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Essai sur tĂŽles fortes

Les tÎles fortes sont principalement utilisées dans la construction (ponts, bùtiments, construction navale, plateforme de forage, éoliennes, grues, pelleteuse). Elles sont aussi utilisées dans la fabrication des oléoducs ou des gazoducs.

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La conformitĂ© Ă  des exigences techniques ou de sĂ©curitĂ© sont requises, dans de nombreuses applications. Les caractĂ©ristiques pertinentes de ces produits dĂ©pendent de l'application finale. Les mĂ©thodes d'essais dĂ©crites dans cette section sont les plus utilisĂ©es. Pour des applications spĂ©ciales, d'autres mĂ©thodes d'essais peuvent ĂȘtre utilisĂ©es pour assurer une utilisation pĂ©renne et en toute sĂ©curitĂ© du produit.

Les tĂŽles fortes sont des produits dont le dimensionnel varie de 3 Ă  250 mm d'Ă©paisseur, pour une largeur pouvant aller jusqu'Ă  4 m et une longueur jusqu'Ă  20 m. Elles sont obtenues par laminage d'une brame. 

Essais de traction

Les essais de traction sur tĂŽles fortes sont principalement rĂ©alisĂ©s selon des normes reconnues sur le plan international et trĂšs largement diffusĂ©es (ISO 6892-1 et ASTM E 8). La norme ISO 6892-1 est Ă©galement une norme europĂ©enne, identique dans les termes, (EN ISO 6892-1) et donc valable dans toute l'Union EuropĂ©enne (par exemple, en France, la NF EN ISO 6892-1). Les Ă©prouvettes soumises Ă  essai, prĂ©levĂ©es dans la tĂŽle forte, ont des Ă©paisseurs proches du produit initial. Elles possĂšdent donc des sections trĂšs importantes, nĂ©cessitant des machines de fortes capacitĂ©s. La longueur parallĂšle ou partie de l'Ă©prouvette se dĂ©formant sous charge d'essai est obtenue par fraisage. L'Ă©paisseur non-traitĂ©e ainsi que le fraisage doux garantissent un matĂ©riau trĂšs faiblement modifiĂ© par la prĂ©paration Ă©prouvette et des propriĂ©tĂ©s de matĂ©riau peu influencĂ©es. 

Depuis 2009, l'ISO 6892-1 et l'ASTM E8 permettent de rĂ©aliser des essais en vitesse de dĂ©formation imposĂ©e, en contrĂŽlant la vitesse de dĂ©placement traverse. Les tolĂ©rances exigĂ©es par les normes pour ce contrĂŽle en vitesse de dĂ©formation (en particulier en boucle fermĂ©e) peuvent ĂȘtre facilement atteintes par les extensomĂštres makroXtens et laserXtens.

Large gamme de solutions d'essais

Pour l’essai de traction, ZwickRoell propose une large gamme de produits standards ou dĂ©diĂ©s Ă  une application client, et ce jusqu'Ă  2500 kN. Ces moyens d'essai permettent de dĂ©terminer les caractĂ©ristiques des matĂ©riaux selon les normes et avec un haut degrĂ© de fidĂ©litĂ© et de justesse. Les mĂąchoires hydrauliques Ă  fermeture parallĂšle de la sociĂ©tĂ© ZwickRoell sont le garant d'un serrage parfait et du guidage de l'Ă©prouvette pendant l'ensemble du dĂ©roulement d'essai. Le glissement de l'Ă©prouvette entre les mĂąchoires hydrauliques peut ainsi ĂȘtre Ă©vitĂ©. 

Mesure de déformation

Dans la plupart des cas, la mesure de la dĂ©formation est rĂ©alisĂ©e par des extensomĂštres Ă  contact ou optiques (sans contact). Le makroXtens de ZwickRoell est un extensomĂštre Ă  contact robuste et Ă©prouvĂ© pour les essais sur tĂŽles fortes. La mĂ©canique du makroXtens allie rĂ©solution, fidĂ©litĂ©, et soliditĂ©, pour travailler dans des environnements sĂ©vĂšres. C'est cette mĂȘme mĂ©canique qui lui permet de mesurer la dĂ©formation de l'Ă©prouvette, et ce jusqu'Ă  rupture. 

Mesure de la déformation jusqu'à rupture

laserXtens est la solution innovante pour la mesure de l'allongement jusqu'Ă  la rupture de l'Ă©prouvette. laserXtens satisfait Ă©galement avec brio aux exigences normatives (ISO 6892-1, ASTM E 8 de mĂȘme que ISO 9513 et ASTM E 83) pour les tĂŽles fortes. laserXtens ne nĂ©cessite pas de marquage prĂ©alable de l'Ă©chantillon; il utilise le motif crĂ©Ă© par l'interaction du laser avec la surface. Cette mesure peut aussi ĂȘtre rĂ©alisĂ©e sur des surfaces calaminĂ©es. 

Essai de dureté

Les essais de duretĂ© sur tĂŽles Ă©paisses sont rĂ©alisĂ©es selon diffĂ©rentes mĂ©thodes. Selon l'application, les essais sont rĂ©alisĂ©s selon l'ISO 6506-1, (Brinell), ISO 6507-1 (Vickers), ISO 6508-1 (Rockwell) ou les normes ASTM E 10 (Brinell), ASTM E 384 (Vickers et Knoop) et ASTM E 18 (Rockwell). D'autres mĂ©thodes ou rĂšgles peuvent ĂȘtre appliquĂ©es pour certains secteurs (par exemple la norme europĂ©enne EN 2002-7 pour l'aĂ©ronautique). 

Le portefeuille produit ZwickRoell offre une large gamme d'appareils de duretĂ© adaptĂ©e aux diffĂ©rentes mĂ©thodes d'essais. Les appareils de duretĂ© ZwickRoell rĂ©pondent aux diffĂ©rentes normes internationales et peuvent ĂȘtre Ă©talonnĂ©s en accord avec leurs exigences. En tant que prestataire de service pour l'Ă©talonnage des machines, ZwickRoell est accrĂ©ditĂ© COFRAC pour l'Ă©talonnage de ces machines.

Caractérisation de la dureté moyenne

Une des applications de la mesure de duretĂ© est un estimation de la duretĂ© moyenne sur les produits aprĂšs laminage. Le laminage est un procĂ©dĂ© thermo-mĂ©canique qui dĂ©termine les gĂ©omĂ©tries de la tĂŽle, mais aussi ses propriĂ©tĂ©s mĂ©caniques. Des mesures de duretĂ© sous fortes charges permettent de moyenner l'effet de la structure, qui peut parfois ĂȘtre grossiĂšre. On utilise prĂ©fĂ©rablement les mĂ©thodes Brinell ou Rockwell. Des appareils d'essais de duretĂ© non stationnaires sont frĂ©quemment utilisĂ©s pour les tĂŽles fortes qui peuvent ĂȘtre mis en Ɠuvre sur place. Lorsque des machines d'essais de duretĂ© stationnaires sont utilisĂ©es, des coupons sont prĂ©levĂ©s des tĂŽles fortes. Une autre mĂ©thode consiste Ă  prĂ©lever un Ă©chantillon et Ă  le prĂ©parer pour la mesure de duretĂ© sur des moyens conventionnels. 

Caractérisation de la micro-structure par des essais de dureté

Un autre aspect de la mesure de duretĂ© est la caractĂ©risation de la micro structure par une mesure locale sur chaque constituant. A cause de la trĂšs petite taille des Ă©lĂ©ments structuraux, des machines d'essai de duretĂ© avec petites jusqu'Ă  trĂšs petites force sont utilisĂ©es ici; de maniĂšre plus gĂ©nĂ©rale, des appareils d'essai de micro duretĂ©, dont les tailles et profondeurs d'empreinte pourront ĂȘtre adaptĂ©es aux dimensions des Ă©lĂ©ments structuraux. 

Essai de flexion choc entaillé

La rĂ©sistance au choc des matĂ©riaux est un paramĂštre important pour la construction de Pipeline ou encore la construction navale. Elle peut ĂȘtre dĂ©terminĂ©e sur Ă©prouvettes Charpy Ă  l'aide d'un mouton pendule. Les normes internationales ISO 148-1 et ASTM E 23 dĂ©crivent et dĂ©finissent la mĂ©thode d'essai correspondante. La norme ISO est Ă©galement une norme europĂ©enne, identique dans les termes (EN ISO 148-1).

Dans l'essai de flexion choc entaillĂ©, une Ă©prouvette normalisĂ©e peut ĂȘtre positionnĂ©e manuellement dans le mouton pendule, Ă  l'aide d'une simple pince, ou au moyen d'un systĂšme d'alimentation automatique, puis impactĂ©e Ă  des niveaux d'Ă©nergies pouvant atteindre 750 J. Les essais sont rĂ©alisĂ©s Ă  tempĂ©rature ambiante, mais aussi Ă  basse tempĂ©rature pour dĂ©terminer la tempĂ©rature de transition ductile/fragile. ZwickRoell fournit Ă©galement des bains de refroidissement jusqu'Ă  -70°C, voir -180°C.

La directive machine définit des exigences de sécurité élevées en matiÚre d'utilisation d'un mouton pendule. Grùce à un boßtier de protection et une sophistication croissante des technologies de sécurité employées, la société ZwickRoell remplit toutes les exigences relatives à l'essai de flexion choc entaillé aux rÚgles de sécurité européennes.

Essai de chute de poids

L'essai de chute dĂ©crit par W.S.Pellini est utilisĂ© pour Ă©valuer la sensibilitĂ© d'un acier Ă  la rupture fragile, selon les exigences des normes ASTM E 208 et SEP 1325. Pendant l'essai, les poids tombent sur une Ă©prouvette de flexion rectangulaire soutenue en ses deux extrĂ©mitĂ©s et l'impactent. En tombant, les poids dĂ©clenchent une rupture fragile, Ă  l'intĂ©rieur du flĂ©chissement total prescrit, sur le cĂŽtĂ© extĂ©rieur de l'Ă©prouvette. Cette rupture fragile est amorcĂ©e dans un cordon de soudure entaillĂ©, dĂ©posĂ© sur la face infĂ©rieure. L'essai ainsi rĂ©alisĂ© permet alors de spĂ©cifier si la rupture fragile provoquĂ©e par le Crack-starter s'Ă©tend Ă  l'un des cĂŽtĂ©s de l'Ă©prouvette ou s'arrĂȘte avant ce dernier. La fissure est soit contenue dans le cordon de soudure, soit se propage dans l'ensemble de l'Ă©prouvette. Le rĂ©sultat de l'essai est Ă©valuĂ© visuellement. Si la fissure s'Ă©tend jusqu'au bord de l'Ă©prouvette, celle-ci est considĂ©rĂ©e comme rompue. Bien Ă©videment, le rĂ©sultat dĂ©pend fortement de la tempĂ©rature d'essai.

Les tours de chute Pellini existent avec des capacités de 550 J et 1650 J. La hauteur de chute maximale est de 1,0 m et/ou 1,3 m. La remontée du poids de chute s'effectue automatiquement. La hauteur de chute est réglable en continu. Conformément à la norme (ASTM Ec208 et SEP 1325), les énergies de chute prescrites sont approchées par application simple des poids de chute. L'énergie de chute est calculée automatiquement. La zone d'essai est doublement protégée, électriquement et mécaniquement. L'essai ne peut démarrer tant que l'ensemble des sécurités n'a pas été validé. L'interfaçage avec la machine s'effectue via un écran tactile, qui affiche les données de l'essai (hauteur de chute, énergie de chute, masse, vitesse à l'impact).

Essai de ténacité à la rupture

La ténacité KIC est une caractéristique importante pour les matériaux métalliques utilisés dans des applications critiques du point de vue de la sécurité, comme l'aviation, le nucléaire, et parfois l'automobile. La détermination de la ténacité à la rupture s'effectue avec une éprouvette dans laquelle une fissure artificielle a été introduite. L'amorce de fissure se fait en principe par entaillage de l'éprouvette, suivi d'une oscillation de l'éprouvette jusqu'à obtention d'une longueur d'entaille déterminée. Cette éprouvette est ensuite chargée jusqu'à la rupture. La ténacité à la rupture KIc est ensuite déterminée à partir d'une courbe de force-déformation et de la longueur de rupture. La norme ASTM E 399 prescrit ici comment réaliser l'essai. Les principales autres normes sont l'ASTM E 813, E 1152 et l'E 1290.

DĂ©termination du KIc en deux Ă©tapes

L'essai de KIC, constituĂ© de deux Ă©tapes, peut ĂȘtre conduit successivement sur un vibrophore ZwickRoell et sur une machine statique. Le procĂ©dĂ© mĂ©canique de fabrication d'entaille initie la formation d'une fissure, qui est ensuite soumise Ă  sollicitation cyclique. GrĂące aux hautes-frĂ©quences atteintes par le viborphore, l'oscillation nĂ©cessaire Ă  la fabrication d'une fissure dĂ©finie intervient trĂšs rapidement; une trĂšs bonne reproductibilitĂ© est Ă©galement obtene grĂące Ă  la grande sensibilitĂ© de la frĂ©quence de rĂ©sonance Ă  la fissuration.

Éprouvette CT

L'éprouvette la plus utilisée est l'éprouvette CT (ou Compact Tension). La charge est appliquée dans les trous via une pointe. Une sollicitation mixte de traction/flexion est alors obtenue.

Éprouvettes SENB

Outre les éprouvettes CT, des éprouvettes de flexion, plus communément appelées éprouvettes SENB sont également utilisées. Le mode de sollicitation est idéalement approprié aux éprouvettes de flexion, mais l'éprouvette CT est plus intéressante à cause de ses dimensions réduites. Les photos illustrent bien le procédé.

SystÚmes d'essais robotisés

La manipulation d'Ă©prouvettes de grandes tailles, qui doivent ĂȘtre positionnĂ©es de maniĂšre prĂ©cise, reproductible, et en toute sĂ©curitĂ© est une exigence quotidienne de tout opĂ©rateur de machine d'essai. Les systĂšmes d'essai robotisĂ©s ZwickRoell rĂ©pondent Ă  ces exigences. DĂ©charge de l'utilisateur, influence rĂ©duite de l'utilisateur sur le rĂ©sultat d'essais et sĂ©curitĂ© de fonctionnement accrue.

Du magasin Ă©prouvettes (chargĂ© manuellement par l'opĂ©rateur) jusqu'au rĂ©sultat d'essai, tout est automatique. ConformĂ©ment aux exigences du cahier des charges, diverses fonctionnalitĂ©s pourront ĂȘtre intĂ©grĂ©es, comme par exemple la mesure de section automatique, le tri des Ă©prouvettes aprĂšs essais (pour des expertises complĂ©mentaires), ....

Le mesureur de section ZwickRoell, équipé de quatre capteurs de mesure automatique de la section, permet notamment des mesures précises et en ligne avec les exigences des normes d'essai.

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