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~ a présente invention a pour objet un procédé et un
appareillage pour la mesure en continu du niveau de recuit sur
fils ou bandes.
Il s'applique plu9 particulièrement aux fils et bandes
en aluminium ou en un de ses alliages, en cuivre ou en un de ses
alliages, ou ercore en aoier i~oxydable.
~ es méthodes d'essais mécanique~ habituellement uti-
lisées pour déterminer les propriétés mé¢aniques, telles que la
limite élastique ou le module d'élasticité, d~un fil ou d'une
bande, consistent à prélever, pour essais, un ou plusieurs échan-
tillons du produit.
Ce procédé présente l'avantage de permettre la mise
en oeuvre d'appareils d'essais précis opérant indépendamment de
la ligne de fabrication du produit.
Par contre, il présente un certain nombre d'inconvé-
nients :
- seuls des échantillons SoDt testés, la plus grande partie de
la production demeurant incontrôlée ;
- durant la phase d~ r~glage de la ligne de fabrication, il est
2Q ~écessaire de stopper la ligne pour prélever un échantillon et
attendre le résultat du contrôle, puis corriger les réglages, ef-
fectuer un deuxième contrôle, la ligne à nouveau stoppée, et ainsi
de suite jusqu'à ce que llon obtienne, par tâtornements successifs
les caractéristiques visées ;
- en cas de dérive de~ réglages en cours de fonctionnement de la
ligne de fabrication, le produit fabriqué devient inoorrect ~us-
qu'à ce que le prochain contrôle sur éohantillon permette de déce-
ler le défaut, d'où perte de quantités parfois importantes du
produit ;
- enfin, des modifications de courte durée, entre deux préleve-
ments d'échantillons, des paramètres de réglage sous l'effet de
variations de l'environnement, par exemple de la tension du secteur
_ 1 - ~
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électrique, du débit des fluides échangeur~ de chaleur, de la
température ambiante, peuvent amener certains tronçon~ du pro-
duit fabriqué à être incorrects sans que les contr81es permettent
de la déceler.
Ces inconvénients mettent en évidence l'intérêt d'un
contrôle en continu installé sur la ligne de fabrication et qui
délivre instantanéme.nt une grandeur mesurée représentant les
propriét~s mécaniques visées.
Par exemple, les fils conducteurs isolés utilisés pour
la transmiæsion des communications téléphoniques compre.nnent une
âme métallique conductrice, constituée par un fil de cuivre ou
d'aluminium, ayant subi un traitement de recuit. Il est avanta-
geux de reouire ces fils en continu par effet ~oule dans un
recuiseur approprié. Il est alors nécessaire que l'intensité
du courant électrique qul, dans le recui~eur, traverse le fil
pour le porter à la température de recuit désirée, soit réglée
de façon précise, car elle conditionne la structure métallurgi-
que obtenue. O.n dit que cette intensité entra~ne un "niveau de reouit" don.né.
De ce niveau de recuit dépende~t certaines propriétés
mécaniques, en particulier l'élasticité du fil dans le domaine
des déformations permaneDtes faibles, ces propriétés condition-
nant à leur tour la qualité des câbles téléphoniques élémentai-
res dits "quartes". Il est donc essentiel, pour la bonne qualite
des quartes obtenues, dont l'assemblage constitue un câble télé-
phonique, de régler à tout moment, et avec préc~sion, la valeur
-. de l'inte~sité du recuit afin d'obtenir, de façon r~gulière et
continue, le niveau de recuit désiré~
~a valeur opti le de l'intensité du courant de recuit
~0 n'est pas connue a priori a~ec pr~cisio.n, car elle dépend, pour
un recuiseur donné, de la vitesse de défilement du fil, de sa
section, de sa composition et son histoire métallurgique, de ~a
; - 2 -
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température initiale, des échanges thermiques entre le fil en
mouveme.nt et son enviro.nnement tel que : air, vapeur d'eau, pou-
lies de guidage, ainsi que des pertes thermiques par rayonnement.
Les installatio.ns utilisées poss~dent en général un
dispositif régulateur de l'intensité du courant de recuit en fonc-
tion de la vitesse de défilement, basé sur une évaluation approxi-
mative et a priori de la loi qui doit lier ces deux grandeurs
pour maintenir un niveau de recuit constant lorsque la vitesse
de défilement varie. Cette valeur de l~i.ntensité est détermlnée
par tâtonnements suoc.essifs, d'où des pertes de temps, des pertes
de métal au cours des es~ais et surtout l'impossibilité de d~tec-
ter et de corriger e.n fo~ctionnement les évolutions éventuelles
du niveau de recuit obte.nu, du fait des fluctuatio.ns des facteurs
- é.numérés ci-dessus.
Cette absence de contrôle e.n fonctionnement eæt la
cause de .nombreuses fabricatio.ns rebutées pour niveau de recuit
incorrect. Elle devient particulièrement gênante dans le cas du
reouit en continu de 1~aluminium, pour lequel l'intensité du
courant de recuit doit être réglée avec une grande préciYion.
Cecl met en évidence l'int~r~t d'u~ dispositif qui,
placé immédiatement à la sortie du recuiseur, délivre un signal
. électrique représentatif du niveau de recuit réellement obtenu
; sur le fil, et, plus précisément, représentatif des propriétés.; mécaniques du métal dans le domaine des déformations permane.ntes
faibles.
. UD tel dispositif est connu par le brevet français
N 2.206.000, au nom de la Société dite : "Leonische Drahtwerke
AG". Ce dispositif comprend deux cabestans solidaires et co-
axiaux, de diamètres D et d légèreme.nt différents, D étant
par exemple égal à 1,005. ~e fil s'enroule d'abord sur le cabes-
tan de plus faible diamètre d, puis il est dévié sur une poulie
dynamométrique avant de s'enrouler sur le cabestan de plus fort
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diamatre D. Dans le mouvement de défilement continue, le fil est
allongé~entre les deux cabestans, dans le rapport D = 1,005. A
cet allongeme.nt est associee une contrainte de traction dépen-
dant ~otamment de l'état métallurgique du ~il et, plu~ particuli-
èrement, de son niveau de recuit.
Ce dispositif présente les inconvénientæ suivants :
- le fil est déjà tendu ~ son entrée dans l'appareil de
mesure et cette tensio~ initiale s'a~oute à celle de 0,05~ imposee
par le passage sur les deux poulies~ d'où une première oause
d'erreur de mesure ;
- une deuxi~me cause d'erreur provient du glissement pos-
sible du fil sur les cabestans; en effet, la tension mécanique du
fil de part et d'autre d'un cabestan est tras différente, car,
dans la zone de mesure, cette tension dépasse la limite élastique
du ~il, alors que, de part et d'autre de l~:.'appareil de mesure, elle
est nettement plus faible afin de parer aux risques d'allongeme.nt
intempestif du fil ; ce der~ier est enroulé sur les cabestans d'un
..... .
angle qui ne peut, en général, pas dépasser 270 environ.
: En pratlque, lorsqUe le fil est bien recuit et, de ce
fait m8me, bien dégraissé, et à condition que la ténsion du fil
de part et d'autre de l'appareil soit stable et suffisamme.nt éle-
vée, le glissement sur les cabestans est faible, mais il n'en est
pas de même si ces conditions ne sont pas remplies : par exemple,
dans le cas d'un fil de cuivre écroui ou insuffisamment recuit,
le glissement peut être tras important, la lecture correspondant
alors à un état plus recuit qu'en réalité, dans lequel le fil
offre peu de ré~istance à l'allongement ; la lecture est donc
inversée et l'appareil, 9~il est utilisé en régulation automatique
pour piloter le niveau de recuit, commande une baisse du courant
électrique de recuit, ce qui tend a accentuer l'erreur.
~ 'objet de l'invention est un procédé pour la mesure
en continu du .niveau de recuit sur fils ou bandes, qui pallie
ces inconvénients.
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, .
` Un autre objet de l~invention est constitué par un ap-
pareillage mettant ce procédé en oeuvre.
Dans le procédé selon llinvention, on fait passer en
défilement continu le fil ou la bande sur une poulie de faible
diametre, sous une tension inférieure a celle qui correspond à
la limite élastique du matériau en lequel est constitué le fil
ou la bande, le diametre de la poulie et la tension étant choisis
de fac,on que ce passage provoque un allongement permanent du fil
ou de la bande compris entre 0,1 et 1~, et on prend la valeur de
cet allongement permanent comme valeur de mesure représentative
de son niveau de recuit, et comme élément de pilotage d'un géné-
rateur délivrant le courant électrique de recuit.
L'appareillage selon l'invention comprend un cabestan
amont et un cabestan aval. Une poulie folle de faible diametre
est disposée entre ces deux cabestans et montée à l'extrémité
libre d'un bras susceptible d'osciller autour d'un axe. Ce bras
est muni d'un moyen de lui appliquer une force F, tel qu'un
poids accroché sur lui, et d'un détecteur de position pilotant
un régulateur de la vitesse de rotation de l'un des cabestans.
Un dispositif électronique équipe les cabestans et délivre un
signal représentatif de 1'écart relatif ~ v des vitesses de
ceux-ci, lequel signal peut être utilisé pour la régulation du
; niveau de recuit. Dans cet appareillage, le fil ou la bande pas-
se successivement sur le cabestan amont, la poulie de faible
diamètre et cabestan aval.
L'inven.tion ainsi définieest expliquee a l'aide d'exem-
ples illustres par les figures jointes.
Les figures 1 et 2 sont des schémas d'appareillage pour
la mesure en continu du niveau de recuit sur fils.
La figure 3 est un schema d'appareillage pour la mesure
en continu du niveau de recuit sur bande.
La figure 4 représente les courbes de l`allongement a
la rupture A% mesuré sur des échantillons recuits en con-tinu d'un
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106143~
fil d'aluminium de 0,5 mm de diam~tre, en fonction du rapport
~ v écark de vitesse relatif des poulies de mesure de l'appa-
.
~.,
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reillage selon la figure 2, pour trois valeurs croissantes F1,
F2 et ~3 de la charge appliquée au bras oscillant.
~ a figure 5 est un histogramme des résultats obte.nus
en ce qui concer~e l'allongement à la rupture A%.
~ a figure 6 représente les courbes de l~lallongement à
la rupture A% mesuré sur des échantillons re~ui-ts en continu d'un
fil de cuivre de 0,8 mm de diamatre, en fonction du rapport ~v
éoart de vitesse relatif de~ poulies de mesure de l'appareillage
selon la figure 2, pour trois valeurs oroissantes F1, ~2, ~3 de la
charge appliquée au bras oscillant.
Sur ces figures, les mêmes éléments sont désignés par
les mêmes repares.
~ e procédé pour la mesure en continu du niveau de re-
cuit de fils ou bandes repose sur le fait qu'un fil métallique
plus ou moins bien recuit est susceptible d'être affecté d'un
léger allongement permane.nt lors de æon passage sur une poulie de
; faible diamètre, sous une tension mécanique constante et inféri-
eure à sa limite élastique. Cet allongement permaneDt con~titue
la valeur de mesure qui représente les propriétés mécaniques du
fil ou de la bande et, plus particulièrement, son niveau de recuit.
~a tension imposée au fil et le diamatre de la poulie
sont choisis de façon que l'allongement soit cQmpris entre 0,1
et 1%. En pratique, le diamètre de la poulie est généralement
compris entre 20 et 500 fois et, de pr~férence, entre 30 et 200
fois le diamètre du fil ou l'épaisseur de la bande.
~es figures 1, 2 et 3 représenteDt trois exemples
. d'appareillages mettant ce procédé en 4euvre, Sur les deux pre-
mières figures, le fil est représenté par le repère 1, les
flèches 2 donnant son se~s de défilement continu.
~'appareillage selon la figure 1 comprend, tournant
autour d'arbres solidaires d'une plaque - support 3, un cabestan
amo~t 4 entra~né par un arbre 5 et un cabestan aval 6 entra~né
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par un arbre 7 ; le fil 1 est enroulé ~ns glissement autour
de ces deux cabestans.
~ ntre ces dernierR, le fil 1 passe 8ur une poulie de
petit diamatre 8 tour~ant folle sur un arbre 9 monté à l'ex-
trémité libre dlun bras oscillant 10 pouvant pivoter autour d'un
axe 11 fixé sur la plaque-support 3. Ce bras est soumi9 à l'ac-
tion d'une force F provoquée, par exemple, par une charge 12
a¢cro¢h~e sur lui.
; ~e fil ou ba~de 1 pa~se succes~ivement sur le cabestan
~o amont 4, la poulie folle 8 et le cabestan aval 6, en formant
une boucle 13 permettant le libre déplacement du bras oscillant 10.
La force F produite par exemple par la charge 12 agit
sur le bras oscillant 10 et donc sur la poulie folle 8 montée
à son extrémité libre. Cette force impose au fil ou bande 1
la tension mécanique désirée. Un capteur de position 14 permet
de repérer la position du bras 10 et de piloter u~ régulateur 15
de la vitesse de rotation du cabestan amont a~ du cabestan aval.
Ainsi, il est possible de maintenir la poulie folle 8
dans une position moyenne correcte, quel q~e soit l'allongement
du fil, en modifiant la vitesse de l'un des deux cabestans en
fonction de la position du bras 10
Chacun de ces cabestans a deux fonctions :
1~ permettre que le fil soit soumis, entre eux, à une forte
tension mécanique, proche de sa limite élastique, sans que cette
tensio~ soit transmise de part et d'autre des cabestans ;
2) permettre, par la mesure de leur vitesse de rotation, de
conna~tre la vitesse linéaire du fil avant et apr~s allongeme~t
sur là poulie folle ; l'écart relatif ~v e~tre ces deu~ vites-
ses est automatiquement établi dans un calculateur 16 et traduit
l'allongement relatif du fil lors de 90n passage sur la poulie
folle 8.
Il canvient de noter que plusieurs de~ fonctions ci-
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1~)6~43~;
-
dessus décrites peuvent être utilement cumulées avec des fonc-
tions comparables existant dans une installation de recuit en
continu, ce qui permet de simplifier la construction de l'ensemble.
Par exemple :
- les recuiseuxs comportent souvent des cabestans qui stabilisent
la vites3e du fil ; l'un de ces organe~ peut jouer le r81e de ca-
; bestan amont ou a~al ;
- la ~itesse de rotation des cabestans du recui6eur est ~ouvent
'' m~surée afin de piloter l~intensité du courant de recuit, et cette
mesure peut être utili~ée dan~ le calcul de l'écart relatif'
entre les vitesses des deux cabestans ;
- la po~lie folle 8 ~oue le r~le d'accumulateur régulateur de
la vitesse du fil, fonction existant a la sortie deæ recuiseurs.
U.n exemple d~une réalisation plus perfectionnée est
représenté par la figure 2.
~ e fil 1 défile'dans le sens de la flèche 2 et passe
successivement sur le cabestan amont 4 autour duquel il est
e.nroul~ et qui estentraIn~ par l~arbre 5 fixé sur la plaque-
support 3, puis sur une poulie 17 de diamètre normal, c~e3t-
à-dire nettement plus grand que celui de la poulie 8, et qui
tourne folle sur un axe 18 monté sur l'extrémité libre du bras
oscillant 10 tourillonné, à son autre extrémité, sur l'axe 11
solidaire de la plaque 3, enfin sur le cabe~tan aval 6 autour
duquel il est enroulé et qui est entra~né par l~arbre 7 également
fixé sur la plaque 3. ~a position du bras 10 est repérée par
le capteur de position 14.
On trouve e~ outre, placées entre le cabestan amont 4
et la poulie folle 17, la poulie de faible diamètre 8 montée
folle sur l'axe 9 qui, cette fois, est fixé sur la pl~que-
support 3, encadrée par deux poulies de mesure de faible inertie,la poulie 19 d'a~e 20 montée entre le cabestan amont 4 et la
poulie 8, et la poulie 21 d'axe 22, montée entre la poulie 8 et
:`
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la poulie 17. ~es axes 20 et 22 sont montés sur la plaque-
support 3, la poulie 21 devant pouvoir tourner tras librement
autour de so.n axe 22. ~e fil est e~roulé autour de la poulie 8.
~e bras oscillant 10 qui supporte la poulie folle 17
est soumis à une force F préréglée, par exemple par l'action
de la charge 12, qui, transmiQe ~ l'axe de la poulie 17, permet
d'imposer au fil 1 la tension d~sirée. ~e capteur de position 14
du bras oscillant 10 permet de piloter la régulation automatique
d~ la vltesse du cabestan amo~t 4 ou du cabestan aval 6. Ainsi
il est possible de maintsnir la poulie folle 17 dans une positio.n
moyenne correcte9 quel que soit l'allongement du fil, en modi-
fiant la vitesse de l'un des deux cabestans en fonction de la
position du bras. Ces cabestans permettent d'appliquer au fil 1
une forte tension mécanique dans la zone de mesure, sans que
cette tension élev~e soit traDsmise de part et d'autre des
cabestans.
Les poulies folles de mesure 19 et 21 permette~t de
.mesurer la vitesse linéaire du fil avant et après son allongement
qui se fait par passage sur la poulie de faible diamètre 8 qui
~'est plus fix~e, dans cet exemple, à l'extrémité du bras
oscillant 10. Ainsi la mesure est effectu~e dans des conditions
de grande fiabilité, tous les paramatres étant bien connus.
En particulier, la tension m~canique du fil 1 lors de
son passage sur la poulie 8 est bien connue, car la poulie 21
de faible inertie et tournant librement sur son axe, transmet
fidalement la tension mécanique imposée par la poulie 17 soumise
à la force préléglée F. ~a mesure d'allongement du fil 1 effec-
tu~e par mesure du rapport de vitesse des poulies 19 et 21 eqt
indépendante du taux de glisseme~t du fil sur les cabestan~ 4
et 6. Il n'~ a aucun glissement sur les poulies de mesure 19
et 21 car la te.nsion mécanique du fil est sensibleme~t la meme
de part et d'autre de ces poulies.
_ g _
- 1~61436
Un calculateur électro.nique 16 connu (module diviseur)
transforme le rapport de vitesse des deux poulies en un signal
électrique utilisable pour afficher en continu le niveau de
. recuit obtenu et également pour piloter celui-ci par rétro-
action sur le générateur délivrant le courant électrique de
recuit.
~ e procédé s'applique également aux bandes minces et
m~me aux bandes épaisses destinées à l'emboutissage, et l'appareil
représenté par la figure 3 s'applique plu5 particuliareme.nt à ce
cas.
~ 'aptitude à l'emboutissage de t81es de laiton recuites
en continu au four à passage est fonction de la grosseur des
grains de métal recuit qui, à son tour, est étroitement liée au
: niveau de recuit, donc aux propriétés mécaniques mise~ en évi-
dence dans le proc~dé ci-dessus décrit.
~ a bande 23 défile selo.n le se.ns de la flèche 24. Elle
s'enroule successivement sur un ensemble de deux cabestans amont
-. 25 et 26 constituant un bloc en S, UD tambour de mesure 27, un
tambour.de petit diamètre 28 ~ouant le r U e que jouait, dans
le9 exemples précédents, la poulie 8, un seoo.nd tambour de
mesure 29, un tambour 30 monté à l'extrémité libre du bra~
oscillant 10, et un ensemble de deux cabestans aval 31 et 32
constituant un deuxième bloc en S. ~e bras 10 peut osciller
autour de l'axe 11; il est soumis à l'action d'uhe force F pro-
~ voquée par exemple par une charge 12 accrochée sur lui. ~e
- capteur de position 14 permet de repérer la position de ce bras
10 ; il pilote la vitesse de rotation de l'un des blocs de cabes-
. tan 25-26 ou 31-32. ~ous les cabestans peuvent tourner autour
d'axes montés sur une plaque-support 3, à l'exception du cabestan
30 qui peut se déplacer avec l'extrémité libre du bras 10 grâce
la boucle 33 que forme le rub~n 23.
~e fonctionneme.nt est identique à ce qui a été décrit
- 10 -
1~6143~
.
ci-dessus à propos du deuxiame exemple : les cabestan~ 4 et 6
sont simpleme.nt r.~pl~éspar les blocs de cabestans 25-26 et
~1-32 à cause de la récessité d'un entra~.nement précis du ruban 23.
~ a différence de vitesse relative entre les cabestans
de mesure 27 et 29 fournit, par l'intermédiaire du calculateur
; 16, un signal représentatif du niveau de recuit de la bande 23.
Il est bien entendu que, si la poulie 8 et le cabestan
28 présentent un diamètre suffisamment faible pour provoquer
un allo.ngeme~t du fil 1 ou de la ba~de 23, il est pr~férable que
les autres poulies et cabestans présenteDt des diamètres suf-
fisamme.nt grands pour ne provoquer aucune déformation du fil ou
de la bande.
~ a figure 4 représe.nte les courbes de l'allongement à
la rupture A~ mesuré sur des échantillons recuits en ¢o.ntinu
d'un fil d'alu~inium de 0,5 mm de diamètre, e.n fonction du rap-
port ~ v , écart de vltesse relatif des deux poulies de mesure
v
19 et 21 de l'appareillage selon la figure 2, observé au cours
du recuit correspondant, pour trois valeurs croissantes F1, F2
et F3 de la charge appliquée au bras oscillant 10~
Une production de 500 kg de ce fil est effectuée, le
.niveau d'allongement A% souhaité étant de.25% enviro~, avec un
minimum de 20~, ~ v étant choisi égal à 0,3%. ~es valeurs
d'allongement ~ la rupture A% prises sur base 200 mm, mesurées
sur 128 prélèveme.nts ef~ectués au sein de dix tourets de fil,
sont comprises entre 21 et 29%, avec une répartition représentée
:i par l'histogramme, figure 5. Ce résultat, convenable pour une
productior courante de fil d'aluminium, est totalement impossible
à obtenir avec un recuiseur classique.n~n équipé d'un mesureur de
- niveau de recuit, et il est supérieur à ce que l'on peut obtenir,
toutes conditions égales par ailleurs, avec l'appareil cité ci-
dessus.
~ a figure 6 représente les courbes de l'allo.ngement
a la rupture A% mesuré sur des échantillons recuits en continu
- 11 -
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d'un fil de cuivre de diamatre 0,8 mm, en fonction du rapport
a v observé au cours du recuit correspondant, pour trois
valeurs croissantes ~1, F2 et F3 de la charge appliqu~e au bras
oscillant 10 de l'appareillage selon la ~igure 2.
~ 'appareil ne pr~sente aucune tendance au d~séquilibre
et la corrélation entre A% et a v est excellente quel que
soit le niveau de recuit recherché.
Des essais pratiqués, à l'aide de l'appareillage selon
la figure 3, sur une bande épalss~ de laiton destinée à l'em-
boutis3age, montrent la parfaite corrélation entre le~ valeursde a v mesurées ~ l'aide de l'appareil et la grosseur du grain
du métal. I1 e~t possible de contr81er en continu la qualité du
traitement effectué dans le four de recuit et de corriger e~
¢onséque.nce la température de ce der.nier.
~'invention s'applique ou co.ntrôle non destructif en
`. co.ntinu de toute propriété ou caractéristique physique ou méca-
nique susceptible d'~tre reliée au niveau de recuit d'un matériau
queloorque ~ous or=e de fil ou de bando ~d~oe ou épai3se.
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