Principes des différentes méthodes CND

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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. Le ressuage permet d’observer 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 l’analyse Inconvénients Impossibilité de détecter les défauts non débouchants Nettoyage minutieux de la zone à contrôler

3 Ressuage

4 Magnétoscopie La magnétoscopie est utilisée pour détecter des discontinuités de surface, débouchant en surface ou sous-jacents (dans certaines conditions, jusqu’à 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 l’aide d'un champ magnétique suffisamment élevé. En présence d’une discontinuité, les lignes de force du champ magnétique subissent une distorsion qui génère un “champ de fuite”, appelé également ’’fuite de flux magnétique”. Principaux avantages Indiqué pour la recherche de fissures de fatigues sur l’acier 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.)

5 Magnétoscopie

6 Défaut peu ou pas visible (orientation)
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 d’énergie 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 B Scan Vue de profil de la longueur Mesures d’épaisseur en continu TOFD Phased Array A Scan Vue du parcoure sonore dans la pièce Mesures d’épaisseurs, US, 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 d’examen 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 - L’orientation 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 d’un examen TOFD consiste à éclairer le volume contrôlé à l’aide d’un couple de traducteurs fortement divergents constitué d’un émetteur et d’un 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

13 Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)
Visualisation AScan

14 Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)
Chaine d’Acquisition

15 Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)
Construction d’une image TOFD AScan AScan AScan AScan BScan BScan BScan BScan BScan

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

17 Examen Ultrasonore Conventionnel
Le TOFD (Time Of Flight Diffraction) Le TOFD (Time Of Flight Diffraction) Le TOFD (Time Of Flight Diffraction) Rapidité d’Exécution Examen Ultrasonore Conventionnel

18 Exemples d’acquisitions
Le TOFD (Time Of Flight Diffraction) Exemples d’acquisitions

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

20 Le TOFD (Time Of Flight Diffraction)
INCONVENIENTS Par rapport à un examen ultrasonore conventionnel, le contrôle par méthode TOFD présente un certains nombre d’inconvénients : 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 l’écho de fond Problèmes de localisation en latéral des réflecteurs

21 Le Phased Array 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. Chaque élément activé individuellement avec un retard donne un angle ou une orientation voulu au faisceau ultrason

22 Le Phased Array 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.

23 Le Phased Array 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 d’éviter 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.                                    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.

24 Le Phased Array 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). L’enregistrement 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 Balayage Sectoriel

28 Le Phased Array Balayage Linéaire
Angle unique perpendiculaire au chanfrein

29 Balayage Linéaire focalisé
Le Phased Array Le Phased Array Balayage Linéaire focalisé

30 Exemple d’acquisitions
Le Phased Array Exemple d’acquisitions

31 Le Phased Array Balayage Sectoriel Balayage Linéaire

32 Sondes Phased Array

33 US : 1 jours Radio : 3h TOFD+PA : 30mn
Conclusion Chaque méthode de contrôle à ses avantages et ses limites. Le TOFD est très peu sensible à l’orientation 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, l’une répond aux limites de l’autre. La rapidité et l’absence 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 jours Radio : 3h TOFD+PA : 30mn L’enregistrement des acquisitions permet d’assurer une traçabilité et un suivi dans le temps et une interprétation des résultats par plusieurs personnes mêmes distantes.