JOURNEE TECHNIQUE AFIAP du 15 Mai 2014

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1 JOURNEE TECHNIQUE AFIAP du 15 Mai 2014 Introduction des méthodes CND innovantes au service de la Catherine HERVE; Henri WALASZEK; Mohammed CHERFAOUI CETIM Page 1

2 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées L émission acoustique La thermographie IR Page 2

3 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées L émission acoustique La thermographie IR Page 3

4 L intérêt des contrôles non destructifs pour les ESP Le plus couramment : Détection de défauts, hétérogénéités dans la matière Positionnement des défauts Dimensionnement des défauts Mesure de perte d épaisseur Parfois, caractérisation : Détermination de caractéristiques mécaniques Contrôle de contraintes Profondeur de traitement Page 4

5 Notion de défaut en contrôles non destructifs Définition normalisée : Les contrôles non destructif détectent des «indications» Les indications sont qualifiées en défaut en relation avec les critères d acceptation (codes, normes..) Page 5

6 Les types de défauts recherchés sur produits métalliques Elaboration Retassures, soufflures, inclusions, ségrégations, structure en bande, criques, inclusions Transformation Replis, criques, dédoublures, grossissement de grain, brûlure Fabrication : traitement, usinage, soudage Défaut géométrique, manque de pénétration, tapure, contraintes, décarburation, écrouissage, criques, soufflure, retassures, inclusions, collage, Fonctionnement Usure, corrosion, abrasion, fatigue, déformation, rupture Page 6

7 Application des contrôles non destructifs pour les ESP Quand? En cours de fabrication, en fin de production Durant la vie du composant Maintenance préventive Maintenance curative (réparation) En appui à l analyse de défaillance Page 7

8 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées L émission acoustique La thermographie IR Page 8

9 Les méthodes de CND innovantes Quelles évolutions? Évolution des électroniques Évolution de la micro-informatique Ondes guidées Emission Acoustique Intégration des technologies médicales : Évolution des capteurs: techniques multiéléments Développement de l imagerie US multiéléments TOFD Thermographie IR Tomographie Page 9

10 Maintenance Industrielle et CND rapidité des CND Quels besoins? Quels enjeux? Quels challenges? Facilité de mise en œuvre des CND Globalité des CND Page 10

11 Les méthodes de CND innovantes: Quelles évolutions? Évolution des électroniques Évolution de la micro-informatique Ondes guidées Emission Acoustique Méthodes globales Intégration des technologies médicales : Évolution des capteurs: techniques multiéléments Développement de l imagerie US multiéléments TOFD Thermographie IR Tomographie Méthodes alternatives à la RX Page 11

12 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées La thermographie IR L émission acoustique Page 12

13 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore TOFD trans mitte r 1 3 rece iver Image TOFD Wall thickn ess Image radio Méthode normalisée Page 13

14 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore TOFD Contrôle soudure en X Comparaison TOFD/RX Fissures en surface (bord de cordon) Bscan - TOFD Radiographie X Page 14

15 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore TOFD Contrôle soudure en V Comparaison TOFD/RX porosités Bscan - TOFD Radiographie X Page 15

16 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore TOFD Contrôle par cartographie TOFD sur structure chaudronnée Le TOFD utilise deux traducteurs placés symétriquement par rapport au cordon de soudure. Déplacement des traducteurs parallèlement à la soudure : création d une cartographie : B Scan Détection et dimensionnement de défauts Mise en regard avec les critères d acceptation, décision de prélèvement Page 16

17 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore TOFD Contrôle US TOFD de corrosion de canalisation de refroidissement d un tunnel Transmitting probe Conventional ultrasonic probe Receiving probe Incident beam No reflection Diffracted beam pitting Avantages de la méthode TOFD /US traditionnels Page 17

18 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore TOFD Maintenance préventive: Contrôle des conduites d Eurotunnel Contrôle sur site Sécurisation et fiabilisation des conduites inspectées Page 18

19 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore TOFD Avantages: imagerie rapide, traçabilité, portabilité Limitations: taille du capteur Page 19

20 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées L émission acoustique La thermographie IR Page 20

21 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore multiéléments Principe Plusieurs éléments piézoélectriques pilotables indépendamment Génération de lois de retard pour l excitation des éléments Balayage électronique Focalisation électronique Evolution des ultrasons: Imagerie ultrasonore multiéléments Avantages Rapidité grâce au balayage Traçabilité grâce aux sauvegardes Facilité d exploitation grâce à l imagerie Défectologie Page 21

22 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore multiéléments Rayons X Acier carbone épaisseur 35 mm Normalisation Européenne en cours Défectologie Page 22

23 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore multiéléments Mesure d épaisseur par ultrasons sur site Page 23

24 Les méthodes alternatives à la Radiographie Le contrôle Ultrasonore multiéléments Profils d épaisseur par ultrasons multiéléments sur paroi de composant Mesure d épaisseur Page 24

25 Remplacement de la radiographie par des méthodes alternatives : autres documents existants Page 25

26 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées L émission acoustique La thermographie IR Page 26

27 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Principe de fonctionnement Modes de propagation Longitudinal (L) Torsion (T) Flexion (F) Sens de propagation des ondes Mesure d épaisseur Page 27

28 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Principe de fonctionnement Modes de propagation Une réflexion a lieu lorsque l onde rencontre une variation de section Soudure Support Piquage Perte d épaisseur Corrosion/Erosion interne Support soudé Corrosion externe Page 28

29 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Schématisation des signaux Sonde ondes guidées Bride Soudure Perte de métal Perte de métal Amplitude - A-scan Mode symétrique Mode de flexion vertical Mode de flexion horizontal Mode symétrique Distance Page 29

30 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Focalisation avec systèmes multiéléments Permet de concentrer l énergie sur une zone particulière Augmentation de la sensibilité Informations sur positionnement et taille du défaut Importance des modes asymétriques Teletest Source TWI Page 30

31 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Passage sous routes, rivières et voies ferrées, ponts Tube de centrales thermiques, usines pétrochimiques, raffineries.. Diamètres 1-72 Températures de -40 à 120 C Page 31

32 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Ex : tubes d échangeurs Source SWRI Source SWRI Page 32

33 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Points forts Gain de temps Possibilité de contrôler en service Facilité d installation Mise en œuvre du contrôle très rapide Contrôle des zones inaccessibles Echafaudages non nécessaires Limitation du nombre d excavations Seule une petite section doit être décalorifugée Page 33

34 Limitations Contrôle qualitatif Étalonnage dépendant de la qualité des soudures Catégorisation des indications - % de perte de section Deuxième méthode de contrôle nécessaire pour valider et caractériser les indications Interprétation complexe Distorsion du signal en cas de géométrie complexe Dispersion des signaux Faisabilité pas toujours prévisible Atténuation due à la fuite d énergie dans le revêtement ou contenu Géométrie complexe Les méthodes globales Les Ondes Guidées Page 34

35 Les méthodes globales Les Ondes Guidées Illustration de l influence du revêtement Tube nu Revêtement PE Teletest Page 35

36 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées L émission acoustique La thermographie IR Page 36

37 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Principe de l Emission Acoustique (EA) capteur Preamplificateur Détection Enregistrement Analyse Evaluation Paramètres d EA Page 37

38 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Exemple : Apport des CND au diagnostic global Maintenance préventive CND Maintenance curative CND+ analyse métallographiques Durée de vie Calculs+ réparations Sphère de stockage de gaz Volume: m 3 Année de construction: 1985 Page 38

39 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique EA réalisée sur une Epreuve Hydraulique à 22.5 bar Vérifications préliminaires Vérification de la localisation sur pied de sphère Vérification de la localisation sur portion de soudure circulaire Mise en évidence de zones émissives - Identification - Analyse - Caractérisation Page 39

40 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Mise en évidence de régions émissives localisées - Repérage physique sur l ESP Page 40

41 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique CND complémentaires sur les régions émissives - UT - TOFD pour les soudures circulaires ou verticales (bout à bout) -UT classiques pour piquages, trous d homme, - Magnéto ou ressuage - Radio sur certaines zones Page 41

42 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Analyse des indications avec recherche d antécédents pour enrichir le diagnostic. Exemple de la région «K» - Détection et dimensionnement de 3 défauts internes - Radiographie mettant en évidence des indications acceptables - Analyse des radio initiales : indications déjà présentes Pas d évolution significative Page 42

43 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Analyses métallurgiques répliques métallurgiques sur certaines indications pour confirmer la morphologie des défauts débouchant et vérifier l état métallurgique autour. Page 43

44 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Analyses métallurgiques Un prélèvement «type barquette» a été réalisé sur une indication particulière Page 44

45 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Analyses métallurgiques Ouverture Analyses et examens labo Coupe transverse Fractographie Page 45

46 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Analyses métallurgiques Présence d une fissure débouchante peu profonde et d un défaut interne (Pr = 10 mm) manque de fusion Confirmation des CND Pas d évolution sensible des indications Page 46

47 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Calculs et durée de vie La détermination de la durée de vie résiduelle d un ESP présentant des défauts plans suppose la connaissance : - de la position et de la géométrie des défauts plans mesurés, - du champ de contraintes principales dans la zone de localisation des défauts - de la caractéristique mécanique du matériau vis à vis de la propagation de fissures. Logiciel utilisé : CETIM SECURE développé sur la base de l API RP 579 fitness for service Page 47

48 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Calculs et durée de vie Défaut K : pas de danger particulier, compte tenu du nombre minimum de cycles résiduels calculés Page 48

49 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Recommandations de réparation Calcul de durée de vie maintien de la sphère en service. Nécessité de réparer - Les régions contenant des indications de surface Meulage ou affouillement + rechargement - Le prélèvement «barquette» affouillement + rechargement Rédaction d une procédure de réparations Page 49

50 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Suivi des réparations Réalisation des meulages des indications de surface peu profondes Rechargement par soudage des zones plus profondes et du prélèvement. Soudure terminée brute de soudage Maintien du préchauffage entre passe Page 50

51 Les méthodes globales Le contrôle par émission acoustique Contrôles après réparations Contrôles réalisés par les CND classiques. Quelques petites indications linéaires très superficielles éliminées par meulage. Validation des réparations Mise en place d un plan de contrôle périodique de la sphère Page 51

52 Plan de la présentation Les méthodes CND appliquées aux ESP: Contexte Les méthodes CND innovantes dans la Les méthodes alternatives à la radiographie : Le contrôle ultrasonore TOFD Le contrôle ultrasonore multiéléments Les méthodes globales Les Ondes guidées L émission acoustique La thermographie IR Page 52

53 Les méthodes globales La thermographie infrarouge active Lampes halogènes Lampes flashs Courants de Foucault Page 53

54 Les méthodes globales La thermographie infrarouge active Détection de corrosion interne sur tuyauterie Détection des zones corrodées Page 54

55 Merci de votre attention Des questions? Page 55

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