf ) Forts gradients thermiques au voisinage du bain (~ 150°C/mm) Perturbation locale du bain si placés trop près du cordon Méthodes sans contact Pyrométrie IR: T=f () Influence des propriétés radiatives des matériaux {facteur d’émission  = f(propriétés de surface,…)} Pyrométrie UV-Visible: Émissions parasites (plasma, électrode, …) Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Principe de la pyrométrie Pyrométrie: mesure de L d’une surface  T L (l,q,T) LUMINANCE MESUREE = Université PARIS X C ×l - 5 + r e ´ EXTERNE 1 ´ L (l,q,T) C (l,q,T) (l,q,T) exp - 2 1 FACTEUR D'EMISSIVITE l T FACTEUR DE REFLEXION PERTURB ATION LUMINANCE CORPS NOIR Inconnues : T,  et contribution perturbatrice par réflexion. P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Erreur de mesure Pyrométrie 1: erreur due aux rayonnements parasites + Pyrométrie 2: Université PARIS X erreur due aux rayonnements parasites +  mesures à courtes  (UV-Visible) Limites (mono ou bichromatique, polarisation…): rayonnements parasites (plasma, électrode) méthode impulsionnelle P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Erreur sur T en pyrométrie bichromatique Erreur dûe au principe de mesure   Erreur  pente de la courbe =f() Université PARIS X Cas du tungstène à 2000K 1=0.55m  1=0.46 2=0.63m  2=0.44 visible T=53.1K 3=2m  3=0.235 4=2.1m  4=0.225 Infrarouge T=518.9K P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Principe pyrométrie bichromatique impulsionnelle Impulsions thermiques périodiques sur le matériau  variation temporelle du flux radiatif émis d’amplitude T Élimination composante continue : Université PARIS X Avec C2=14388µmK Sensibilité mesure :   Erreur de mesure :   P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Sensibilité des mesures Sensibilité de la mesure élémentaire à la température Sensibilité globale de la thermographie impulsionnelle Université PARIS X Sensibilité de la mesure élémentaire en fonction de la température pour les longueurs d’onde 1 et 2 Sensibilité du système à la température pour les longueurs d’onde 1 et 2 P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Choix de l’appareillage Faible rayonnement UV-Vis détecteur sensible Dynamique de mesure caméra 16 bits minimum Optique télécentrique profondeur de champ Choix des 2  :  émission plasma minimisée (100 fois plus forte que celle du bain)  bonne résolution thermique Bruit: thermique  lecture  Résolution spatiale: 100µmx100µm Capteur matriciel (1340x400 pixels) Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Chaîne de mesure Mesure face endroit Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Étalonnage caméra corps noir filament de tungstène 1 2 1 2 Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Acier chauffé à T0 < Tfusion + pulsations laser (25W) Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Acier chauffé à T0 < Tfusion + pulsations laser (25W) Acquisition bichromatique en mode linéaire sur la face endroit d’un acier chauffé et soumis aux impulsions laser temps 1 2 Luminance bichromatique Université PARIS X Température de luminance bichromatique P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Torche de soudage Installation de soudage au CEA (banc instrumentation TIG Tôle. Université PARIS X laser Dispositif pour visée la face envers des tôles soudées capteur montage optique laser Dispositif pour visée la face endroit de la tôle soudée P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Soudage TIG face endroit Observation des limites du bain Université PARIS X Comparaison émission du bain / émission électrode - plasma P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Chaîne de mesure Mesure face envers Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Soudage TIG face envers Limite du bain 1 2 Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Tfusion 2mm Université PARIS X Largeur envers du cordon solidifié 4mm P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005

Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005 Analyse d’une scène de soudage par thermographie impulsionnelle Conclusion et perspectives L’appareillage de photothermométrie impulsionnelle a les performances suivantes : Utilisation en milieu rayonnant perturbateur (100 fois plus émissif que la surface étudiée) Adaptation à un environnement industriel de soudage Forte dynamique en température : 1200°C à 2500°C Précision absolue de l’ordre 50°C autour de 1500°C Temps de mesure de l’ordre de 20ms sur une ligne de 400 pixels Industrialiser le prototype (réductions des coûts) Analyse simultanée d’une cartographie de température et d’émissivité afin d’étudier les processus de changement de phase de 1er ou 2nd ordre Extension des applications de la méthode à la détermination des flux de chaleur dans des cas plus complexes (analyse phénoménologique de la convection sur les métaux liquides, géométries complexes…) Université PARIS X P.HERVE (PARIS-X) I.TKATSCHENKO (CEA) J-L.BODNAR (Reims) Congrès Français de Thermique, SFT 2005, Reims, 31 Mai – 2 Juin 2005