NOUVELLE SOLUTION POUR LE CONTRÔLE DES TUBES ET DE LA FISSURATION

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1 AVIS D EXPERTS CND COURANTS DE FOUCAULT MULTIÉLÉMENTS NOUVELLE SOLUTION POUR LE CONTRÔLE DES TUBES ET DE LA FISSURATION Lorsqu il s agit de contrôler des tubes d un condenseur ou tout autre faisceau tubulaire, en maintenance, on pense tout de suite aux Courants de Foucault. La méthode habituellement utilisée met en œuvre des sondes à bobinages axiaux (sonde SAX) qui donnent généralement de très bons résultats pour la plupart des défauts recherchés. Lorsque l on recherche de la fissuration, on pense plutôt à une sonde tournante, mais cette technique est plus délicate à mettre en œuvre en termes de temps d inspection et maîtrise des outils d analyse. Implicitement les coûts d intervention sont beaucoup plus élevés qu en sonde SAX. Pour répondre à ces différents besoins, il existe aujourd hui une autre solution en Courants de Foucault avec la technologie des multiéléments. Michel MACÉ Référent technique END-ET/PSC Industrie CEGELEC NDT PSC Industrie Ce document présente ici une évaluation de performances de ce procédé réalisé par Cegelec NDT, sur des tubes en titane de faible épaisseur (0,5mm). Pour cela certains objectifs sont fixés, notamment : - détecter des fissures quelles que soient leurs orientations : longitudinales ou circonférentielles ; - diagnostiquer rapidement la présence ou non de fissures affectant plus de 50 % de l épaisseur des tubes ; - détecter de telles fissures dans la zone de transition du dudgeonnage (figure 1) ; - conserver les capacités de détection de la sonde SAX ; - réaliser le contrôle avec un temps d exploration comparable à celui du contrôle en sonde SAX. FIGURE 1 : Configuration des tubes à contrôler. 2 bobinages traditionnels 2 rangées de capteurs produisent : 24 canaux circonférentiels 48 canaux axiaux. FIGURE 2 Matériel d essais Les essais sont réalisés sur des échantillons de tubes en titane de diamètre 19 mm x 0,5 mm sur lesquels sont implantés des défauts artificiels réalisés par électroérosion. L équipement Courants de Foucault est une fourniture Eddyfi NDT Inc, l appareil CF est un Ectane, la sonde de type DefHi, l ensemble est piloté avec le logiciel Magnifi. On utilise un dispositif mécanique pour l entraînement de la sonde, la vitesse de déplacement de la sonde est limitée à 250 mm/s, compte tenu de la faible longueur des maquettes (200 à 300 mm). La sonde (figure 2) ne dispose pas de PAGE 6

2 implantées en partie courante et dans les zones expansées (figure 5). Elles ont : - une orientation, soit longitudinale (parallèle à l axe du tube) avec une longueur de 5 à 10 mm ; soit circonférentielle (perpendiculaire à l axe du tube) avec une étendue angulaire de 45 à 180, - des profondeurs de 20 à 100% de l épaisseur du tube, - une origine interne ou externe a la paroi. multiplexeur, celui-ci est intégré dans l appareil CF. Les bobinages fonctionnent en mode émetteur-récepteur, leur disposition permet une détection des défauts quels que soient leurs orientations comme le montre la figure 3. Paramètres d essais FIGURE 4 : Contextes temporels. Maquettes d essais FIGURE 3 : Mode émetteur-récepteur. La couverture électromagnétique de la zone d examen (360 de la circonférence du tube) est assurée par un balayage temporel, le principe est présenté en figure 4. Ceci pendant que la sonde est animée d un mouvement de translation. L utilisation de bobines ovales augmente la résolution de la sonde sur les 2 axes. Sur l axe circonférentiel, même si la sonde génère deux fois moins de canaux que sur l axe axial, l uniformité de la sensibilité est conservée grâce à un recouvrement de près de 50% entre les canaux adjacents. Ce recouvrement est assuré grâce aux deux bobines inactives entre l émetteur et le récepteur et le saut d une seule bobine entre chaque contexte temporel. Pour les essais on dispose : - de tubes de référence avec des défauts de référence qui sont utilisés pour la calibration des différents canaux (bobines axiales traditionnelles, capteurs axiaux, capteurs circonférentiels), ce sont des gorges circulaires d origine interne et externe de profondeur 10 à 30 % de l épaisseur, des trous diamètre 1 mm 100% de l épaisseur ; - d échantillons de tubes de faibles longueurs (200 à 300 mm) qui comportent des expansions (de longueur 20 mm) dont le but est de simuler le dudgeonnage. Un échantillon de plaque en acier de 25 mm de largeur (non serti) vient coulisser sur les tubes pour assurer différentes situations de positionnement. Sur ces maquettes des entailles de largeur 0,2 mm sont usinées, elles sont Pour ces essais le choix des fréquences injectées dans la sonde est déterminé en fonction des caractéristiques des tubes (matériau, diamètre épaisseur), des objectifs et des caractéristiques de la sonde (rapport signal/bruit). Dans le cas présent 3 fréquences sont injectées dans la sonde : 400, 250 et 100 khz. Des essais préliminaires expérimentaux montrent que le déphasage des signaux obtenus à 400 khz (F1 sur les vues en figure 6) répond aux attentes (discrimination des signaux de plaque, des signaux degorgeinterneetdegorgeexternedeprofondeurs 10 % de l épaisseur. La fréquence de quadrature (F90 ) qui est de 600 khz n est pas exploitée dans le cadre de ces essais, mais il est tout à fait possible de l utiliser en SAX pour effectuer, par exemple, un suivi d indications relevées lors d un contrôle antérieur. FIGURE 5 : Exemple de défauts et positionnements / plaque. PAGE 7

3 FIGURE 6 : Déphasage à 400 khz signaux SAX. On utilise également ce phénomène de déphasage pour calibrer les canaux multiéléments. Les signaux obtenus étant de type absolu on positionne le signal de l expansion sur l axe X, de cette manière les signaux des défauts recherchés ont une composante principale en Y +, un signal de plaque a une composante principale en Y-. FIGURE 7 : Représentations en base de temps et C-scan des différents capteurs. Les représentations en C-Scan (figure 7) sont alors construites avec les projections Y des signaux CF. Le réglage de la palette de couleur est effectué en fonction du niveau de sensibilité souhaité. Représentations La vue ci-contre (figure 8) représente le passage de la sonde dans les 3 tubes de référence assemblés bout à bout. Un des C-scan affiche les signaux issus des canaux axiaux, l autre celui des signaux des canaux circonférentiels. Nota : les tubes 2 et 3 sont habituellement utilisés pour les réglages des bobinages SAX traditionnels Dans ces conditions de réglages, on note que : - l expansion n est pas visible (c est le but des réglages) ; - 2 tubes mis bouts à bouts génèrent un signal de très grande amplitude (signal saturé qui a tout d abord une composante importante en Y+ et une forme caractéristique de repli en en Y- FIGURE 8 : Tubes de références. apparaissant alternativement en rouge et en bleu sur le C-scan des circonf.) ; - les entailles longitudinales externes de profondeur 20 % épaisseur (ép.) ne sont pas détectées sur le canal circonf. et tous justes perceptibles sur le canal Axial ; - la plaque a une composante Y- et apparaît donc en bleu ; - la gorge circonf. externe de 20 % ép. est détectée ; - la gorge circonf. interne de 10 % ép. est faiblement mise en évidence ; - les 4 trous phi 1 mm sont bien détectés individuellement. On notera que la représentation des gorges de profondeur 10 et 20 % ép. n est pas homogène sur les 360, après vérification il s avère que l usinage n a pas une profondeur constante sur la circonférence du fait d une légère ovalisation du tube. Ce qui met en évidence une des performances intéressantes du procédé. PAGE 8

4 FIGURE 10 : Entailles en zone expansée (sans plaque) maquette. FIGURE 9 : Entailles en partie courante. Résultats obtenus Les entailles externes en partie courante du tube (hors zone expansée) sont toutes détectées (figure 9), y compris l entaille circonf externe de profondeur 50 % d ép. et 90 d ouverture. En zone expansée (sans plaque) on détecte bien (figure 10) les entailles externes longitudinale et circonférentielle de profondeur 50 % ép. Ici en partie basse de cette vue 2 tubes sont mis bout à bout, la zone de jonction apparaît clairement sur le C-scan Circonf. À gauche de la vue, le signal CF issu de la bobine traditionnel ne permet pas de dissocier les différents événements. Sur cette vue (figure 11) correspondant à deux maquettes assemblées bout à bout, on détecte l ensemble des entailles internes et externes positionnées dans les expansions (hors plaques). Sur les vues pages suivantes (figures 12 à 15) un échantillon de plaque en acier est positionné alternativement sur chacune des expansions comportant une entaille externe de profondeur 50 % ép., on constate alors que : - l entaille externe longitudinale de 50 % ép. n est plus détectée ou du moins que le signal résultant n est plus dans le critère de couleur attendue (figure 12), PAGE 9 FIGURE 11 : Entailles internes 70 % et externes 50 % et 70 % ép.. - l entaille externe circonférentielle de 50 % ép. est bien détectée avec toutefois une certaine atténuation (figure 13). Dans les mêmes conditions (avec plaque) la détection d entailles de 70 % ép. ne pose pas de problème (figures 14 et 15). Conclusions Le procédé mis en œuvre permet d atteindre les objectifs fixés : - les entailles électroérodées de 0,2 mm de largeur et d orientation longitudinale ou circonférentielle sont mises en évidence ce qui laisse présager la détection de fissures de mêmes orientations ; - le diagnostic de l état des tubes est rapide grâce aux représentations C-scan, ce qui permet de se prononcer sur la présence ou non de fissures ceci sans avoir recours à des outils d analyse plus complexe ; - en partie courante du tube, les défauts de profondeur 50 % d épaisseur apparaissent clairement, quelles que soient leurs origines (internes ou externes). Dans l environnement de la plaque à tubes, au niveau du dudgeonnage le niveau de sensibilité est inférieur, de l ordre de 70 % d épaisseur ; - la sonde comporte des bobinages axiaux traditionnels, il est donc possible d exploiter les signaux de manière conventionnelle et de comparer les

5 FIGURE 12 : Plaque/expansion / longi ext 50 % ép. FIGURE 13 : Plaque/expansion / circonf ext 50 % ép. FIGURE 14 : Plaque/expansion /longi int 70 % ép. FIGURE 15 : Plaque/expansion /circonf int 70 % ép. résultats obtenus à ceux de contrôles antérieurs. Le logiciel utilisé permet de recaler temporellement les signaux des différents capteurs ce qui permet de positionner correctement les indications détectées sur la longueur du tube, par rapport aux événements existants : bord de plaque, variation dimensionnelle. - le temps d exploration est relativement rapide, lors de ces essais le contrôle a été réalisé à la vitesse de 250 mm/s. On pourrait envisager une vitesse plus rapide en partie courante du tube. Par contre il semble important d avoir une vitesse stable et un guidage de la sonde en extrémité de tube pour obtenir une image propre, reproductible et donc interprétable. Ces essais démontrent qu il y a là une solution intéressante pour une problématique donnée et dans un cadre industriel habituel. Il est possible d aller plus loin dans le domaine de l expertise et de la caractérisation des défauts grâce aux possibilités offertes par l équipement testé (traitements des signaux, outils de mesure) et cela fait partie de futurs objectifs de Cegelec NDT PAGE 10