Cette étude évalue les méthodes utilisées pour mesurer le profil de rugosité des surfaces préparées à l'aide d'outils mécaniques, à savoir les décapeurs à aiguilles pneumatiques, les brosses rotatives et les décapeurs à fléaux rotatifs. L'accent est mis en particulier sur l'utilisation de la bande de réplique et sur son aptitude à caractériser les profils de diverses surfaces au moyen d'un lecteur numérique de bande de réplique doté de capacités d'imagerie 3D. Plus précisément, cette étude déterminera si les méthodes de mesure décrites dans la norme ASTM D4417 conviennent à la mesure des profils produits par des outils mécaniques.
La norme NAVSEA définit les outils mécaniques portatifs utilisés pour la préparation de surface comme des dispositifs automatiques pouvant être répartis en trois catégories principales :
Bien qu'il existe de nombreuses normes relatives à la mesure des profils de surface produits par le sablage de surfaces en acier, il existe peu de recherches ou de directives concernant la mesure des profils créés par des outils mécaniques.
Cette étude examine trois méthodes de mesure courantes pour déterminer les paramètres du profil de rugosité et évalue leur efficacité sur les surfaces préparées par des outils mécaniques : les micromètres à ressort utilisant de la bande de réplique, les micromètres de profondeur et les rugosimètres à palpeur. Les profils produits par des décapeurs à aiguilles pneumatiques, des brosses rotatives et des décapeurs à fléaux rotatifs sur des panneaux d'essai en acier ont été examinés pour cette étude.
Une attention particulière sera accordée à l'efficacité de chaque méthode de mesure sur les trois types de profils produits par des outils mécaniques, ainsi qu'à la présence éventuelle de caractéristiques de profil posant des difficultés. Grâce à l'évaluation des données, au tracé des résultats ultérieurs et à l'utilisation de l'imagerie de surface 3D, une recommandation finale sera formulée quant à la méthode de mesure la plus appropriée.
La préparation de surface influence directement la performance des systèmes de revêtement de protection. Il est primordial de s'assurer qu'une surface est exempte de rouille et de calamine, ainsi que de contaminants de surface tels que la poussière, l'huile, les sels solubles et la graisse. Le profil de surface revêt une importance tout aussi cruciale, car ses caractéristiques contribuent à la longévité du revêtement et à la force d'adhérence. L'évaluation du profil de surface constitue dès lors une opération essentielle.
Les outils mécaniques sont fréquemment utilisés pour décaper les surfaces en acier avant l'application de revêtements de protection. Bien que le profil des surfaces préparées par décapage abrasif soit systématiquement mesuré à l'aide de bandes de réplique, de micromètres de profondeur ou de rugosimètres à palpeur portables, les professionnels du revêtement ne savent souvent pas quelle méthode est la mieux adaptée aux profils créés par les outils mécaniques, notamment les décapeurs à aiguilles pneumatiques, les brosses rotatives et les décapeurs à fléaux rotatifs.
L'impact d'un abrasif produit des motifs complexes et aléatoires sur toute la surface. Cependant, les profils de surface générés par des outils mécaniques présentent des motifs répétitifs qui compliquent la mesure correcte de la hauteur du pic à la vallée et de la densité des pics.
Dans un article rédigé en février 2015, D. Beamish2 a démontré comment la bande de réplique pouvait être utilisée pour déterminer les paramètres critiques du profil de surface des surfaces en acier grenaillé et a mis ces paramètres en corrélation avec la résistance à l'adhérence par traction. Plus précisément, l'article a mis en évidence que les mesures par bande de réplique fournissaient des informations nettement plus riches que les autres méthodes de mesure, permettant de déterminer la densité des pics (Pd) et le rapport de surface interfaciale développée (Sdr), qui sont directement corrélés à la résistance à l'adhérence par traction. En outre, il a été démontré que les paramètres de surface mesurés à l'aide de la bande de réplique présentaient une forte corrélation avec les techniques de mesure établies pour les profils grenaillés, telles que la microscopie confocale et la profilométrie à stylet. Le présent document approfondit cette analyse afin de déterminer l'aptitude de la bande de réplique non seulement à mesurer les paramètres de surface des profils grenaillés, but également à mesurer le profil de surface sur une variété de surfaces préparées par outils électroportatifs.
La bande de réplique est utilisée depuis les années 1960 pour mesurer le profil de surface de l'acier grenaillé. Largement employée dans l'industrie des revêtements, la bande de réplique se compose d'une couche de mousse plastique compressible fixée sur un substrat en polyester non compressible d'une épaisseur hautement uniforme de 2 mils ± 0,2 mil (50,8 microns ± 5 microns). L'épaisseur de la mousse dépend du type de bande. La bande de réplique est disponible en deux types (Standard et optique) et deux grades (Coarse et X-Coarse). Pour la plupart des applications, la bande de réplique de type Standard suffit. La bande de réplique de type optique est utilisée pour produire des images tridimensionnelles de la surface de la bande. Les deux grades de bande sont le Coarse, qui mesure des profils de 0,8 à 2,5 mils (20 à 64 µm), et le X-Coarse, qui mesure des profils de 1,5 à 4,5 mils (38 à 115 µm).
Lorsqu'elle est pressée contre une surface en acier rugueuse, la mousse forme une empreinte, ou réplique inversée, de la surface. La mousse peut s'affaisser jusqu'à environ 25 % de son épaisseur initiale. Par conséquent, lorsque les pics les plus hauts de la surface d'origine poussent contre le support en polyester, la mousse entièrement compressée est déplacée latéralement. De même, les vallées les plus profondes de l'original créent les pics les plus hauts dans la réplique.
Le placement de la bande comprimée entre les touches d'un micromètre à ressort, tel que le PosiTector RTR H, et la soustraction de l'épaisseur du support en polyester incompressible (2 mils / 50 µm) permettent d'obtenir une mesure du profil de rugosité maximale moyenne pic-vallée (Fig. 1).
Cette méthode de mesure de surface est robuste, relativement simple, économique et permet à l'utilisateur de conserver une réplique physique de la surface évaluée. C'est l'un des moyens les plus courants pour déterminer la hauteur de crête à creux des surfaces grenaillées dans l'industrie des revêtements.
La bande de réplique offre des avantages supplémentaires par rapport aux autres méthodes de mesure en ce qu'elle mesure le profil de surface sur une zone bidimensionnelle, plutôt que d'effectuer une mesure en un point unique ou le long d'une ligne droite. La pointe effilée du palpeur d'un micromètre de profondeur mesure un point unique avec un rayon d'environ 0,05 mm (50 microns), pour une surface d'échantillonnage de 0,007 mm2. La ligne d'échantillonnage typique d'un rugosimètre à palpeur mesure 12,5 mm de long et 4 microns de large, pour une surface de mesure totale de 0,05 mm2. La surface de mesure de la bande de réplique est de 31 mm2. Cela représente une surface de mesure environ 258 fois plus grande que celle d'un rugosimètre à palpeur et environ 4 400 fois plus grande que celle du micromètre de profondeur. De plus, lors de l'utilisation d'un instrument tel que le PosiTector RTR 3D, l'imagerie numérique de la bande de réplique brunie peut produire des images 3D des profils de surface, permettant à l'utilisateur d'observer visuellement la surface avant l'application du revêtement.
Un micromètre de profondeur, tel que le PosiTector SPG, utilise une base plate qui repose sur les crêtes du profil de surface et une pointe de palpeur à ressort montée à l'intérieur de la base qui descend dans les vallées du profil. La base plate repose sur les crêtes les plus élevées et chaque mesure correspond donc à la distance entre les crêtes locales les plus élevées et la vallée particulière dans laquelle la pointe a pénétré, comme illustré à la figure 2. Les micromètres de profondeur présentent l'avantage de pouvoir mesurer des hauteurs de profil qui dépassent la plage de mesure de nombreux autres instruments.
Un rugosimètre à palpeur portable utilise un palpeur déplacé à vitesse constante sur une surface et enregistre les mouvements verticaux pour déterminer le paramètre Rt, ou la distance verticale entre le pic le plus haut et la vallée la plus basse sur une longueur d'évaluation donnée. L'instrument mesure et enregistre la distance verticale parcourue par le palpeur lorsqu'il se déplace sur la surface, comme le montre la figure 3.
Généralement, une longueur d'évaluation prédéterminée est divisée en 7 longueurs d'échantillonnage et l'instrument mesure la hauteur entre le pic et la vallée au sein de chaque longueur d'échantillonnage, Ry, de chaque section, en ne tenant pas compte de la première et de la dernière section. La moyenne des Ry restants est utilisée pour calculer Rz. Pour cette étude, Rz est équivalent à RzDIN, égal à la moyenne des distances entre le pic le plus haut et la vallée la plus basse dans chaque longueur d'échantillonnage, conformément à la norme ASME Y14.36M7.
Douze plaques en acier ont été préparées à l'aide de trois outils mécaniques différents : un décapeur à aiguilles pneumatique, une brosse rotative et un décapeur à fléaux rotatif, illustrés à la figure 4. Ces panneaux ont été numérotés de 1 à 4 dans chaque groupe.
Les panneaux suivants ont été évalués :
Les profils de surface des panneaux ont été évalués à l'aide des trois instruments suivants :
Les essais ont été réalisés avec chaque instrument de la manière suivante :
1. Un rugosimètre à palpeur portable a été utilisé pour déterminer les valeurs Rz et Rpc de chaque panneau. Trois mesures de profil ont été effectuées à 5 endroits sur chaque panneau, chaque mesure ayant une longueur d'évaluation de 12,5 mm et une longueur de base de 2,5 mm.
a. Les emplacements de mesure sont détaillés sur le diagramme 1. Il convient de noter que sur les panneaux préparés au nettoyeur à brosses, les mesures de tracé 2 et 4 sont effectuées dans le sens de l'orientation, tandis que les mesures de tracé 1, 3 et 5 sont effectuées à l'opposé de l'orientation. Pour les panneaux préparés au décapeur à rouleaux (roto-peen), les mesures de tracé 2 et 4 sont effectuées à l'opposé du sens de l'orientation et les mesures de tracé 1, 3 et 5 sont effectuées dans le sens de l'orientation.
2. Un micromètre de profondeur numérique a été utilisé pour déterminer le paramètre Rt. 10 mesures ont été prises à 5 emplacements sur chaque panneau, soit un total de 50 mesures par panneau. Conformément à la norme D4417, 10 relevés par emplacement ont été effectués. Cette étude a utilisé 5 emplacements et les valeurs maximales des 10 relevés enregistrés aux 5 emplacements ont été moyennées. La moyenne des 50 mesures individuelles a également été consignée. Les emplacements de mesure sont détaillés dans le diagramme 2 :
3. Un lecteur numérique de bande de réplique et imageur a utilisé la bande de réplique pour mesurer HL et Pd. Quatre brunissages ont été effectués par panneau. Trois ont été réalisés à l'aide de bandes de réplique Standard (Coarse et/ou X-Coarse) et un à l'aide de bandes de réplique optiques. Les emplacements de mesure sont indiqués sur le schéma 3 :
1. Des tendances ont été observées dans les résultats. Lors de l'examen des images des surfaces, des stries directionnelles étaient visibles sur les surfaces préparées par la brosse rotative et le décapeur à fléaux rotatif. Les mesures prises par le rugosimètre à palpeur dans la direction de cette orientation préférentielle et perpendiculairement à celle-ci ont confirmé des différences nettes dans les paramètres de surface. En outre, les images des surfaces préparées par le décapeur à aiguilles pneumatique ont montré qu'elles présentaient peu de pics et de vallées distincts, ce qui laisse supposer que le micromètre de profondeur n'a peut-être pas capturé adéquatement les véritables hauteurs pic-vallée. Il a été émis l'hypothèse que les résultats s'amélioreraient avec des techniques de mesure modifiées tenant compte de l'orientation et de la densité des pics :
a. Les panneaux préparés au nettoyeur à brosses et au décapeur à rouleaux ont présenté une orientation directionnelle posant des difficultés pour les profilmètres à stylet portables. Un profilmètre à stylet portable peut ne pas convenir, car les mesures dépendent de l'orientation. Les spécifications initiales (D7127) relatives à la mesure des surfaces nettoyées par outil mécanique ne tiennent pas compte de l'orientation et/ou de la densité des pics. Cela peut entraîner une sous-évaluation ou une surévaluation des valeurs du profil de surface. Il est nécessaire de modifier la méthode d'essai en ne tenant pas compte des mesures prises dans le sens de l'orientation pour obtenir des résultats pertinents.
b. Il a été observé que les panneaux préparés par le décapeur à aiguilles pneumatique présentaient une densité de pics (fréquence des pics) très faible. Il a été proposé qu'une augmentation du nombre de mesures effectuées avec le micromètre de profondeur pourrait aider à compenser cette fréquence réduite et à produire un résultat plus précis. Pour évaluer cette hypothèse, une seconde série d'essais a été réalisée en effectuant 20 mesures par point dans les 5 emplacements, soit un total de 100 relevés par panneau. La moyenne des 5 valeurs maximales a été rapportée.
2. Les résultats ont indiqué que la bande de réplique pouvait être utilisée sur les trois profils produits par outil mécanique. Les résultats obtenus avec un lecteur de bande de réplique numérique n'ont pas été significativement affectés par l'orientation et la densité qui posent des difficultés aux autres instruments, et il n'a pas été nécessaire de modifier la méthode d'essai.
3. Les résultats du micromètre de profondeur ont montré que l'utilisation de la moyenne des maximums pour les cinq emplacements produisait des résultats plus étroitement corrélés avec ceux des autres méthodes de mesure que la moyenne des 50 mesures individuelles.
Le graphique 1 présente les résultats initiaux des trois méthodes de mesure. Les résultats du micromètre de profondeur sont affichés à la fois sous forme de moyenne des 50 mesures et de moyenne des 5 maximums. Il a été observé que les caractéristiques générées par les outils mettaient à l'épreuve certains instruments de mesure et rendaient leurs résultats moins reproductibles.
Les graphiques ci-dessous illustrent ce phénomène. Les tracés individuels sont présentés dans les graphiques 2 et 4. Pour les panneaux nettoyés à la brosse, les mesures 2 et 4 étaient systématiquement inférieures pour tous les paramètres par rapport aux mesures 1, 3 et 5. Les mesures 2 et 4 ont été prises dans le sens de l'orientation (en rouge), tandis que les mesures 1, 3 et 5 ont été prises perpendiculairement à l'orientation (en bleu). Les graphiques 3 et 5 affichent les résultats de tous les tracés pris dans le sens de l'orientation moyennés ensemble, ainsi que de tous les tracés pris perpendiculairement à l'orientation moyennés ensemble.
Pour les panneaux préparés au décapeur à rouleaux, les tracés individuels sont présentés dans les graphiques 6 et 8. Les mesures 2 et 4 étaient systématiquement supérieures pour tous les paramètres par rapport aux mesures 1, 3 et 5. Les mesures 2 et 4 ont été prises perpendiculairement au sens de l'orientation (en bleu), tandis que les mesures 1, 3 et 5 ont été prises dans le sens de l'orientation (en rouge). Les graphiques 7 et 9 affichent les résultats de tous les tracés pris dans le sens de l'orientation moyennés ensemble, ainsi que de tous les tracés pris perpendiculairement à l'orientation moyennés ensemble.
Lorsque les densités de pics des trois types de panneaux ont été comparées, le panneau préparé par le décapeur à aiguilles pneumatique a affiché des mesures nettement inférieures à celles des autres, comme le montre le graphique 10.
En raison des densités plus faibles, il a été émis l'hypothèse que les mesures du micromètre de profondeur pouvaient être faussées en raison d'une probabilité réduite que l'instrument soit positionné dans les creux les plus bas.
Lors de la comparaison des méthodes de mesure, les observations initiales ont montré que, parmi les surfaces préparées par outil mécanique et les méthodes de mesure, la bande de réplique était la moins affectée par des influences telles que le biais ou la densité des pics.
Les manuels d'utilisation des fabricants de la brosse décapeuse et du décapeur à molettes rotatives ont été consultés pour déterminer si des méthodes étaient abordées pour traiter le biais directionnel. Aucune instruction spécifique concernant le biais directionnel ou la formation de stries de surface n'a été trouvée dans l'un ou l'autre manuel. Le manuel du décapeur à molettes rotatives indique, en ce qui concerne le traitement de surface : « Pour garantir un grenaillage uniforme, effectuez un mouvement circulaire ou oscillant sur toute la zone. »
La première image 3D ci-dessous d'une surface préparée par brosse décapeuse (Figure 6) montre des stries de gauche à droite, correspondant au sens d'application de la brosse décapeuse sur le panneau, créant essentiellement des creux et/ou des pics alignés dans cette direction générale. La deuxième image 3D d'une surface préparée par décapeur à molettes rotatives (Figure 7) présente des caractéristiques similaires.
Afin de confirmer l'effet de ce phénomène sur les résultats obtenus par l'instrument de rugosité à stylet, des essais supplémentaires ont été réalisés sur les panneaux préparés par brosse décapeuse, en prêtant une attention particulière au biais directionnel.
Ces essais supplémentaires ont été menés en effectuant quatre mesures dans le sens du biais et quatre mesures perpendiculairement au biais créé par la brosse décapeuse. Deux valeurs, Rpc et Rz, ont ensuite été comparées entre les mesures horizontales et verticales. Les résultats sont présentés ci-dessous dans les graphiques 11 et 12 :
Les mesures prises dans le sens du biais et perpendiculairement à celui-ci ont produit des résultats nettement différents. Les mesures prises selon cette méthode pourraient conduire à une caractérisation incorrecte de la surface si le biais directionnel n'est pas pris en compte ou n'est pas connu. Cela pourrait entraîner une application incorrecte ou insuffisante d'un revêtement. Les mesures prises par bande de réplique ou par micromètre de profondeur n'ont pas été affectées par le biais directionnel.
Les manuels d'utilisation du fabricant ont été consultés pour le nettoyeur à poils et le détartreur rotatif afin de déterminer si des méthodes étaient discutées pour traiter le biais directionnel. Aucune instruction spécifique n'a été trouvée dans les manuels concernant le biais directionnel ou le développement de stries en surface. Le manuel du détartreur rotopercutant indique, en ce qui concerne le traitement de surface, que "pour assurer une couverture de martelage uniforme, utilisez un mouvement circulaire ou oscillant sur toute la surface".
Cependant, il n'existe aucune instruction ni suggestion d'utilisation permettant de traiter ou d'éviter l'apparition d'un biais directionnel.
Les résultats des mesures ont montré que les panneaux produits par le décapeur à aiguilles pneumatique présentaient une faible densité de pics par rapport aux autres panneaux réalisés à l'aide d'outils mécaniques. Des densités de pics plus faibles complexifient la tâche du micromètre de profondeur pour déterminer la véritable hauteur pic-vallée. Cela est dû à une probabilité statistique plus faible que la pointe du micromètre se pose directement dans le point le plus bas du profil. Si l'instrument ne trouve pas le creux le plus profond du profil, les résultats seront erronément bas. Une représentation 3D d'une surface préparée par un décapeur à aiguilles pneumatique est présentée ci-dessous à la figure 8. On peut clairement voir que la surface contient peu de pics et/ou de vallées distincts et qu'elle apparaît principalement arrondie et plane.
Après avoir observé de faibles densités de pics à l'aide de l'imagerie numérique de la bande de réplique, il a été déterminé que l'augmentation du nombre de mesures prises avec le micromètre de profondeur produisait des mesures de pic à vallée plus précises. Pour tester cette hypothèse, le nombre de lectures prises à chaque emplacement a été doublé à 20, pour un total de 100 lectures par panneau. En doublant le nombre de mesures, le résultat est plus représentatif de ceux obtenus avec un rugosimètre à stylet et une bande de réplique, comme le montre le graphique 13.
Pour trois des quatre panneaux examinés, le fait de doubler le nombre de mesures au micromètre de profondeur par emplacement a conduit à des valeurs plus étroitement corrélées avec l'instrument de rugosité à stylet et la bande de réplique. Bien que cela n'ait pas été étudié ici, une augmentation supplémentaire du nombre de lectures par emplacement pourrait donner des résultats plus cohérents avec les autres méthodes.
Il est émis l'hypothèse que l'instrument de mesure de rugosité à palpeur sera affecté de la même manière par une plus faible densité de pics. Toutefois, l'instrument de mesure de rugosité à palpeur effectue ses mesures sur une surface plus vaste que le micromètre de profondeur, et cette zone de mesure plus étendue peut s'avérer suffisante pour capturer le plus haut pic et le plus bas creux. Quoi qu'il en soit, la probabilité de trouver la véritable hauteur de profil pic-à-vallée maximale sur les surfaces préparées par décapeur à aiguilles pneumatique est réduite, simplement en raison du plus faible nombre de pics et de vallées distincts.
Les mesures dérivées de la bande de réplique n'ont pas été affectées par le biais directionnel ou la densité des pics, contrairement aux mesures prises par d'autres méthodes de mesure. Cette méthode a fourni des résultats cohérents sur les trois surfaces nettoyées par outil mécanique.
Sur les panneaux affectés par un biais directionnel, la zone de mesure de la bande de réplique capture des motifs dans les deux directions du biais. La valeur HL étant mesurée comme la hauteur maximale pic-vallée sur l'ensemble de la zone, le biais n'a aucun effet. Par conséquent, les résultats des mesures par bande de réplique étaient plus représentatifs de la surface et n'ont nécessité aucune modification de la méthode de mesure pour produire des résultats significatifs.
De même, les mesures par bande de réplique n'ont pas été négativement influencées par la densité de pics. La zone de mesure de la bande de réplique étant supérieure à la distance horizontale entre les pics et les creux, la densité réduite n'a pas constitué un facteur limitant. Là encore, en raison de la vaste zone de mesure de la bande de réplique, les lectures se sont avérées plus représentatives qu'avec le micromètre ou l'instrument de rugosité à stylet.
La méthode C, utilisant la bande de réplique et les micromètres à ressort, a mesuré les surfaces produites par les trois outils avec le plus de précision, principalement parce que la surface échantillonnée est plus grande que celle des autres méthodes. La zone de mesure accrue de la bande de réplique a permis de compenser les caractéristiques des surfaces créées par outil mécanique qui affectaient négativement les autres méthodes de mesure.
Les surfaces créées par des outils mécaniques présentent des caractéristiques qui doivent être prises en compte lors du choix d'une méthode de mesure du profil de surface. Les outils qui laissent des stries directionnelles (orientation) sur la surface peuvent entraîner des mesures inexactes des paramètres du profil de surface lors de l'utilisation d'instruments rugosimètres portatifs à palpeur. Les outils qui génèrent des profils de surface à faible densité de pics ne sont pas prévus par les normes (ASTM D4417) ; par conséquent, des mesures pic-vallée plus faibles sont enregistrées lors de l'utilisation d'un micromètre de profondeur conformément à cette méthode d'essai. Ne pas tenir compte de ces caractéristiques peut conduire à des résultats erronés.
Bien qu'il existe des limites lors de l'utilisation de rugosimètres portables à stylet et de micromètres de profondeur sur des surfaces préparées par outil mécanique, des modifications peuvent être apportées aux méthodes de mesure pour permettre à ces instruments de mesurer efficacement ces surfaces. Les rugosimètres de la méthode D n'étaient pas adaptés à la mesure du profil de surface sur ces surfaces, à moins de veiller à ne mesurer que perpendiculairement au biais. Les lectures des micromètres de profondeur de la méthode B suggéraient que les résultats s'amélioreraient en augmentant le nombre de lectures pour tenir compte de la faible densité des pics.
De plus, les résultats des micromètres de profondeur de méthode B ont clairement montré que l'utilisation de la moyenne des maximums pour les cinq emplacements produisait des résultats plus étroitement corrélés à ceux des autres méthodes de mesure, par comparaison à l'utilisation de la moyenne des 50 mesures individuelles. Cela vient étayer d'autres études menées avec les mêmes conclusions, notamment « Surface Profile – A Comparison of Measurement Methods » par D. Beamish9, où cette méthode a été proposée pour la première fois.
Le graphique 14 présente les résultats obtenus par l'ensemble des méthodes de mesure après application de corrections pour tenir compte des erreurs causées par l'orientation directionnelle et la faible densité de pics. L'orientation directionnelle a été prise en compte sur les panneaux préparés à la brosse à filaments métalliques et au décapeur à fléaux rotatifs en éliminant les tracés de mesure effectués dans la direction de l'orientation. Cela a conduit à un résultat en moyenne 13,2 % plus proche de celui de la bande de réplique pour les panneaux sablés à la brosse, et en moyenne 8,9 % plus proche des relevés de la bande de réplique pour les panneaux traités au décapeur rotatif.
La faible densité de pics sur les panneaux préparés au décapeur à aiguilles pneumatique a été prise en compte en traçant les résultats avec 10 et 20 lectures par point, et en rapportant la moyenne des maximums pour les cinq emplacements. De ce fait, les mesures relevées par le micromètre de profondeur ont présenté une corrélation plus étroite de 15,9 % avec les mesures de l'instrument de mesure de rugosité à palpeur portable, et de 14,2 % avec les mesures sur bande de réplique.
Les résultats de la bande de réplique sont toutefois affichés tels quels, sans modification liée aux effets de surface. Il est évident que les résultats non modifiés de la bande concordent avec les autres méthodes de mesure.
Ces résultats indiquent clairement que la bande de réplique offre une solution plus simple et plus efficace pour mesurer des surfaces créées par divers outils mécaniques. La bande ne nécessite aucune considération particulière concernant l'orientation ou la densité de pics. Contrairement à d'autres méthodes de mesure qui exigent de prendre en compte les effets de profil générés par les outils mécaniques, les résultats obtenus avec la bande de réplique peuvent être utilisés tels quels.
Dans l'industrie de la peinture et des revêtements, des recherches approfondies ont été menées pour évaluer les profils de surfaces décapées par grenaillage sur des substrats en acier.
ISO 8503-5 — Préparation des subjectiles d'acier avant application de peintures et de produits assimilés — Caractéristiques de rugosité des subjectiles d'acier décapés — Partie 5 : Méthode de la bande de réplique pour la détermination du profil de surface3
L'ISO 8503-5 décrit la préparation des subjectiles d'acier avant l'application de peintures et de produits assimilés ainsi que les caractéristiques de rugosité des subjectiles d'acier décapés :
1 Domaine d'application
Le présent document décrit une méthode de chantier pour la mesure du profil de surface produit par l'une des procédures de nettoyage par projection abrasive indiquées dans l'ISO 8504-2. Cette méthode utilise une bande de réplique et une jauge adaptée pour mesurer, sur site, la rugosité d'une surface avant l'application de peinture ou d'un autre revêtement protecteur.
La méthode est applicable dans la plage de hauteurs de profil spécifiée pour une nuance (ou épaisseur) donnée de bande de réplique. Les nuances commerciales actuellement disponibles permettent de mesurer des profils moyens de pic à vallée compris entre 20 μm et 115 μm. La méthode est valide pour les surfaces nettoyées à l'aide d'abrasifs.
ASTM D7127 — Méthode d'essai standard pour le mesure de la rugosité de surface de surfaces métalliques nettoyées par décapage abrasif à l'aide d'un instrument portable à stylet4
L'ASTM D7127 décrit la mesure de la rugosité de surface de surfaces métalliques nettoyées par décapage abrasif à l'aide d'un instrument portable à stylet :
1. Domaine d'application
1.1 La présente méthode d'essai décrit une procédure d'atelier ou de chantier pour la détermination des caractéristiques de rugosité des surfaces préparées pour la peinture par projection abrasive. La procédure utilise un instrument de profilométrie à stylet, portatif, à patin ou sans patin. Les caractéristiques mesurées sont : Rt et Rpc. Des mesures supplémentaires de la hauteur du profil (Rmax et/ou Rz) peuvent également être obtenues selon l'accord entre l'acheteur et le fournisseur.
NACE SP0287 — Mesure sur site du profil de surface de l'acier nettoyé par décapage abrasif à l'aide d'une bande de réplique5
La norme NACE SP0287 décrit et caractérise une procédure de mesure du profil de surface de l'acier nettoyé par décapage abrasif. La technique de mesure utilise une bande qui reproduit le profil de surface. D'autres méthodes courantes de mesure du profil de surface ne sont pas abordées :
1.1 La présente norme décrit une procédure de mesure sur site du profil de surface de surfaces en acier nettoyées par projection abrasive présentant un profil de surface, tel que défini à l'article 2, compris entre 38 et 114 μm (1,5 et 4,5 mils).
ASTM D4417 — Méthodes d'essai standard pour la mesure sur site du profil de surface de l'acier nettoyé par décapage
La norme ASTM D4417 décrit trois méthodes pour l'évaluation du profil de surface des surfaces en acier sablées, présentées dans le Tableau 1 ci-dessous :
1. Domaine d'application
1.1 Ces méthodes d'essai couvrent la description des techniques de mesure du profil des surfaces nettoyées par projection abrasive en laboratoire, sur le chantier ou en atelier de fabrication.
SSPC PA 17 — Détermination de la conformité du profil6
La norme SSPC PA 17 fournit des directives supplémentaires pour déterminer la conformité aux exigences de profil de surface. Alors que les normes ASTM décrivent la manière d'effectuer les mesures, la norme SSPC PA 17 se concentre sur l'emplacement de ces mesures et leur fréquence.
Les procédures et descriptions relatives à l'évaluation des surfaces nettoyées par des outils mécaniques sont largement absentes de ces normes industrielles. L'utilisation des outils mécaniques se généralisant, il devient de plus en plus important de déterminer la méthode la meilleure et la plus précise pour évaluer ces surfaces.
Ces normes ne font mention que d'une seule manière d'évaluer les surfaces préparées par des outils mécaniques. Le paragraphe 1.2 de la norme ASTM D4417-14 énonce : « La méthode B peut également convenir à la mesure du profil produit par l'utilisation d'outils mécaniques. »
En l'absence de normes et/ou de directives, il existe peu d'informations permettant de savoir si la méthode B de la norme ASTM D4417 constitue la meilleure approche pour toutes les surfaces préparées par des outils mécaniques, ou s'il existe d'autres solutions plus dynamiques pour mesurer les surfaces. Les surfaces préparées par des outils mécaniques présentent des caractéristiques absentes des surfaces sablées, à savoir une orientation privilégiée (biais directionnel) et des variations de densité des pics d'un outil à l'autre. L'impact de ces caractéristiques sur des méthodes de mesure spécifiques est mal connu.
1 ASTM D4417 « Standard Test Methods for Field Measurement of Surface Profile of Blast Cleaned Steel » (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)
2 D. Beamish, « Replica Tape – Unlocking Hidden Information », Journal of Protective Coatings and Linings, février 2015, p. 1 – 6
3 ISO 8503-5 « Préparation des subjectiles d'acier avant application de peintures et de produits assimilés — Caractéristiques de rugosité des subjectiles d'acier derrouillés par décapage — Partie 5 : Méthode de la bande réplique pour la détermination du profil de surface » (Organisation internationale de normalisation (ISO), 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Genève 20, Suisse)
4 ASTM D7127 « Standard Test Method for Measurement of Surface Roughness of Abrasive Blast Cleaned Metal Surfaces Using a Portable Stylus Instrument » (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)
5 NACE Standard SP0287, « Field Measurement of Surface Profile of Abrasive Blast-Cleaned Steel Surfaces Using a Replica Tape ». (Houston, TX : NACE, 2016)
6 SSPC-PA-17 « Procedure for Determining Conformance to Steel Profile/Surface Roughness/Peak Count Requirements » (SSPC: the Society for Protective Coatings, 800 Trumbull Drive, Pittsburgh, PA 15205, USA)
7 ASME Y14.36M 1996 « Surface Texture Symbols » (The American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990 USA)
8 ASME B46.1-2009 « Surface Texture (Surface Roughness, Waviness, and Lay) » (The American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990 USA)
9 D. Beamish, « Surface Profile – A Comparison of Measurement Methods », DeFelsko Corporation, janvier 2013
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