CT04. Les ondes ultrasonores

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1 CT04 Les ondes ultrasonores

2 INTRODUCTION I Introduction Méthode de contrôle qui consiste à transmettre des impulsions acoustiques de haute fréquence (les ultrasons) dans un matériau. Ces ondes se propagent dans le matériau suivant différents modes de propagation. La présence d'une discontinuité, sous le trajet les ultrasons, provoque la réflexion partielle des impulsions. Le signal réfléchi est recueilli par un transducteur ultrasonore.

3 INTRODUCTION I Introduction Il s agit d ondes mécaniques, donc induisant un déplacement de matière, dans un matériau fluide ou solide On envoie l onde : ce n est pas un phénomène d émission acoustique qui, lui, est passif. On manipulera plutôt des faisceaux que des ondes illimitées dans l espace (ondes planes) ainsi que des ondes impulsionnelles plutôt que des ondes monochromatiques

4 II Les types d ondes Dans les milieux solides, on considère la propagation d ondes suivants différents types de critères : polarisation domaine d'application milieux d'existence

5 II Les types d ondes 1) Polarisation Une caractéristique fondamentale est la direction de vibration : la Polarisation Longitudinales (fluides, solides) Transversales (solides) Quasi L ou T (milieux anisotropes)

6 II Les types d ondes 1) Polarisation Dans les fluides : une seule polarisation possible : OL

7 II Les types d ondes 1) Polarisation Dans les solides isotropes : deux polarisations possibles : OL et OT

8 II Les types d ondes 2) Quantités en jeu Les fréquences utilisées en Ultrasons vont du kilohertz khz (10 3 ) au gigahertz GHz (10 9 ) Domaines : 20kHz 500kHz 100MHz 500kHz : sifflets US, nettoyeurs 100MHz : CND par US 10GHz : microscopie US

9 II Les types d ondes 2) Quantités en jeu Les longueurs d onde restent limitée à des valeurs très faibles 5MHz 100MHz 2GHz eau 0.3mm 15µm 0.75µm acier 1.2mm 60µm 3µm Valeurs à prendre en considération lors de la détection de défauts

10 II Les types d ondes 2) Quantités en jeu Plusieurs paramètres relatifs à l onde sont d un grand interêt : déplacement de matière (=> trajectoires??) déformation du milieu contraintes (~Pa) ces quantités sont : saclaires vectorielles tensorielles

11 II Les types d ondes 3) Domaines d existence On distingue les ondes de Volume (OL, OT..) Onde Longitudinale : déplacement rectiligne parallèle à la direction de propagation C11 VL = ρ = ρ E( 1 σ ) ( 1+ σ )( 1 2σ )

12 II Les types d ondes 3) Domaines d existence On distingue les ondes de Volume (OL, OT..) Onde Transversale : déplacement rectiligne perpendiculaire à la direction de propagation C44 VT = ρ = 2ρ E ( 1+ σ )

13 II Les types d ondes 3) Domaines d existence..des ondes de Surface (Rayleigh, Lamb..) Onde de Rayleigh : déplacement elliptique parallèle à la direction de propagation V R V T σ σ

14 II Les types d ondes 3) Domaines d existence..des ondes de Surface (Rayleigh, Lamb..) V R V T σ σ

15 II Les types d ondes 3) Domaines d existence Autre présentations : ondes sismiques

16 Dans les fluides, les surfaces des lenteurs sont des sphères ==> des cercles dans le plan d incidence III Les surfaces des lenteurs 1) fluides

17 Dans les solides isotropes, les surfaces des lenteurs sont (aussi) des sphères ==> des cercles dans le plan d incidence III Les surfaces des lenteurs 2) solides iso

18 III Les surfaces des lenteurs 2) solides aniso Dans les solides anisotropes, les surfaces des lenteurs sont complexes ==> dans le plan d incidence également

19 Dans les solides anisotropes, les surfaces des lenteurs sont complexes ==> dans le plan d incidence également III Les surfaces des lenteurs 2) solides aniso

20 III Les surfaces des lenteurs 2) solides aniso Problèmes d interfaces plus complexes

21 IV Spécificités du contrôle par US Plusieurs caractéristiques sont à prendre en compte lors d un contrôle de CND couplage mécanique de la sonde avec la pièce à contrôler conversion de modes éventuels aux interfaces atténuation du milieu à considérer diffraction du faisceau d US diffusion des ondes dans le matériau

22 IV Spécificités CND US 1) couplant Les Ultrasons ne se propagent pas dans l air ==> nécéssité d un couplant entre la sonde et la pièce à contrôler Contrôle en immersion : eau

23 IV Spécificités CND US 1) couplant Les Ultrasons ne se propagent pas dans l air ==> nécéssité d un couplant entre la sonde et la pièce à contrôler Contrôle en immersion : eau Contrôle par contact : adhésion avec la pièce

24 IV Spécificités 2) conversion de modes Lors d un phénomène de réflexion/transmission, il peut apparaître des conversions de modes : OL ==> OT ou inversement

25 IV Spécificités 3) atténuation Au cours de sa propagation, le signal est, en général, soumis à une atténuation de son amplitude sur une distance d, l'amplitude diminue d'un facteur b : a 1 =ba 0 Si l'épaisseur double : a 2 =ba 1 =b 2 a 0 on a une progression géométrique de l'amplitude ==> donc une loi exponentielle : pour une épaisseur xd : a(x)=b x a 0 comme b x =exp(xln(b))=10 xlog(b) ==> a(x)=a 0 exp(xln(b))

26 IV Spécificités 3) atténuation Au cours de sa propagation, le signal est, en général, soumis à une atténuation de son amplitude En général, on exprimera souvent l'atténuation par des coefficients dépendant de b : α = - Ln(b) ou β = -20 log(b) ==> a(x) = a 0 e -αx = a (β/20)x α s'exprime en N/m ou N/cm et β en db/m ou db/cm

27 IV Spécificités 3) atténuation Au cours de sa propagation, le signal est, en général, soumis à une atténuation de son amplitude On aura donc : αx = Ln(a 0 /a(x)) et βx= 20 log(a 0 /a(x)) β (en db) = 8.68 α (en N)

28 IV Spécificités 3) atténuation Quelques valeurs d'attuénation caractéristiques pour les ondes longitudinales (en db/m) : acier 5 à 50 aluminium 1 à 5 eau 1 fonte 20 à 200 laiton 50 à 200 plexiglass 500