08 décembre 2009 Journées JEC-CETIM-COFREND Contrôle avancé des composites : Comment l image pénètre le monde des essais non destructifs S. MAILLARD, J. CADITH, F. BERTHELOT, C. CHEVALLIER, H. WALASZEK (CETIM) sqr@cetim.fr 0344673682 J.L. BODNAR, J.C. CANDORE (Université de Reims)
Contexte Page 2 Avec les évolutions technologiques Les techniques numériques sont banalisées La technologie de traitements de signal est vulgarisée Les performances des systèmes d acquisition de signaux progressent pour des coûts réduits Les volumes mémoires permettent de stocker facilement des images Beaucoup de systèmes de CND intègrent maintenant des dispositifs d imagerie numérisée Vue globale du résultat du contrôle Facilités pour l interprétation Traçabilité et archivage améliorés 2 exemples d applications en contrôle non destructif : Méthode ultrasonore multiéléments Thermographie stimulée
Méthode ultrasonore multiéléments Page 3 Les premières applications ultrasonores de la technique multiéléments ont concerné le domaine médical Ces technologies ont été ensuite adaptées aux problèmes et aux matériaux industriels et une offre commerciale adaptée existe désormais
Méthode ultrasonore multiéléments Page 4 Principe La technologie multiéléments (phased array) consiste à utiliser des traducteurs divisés en plusieurs petits traducteurs élémentaires et à exciter chacun d eux avec un décalage temporel (retard), de façon à créer un faisceau par interférences constructives. Temps Source : Sofranel
Méthode ultrasonore multiéléments Page 5 Principe En modifiant d'un tir à l'autre ces retards, le faisceau pourra être déplacé ou modifié dans sa direction ou sa forme (focalisé) Temps Source : Sofranel Point de focalisation
Méthode ultrasonore multiéléments Représentation Page 6 Réalisation d une cartographie : Encodage Gain d un balayage mécanique X
Méthode ultrasonore multiéléments Représentation Page 7 Réalisation d une cartographie : B-Scan mécanique + B-Scan électronique (balayage électronique + balayage mécanique) C-Scan B-Scan B-Scan A-Scan
Méthode ultrasonore multiéléments Exemples d application dans l industrie nautique Page 8 Delaminage Contrôle de fabrication anomalie de répartition de résine Echo de fond Contrôle suite à une avarie sur un mât
Méthode ultrasonore multiéléments Application en mécanique Page 9 Détection de délaminage sur éprouvette carbone composite Suivi d essais mécaniques Conditions expérimentales Echantillon contrôlé : composite carbone carbone / épaisseur 10 mm. Défaut recherché : délaminage Matériel utilisé : OMNISCAN MX OLYMPUS Sonde utilisée : IMASONIC 5 MHz 64 éléments Encodage : Codeur à fil
De la thermographie Page 10 Mesure de température sans contact dans la scène analysée Image thermique obtenue sur une caméra Eléments naturellement émetteurs de chaleurs Variation de flux thermique Diagnostic de l application installations électriques, contrôle d isolation thermique des bâtiments 150,0 C 140 120 100 80 60 Exemple d un équipement sous pression (CETIM) 30,0 C 40
à la thermographie stimulée Page 11 Bien souvent pour les applications CND Les éléments à contrôler ne génèrent pas spontanément de la chaleur Plaque en carbone époxy Image classique Soumettre la pièce à une excitation extérieure Mécanique, thermique, Instantanée, cyclique, Pièce défectueuse Modification de la propagation du flux thermique Image après excitation
Thermographie stimulée Sources d excitation thermique Quelques exemples Page 12 Lampes halogènes Lampes flashs Ultrasons Courants de Foucault
Thermographie stimulée Modes de dépôt d énergie Page 13 Impulsionnel Dépôt d énergie instantané mais important Sinusoïdal Dépôt d énergie assez important et dans la durée Aléatoire Dépôt d énergie faible mais long
Thermographie stimulée Exemples d application Page 14 Détection d un défaut d isolation Tomographie d une télécarte Inclusion d air dans un tableau de bord automobile Manque de résine dans une structure monolithique Défauts dans des structures nids d abeille Détection de défauts dans du verre/époxy
Thermographie stimulée Exemples d application Page 15 Détection d un défaut d isolation Plâtre incrusté (épaisseur 2cm) Excitation Panneaux rayonnants 500W/m² pendant 180s Détection du plâtre incrusté Béton Université de Reims Champagne Ardennes Polystyrène (6cm) Plâtre (1cm) Thermogramme obtenu 60s après la fin de l excitation
Thermographie stimulée Exemples d application Page 16 Tomographie d une télécarte Durée d excitation Profondeur d inspection Balayage en fréquence Analyse dans l épaisseur Université de Reims Champagne Ardennes Excitation Balayage laser Résine époxy Film à base de fibre de verre Plastique Puce électronique
Thermographie stimulée Exemples d application Page 17 Tomographie d une télécarte Durée d excitation Profondeur d inspection Balayage en fréquence Analyse dans l épaisseur Université de Reims Champagne Ardennes Thermogrammes équifréquentiels de phase entre 0,2Hz et 17,0Hz
Thermographie stimulée Exemples d application Page 18 Inclusion d air dans un tableau de bord automobile Excitation Lampe flash Thermogramme Les différentes couleurs traduisent la profondeur du défaut Image dans le visible avec repérage des inclusions d air
Thermographie stimulée Exemples d application Page 19 Défauts dans des structures nids d abeille Défaut de collage du nid d abeille Nid d abeille écrasé Infiltration d eau dans un nid d abeille en Nomex
Thermographie stimulée Exemples d application Page 20 Manque de résine dans une coque Excitation Radiants 3000W pendant 20s t = 2,0s t = 10,0s t = 20,0s t = 30,0s
Thermographie stimulée Exemples d application Page 21 Détection de défauts dans du verre/époxy Excitation Panneaux rayonnants 3000W pendant 20s Thermogramme obtenu 20s après la fin de l excitation Séparateur PTFE Aluminium Défaut φ = 15mm Entre plis 3 et 4 Défaut φ = 10mm Entre plis 6 et 7
Thermographie stimulée Exemples d application Page 22 Apport du traitement sur l ensemble de la séquence d images Composite avec des inserts de Rohacell entre chaque pli Diamètre 0,25, 0,5, 1 Image brute obtenue 1,6s après le flash Résultat après traitement Excitation Lampe flash
Thermographie stimulée Conclusions La Thermographie Infrarouge Stimulée est une méthode de mesure et de contrôle globale, sans contact et rapide Les paramètres à prendre en compte sont : Sources d excitation Laser Lampes halogènes, s Echauffement par conduction, par flux d air chaud Ultrasons Courants de Foucault Sollicitations mécaniques Mode de dépôt d énergie Impulsionnelle Sinusoïdale Aléatoire Moyen de détection Monoélément, linéaire ou matriciel Longueur d ondes Refroidi ou non Propriétés optiques du matériau à inspecter Mat / Brillant Blanc / Noir / Couleur Configuration matérielle En réflexion ou en transmission Caméra et source d excitation face avant/face arrière Echauffement ou refroidissement
Thermographie stimulée Conclusions La Thermographie Infrarouge Stimulée est adaptée pour du contrôle non destructif de la mesure d épaisseur de revêtement Elle peut s appliquer sur les matériaux Métalliques Composites Pour les applications CND, elle permet de détecter des délaminages des fissures débouchantes ou non des infiltrations d eau la présence ou non d un élément d assemblage Cette méthode est intégrable pour du contrôle en ligne Peut être compatible avec des cadences de production Nécessite des essais de faisabilité pour déterminer les paramètres les mieux appropriés
Activité du CETIM en essais non destructif Page 25 Exploitation de méthodes complémentaires pour contrôler des joints collés Rayons x Shearographie Emission acoustique Ultrasons Thermographie
Conclusion Page 26 Le CETIM déploie des activités END complémentaires pour répondre aux problématiques industrielles à travers ses actions de transfert technologique et R&D Ces activités sont basées à Nantes, Senlis, et Grenoble Le CETIM participe : à la plate-forme technologique Technocampus-EMC2 au projet DEFFI Composite (contrôle grands panneaux et suivi de procédés) au projet DECID2 (Pays de Loire) sur l intégration de capteurs dans les structures Des travaux sont en cours pour la modélisation du contrôle des composites en ondes guidées (fondation CETIM - LMP)