Rien n’échappe aux rayons X

May 16, 2018

Vous soupçonnez une défaillance d’une pièce de votre détecteur ? Un composant essentiel de votre appareillage fatigue ? Depuis le début de l’année, la section Matériaux, métrologie et contrôles non destructifs (EN-MME-MM) du CERN offre la possibilité de réaliser des examens de santé des matériaux et des mesures métrologiques grâce à un tout nouveau tomographe. Ce nouvel outil de contrôle non destructif permet de sonder la matière pour y déceler d’éventuels défauts (fissures, porosités, inclusions, etc.) ou pour mettre en évidence une structure interne inaccessible. Jusqu’à présent, la section MM exploitait un seul tomographe – conçu sur mesure et consacré exclusivement au contrôle des interconnexions reliant les aimants du LHC – et devait faire appel à des entreprises externes pour la tomographie pour l’analyse santé des matériaux.

Le microtomographe a révélé la structure interne de puces électroniques d’ATLAS enfermées dans des boîtiers en plastique. Celles-ci présentaient des non conformités, qui ont pu être attribuées à des courts-circuits et à des défauts de connexion.

Avec une longueur de pénétration d’environ 50 mm pour l’acier, quelque trois cents millimètres pour l’aluminium, et jusqu’à plusieurs centaines de millimètres pour un polymère, ce nouveau tomographe peut inspecter des échantillons mesurant jusqu’à 430 mm de diamètre et 800 mm de haut, et pesant jusqu’à 50 kg.

Placé entre une source de rayons X et un imageur, l’échantillon à analyser est radiographié sous tous les angles : « Le tomographe réalise une série de radiographies – jusqu’à 4 200 pour un même échantillon – qui, une fois recombinées, permettent d’obtenir le volume 3D de l’objet », explique Ahmed Cherif, responsable du laboratoire de métrologie du CERN. « Ce volume peut ensuite être observé en film 3D selon différents axes et couche par couche, permettant ainsi de détecter les anomalies. » « La reconstruction obtenue a une résolution pouvant aller jusqu’à 4 micromètres pour de petits objets », poursuit Gonzalo Arnau Izquierdo, responsable du service Contrôles non destructifs. « Le tomographe est capable d’obtenir une telle résolution grâce à son tube de rayons X à microfoyer et à son imageur à grande surface. » L’imageur peut aussi rendre une très grande palette de niveaux de gris : 65 535 niveaux de gris pour être exact. En comparaison, l'oeil humain n’en distingue que 256 !

Prototype de coupleur de puissance pour les cavités-crabe, réalisé en impression 3D titane. La microtomographie à rayons X est un excellent outil pour le développement de pièces imprimées au laboratoire de fabrication additive métallique du CERN (EN-MME). Elle permet de réaliser des mesures dimensionnelles avec une grande précision, y compris à l’intérieur de la pièce, et de contrôler l’apparition de porosités lors de la fabrication.

D’une grande polyvalence, le nouveau microtomographe réalise aussi des mesures de métrologie classiques avec une précision de 10 micromètres. « Nous pouvons mesurer des pièces et les comparer à un modèle pour mettre en évidence les non-conformités par exemple », ajoute Ahmed Cherif. « Il est aussi possible d’obtenir une représentation 3D très précise de la surface d’un objet. »

Dans le cadre du projet européen ARIES, 15 échantillons taraudés de molybdène-graphite ont été examinés avec le microtomographe afin de déceler d'éventuels défauts internes à corréler avec les résultats des tests dynamiques. Avec la résolution en voxels utilisée (10 microns), aucune fissure interne n’a été décelée sur les échantillons. Toutefois, de petites quantités d'agglomérats de carbure de molybdène-titane ont été trouvées dans certains échantillons et étudiées plus en détail. La petite quantité d'agglomérats trouvée n'affecte cependant pas les propriétés du matériau qui sera utilisé dans le projet.

Pour découvrir ce nouveau tomographe et les autres instruments du laboratoire de métrologie (100/R-021), ne manquez pas la journée portes ouvertes organisée par les équipes de métrologie et contrôles non destructifs le 6 juin prochain de 9 h à 15 h. Café et croissants seront servis.

Pour plus d’informations sur la journée portes ouvertes, écrivez à : Ahmed.Cherif@cern.ch ou Gonzalo.Arnau.Izquierdo@cern.ch


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