Développement et validation d’une méthode d’inspection par tomographie à rayons X pour le procédé de perçage laser

Résumé

Pour l’industrie aérospatiale, l’inspection par tomographie à rayons X et l’analyse approfondie des trous de refroidissement permettent de mieux comprendre l’influence des paramètres de perçage au laser sur la fabrication des chambres de combustion, tout en contribuant à améliorer les techniques de fabrication laser. L’inspection permet également d’établir le lien entre la géométrie des trous laser et le critère de qualité actuellement utilisé dans l’industrie, à savoir le débit massique passant à travers la chambre. Ce mémoire présente le développement et la validation d’une méthode d’inspection par tomographie à rayons X pour l’analyse des trous d’effusion. La méthode développée permet de mesurer l’angle des trous, la variation de sa surface d’entrée et de sortie et le volume de matière retiré lors du perçage au laser. Ces différentes mesures ont été finalement corrélées au débit d’air et donc le taux de refroidissement associé. La méthode d’inspection automatisée a été développée à l’aide du logiciel Dragonfly 3D World (Comet Group, V. 2024.1), qui mesure les paramètres géométriques résultant du processus de perçage au laser. Cette recherche peut présenter un grand intérêt pour les fabricants de chambres de combustion, tels que les concepteurs de moteurs d’avion, dans le cadre du rejet ou de l’acceptation de ces composants. Dans la première partie de ce travail, une comparaison entre la tomographie à rayons X et l’analyse métallographique conventionnelle a été réalisée afin d’évaluer la précision des mesures d’angles et de diamètres. Les résultats expérimentaux ont permis de quantifier les écarts entre les deux méthodes, établissant des différences autour de 0.55° pour les angles et entre 47 et 72 μm pour les diamètres. La deuxième partie du travail s’est concentrée sur l’étude du mécanisme d’enlèvement de matière en fonction de l’énergie d’impulsion et du côté de perçage (métal vs céramique). L’analyse a démontré que le sens de perçage influence significativement l’expulsion de la matière, modifiant ainsi la géométrie des entrées et des sorties des trous ainsi que le volume des cavités formées avec des différences de plus de 33%. Enfin, la troisième partie a permis de caractériser l’impact des paramètres laser (angle de perçage, position focale et sens de perçage) sur le débit massique de refroidissement. Les essais réalisés sur un banc de test spécialisé ont montré des variations notables. En effet, une différence d’environ 20% du débit entre des perçages à 35° et 20°, une réduction de près de 35 % liée à un décalage focal de 7.6 mm par rapport à 0 mm, ainsi qu’un écart d’environ 25 % entre un perçage côté métallique et côté céramique. De plus, les surfaces d’entrée se sont révélées systématiquement plus larges que les surfaces de sortie, confirmant l’influence de l’angle de perçage sur la morphologie des trous. Cette recherche met en évidence l’efficacité de la tomographie par rayons X comme méthode rapide et fiable pour l’inspection de trous sub-millimétriques, réduisant le temps d’analyse de près de trois heures (méthodes conventionnelles) à moins d’une heure. Ces résultats ouvrent la voie à une optimisation plus approfondie des procédés de perçage laser appliqués aux systèmes de refroidissement avancés.

Date	19 déc. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vincent Demers (Directeur(-trice)) & Vladimir Brailovski (Codirecteur(-trice))