Détection de fissures situées dans des matériaux métalliques par radiométrie photothermique

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1 Détection de fissures situées dans des matériaux métalliques par radiométrie photothermique Journée SFT «Modélisation thermique et traitement des matériaux» Le Creusot 24 janvier 2008 Par Jean Luc Bodnar et Jean Charles Candoré Laboratoire d Energétique et d Optique, UFR Sciences Exactes et Naturelles, BP 1039, Reims cedex 02 1

2 Sommaire Introduction Principe de la radiométrie photothermique Présentation des dispositifs de radiométrie photothermique utilisés Les effets thermo physiques induits par une fissure Approche de la détection de fissures situées dans des tubes de générateurs de vapeur de centrale nucléaire Détection de fissures situées dans une porte d automobile Détection de fissure située dans d autres types de matériaux Détection de fissure située dans une potiche ovoïde du Musée National de la Céramique de Sèvres. Détection de fissures situées dans des isolateurs en porcelaine de caténaires Approche de la caractérisation dimensionnelle de fissures débouchantes par radiométrie photothermique 2 Conclusion

3 Introduction Soudage Traitements thermiques Vieillissement des matériaux. => Apparition de fissures => Développement de techniques de contrôle non destructif pour les détecter, voire même les caractériser => Développement de l une de ces techniques de contrôle non destructif : La radiométrie photothermique 3

4 Principe de la radiométrie photothermique 4

5 5

6 Présentation des dispositifs de thermographie photothermique utilisés 6

7 7

8 8

9 9

10 10

11 11

12 12

13 13

14 14

15 15

16 Les effets thermo physiques induits par une fissure 16

17 Cas d une fissure débouchante 17

18 Cas d une fissure non débouchante 18

19 Approche de la détection de fissures situées dans des tubes de générateurs de vapeur de centrale nucléaire 19

20 Analyse d un échantillon sain par thermographie photothermique sous excitation de type «flying spot» 20

21 Structure de l échantillon étudié 21

22 Résultat théoriquement attendu (codage en «fausses couleurs 22»)

23 Résultat théoriquement attendu (vue 3D) 23

24 Résultat expérimental obtenu (codage en «fausses couleurs») 24

25 Analyse d un échantillon fissuré présentant une fissure débouchante et un état de surface spéculaire par thermographie photothermique sous excitation de type «flying spot» 25

26 Structure de l échantillon étudié 26

27 Résultat théoriquement attendu (codage en «fausses couleurs 27»)

28 Résultat théoriquement attendu (vue 3D) 28

29 Résultat expérimental obtenu (codage en «fausses couleurs») 29

30 Résultat expérimental obtenu (vue 3D) 30

31 Analyse d un échantillon fissuré présentant une fissure débouchante et une surface recouverte de peinture polyuréthane noire par thermographie photothermique sous excitation de type «flying spot» 31

32 Structure de l échantillon étudié 32

33 Résultat théoriquement attendu (codage en «fausses couleurs 33»)

34 Résultat théoriquement attendu (vue 3D) 34

35 Résultat expérimental obtenu (codage en «fausses couleurs») 35

36 Résultat expérimental obtenu (vue 3D) 36

37 Analyse d un échantillon fissuré présentant une fissure non débouchante et une surface recouverte de peinture polyuréthane noire par thermographie photothermique sous excitation de type «flying spot» 37

38 Structure de l échantillon étudié 38

39 Résultat théoriquement attendu (codage en «fausses couleurs 39»)

40 Résultat théoriquement attendu (vue 3D) 40

41 Résultat expérimental obtenu (codage en «fausses couleurs») 41

42 Résultat expérimental obtenu (vue 3D) 42

43 Détection de fissure par radiométrie photothermique sinusoïdale 43

44 Analyse d un échantillon fissuré présentant une fissure débouchante et un état de surface spéculaire par thermographie photothermique sous excitation de type sinusoïdale 44

45 Résultat expérimental obtenu (Amplitude, vue 3D) 45

46 Résultat expérimental obtenu (Phase, vue 3D) 46

47 Analyse d un échantillon fissuré présentant une fissure non débouchante et une surface recouverte de peinture polyuréthane noire par thermographie photothermique sous excitation de type sinusoïdale 47

48 Résultat expérimental obtenu (Amplitude, vue 3D) 48

49 Résultat expérimental obtenu (Phase, vue 3D) 49

50 Détection de fissure par radiométrie photothermique aléatoire 50

51 Analyse d un échantillon fissuré présentant une fissure non débouchante et une surface recouverte de peinture polyuréthane noire par thermographie photothermique sous excitation de type aléatoire 51

52 Résultat expérimental obtenu (Amplitude, codage «fausses couleurs») 52

53 Résultat expérimental obtenu (Phase, codage «fausses couleurs») 53

54 Détection de fissures situées dans une porte d automobile 54

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56 56

57 57

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60 Détection de fissure située dans une potiche ovoïde (MNC 7235, 1883) du Musée National de la Céramique de Sèvres. 60

61 61

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67 Détection de fissures situées dans des isolateurs en porcelaine de caténaires 67

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70 Approche de la caractérisation dimensionnelle de fissures débouchantes par thermographie photothermique 70

71 La fonction d étalement d une ligne du dispositif de thermographie photothermique associé à une excitation de type «flying spot 71»

72 Le modèle photothermique utilisé 72

73 Exemple de mesure de la largeur d une fissure débouchante dans un matériau à surface spéculaire 73

74 Exemple de résultats obtenus lors de la caractérisation dimensionnelle de fissures débouchantes dans un matériau à surface spéculaire 74

75 Exemple de signaux photothermiques obtenus lors de l étude de fissures débouchantes dans un matériau à surface spéculaire 75 présentant des largeurs différentes

76 Exemple de résultats obtenus lors de la caractérisation dimensionnelle de fissures débouchantes dans un matériau à surface spéculaire 76

77 Conclusion Cet exposé visait à présenter quelques exemples d applications de la radiométrie photothermique en matière de détection de fissures situées dans des matériaux métalliques. Nous avons présenté quelques dispositifs expérimentaux utilisables pour la détection de fissures Nous avons ensuite présenté les effets thermo physiques induits par une fissure et qui permettent sa détection Nous avons montré dans une troisième étape, que la méthode photothermique permettait la détection de micro fissures débouchantes dans des matériaux métalliques à surface spéculaire ou non, et ce à des vitesses proches de 200 m / heure Nous avons encore montré que la méthode photothermique permettait la détection de micro fissures non débouchantes dans des matériaux métalliques (là aussi à des vitesses proches de 200 m / heure) Nous avons montré dans une cinquième étape que la radiométrie photothermique permettait la détection de fissures situées dans d autres types de matériaux ou échantillons industriels Nous avons enfin montré que la méthode photothermique semblait permettre l accès à la caractérisation dimensionnelle des fissures débouchantes 77

78 Conclusion Il pourrait être maintenant intéressant : D étudier les possibilités de la méthode en matière de détection de fissures dans d autres situations industrielles D étudier les possibilités quantitatives de la méthodes en situation industrielle et pour l étude de fissures non débouchantes De définir le domaine d application de la méthode et de mettre en évidence ses limitations. Des études allant dans ce sens sont en cours 78