Comme vu dans les numéros de : Finishing Today, février 2008 ; Materials Performance Magazine, septembre 2004 ; Quality Digest Magazine, octobre 2004.
Les jauges d'épaisseur de revêtements qui utilisent des techniques de mesure par ultrasons sont de plus en plus populaires. Ils soutiennent ou remplacent les méthodes destructives pour mesurer l'épaisseur des revêtements sur le bois et les produits en bois.
Les revêtements ont des fonctions très diverses. Certains sont conçus pour restaurer, protéger, imperméabiliser et embellir les structures en bois. D'autres sont spécifiquement formulés pour sceller et remplir les pores et pour fournir une texture de surface esthétiquement plaisante. Les finitions pénétrantes sont absorbées par le bois et durcissent pour créer une barrière protectrice solide qui ne s'écaille pas.
Les revêtements sont conçus pour remplir au mieux leur fonction lorsqu'ils sont appliqués dans une fourchette d'épaisseur étroite, comme spécifié par le fabricant. Par exemple, les vernis de conversion sont plus durs que les autres revêtements et ne doivent pas être utilisés à plus de 5 mils d'épaisseur sèche afin d'éviter les fissures ou d'autres défauts de finition. La laque nitrocellulosique doit généralement être maintenue à une épaisseur inférieure à 3 mils. Une épaisseur constante de mil est primordiale lors de l'application des couches de base de laque et des couches de craquelure pour obtenir l'effet de finition craquelé désiré.
Sur les panneaux de fibres de densité moyenne (MDF), l'épaisseur de la peinture en poudre varie généralement entre 3 et 9 mils. En général, plus la couverture est épaisse, plus la finition est durable. Les spécifications d'usine prévoient souvent une tolérance de ±1 mil. Ce niveau de qualité ne peut être déterminé par un simple coup d'œil.
La mesure précise de l'épaisseur du revêtement présente d'autres avantages. Lorsque les entreprises ne contrôlent pas et ne vérifient pas la qualité du revêtement du matériel entrant, elles gaspillent de l'argent pour retravailler le produit. En vérifiant la technique des opérateurs de pulvérisation, ils s'assurent que le revêtement est appliqué conformément aux recommandations des fabricants. En outre, l'application d'une épaisseur de film excessive peut réduire considérablement le rendement global. Enfin, des tests réguliers peuvent réduire le nombre de reprises internes et de retours clients dus à des défauts de finition.
Sur le métal, il est courant de tester l'épaisseur des revêtements à des fins de contrôle de la qualité et d'inspection. Lorsque le métal de base est de l'acier au carbone, on utilise une méthode magnétique. Les appareils à courant de Foucault sont utilisés pour les autres métaux tels que le cuivre et l'aluminium.
Comme ces instruments ne peuvent pas mesurer l'épaisseur des finitions sur le bois, des techniques alternatives ont été utilisées, notamment :
Ces tests prennent du temps, sont difficiles à réaliser et sont sujets à l'interprétation de l'opérateur et à d'autres erreurs de mesure. Les applicateurs trouvent les méthodes destructives peu pratiques. Pour obtenir un échantillon statistiquement représentatif, il peut être nécessaire de mettre au rebut plusieurs produits en bois d'un lot dans le cadre du processus d'essai destructif.
Avec l'arrivée des instruments à ultrasons, de nombreux finisseurs sont passés au contrôle non destructif.
Les professionnels de la qualité connaissent déjà les différents aspects des contrôles par ultrasons, qui utilisent l'énergie sonore à haute fréquence pour effectuer des examens et des mesures. Les contrôles par ultrasons permettent de détecter et d'évaluer les défauts du métal, de mesurer les dimensions, de vérifier la caractérisation des matériaux, etc.
La mesure de l'épaisseur des murs est peut-être le plus courant et le plus simple des contrôles par ultrasons. Les jauges ultrasoniques de précision pour l'épaisseur des murs permettent de mesurer rapidement l'épaisseur des objets sans avoir besoin d'accéder aux deux côtés. Cependant, ces jauges ne sont pas idéales pour la mesure des revêtements. Leur sensibilité n'est pas suffisante pour mesurer l'épaisseur des mastics acryliques, des apprêts d'usine, des laques, des finitions UV, des revêtements en poudre et autres matériaux utilisés sur le bois.
Le premier instrument portatif conçu spécifiquement pour la mesure de l'épaisseur des revêtements est apparu sur le marché il y a 14 ans et en est maintenant à sa quatrième génération. Il utilise un transducteur à élément unique et les techniques numériques advanced pour filtrer et améliorer les échos numérisés. Les jauges d'épaisseur de revêtement à ultrasons portables d'aujourd'hui sont simples à utiliser, abordables et fiables (figure 1).
Le contrôle par ultrasons fonctionne en envoyant une vibration ultrasonique dans un revêtement à l'aide d'une sonde (transducteur) avec l'assistance d'un couplant appliqué à la surface.
La vibration traverse le revêtement jusqu'à ce qu'elle rencontre un matériau aux propriétés mécaniques différentes, généralement le substrat, mais peut-être aussi une autre couche de revêtement. La vibration, partiellement réfléchie à cette interface, revient vers le transducteur. Pendant ce temps, une partie de la vibration transmise continue de se déplacer au-delà de cette interface et subit d'autres réflexions à toutes les interfaces de matériaux qu'elle rencontre (figure 2).
Étant donné qu'un nombre potentiellement élevé d'échos peut se produire, la jauge est conçue pour sélectionner l'écho maximal ou "le plus fort" à partir duquel calculer une mesure d'épaisseur. Les instruments qui mesurent les couches individuelles dans une application multicouche favorisent également les échos les plus forts. L'utilisateur entre simplement le nombre de couches à mesurer, disons trois, et la jauge mesure les trois échos les plus forts. La jauge ignore les échos plus faibles provenant des imperfections du revêtement et des couches du substrat.
La précision de toute mesure par ultrasons correspond directement à la vitesse du son de la finition mesurée. Comme les instruments à ultrasons mesurent le temps de transit d'une impulsion ultrasonore, ils doivent être étalonnés pour la "vitesse du son" dans ce matériau particulier.
D'un point de vue pratique, les valeurs de vitesse du son ne varient pas beaucoup parmi les matériaux de revêtement utilisés dans l'industrie du bois. Par conséquent, les jauges d'épaisseur de revêtement à ultrasons ne nécessitent généralement aucun ajustement des paramètres d'étalonnage d'usine.
Un facteur influençant la précision et la répétabilité des mesures par ultrasons est la façon dont ces revêtements s'interfacent avec le substrat du bois. La figure 3 montre deux exemples de bois revêtu. Ces photos, prises à une résolution supérieure à celle de la plupart des essais destructifs sur le terrain, montrent clairement la limite entre la finition et le bois. Le revêtement de finition peut sembler lisse sur le dessus, mais son épaisseur peut être irrégulière. Les substrats en bois sont souvent granuleux, avec des degrés variables de rugosité de surface et de pénétration de l'apprêt. Cette porosité et cette rugosité peuvent favoriser l'adhérence, mais elles augmentent la difficulté d'obtenir des mesures d'épaisseur répétables par quelque moyen que ce soit.
Les jauges à ultrasons sont conçues pour faire la moyenne de petites irrégularités afin de produire un résultat significatif. Sur des surfaces ou des substrats particulièrement rugueux où les lectures individuelles peuvent ne pas sembler répétables, la comparaison d'une série de résultats moyennés fournit souvent une répétabilité acceptable.
Le contrôle par ultrasons apporte des avantages distincts à l'industrie du bois. Les fabricants de meubles, de parquets et d'instruments de musique appliquent souvent plusieurs couches de laque ou de matériaux de finition similaires. Certains procédés exigent la capacité d'identifier l'épaisseur de couches individuelles ou de séries de couches. Lorsqu'elle est appliquée à la mauvaise épaisseur, la couche de revêtement qui embellit et protège une guitare de haute qualité, par exemple, peut facilement nuire à son son. Une couche trop épaisse peut atténuer la résonance acoustique de la guitare ; une couche trop mince peut avoir l'effet inverse.
Les fabricants d'instruments de musique utilisent désormais des jauges à ultrasons pour mesurer avec précision et de manière non destructive la laque de leurs précieux produits. Grâce à cette nouvelle technologie, ils ont non seulement réduit leur consommation de vernis, mais ils sont également en mesure de prendre des mesures significatives sans perturber excessivement leur processus de production. Il n'est pas nécessaire de mettre le produit au rebut pour mesurer l'épaisseur du revêtement, et l'épaisseur sur toute la surface peut facilement être mesurée pour garantir un revêtement lisse et uniforme. Les reprises sont réduites au minimum en raison de la capacité accrue de contrôler le processus de revêtement.
La mesure de l'épaisseur des revêtements par ultrasons est désormais une routine de test acceptée et fiable utilisée dans les industries du bois. La méthode de test standard est décrite dans la norme ASTM D6132-04. "Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage " (2004, ASTM). Pour vérifier l'étalonnage de la jauge, il existe des étalons d'épaisseur à revêtement époxydique dont la certification est traçable aux organismes nationaux de normalisation.
Il est désormais possible d'effectuer des mesures d'épaisseur rapides et non destructives sur des matériaux qui nécessitaient auparavant des essais destructifs ou des analyses en laboratoire. Cette nouvelle technologie améliore la cohérence et le rendement de la salle de finition. Les réductions de coûts potentielles comprennent :
Aujourd'hui, ces instruments sont simples à utiliser, abordables et fiables.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ancien président de DeFelsko Corporation, un fabricant new-yorkais d'instruments de test de revêtement portatifs vendus dans le monde entier. Il était titulaire d'un diplôme d'ingénieur civil et avait plus de 25 ans d'expérience dans la conception, la fabrication et la commercialisation de ces instruments de test dans une variété d'industries internationales, notamment la peinture industrielle, l'inspection de la qualité et la fabrication. Il a dirigé des séminaires de formation et a été un membre actif de diverses organisations, notamment NACE, SSPC, ASTM et ISO.
