Paru dans : Finishing Today, fév. 2008 ; Materials Performance Magazine, sept. 2004 ; Quality Digest Magazine, oct. 2004
Les jauges d'épaisseur de revêtement utilisant des techniques de mesure par ultrasons gagnent rapidement en popularité. Elles complètent ou remplacent les méthodes destructives pour mesurer l'épaisseur des revêtements sur le bois et les produits dérivés du bois.
Les revêtements remplissent diverses fonctions. Certains sont conçus pour restaurer, protéger, imperméabiliser et embellir les structures en bois. D'autres sont spécifiquement formulés pour sceller et combler les pores, ainsi que pour offrir une texture de surface esthétique. Les finitions pénétrantes sont absorbées par le bois et durcissent pour former une barrière protectrice robuste qui ne s'écaille pas.
Les revêtements remplissent au mieux leur fonction prévue lorsqu'ils sont appliqués dans une plage d'épaisseur stricte spécifiée par le fabricant. Par exemple, les vernis acidodurcissables sont plus durs que les autres revêtements et ne doivent pas dépasser 5 mils d'épaisseur de feuil sec afin d'éviter le craquelage ou d'autres défaillances de finition. La laque nitrocellulosique doit généralement être maintenue en dessous de 3 mils. Une épaisseur en mils homogène est primordiale lors de l'application des couches de fond de laque et des couches de craquelage pour obtenir l'effet décoratif souhaité.
Sur les panneaux de fibres à moyenne densité (MDF), l'épaisseur du thermolaquage se situe généralement entre 3 et 9 mils. En règle générale, plus l'épaisseur en mils est élevée, plus la finition est durable. Les spécifications d'usine exigent souvent une tolérance déclarée de ±1 mil. Ce niveau de qualité ne peut pas être déterminé à la simple vue.
La mesure précise de l'épaisseur de finition présente d'autres avantages. Lorsque les entreprises omettent de contrôler et de vérifier la qualité des revêtements des matériaux entrants, elles gaspillent des ressources en retravaillant les produits. En contrôlant la technique des opérateurs de pulvérisation, elles s'assurent que le revêtement est appliqué conformément aux recommandations des fabricants. De plus, l'application d'une épaisseur de film excessive peut réduire considérablement l'efficacité globale. Enfin, des contrôles réguliers permettent de réduire le nombre de retouches internes et de retours clients liés à des défauts de finition.
Sur le métal, le contrôle de l'épaisseur des revêtements est courant à des fins de contrôle qualité et d'inspection. Lorsque le métal de base est de l'acier au carbone, une méthode magnétique est employée. Des appareils à courants de Foucault sont utilisés pour les autres métaux tels que le cuivre et l'aluminium.
Étant donné que ces instruments ne peuvent pas mesurer l'épaisseur des finitions sur le bois, des techniques alternatives ont été utilisées, notamment :
Ces tests sont chronophages, difficiles à réaliser et sujets à l'interprétation de l'opérateur ainsi qu'à d'autres erreurs de mesure. Les applicateurs trouvent les méthodes destructives peu pratiques. Pour obtenir un échantillon statistiquement représentatif, plusieurs produits en bois d'un lot doivent parfois être mis au rebut dans le cadre du processus d'essai destructif.
Avec l'arrivée des instruments à ultrasons, de nombreux finisseurs se sont tournés vers l'inspection non destructive.
Les professionnels de la qualité connaissent déjà divers aspects des essais par ultrasons, dans lesquels de l'énergie acoustique à haute fréquence est utilisée pour effectuer des examens et des mesures. Les essais par ultrasons permettent de détecter et d'évaluer les défauts dans le métal, de mesurer des dimensions, de déterminer la caractérisation des matériaux et bien plus encore.
La mesure de l'épaisseur de paroi est sans doute le plus courant et le plus simple des essais par ultrasons. Les jauges d'épaisseur de paroi à ultrasons de précision permettent de mesurer rapidement l'épaisseur d'objets sans nécessiter d'accès aux deux faces. Cependant, pour la mesure de revêtement, ces jauges ne sont pas idéales. Elles ne possèdent pas une sensibilité suffisante pour mesurer l'épaisseur des charges acryliques, des apprêts d'usine, des laques, des finitions UV, des revêtements en poudre et d'autres matériaux utilisés sur le bois.
Le premier instrument portable conçu spécifiquement pour la mesure de l'épaisseur de revêtement est apparu sur le marché il y a 14 ans et en est aujourd'hui à sa quatrième génération. Il utilise un transducteur à élément unique et des techniques numériques Advanced pour filtrer et accentuer les échos numérisés. Les jauges d'épaisseur de revêtement à ultrasons portables d'aujourd'hui sont simples à utiliser, abordables et fiables (Figure 1).
Les essais par ultrasons fonctionnent en envoyant une vibration ultrasonore dans un revêtement à l'aide d'une sonde (transducteur) à l'aide d'un agent de couplage appliqué sur la surface.
La vibration se propage à travers le revêtement jusqu'à ce qu'elle rencontre un matériau aux propriétés mécaniques différentes, généralement le substrat ou éventuellement une autre couche de revêtement. La vibration, partiellement réfléchie à cette interface, retourne vers le transducteur. Pendant ce temps, une partie de la vibration transmise continue de se propager au-delà de cette interface et subit d'autres réflexions aux interfaces des matériaux qu'elle rencontre (Figure 2).
En raison du nombre potentiellement élevé d'échos susceptibles de se produire, la jauge est conçue pour sélectionner l'écho maximal ou le plus « fort » afin de calculer la mesure d'épaisseur. Les instruments qui mesurent des couches individuelles dans une application multicouche privilégient également les échos les plus forts. L'utilisateur indique simplement le nombre de couches à mesurer, par exemple 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 du revêtement mesuré. Les instruments à ultrasons mesurant 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 considérablement parmi les matériaux de revêtement utilisés dans l'industrie du bois. Par conséquent, les jauges d'épaisseur de revêtement à ultrasons ne requièrent généralement aucun réglage des paramètres d'étalonnage en usine.
L'un des facteurs qui influencent l'exactitude et la répétabilité du mesurage ultrasonique est la manière dont ces revêtements s'interfacent avec le substrat en bois. La figure 3 présente deux exemples de bois revêtu. Ces photos, prises à une résolution supérieure à celle que permettent 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 en surface, mais son épaisseur peut être irrégulière. Les substrats en bois présentent souvent des veines avec des degrés variables de rugosité de surface et de pénétration de l'apprêt. Cette porosité et cette rugosité peuvent favoriser l'adhérence mais augmentent la difficulté d'obtenir des mesurages 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 particulièrement rugueuses ou des substrats où les lectures individuelles peuvent sembler manquer de répétabilité, la comparaison d'une série de résultats moyennés offre souvent une répétabilité acceptable.
Les essais par ultrasons apportent des avantages indéniables à l'industrie du bois. Les fabricants de meubles, de planchers et d'instruments de musique appliquent souvent plusieurs couches de laque ou de matériaux de finition similaires. Certains processus exigent la capacité d'identifier l'épaisseur de couches individuelles ou d'une série de couches. Appliquée à une épaisseur incorrecte, la couche de revêtement qui embellit et protège une guitare de haute qualité, par exemple, peut facilement nuire à sa sonorité. Un revêtement trop épais peut atténuer la résonance acoustique de la guitare ; un revêtement insuffisant peut produire l'effet inverse.
Les fabricants d'instruments de musique utilisent désormais des jauges ultrasonores pour mesurer avec précision et de manière non destructive le vernis sur leurs produits de valeur. Grâce à cette nouvelle technologie, ils ont non seulement réduit leur consommation de vernis, mais ils parviennent également à effectuer des mesures significatives sans perturber excessivement leur processus de production. Il n'est plus nécessaire de mettre au rebut des produits pour mesurer l'épaisseur d'un revêtement, et l'épaisseur sur toute la surface peut facilement être mesurée pour garantir un revêtement lisse et uniforme. Les retouches sont minimisées grâce à une capacité accrue à contrôler le processus de revêtement.
La mesure par ultrasons de l'épaisseur des revêtements est désormais une routine de contrôle acceptée et fiable utilisée dans les industries du bois. La méthode d'essai 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, des étalons d'épaisseur revêtus d'époxy sont disponibles avec une certification traçable aux organismes nationaux de normalisation.
Il est désormais possible d'effectuer des mesurages d'épaisseur rapides et non destructifs sur des matériaux qui nécessitaient auparavant des essais destructifs ou des analyses en laboratoire. Cette nouvelle technologie améliore la régularité et le débit dans 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 basé dans l'État de New York d'instruments de mesure de revêtement portatifs vendus dans le monde entier. Diplômé en génie civil, il possédait plus de 25 ans d'expérience dans la conception, la fabrication et la commercialisation de ces instruments de mesure pour diverses industries internationales, notamment la peinture industrielle, le contrôle qualité et la fabrication. Il a animé des séminaires de formation et a été un membre actif de diverses organisations, notamment la NACE, la SSPC, l'ASTM et l'ISO.
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