Contrôle non destructif par ultrasons appliqué aux pièces métalliques issues de la fabrication additive et conventionnelle

Ce projet porte sur le contrôle non destructif (CND) par ultrasons des pièces d'alliages d'aluminium et de titane produites par fabrication additive métallique (FAM) destinées à l'industrie aéronautique. La FAM permet de produire rapidement des pièces de formes complexes, qui réduisent les coûts et l'empreinte environnementale. Cependant, le développement des méthodes de CND doit accompagner celui de la FAM. Tout d'abord, les discontinuités de la FAM sont recensées pour les deux méthodes étudiées dans ce projet, qui sont le dépôt sous énergie concentrée (DED), et la fusion sur lit de poudre (PBF). Trois types de discontinuités sont constatées dans la FAM, des pores gazeux sphéroïdaux de petite taille, des manques de fusion de plus grande taille et de forme ramifiée, ainsi que des fissures dues aux contraintes résiduelles. Les discontinuités qui s'avèrent être les plus critiques en termes de fatigue sont les manques de fusion situés en sous-surface. Une méthode de CND possédant une fine limite de détection et couramment utilisée, est le contrôle par rayons X, et notamment la tomodensitométrie, qui produit une image en trois dimensions de la pièce. Cependant, ce sont des analyses très coûteuses, longues, et la résolution est dépendante du volume inspecté. En moyenne, la résolution sera de 1% de l'épaisseur de la pièce pour une analyse par tomodensitométrie et de 2% pour une analyse par radiographie conventionnelle. Au contraire, les méthodes ultrasonores qui se basent sur la réflexion de l'onde sur les discontinuités, sont rapides et bon marché et la limite de détection s'affine à mesure que la fréquence utilisée augmente. Néanmoins, augmenter la fréquence conduit à augmenter l'atténuation de l'onde, et réduire la profondeur d'inspection et la lisibilité des résultats. Il existe pourtant une autre méthode permettant d'affiner la résolution, il s'agit de mettre en évidence le comportement non linéaire de certaines discontinuités en comparant la réponse obtenue à deux niveaux d'énergie différents. Ces constatations mises en évidence par la revue de littérature ont permis d'orienter le projet vers une méthodologie basée sur l'exploration des ultrasons non linéaires. Le coefficient d'atténuation à 5 MHz a d'abord été mesuré dans les six échantillons intacts, dont deux issus de la FAM et quatre de procédés de mise en forme conventionnels afin de vérifier que la microstructure de FAM ne gênait pas le CND par ultrasons. Les échantillons ont par la suite été usinés afin de contenir des discontinuités artificielles sphériques de diamètre allant de 1,3 mm à 0,25 mm, et une discontinuité plane de 0,12 mm d'épaisseur.