Un four à sole mobile est un système thermique de grande envergure. Les gradients de température sont inévitables, mais ils peuvent être maîtrisés. Le contrôle d'uniformité de température (CUT) est le test qui permet de vérifier l'efficacité de cette gestion.
MONTE INTELLIGENCE réalise des essais TUS lors de la mise en service des fours et recommande des essais périodiques tout au long de la durée de vie du four. Cet article explique les exigences TUS de la norme AMS 2750F, la norme de référence pour les équipements de traitement thermique dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et du traitement thermique en général.
La norme AMS 2750F classe les fours selon leur tolérance d'uniformité de température. La classe 1 exige une uniformité de ±3 °C – la tolérance la plus stricte, utilisée pour les composants aérospatiaux critiques tels que les disques de turbine et les pièces forgées structurelles. La classe 2 exige ±6 °C – la norme pour la plupart des traitements thermiques aérospatiaux. La classe 3 exige ±8 °C. La classe 4 exige ±10 °C. La classe 5 exige ±14 °C. La classe 6 exige ±28 °C – la tolérance la plus large, utilisée pour la relaxation des contraintes et les applications non critiques.
Pour un four à sole mobile, atteindre la classe 2 (±6 °C) est un objectif exigeant mais réalisable. La classe 1 (±3 °C) est extrêmement difficile à atteindre pour un four de ce type en raison des dimensions physiques en jeu : une chambre de four de 10 mètres de long présente des gradients de température inhérents dus à l’emplacement des brûleurs, aux flux de fumées et aux pertes de chaleur par la porte. L’obtention d’une température de classe 1 (TUS) sur un four à sole mobile requiert généralement des éléments chauffants électriques avec un contrôle de zone très précis, plutôt que des brûleurs à gaz.
La procédure TUS selon la norme AMS 2750F exige la mise en place d'un réseau de thermocouples dans toute la zone de travail du four. La zone de travail correspond au volume dans lequel la pièce doit être placée pour recevoir le traitement thermique spécifié ; elle exclut les zones proches des parois, de la porte et de la paroi arrière où la température est susceptible d'être moins uniforme. Pour un four à sole mobile, la zone de travail est généralement définie comme le volume situé à au moins 300 mm des parois, du plafond et de la porte, et à au moins 150 mm de la surface de la sole.
Le nombre de thermocouples TUS requis dépend du volume de la zone de travail. Pour des volumes allant jusqu'à 0,085 mètre cube (3 pieds cubes), 9 thermocouples sont nécessaires : un à chaque coin d'une grille rectangulaire et un au centre. Pour des volumes compris entre 0,085 et 6,4 mètres cubes, ce nombre passe à une grille 4x4x4, soit 15 à 40 thermocouples selon le rapport d'aspect. Pour un grand four à sole mobile avec une zone de travail de 30 à 50 mètres cubes, la norme exige une grille comportant suffisamment de thermocouples pour que la distance entre deux points de mesure adjacents ne dépasse pas 0,6 mètre.
Le réseau de thermocouples est monté sur un bâti d'essai, une structure légère, généralement en tubes d'acier inoxydable, qui positionne les thermocouples aux emplacements spécifiés sans perturber significativement le flux d'air ni le transfert de chaleur dans le four. Le bâti d'essai est placé sur le wagon, puis ce dernier est introduit dans le four pour l'étude.
L'étude est réalisée aux températures de fonctionnement minimale et maximale du four, et généralement à une ou plusieurs températures intermédiaires. Pour un four de 500 à 1100 °C, l'étude est effectuée à 500 °C, 800 °C et 1100 °C, soit trois cycles complets. À chaque température, une fois le four stabilisé (tous les thermocouples de l'étude se situant à ±3 °C de la consigne pendant 30 minutes), les données sont collectées pendant au moins 30 minutes.
Le critère d'acceptation est que tous les thermocouples de mesure restent dans la plage de tolérance d'uniformité spécifiée pendant toute la durée de la collecte des données. Si un thermocouple dépasse cette tolérance, la mesure est considérée comme non concluante à cette température. Les mesures non concluantes nécessitent un réglage des commandes du four (généralement les décalages de température de zone dans le régulateur) et un nouveau test.
Le réglage de la température de zone est le principal moyen d'améliorer l'uniformité. Si le système de contrôle de température (TUS) indique que la partie avant du four (près de la porte) est 8 °C plus froide que la consigne, tandis que la partie arrière est conforme à la consigne, le régulateur de la zone avant peut être programmé avec un décalage de +8 °C. Après réglage, le TUS est relancé pour vérifier l'amélioration. La plupart des fours peuvent atteindre une uniformité de classe 2 grâce à un réglage précis de la température de zone, même si le contrôle initial révèle un écart de ±10 °C ou plus.
La fréquence des inspections dépend de la classe du four et de la criticité des travaux. Pour les fours de classe 2 utilisés pour le traitement de composants aérospatiaux, l'inspection technique doit être renouvelée tous les 6 mois conformément à la norme AMS 2750F. Pour les fours de classe 4 utilisés pour les traitements thermiques industriels, une inspection annuelle est généralement effectuée. Toute modification importante du four (remplacement du brûleur, mise à niveau du système de contrôle, réfection du revêtement réfractaire) entraîne une nouvelle inspection de requalification.
La relation entre le test de température uniforme (TUS) et le test de précision du système (SAT) est souvent mal comprise. Le TUS mesure la distribution de température dans la zone de travail. Le SAT, quant à lui, évalue la précision du contrôle du four et des thermocouples d'enregistrement par rapport à une référence étalonnée. Ces deux tests sont requis pour la conformité à la norme AMS 2750, mais ils ont des objectifs différents. Un four peut réussir le SAT (le thermocouple de contrôle effectue une lecture précise) mais échouer au TUS (certaines parties de la zone de travail sont trop chaudes ou trop froides par rapport au point de contrôle).
La documentation est le livrable d'un contrôle technique. Le rapport d'inspection doit inclure l'identification du four, la date du test, les températures de test, un schéma indiquant l'emplacement des thermocouples, les données de température brutes de tous les thermocouples pour toute la période de collecte, l'uniformité de température calculée et une conclusion (conforme/non conforme). Ce rapport est intégré au dossier qualité du four et est examiné lors des audits clients et de l'accréditation NADCAP.
MONTE INTELLIGENCE inclut le contrôle initial des thermocouples (TUS) dans le cadre de la mise en service des fours et propose des services de contrôle périodiques. Nous fournissons également le matériel de montage des thermocouples, les systèmes d'acquisition de données et les logiciels de reporting.
Pour les services TUS ou l'assistance à la mise en service des fours, veuillez contacter helenxu@cnlymonte.com.
