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Principes des différentes méthodes CND 1- Ressuage 2- Magnetoscopie 3- Radiographie 4- Ultrasons (Pulse Echo) 5- TOFD 6- Phased Array.

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1 Principes des différentes méthodes CND 1- Ressuage 2- Magnetoscopie 3- Radiographie 4- Ultrasons (Pulse Echo) 5- TOFD 6- Phased Array

2 Ressuage La technique du ressuage fut découverte à l'époque du chemin de fer à vapeur par un mécanicien consciencieux qui entretenait régulièrement sa locomotive. En nettoyant une des bielles de sa machine, il constata qu'après essuyage une trace d'huile revenait toujours au même endroit. Il eut ensuite l'idée de recouvrir la bielle de poudre de craie après l'avoir soigneusement essuyée. La trace d'huile réapparut, dessinant une ligne continue et bien nette (appelée aujourd'hui « indication linéaire » dans le langage consacré des contrôleurs par ressuage). Cette ligne révélait une crique de fatigue (amorce de rupture) sur la bielle. L'inspection par ressuage était née.chemin de ferlocomotivebielleshuilecraiecrique Le ressuage permet dobserver des défauts débouchants tels que des piqures, fissures, retassures… Un liquide pénétrant et coloré ou fluorescent est infiltré dans les défauts, puis ensuite mis en valeur par un produit révélateur Avantages - Coût faible - Facilité de mise en œuvre - Facilité de lecture du défaut - Fiabilité de lanalyse Inconvénients -Impossibilité de détecter les défauts non débouchants -Nettoyage minutieux de la zone à contrôler

3 Ressuage

4 Magnétoscopie Principaux avantages Indiqué pour la recherche de fissures de fatigues sur lacier Détection de tous les défauts débouchants Contrôle de pièces de quelques millimètres à plusieurs mètres de long Inspections relativement rapides et peu coûteuses Résolution importante Matériel robuste, pouvant être utilisé dans des environnements difficiles Principales limitations Contrôle limité aux pièces ferromagnétiques Détection de défauts internes parfois difficile (suivant leur taille, leur profondeur, etc.) La magnétoscopie est utilisée pour détecter des discontinuités de surface, débouchant en surface ou sous-jacents (dans certaines conditions, jusquà quelques millimètres de profondeur), exclusivement sur matériaux ferromagnétiques. Si la magnétoscopie est plus restrictive que le ressuage, elle lui est préférée quand elle est applicable car elle est, entre autres, beaucoup plus rapide. La magnétoscopie consiste à aimanter la pièce à contrôler à laide d'un champ magnétique suffisamment élevé. En présence dune discontinuité, les lignes de force du champ magnétique subissent une distorsion qui génère un champ de fuite, appelé également fuite de flux magnétique.

5 Magnétoscopie

6 Radiographie 1/2 Le contrôle par radiographie permet de mettre en évidence des discontinuités internes. On traverse le matériau en émettant un rayonnement de type Rayons X ou gamma puis on récupère le rayonnement plus ou moins atténué en sortie de pièce sur un récepteur de type film argentique ou écran numérique. Plus le défaut sera important et orienté dans le sens du rayonnement, plus il y aura dénergie transmise au film récepteur. Défaut peu ou pas visible (orientation)

7 Radiographie 2/2 Avantages –Applicable à tous les matériaux, –Traçabilité et archivage des résultats, –Facilité d'identification des défauts internes des soudures bout à bout interpénétrées, –Performant pour défauts volumiques et manques de pénétration. Inconvénients –Limitation au contrôle des faibles épaisseurs, –Peu adapté aux contrôle des soudures en angle, –Pas adapté aux soudures non interpénétrées, –Règles de sécurité rigoureuses et contraignantes, –Accessibilité requise des 2 côtés (sauf cas très particuliers), –Difficulté de localisation du défaut dans l'épaisseur, –Les défauts plats (collages ou fissures) ne sont décelés que si orientés suivant le rayonnement

8 Exemple de défaut non décelé en radiographie

9 Différentes Représentations Ultrasons C Scan Vue de dessus (identique à la radio) Cartographies Phased Array A Scan Vue du parcoure sonore dans la pièce Mesures dépaisseurs, US, TOFD, Phased Array B Scan Vue de profil de la longueur Mesures dépaisseur en continu TOFD Phased Array

10 Ultrasons Classiques (Pulse Echo) Une onde ultrasonore est émise par un palpeur (ou transducteur). Le palpeur est mis en contact avec la pièce et les ondes ultrasonores se propagent dans la pièce. Lorsque les ondes rencontrent une hétérogénéité ou une interface (défaut interne, inclusion), il y a réflexion de l'onde et création d'un écho visible sur un oscilloscope. La détection d'un défaut (position et taille) se fait par le calcul du temps mis par l'écho pour faire le trajet aller-retour par comparaison avec le temps mis pour faire l'aller retour dans l'épaisseur de pièce exempte de défaut. AVANTAGES - Profondeur dexamen importante - Haute sensibilité aux défauts à différentes profondeur - Résultats instantanés - Automatisable - Echantillon accessible sur une face - Utilisable sur chantier - Donne la taille et la localisation du défaut INCONVENENTS - Personnel très entraîné -Défauts en surface difficiles à voir - Lorientation des défauts a un rôle très important sur leur détectabilité

11 Ultrasons Classiques (Pulse Echo)

12 Le TOFD (Time Of Flight Diffraction) PRINCIPE TECHNIQUE Le principe général dun examen TOFD consiste à éclairer le volume contrôlé à laide dun couple de traducteurs fortement divergents constitué dun émetteur et dun récepteur montés face à face Le principe de détection consiste à visualiser sur une représentation graphique de type BScan les échos de diffraction générés en extrémités de défauts plans Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)

13 Visualisation AScan

14 Le TOFD (Time Of Flight Diffraction) Chaine dAcquisition Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)

15 BScanAScanBScanAScanBScanAScanBScanAScanBScan Construction dune image TOFD

16 Le TOFD (Time Of Flight Diffraction) Comparatif BScan TOFD – Radiographie X

17 Rapidité dExécution Examen Ultrasonore Conventionnel Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)

18 Exemples dacquisitions

19 AVANTAGES Par rapport à un examen ultrasonore conventionnel, le contrôle par méthode TOFD présente un certains nombre davantages non négligeables : Grande sensibilité de détection Faible sensibilité à lorientation des réflecteurs Facilité de mise en œuvre Rapidité dexécution (Balayage de type translation par opposition au balayage de type créneau dun examen ultrasonore conventionnel) Rapidité danalyse (Visualisation BScan) Grande précision de dimensionnement (Longueur, Hauteur, Profondeur) Imagerie numérique (Suivi en service - Alternative au procédé dimagerie radiographique ) Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)

20 INCONVENIENTS Par rapport à un examen ultrasonore conventionnel, le contrôle par méthode TOFD présente un certains nombre dinconvénients : Grande sensibilité de détection Mise en œuvre limitée aux matériaux à structure fine Mise en œuvre limitée aux tôles et aux assemblages soudés bout à bout Zones grises à proximité de la surface de sondage Zones grises à proximité de lécho de fond Problèmes de localisation en latéral des réflecteurs Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)

21 Le concept Phased Array est basé sur l’utilisation de traducteurs décomposés en éléments individuels pouvant chacun être pilotés indépendamment. Ces capteurs sont connectés à des électroniques de pilotage adaptées permettant d’émettre et de recevoir indépendamment et simultanément sur chacune des voies. Ces électroniques doivent également pouvoir appliquer à l’émission et à la réception des retards électroniques différents pour chaque voie. Pour certaines applications mettant en œuvre le balayage électronique, tous les éléments du capteur ne sont pas utilisés simultanément. L’électronique de pilotage utilise dans ce cas de manière dynamique le multiplexage pour répartir les éléments actifs parmi les éléments du traducteur. Le Phased Array Chaque élément activé individuellement avec un retard donne un angle ou une orientation voulu au faisceau ultrason

22 Le balayage électronique Le balayage électronique schématisé consiste à déplacer spatialement un faisceau en activant séquentiellement différentes ouvertures actives constituées chacune de plusieurs éléments d’un capteur phased array. Il permet de remplacer électroniquement un axe de balayage mécanique. Ce concept est en général utilisé pour du contrôle en ligne de tôles, de barres ou de tubes, et peut également être utilisé pour du contrôle de soudures. Le balayage électronique est principalement utilisé pour des cartographies de corrosions de grandes surfaces. Représentation schématique du balayage électronique : des groupes d’éléments sont successivement activés pour déplacer le faisceau le long du traducteur. Le Phased Array

23 Fig 7: représentation schématique de la focalisation électronique : des lois retards électroniques sont appliqués ‘ŕ gauche) pour focaliser le faisceau. Fig 8: représentation schématique de la déflexion électronique : des lois retards électroniques sont appliqués ‘ŕ gauche) pour défléchir le faisceau. La focalisation électronique La focalisation électronique représentée sur la figure 7 est basée sur l’utilisation de retards électroniques appliqués en émission et en réception sur chacune des voies du capteur. Les retards ont un effet semblable à celui d’une lentille de focalisation et permettent de focaliser à différentes profondeurs. La focalisation électronique permet de n’utiliser qu’un seul capteur phased array là ou plusieurs capteurs mono éléments avec différentes distances focales sont nécessaires. Les applications les plus fréquentes sont le contrôle de pièces épaisses. La déflexion électronique La déflexion électronique schématisée sur la figure 8, utilise des lois de retard. Ces dernières sont dans ce cas calculées pour donner au faisceau émis un angle d’incidence qui peut varier par simple modification de la loi de retard. La focalisation électronique permet de n’utiliser qu’un capteur pour des inspections nécessitant traditionnellement plusieurs capteurs travaillant à des angles différents. Elle permet en outre de défléchir le faisceau sans utiliser de sabot et déviter les zones de balayages traditionnelles. Le balayage, la focalisation et la déflexion électronique peuvent être combinés pour résoudre des applications telles que le contrôle de soudures ou le contrôle de tubes. Le Phased Array

24 Les avantages de la technologie Phased Array sont à la fois des bénéfices techniques et économiques : On remplace le balayage mécanique traditionnel par un balayage électronique beaucoup plus rapide la focalisation électronique permet d’utiliser un seul capteur pour travailler à différentes profondeurs la déflexion électronique autorise la variation des angles d’incidence avec un seul capteur. La réduction des coûts conséquente au gain de temps de contrôle et au gain de temps de réglage est significative. Par ailleurs, la technologie phased array rend réalisable des applications qui ne pouvaient être résolues par des solutions traditionnelles, par exemple lorsqu'il est nécessaire de défléchir le faisceau sans espace disponible pour l'utilisation d'un sabot ou lorsqu'un balayage est nécessaire sans l'espace disponible pour la mécanique correspondante (contrôle de tubes coudés de petit diamètres par l'intérieur). Lenregistrement des acquisitions permet aussi le suivi des indications dans le temps et la traçabilité des contrôles.

25 Le Phased Array

26 Balayage Sectoriel

27 Le Phased Array

28 Balayage Linéaire Angle unique perpendiculaire au chanfrein Le Phased Array

29 Balayage Linéaire focalisé Le Phased Array

30 Exemple dacquisitions Le Phased Array

31 Balayage Linéaire Balayage Sectoriel

32 Sondes Phased Array

33 Conclusion Chaque méthode de contrôle à ses avantages et ses limites. Le TOFD est très peu sensible à lorientation des défauts mais présente des zones incertaines en surface en particulier ainsi que plus légèrement en fond. Le Phased Array est, quand à lui très sensible à ces orientations, au même titre que les ultrasons classiques, mais beaucoup plus performant en surface et au fond. La combinaison TOFD / Phased Array étant complémentaire, lune répond aux limites de lautre. La rapidité et labsence des contraintes de la radiographie et des ultrasons rendent cette méthode plus avantageuse. Le coût moyen de ces techniques en environ 3 fois celui des contrôles classiques mais est environ 5 fois plus rapide. Temps de contrôle estimé pour une soudure de 3m de diamètre épaisseur 30mm US : 1 joursRadio : 3h TOFD+PA : 30mn Lenregistrement des acquisitions permet dassurer une traçabilité et un suivi dans le temps et une interprétation des résultats par plusieurs personnes mêmes distantes.


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