Guide Utilisateur des Techniques Alternatives au Ressuage et à la Magnétoscopie

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1 Guide Utilisateur des Techniques Alternatives au Ressuage et à la Magnétoscopie

2 Fiche thématique A01 Les techniques alternatives au ressuage et à la magnétoscopie Cette fiche liste les techniques qui peuvent être envisagées pour le remplacement du ressuage (PT) et de la magnétoscopie (MT) pour la détection de défauts débouchants ou très proches de la surface Le contrôle visuel (VT) ou par caméra C est la première des méthodes de CND. Simple et rapide elle peut se pratiquer à l œil nu ou avec l aide d outils optiques tels que loupe, endoscope, ou éclairages spécifiques. Elle présente toutefois l inconvénient d une faible productivité et d une subjectivité des résultats. Le remplacement de l œil par une caméra et un traitement automatique de l image est dans certains cas particuliers possible. Normes existantes : ISO 17637:2003 La radiographie (RT) La radiographie consiste à faire traverser par un rayonnement électromagnétique (rayons X ouγ), la matière à inspecter. Lors du passage à l intérieur de la pièce, une partie du rayonnement est absorbée par la matière, selon sa densité. Un film ou un détecteur numérique placé derrière la pièce permet d enregistrer le rayonnement traversant. On récupère ainsi une image, où les zones avec des défauts sont représentées par une variation locale de l intensité reçue. Certaines machines de radiographie sont équipées d une table tournante et d un logiciel permettant de reconstruire en 3D la position des défauts dans la pièce. Si la radiographie réussit à produire des images précises, fiables et interprétables, l utilisation de tels dispositifs reste complexe, en particulier à cause de la mise en place nécessaire de procédures de protection du personnel et de la faible productivité qui engendrent un coût de contrôle important. Normes existantes : De nombreuses normes et réglementations définissent les conditions d usage de cette technique Les courants de Foucault (ET) Cette méthode de CND consiste à créer un champ magnétique variable à l aide d une bobine au voisinage de la surface à étudier. Ce champ magnétique induit des courants (Courants de Foucault) dans le matériau qui doit être un conducteur électrique. En présence d une anomalie dans la pièce contrôlée, ces courants vont être modifiés, entraînant ainsi une variation de l'impédance apparente de la bobine qui dépend de la nature de l'anomalie et de sa dimension volumique. Le contrôle par Courants de Foucault est très apprécié du fait de ses possibilités diverses offertes par la sensibilité de détection et l automatisation aisée de la méthode. L utilisation de capteurs type multiéléments permet un gain de temps appréciable en terme de rapidité et fiabilité d inspection. Normes existantes : ISO 12718:2008 ISO 15549:2008 ISO :2008

3 Les techniques alternatives au ressuage et à la magnétoscopie Fiche thématique A01 Les ultrasons (UT) à ondes de surface Les ondes de surface (aussi dites ondes de Rayleigh) ont la particularité de se propager à la surface en suivant le profil de la pièce sans pénétration dans celle-ci. Elles sont donc adaptées à la détection de défauts de surface, y compris des défauts de petite taille. Les défauts se matérialisent pas la présence d un écho sur le Ascan. Ces ondes peuvent être générées par transducteur piezo-électrique ou EMAT et également par laser. La thermographie infrarouge La thermographie infrarouge fait partie des méthodes de contrôle non destructif sans contact. Elle est basée sur la mesure très fine de la cartographie de température de surface de la pièce et de son évolution dans le temps. Pour révéler des défauts internes (ou débouchants) on doit appliquer à la pièce une sollicitation transitoire qui peut être de type thermique (échauffement par lampe, par induction, par balayage d un laser) ou mécanique ( excitation vibratoire ou ultrasonique). La présence d un défaut va modifier localement la propagation de l onde thermique dans la pièce et se traduire par une variation locale de la température de surface. Pour améliorer la sensibilité de la méthode, il est possible de synchroniser l excitation avec l acquisition des images. On parle alors de «Lock-in Thermographie). La résonance acoustique (ART) Cette technique consiste à exciter la pièce à contrôler au niveau vibratoire (choc ou balayage en fréquence) et à enregistrer les fréquences de résonance. La présence de défauts éventuels est de nature à induire des modifications du spectre de la réponse vibratoire de la pièce. Cette méthode permet le contrôle en une mesure de toute la pièce même si les formes sont complexes et autorise la mise en œuvre de méthodes sans contact (excitation par induction, mesure laser ou par microphone).

4 Généralités Fiche thématique A01 Comparatif succinct Technique Rapidité Coût matériel Fiabilité Points clés de mise en oeuvre Contrôle visuel **** **** ** Les performances de la technique sont dépendantes de l opérateur Radiographie ** * **** Résolution / taille des défauts Courants de Foucault US ondes de surfaces **** ** **** Géométrie pièce **** ** **** Résolution Thermographie **** * **** Mise en oeuvre Résonance acoustique **** ** *** Mise en œuvre Note : Le nombre d étoiles indique la principale plus value de la technique : * Faible intérêt ** Acceptable *** Grand Intérêt **** Très performant

5 Fiche thématique A02 Les ultrasons à ondes guidées Cette fiche décrit le principe de génération et de détection d ondes guidées et sa mise en œuvre dans le cas de la détection de défauts de surface Différents types d ondes ultrasonores Les ondes ultrasonores sont depuis longtemps utilisées pour la détection de défauts d épaisseur ou de défauts internes dans les matériaux. Traditionnellement les ondes utilisées sont de type volumiques c est-à-dire qu elles pénètrent en profondeur dans la pièce. Dans certaines conditions spécifiques (pièces de faible épaisseur, transducteurs de forme particulière) des ondes guidées par la (les) surface(s) de la pièce peuvent être générées. On distingue deux types d ondes : - Les ondes de Lamb : Ces ondes apparaissent dans les pièces de faible épaisseur (plaques, tubes). Elles génèrent une déformation dans toute l épaisseur du matériau et peuvent se propager sur de grandes distances - Les ondes de Rayleigh : Aussi appelées ondes de surfaces, ces ondes génèrent une déformation du matériau qui reste en surface (déformation limitée à une très faible profondeur). Elles se propagent en suivant la surface de la pièce. Exemple d ondes de Lamb Ondes de Rayleigh Laser impulsionnel pour génération d ondes de surface La génération d ondes guidées Plusieurs types de transducteurs permettent de générer des ondes guidées : - Transducteurs piézoélectriques : en utilisant des transducteurs piézoélectriques à angle variable ou une matrice de transducteurs BF. - EMAT : En utilisant un transducteur électromagnétique de type bobine couplé à une aimant permanent (transducteur «EMAT») placé au voisinage de la surface ; ou encore de type feuillard collé sur la surface (transducteur magnétostrictif). - Laser : Un laser impulsionnel permet de créer un échauffement local pendant un temps très court, ce qui génère des ondes de volume et des ondes de surface. La principale difficulté dans l utilisation des ondes guidées est la maîtrise des ondes générées dans le matériau. La configuration de l impact laser permet de privilégier le type d onde US émis ainsi que leur direction de propagation. La modélisation de l ensemble «transducteur / matériau à contrôler» peut s avérer utile dans la mise en œuvre de ce type de procédé. Transducteur piezo monté sur un «coin»

6 Les ultrasons à ondes guidées Fiche thématique A02 Exemples d applications Le premier type d application qui a été largement étudié concerne les structures longilignes (pipes, câbles, profilés, pipelines, rails,..), dans lesquelles il est aisé de générer des ondes de Lamb à partir de transducteurs collés. Il est ainsi possible, à partir d un nombre de points de mesure limité, de contrôler sur de longues distances des défauts de type corrosion ou variations de section. Une bonne connaissance de la structure testée est toutefois nécessaire, toute variation géométrique (fixations, connections vers des éléments externes) pouvant générer des échos. Une autre application faisant l objet d études plus récentes concerne la détection de défauts de surface de type fissures. Dans ce cas des ondes de Rayleigh sont générées par laser ou transducteur piézoélectrique. L interaction de l onde avec le défaut va se traduire à la fois par une perte d amplitude de l onde incidente et l apparition d une onde de surface réfléchie. L analyse de ces signaux permet à la fois d estimer la taille du défaut et sa position. Exemple de montage de transducteur magnétostrictif sur pipeline Système développé par le SWRI

7 Fiche thématique A03 La thermographie infrarouge Cette fiche décrit la thermographie et sa mise en œuvre dans le cas de la détection de défauts débouchants ou non Principe général de fonctionnement Le domaine de l infrarouge comprend les rayonnements invisibles à l œil dont la longueur d onde est comprise entre 0.8 µm à 13 µm. Les caméras infrarouges permettent de visualiser ce rayonnement émis naturellement par toutes surfaces et qui est fonction de la température de cette surface. La thermographie infrarouge est une technique de contrôle non destructif utilisant l image du rayonnement thermique émis par la surface de la pièce que l on souhaite contrôler. Elle est basée sur la corrélation entre la présence d un défaut (fissure, délaminage) et une variation locale du rayonnement de la surface, le défaut pouvant être considéré comme un obstacle au flux thermique. On distingue plusieurs variantes de mise en œuvre de la technique, selon la méthode d excitation de la pièce. Le chauffage par induction Le principe est d échauffer la pièce (localement ou en totalité) à l aide d un inducteur pendant une durée limitée, de façon à créer une onde de chaleur qui se propage dans le matériau. Un défaut matière peut être considéré comme une hétérogénéité qui va perturber la propagation de cette onde de chaleur et ainsi générer un différentiel de température à la surface du matériau, qui sera visible sur l image thermographique. La forme de l inducteur devra nécessairement être adaptée à la forme de la pièce à contrôler. D autre part, un traitement de l image thermographique peut être utile pour améliorer la détectabilité des défauts. Fissure : excitation par induction L excitation par ultrasons Dans cette méthode aussi appelée «vibrothermographie», on excite la pièce par une sonde à ultrasons, qui va générer au sein du matériau, un flux continu d ondes ultrasonores. La propagation de ces ondes va être perturbée par la présence d un défaut qui va alors se comporter d un point de vue thermique comme une source de chaleur et sera visible sur l image thermographique de la pièce. Rapide et relativement simple à mettre en œuvre, la méthode nécessite toutefois un contact avec la sonotrode d excitation et une énergie ultrasonore suffisante. Elle est plutôt adaptée à la détection globale de défauts débouchants et souscutanés de type fissure.

8 La thermographie infrarouge Fiche thématique A03 Le chauffage par rayonnement optique Une méthode d excitation simple et sans contact consiste à utiliser une lampe halogène ou infrarouge, dont le rayonnement thermique va se transmettre à la surface à contrôler et élever la température de celle-ci. La caméra thermique va permettre d enregistrer l évolution de température de la surface de la pièce en fonction du temps. Une hétérogénéité (défaut) du matériau correspond à une singularité d un point de vue thermique (en absorption, émission ou conduction d un flux thermique) et générer une indication sur l image thermographique. On distingue deux approches d excitation : - Excitation d une durée limitée : On va ici chauffer la pièce pendant un temps limité (de quelques secondes à quelques minutes avec une source continu, quelques millisecondes dans le cas d une source flash) et observer l évolution de température pendant et surtout après le chauffage. - Excitation continue périodique : La lampe de chauffage est dans ce cas pilotée avec un signal sinus, l enregistrement de la caméra étant synchronisé avec cette excitation. Cette méthode appelée aussi lock-in thermographie permet d accéder à de très faibles variations du rayonnement de la surface. Dans le deux cas un traitement spécifique des images doit être réalisé pour obtenir une image lisible. Fissure : excitation par lampe flash

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