Formation Ultrason [PDF]

Zitiervorschau

FORMATION ULTRASONS Niveaux 1 & 2

Mohamed K. BENCHARIF

Vinçotte International Algérie

MAI 2007

Formation Ultrasons Niveau 1 & 2 SOMMAIRE 1. THEORIE 2. TECHNOLOGIE 3. TECHNIQUES 4. ETALONNAGES 5. CONTROLES 6. EVALUATION DES RESULTATS DU CONTROLE

Mohamed K. BENCHARIF

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MAI 2007

Formation Ultrasons Niveau 1 & 2

A

Y+

Chapitre 1

Yo

T (période)

λ (longueur d’onde

THEORIE

Y-

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Principes Fondamentaux Introduction L’une des toutes premières applications des ultrasons fut, en 1912, la détection des icebergs puis, lors de la première guerre mondiale, le développement rapide de la détection des sous marins et du sondage maritime. Vers les années 1935, la technique fut développée pour le contrôle des aciers. Au début, les vibrations sont utilisées pour compléter les essais aux rayons X mais trente ans plus tard, la méthode a supplanté l’examen aux rayons X pour le contrôle d’un grand nombre de pièces de construction mécanique. Mohamed K. BENCHARIF

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Principe du contrôle par Ultrasons FORMATION - NDT - UT - 1 & 2

M.K.B

Écran cathodique

Pièce

B

A

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

D-T

B A Mohamed K. BENCHARIF

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Rappels Théoriques Phénomène Ondulatoire A

Y+

Yo

Temps - Distance T (période)

λ (longueur d’onde Y-

1 f= T

(en Hz)

V = vitesse (m/s) Mohamed K. BENCHARIF

;λ=V.T =

V f

(en mm)

; T = période (en secondes) FORMATION - NDT - UT - 1 & 2

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Différents Types d’Ondes Ondes Longitudinales ( ou de Compression )

Sens de propagation

• Mouvement des particules parallèle au sens de propagation • Se propagent dans tous les milieux excepté le vide • De loin les plus rapides et les plus énergiques Mohamed K. BENCHARIF

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Différents Types d’Ondes Ondes Transversales ( ou de Cisaillement )

Sens de propagation

• Mouvement des particules perpendiculaire au sens de propagation • Se propagent uniquement dans les solides et les liquides très visqueux •Vitesse de propagation égale à environ 0.5 fois celle des ondes longitudinales Mohamed K. BENCHARIF

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Différents Types d’Ondes Ondes de Surface ( ou de Rayleigh )

Sens de propagation

• Mouvement elliptique des particules • Se propagent dans les solides et les liquides très visqueux • Vitesse de propagation égale a environ 0.9 fois celle de ondes transversales • Profondeur de pénétration de l’ordre de la longueur d’onde Mohamed K. BENCHARIF

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Différents Types d’Ondes Ondes de Lamb ( ou de Plaques ) Asymétriques Sens de propagation

Symétriques

• Utilisées uniquement pour le contrôle de tôles d’épaisseur de l’ordre de la longueur d’onde • La tôle contrôlée vibre dans sa totalité • Vitesse non constante (liée à la valeur de l’harmonique) Mohamed K. BENCHARIF

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Différents Types d’Ondes Vitesses de Propagation Ondes Longitudinales VL = K

E

ρ

K = 1.23 pour les métaux usuels E = coefficient d’élasticité ρ = densité du matériau (masse spécifique)

Ondes Transversales

VT =

G ρ

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G = module de cisaillement Pour les liquides et les gaz G = 0 FORMATION - NDT - UT - 1 & 2

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Impédance acoustique Nous appellerons impédance acoustique spécifique du milieu, l’opposé du rapport de la contrainte dans la direction du déplacement des particules sur la vitesse de ces particules.Pour les ondes planes longitudinales et transversales, nous aurons respectivement :

ZL = σ xx Vpart L

=

ZT = σ xx Vpart T

=

ρ .VL . Vpart L Vpart L

ρ .VT . Vpart T Vpart T

Vpart = vitesse des particules

;

=

ρ . VL

=

ρ . VT

σ xx = contrainte

;

ρ = densité

Z =ρ.V Mohamed K. BENCHARIF

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Tableau de Vitesse des Ultrasons Matériau Acier doux Aluminium (17ST) Laiton Cuivre Nickel Argent Acier inox (347) Air Verre Glycérine Plexiglas Polyéthylène Quartz Eau Mohamed K. BENCHARIF

Poids Spécifique g/cm3

7.85 2.699 8.44 8.89 8.90 10.49 7.91 - 3 1.293 x 10 2.32 1.26 1.182 0.90 2.65 1

Modules 6 Kg/cm2 x 10 de Young de rigidité E G

2.1 0.73 1.05 1.12 2.10 0.76 1.98 0.033 0.08 0.81 -

081 0.27 0.385 0.41 0.80 0.27 0.77 0.014 0.0026 -

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Vitesse 3 m/s x 10 VL

VT

5.96 6.25 4.70 4.63 6.04 3.64 5.75 0.33 5.65 1.98 2.67 1.96 5.75 1.5

3.24 3.10 2.14 2.14 3.01 1.63 3.10 3.28 1.09 0.53 -

VS

2.9 2.80 1.93 1.93 2.80 1.45 2.80 2.95 0.99 0.48 MAI 2007

Réflexion et Transmission Les angles étant toujours mesurés par rapport à la norme à l’interface, dans le cas de l’incidence normale (angle 0°) , une partie de l’énergie est réfléchie et l’autre est transmise en restant à l’incidence normale. Onde Incidente

Milieu 1

Onde Incidente réfléchie

Milieu 2

Onde Transmise Onde Transmise réfléchie

• L’intensité d’une onde est égale au carré de son amplitude. • La Puissance d’un faisceau d’ondes élastiques est l’intensité de ce faisceau multipliée par l’aire traversée par ce faisceau. • L’énergie est la puissance multipliée par le temps Mohamed K. BENCHARIF

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Réflexion et Transmission - suite L’amplitude des ondes réfléchies et transmises sous une incidence normale à la surface de séparation de deux matériaux d’impédance acoustique Z1 = ( ρ1 V1 ) et Z2 = ( ρ2 V2 ) est : Amplitude réfléchie Z1 - Z2 = Amplitude incidente Z1 + Z2 Pour les intensités on a : Intensité réfléchie Z1 - Z2 2 =( ) Intensité incidente Z1 + Z2 Si Z1 = Z2 pratiquement la totalité de l’intensité est transmise. On peut se rendre compte, que l’intensité transmise est très faible ou que l’intensité réfléchie est très grande pour des matériaux d’impédances (Z) acoustiques très différentes . Exemple pour ondes longitudinales: Eau-Acier : 88 % refl. – 12 % trans. ; Air-Acier : 99.999 % refl. - 0.001 % trans. Mohamed K. BENCHARIF

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Incidence Oblique - Réflexion OT réfléchie

OL Incidente

θ

α

OL réfléchie

Milieu 1 Interface

Milieu 2

sin α = sin OLr = VOLi VOLr Mohamed K. BENCHARIF

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sin OTr VOTr MAI 2007

Incidence Oblique - Réfraction OT réfléchie

OL Incidente

OL réfléchie

α Interface

Milieu 1 Milieu 2 OL Réfractée

L

L FORMATION - NDT - UT - 1 & 2

M.K.B

OT Réfractée

Loi de Snell (Descartes) Sin α

Vi

=

Sin OLi

V OLi

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=

Sin OLr

VOLr

=

Sin OTr

VOTr

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=

Sin OLR

VOLR

=

Sin OTR

VOTR MAI 2007

1er Angle critique α Plexiglas Acier

OL OT

Sin α VOL plexi ( 2670 )

=

Sin 90 ° VOL acier ( 5960 )

α = 27 °

NB: l’angle calculé ici est valable pour une interface plexiglas –acier pour une autre interface remplacer les vitesses par celles des milieux concernés. Mohamed K. BENCHARIF

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2eme Angle critique β Plexiglas Acier Sin β VOL plexi ( 2670 )

OL

=

Sin 90 ° VOT acier ( 3230 )

OT

β = 55.5 °

NB: l’angle calculé ici est valable pour une interface plexiglas –acier, pour une autre interface remplacer les vitesses par celles des milieux respectifs. Mohamed K. BENCHARIF

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Angles utiles, Plexi/Acier

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Absorption Comme l’absorption augmente avec la fréquence, on peut se demander, pourquoi on utilise des ultrasons au lieu de sons audibles. Il faut en rechercher la raison dans le fait que pratiquement, il n’est pas possible d’avoir une propagation dirigée autrement qu’avec des ultrasons. En effet, si on peut détecter un défaut au moyen de sons audibles, et d’après le fait que cela sonnera faux ou pas, de rejeter ou d’accepter un produit, cette méthode, quoique économique et pratique ne permet pas de détecter de petits défauts et surtout de savoir où se trouve ce défaut.

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Diffusion Les causes de diffusion des vibrations élastiques mécaniques et en particulier des ultrasons, sont dues au diamètre du grain du matériau.

- D’une part, une croissance de la diffusion d’où de l’absorption par diffusion lorsque le diamètre du grain diminue. Ceci s’explique par le plus grand nombre de surfaces de grains. Cette absorption est peu liée à la fréquence mais montre néanmoins une diminution avec celle-ci . -D’autre part, une croissance, à un maximum, de diffusion lorsque le diamètre du grain augmente. Ce maximum est fonction de la longueur d’onde et se situe aux environs de λ = Diamètre du grain Ce phénomène, que cache généralement le premier, s’explique par une mise en résonance de ces grains, qui émettent des ultrasons dans toutes les directions, chaque grain devenant émetteur. Ceci apparaît, pour une fréquence donnée, au delà d’une certaine grosseur de grains, ainsi il faut parfois travailler à des fréquences de 0.5 MHz pour certains types d’acier. Mohamed K. BENCHARIF

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Interférences

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M.K.B

= maximum = nul = minimum

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Zone Proche , Zone Eloignée D

N zone proche

zone éloignée (zone de Fresnell)(zone de Fraunhoffer)

N= Mohamed K. BENCHARIF

D

2

4.λ

( D = Diamètre du transducteur )

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Divergence du Faisceau

α

Sin

α 2

= k

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λ D

α 2

k = 1,22 pour 100% du faisceau k = 1,08 pour 90% du faisceau k = 0,56 pour 50% du faisceau

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Zone Morte C’est une partie de l’écran qui est inutilisable à cause de l’écho d’émission produit électroniquement dans l’appareil et mécaniquement dans le palpeur . En effet, l’amortissement du cristal prend un certain temps et l’impulsion émise se réfléchit en partie dans la semelle du palpeur ce qui brouille une petite partie au début du cadran de l’appareil . Dans cette zone, on ne sait pas distinguer un écho de défaut .

Zone Morte

Zone Morte Mohamed K. BENCHARIF

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Résolution C’est le pouvoir de distinguer deux défauts qui sont très près l’un de l’autre en profondeur, ce pouvoir dépend des caractéristiques de l’appareil et du palpeur. Il augmente avec la fréquence car la longueur d’onde diminue.

Bonne résolution

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Mauvaise résolution

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Sensibilité C’est le pouvoir de déceler le plus petit défaut . Nous avons vu que cela va dépendre de la position de ce défaut dans le faisceau ( champ proche et ouverture d’angle ) et de la fréquence du palpeur ( longueur d’onde )

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Chapitre 2 TECHNOLOGIE

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Effet Piézoélectrique S’il existe plusieurs méthodes pour produire des ultrasons, la seule utilisée couramment à l’heure actuelle est basée sur l’effet piezo-électrique.Cet effet est une propriété qu’ont certains cristaux de se déformer et vibrer lorsqu’ils sont soumis à un potentiel électrique. Ce sont donc des transformateurs d’un signal électrique alternatif en une vibration mécanique alternative et inversement .

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Fréquence de résonance Etant donné que le rendement d’un cristal sensible à cet effet est fonction non seulement de la nature du cristal mais également de la fréquence, mais surtout du rapport épaisseur-longueur d’onde, car le rendement maximum est donné lorsque le cristal vibre à une fréquence de résonance, on s’arrangera donc pour avoir : t=k

λ 2

λ=

t = épaisseur du cristal ;

on prendra souvent k = 1 d’où :

t =

C F

λ 2

Le quartz et la tourmaline sont les cristaux piezo-électriques naturels les plus connus, mais il en existe d’autres fabriqués à partir de solutions de sels simples (ex. sulfate de lithium). Mohamed K. BENCHARIF

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Magnétostriction Dans le cas des céramiques polycristallines la propriété piezo-électrique est obtenue artificiellement, et peut disparaître si un cristal est chauffé. Ces cristaux sont obtenus par polarisation c.a.d. qu’on laisse le matériau se refroidir en le plaçant dans un champ électrique intense pour orienter préférentiellement les effets piezo-électriques de chaque « grain » pour qu’ils s’additionnent. La température à partir de laquelle un cristal se polarise, au cours du refroidissement est appelée température de curie. Si on chauffe le cristal au dessus de cette température il se dépolarisera. Les matériaux qui ont été polarisés de cette façon présentent des propriétés analogues à celles des cristaux piezoélectriques naturels. Mohamed K. BENCHARIF

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Palpeurs – Constitutions et Types

Introduction Dans tout système de détection des défauts par ultrasons, le choix du palpeur revêt une très grande importance. Ce choix n’est pas toujours aisé car divers facteurs contradictoires ont besoin d’être coordonnés et pour la plupart des problèmes posés, la solution est généralement un compromis. Il est impossible de résoudre, par un seul type de palpeur, les multiples problèmes de détection et il est nécessaire d’adapter la conception de chaque palpeur à un objectif déterminé. Mohamed K. BENCHARIF

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Palpeurs Droits (ou normaux) Le palpeur normal, appelé aussi palpeur droit, est celui qui émet des ondes de compression (longitudinales) et les transmet à la pièce perpendiculairement au plan de la surface sur laquelle il est appliqué.

Mohamed K. BENCHARIF

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Palpeurs d’Angle W

D

A

L P

T

ß PIECE

L = Onde Longitudinale

P = Coin en Plexiglas

T = Onde Transversale

ß = Angle de réfraction W = Transducteur

A = Amortisseur

D = Bloc d’Atténuation Mohamed K. BENCHARIF

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Palpeurs d’Angle

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Palpeurs Doubles

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Palpeurs Irrigués Palpeur

Eau

Pièce

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Schéma d’un Équipement US

Générateur HF

Base de Temps Tube à Rayons Cathodiques

Amplificateur Palpeur

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Générateur d’Impulsions Sa fonction consiste à émettre de courtes impulsions à intervalles réguliers et prédéterminés. Ces impulsions initiales ont un double rôle : elles déclenchent la base de temps qui commande le balayage horizontal de l’écran du T.R.C et elles envoient une impulsion énergétique au palpeur. La fréquence à laquelle a lieu cette émission est appelée «fréquence de répétition d’impulsions » ou « fréquence de récurrence » qui est de l’ordre de 50 à 1000 impulsions/secondes. E

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M.K.B

Il convient de préciser la différence entre cette fréquence de répétition d’émission et la fréquence d’oscillation du cristal. Cette dernière est la fréquence de vibration propre du palpeur (comprise habituellement entre 0.5 et 12 MHz suivant le Type de palpeur). Comme la base de temps du T.R.C est synchronisée sur l’émetteur les impulsions successives seront superposées et donneront une image stationnaire sur l’écran. Mohamed K. BENCHARIF

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Tube à Rayons Cathodiques

Electrons

Déflection Horizontale

Echos

Focus

Connexions

Déflection Verticale

Canon d’électrons

Ecran Mohamed K. BENCHARIF

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Base de Temps La base de temps est nécessaire pour assurer un balayage horizontal linéaire du T.R.C, l’impulsion de l’émetteur et les échos successifs y étant reproduits verticalement. Le circuit de base de temps doit donc fournir un balayage linéaire de sorte que des distances égales, sur le tracé, représentent des intervalles de temps égaux et par conséquent, pour un matériau déterminé, des distances égales à l’intérieur de l’échantillon ( puisque la vitesse de propagation est une constante pour un matériau donné ).

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Amplificateur à Gain Variable Alors que l’impulsion ultrasonore parcourt des distances plus grandes dans le matériau, les échos s’affaiblissent par absorption de l’énergie.On corrige cet affaiblissement en augmentant le gain de l’amplificateur. Le réglage du gain peut être manuel ou automatique. En plus de la détection purement qualitative des défauts, il est souhaitable d’exprimer quantitativement leur importance. Les appareils sont pourvus d’un quadrillage gravé sur l’écran du T.R.C de manière à pouvoir mesurer la grandeur des d’échos et d’un atténuateur calibré pour effectuer des mesures précises de grandeur de défaut. On aperçoit immédiatement l’intérêt présenté par un atténuateur calibré par rapport à la mesure comparative directe de la grandeur des échos sur l’écran ; tous les échos sont ramenés à la même hauteur sur le T.R.C et les mesures sont lues sur des cadrans, afin que l’exactitude ne soit nullement affectée par la non linéarité de l’amplificateur. Habituellement les mesures sont faites en décibels car il est plus facile d’ajouter ou de soustraire des niveaux d’intensité sur une échelle logarithmique que de multiplier ou de diviser des niveaux d’intensité absolue . Mohamed K. BENCHARIF

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Unité de Mesure du Gain (dB) Rappelons qu’un équipement qui amplifie un niveau de puissance de P1 à P2 a un gain de : log

10

P2 P1

Bels

En pratique, le Bel est une unité trop grande et on l’a divisé par 10 pour donner une unité appelée décibel (dB) et l’on a : gain en dB = 10 log

P2 10 P1

décibels.

Les amplitudes des signaux sont mesurées plus facilement en fonction de la tension ou du courant qu’en fonction de la puissance. Comme la puissance est, pour une impédance constante ( Z ) , proportionnelle au carré de la tension ou du courant on peut écrire : 2 Z1 + V2 gain en dB = 10 log 2 10 Z2 + V1 Mohamed K. BENCHARIF

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Unité de Mesure du Gain (dB) - suite Comme Z1 et Z2 sont égaux c.a.d. V1 et V2 sont mesurés tous les deux sur la même impédance, on a: 2

atténuation en décibels = 10 log

10

V2 2 V1

= 20 log

10

V2 V1

La hauteur d’un écho étant proportionnelle à la tension on a ainsi : atténuation en décibels

= 20 log

10

h2 h1

Lorsque le rapport des hauteurs d’échos de deux défauts, mesures sur l’écran sont de 2/1 cette réduction sera de : 20 log

10

2 1

= 20 x 0.30103 = 6 décibels

Si le rapport est de : 4 / 1 (25%) on a 12 dB Mohamed K. BENCHARIF

5 / 1 (20%) on a 14 dB FORMATION - NDT - UT - 1 & 2

10 / 1 (10%) on a 20 dB MAI 2007

Réglage du Seuil Un dispositif supplémentaire de suppression du bruit ou réglage du seuil figure sur la plupart des appareils

Le réglage du seuil peut être considéré comme un réglage non linéaire du gain. Il doit être utilisé à bon escient. Ce réglage peut être utilisé si on se limite à des lectures de la position des échos (c.a.d. la position des défauts ou de la paroi opposée – mesures d’épaisseur et recherche de corrosion) Mohamed K. BENCHARIF

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Réglage de la Puissance à l’Emission L’amortissement de la vibration du cristal sera d’autant plus long que la puissance émise est grande d’où il y aura une plus grande longueur de l’écho de réception et une moins bonne résolution. On utilisera donc toujours la puissance minimum à l’émission, sauf si le matériau ou l’épaisseur à traverser l’exige.

Puissance faible Mohamed K. BENCHARIF

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Puissance forte MAI 2007

Equipements Supplémentaires Il existe des dispositifs additionnels crées pour augmenter la souplesse et la précision de la technique, et pour libérer l’utilisateur d’un certain nombre de sujétions rencontrées lors des programmes d’inspection importants. Ces équipements peuvent être acquis séparément tels les avertisseurs de défauts (moniteurs) Le circuit de contrôle, couplé à un système d’alarme visuelle ou audible, est particulièrement intéressant pour l’inspection en continu de séries ou de masses relativement importantes : tôles laminées, disques, rotors, lingots, rails, etc.… Ce système fait apparaître sur l’écran du T.R.C. une zone de sensibilité telle que tout écho, qui pénètre dans cette zone, commande un circuit de déclenchement et par l’intermédiaire d’un petit relais, allume une lampe de signalisation ou actionne un avertisseur sonore pour attirer l’attention de l’opérateur Mohamed K. BENCHARIF

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E

R

Chapitre 3

TECHNIQUES

Mohamed K. BENCHARIF

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Types d’Exploration ( A-Scan ) Avec ce type, les déplacements horizontaux de l’image y sont proportionnels au temps donc à la distance et les déplacements verticaux représentent l’amplitude de l’écho.

C’est ce type de représentation qui est normalement livré avec les appareils de détection de défauts : on l’appelle « analyseur de type A » Mohamed K. BENCHARIF

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Types d’Exploration ( B-Scan ) La base de temps normale fournit un balayage horizontal de gauche à droite. Les échos de défauts et es faces avant et arrière (paroi d’entrée et paroi de fond) parviennent après réception et amplification non pas aux plaques deflectrices Y comme dan le type A mais à la grille du T.R.C. pour augmenter l’éclat de l’image. Si on applique aux plaques deflectrices Y un signal proportionnel au déplacement du palpeur le long de l’échantillon, l’écran tout entier peut alors représenter une section de l’échantillon sur une longueur donnée de celui-ci. Cette méthode est surtout utilisée en immersion car les déplacements longitudinaux du palpeur doivent être réglés par des moyens mécanique de façon précise et régulière. Mohamed K. BENCHARIF

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Types d’Exploration ( C-Scan )

0

1

2

3

4

Dans ce type de présentation, le principe précédant est développé suivant les axes X et Y; en effet, leurs déflections correspondent aux coordonnées du palpeur.Les échos de défauts, formes à l’intérieur de l’échantillon, sont localisés sur les plages; ils modulent la grille du T.R.C. et forment des taches brillantes dans les régions où se trouvent ces défauts. L’image ressemble à une radiographie mais on peut détecter des défauts très petits dans des matériaux très épais. Les résultats peuvent être enregistres sur un écran à tube cathodique à mémoire ou sur un enregistreur à stylet. Le déplacement du palpeur se fait ici suivant 2 axes sur toute la surface de contrôle.

Mohamed K. BENCHARIF

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Techniques avec Ondes Entretenues Méthode par transmission E

E

R R

Pièce saine Mohamed K. BENCHARIF

Pièce défectueuse FORMATION - NDT - UT - 1 & 2

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Techniques avec Ondes Entretenues Méthode par réflexion Il n’est parfois pas exclu d’utiliser des ondes entretenues avec une méthode par réflexion. Dans ce cas, les deux palpeurs se trouvent généralement du même cote de la pièce à examiner.

Au moyen des palpeurs d’angle, il est parfois possible de situer la position d’un défaut, mais ceci reste difficile; on préfère utiliser une technique avec impulsion à celle des ondes entretenues. Toutefois pour des tubes soudes et le contrôle en continu, cette méthode peut être retenue. Mohamed K. BENCHARIF

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MAI 2007

Techniques avec Ondes Entretenues Méthode par résonance Cette méthode, qui sert principalement à mesurer des épaisseurs est basée sur le fait que l’intensité reçue passe par un maximum lorsqu’on arrive à des fréquences de résonance de matériau c.a.d. qu’il faudra moins d’énergie pour faire vibrer un matériau à cette fréquence plutôt qu’à toute autre. D’ou :

t = K

λ

t = épaisseur ; K = nombre entier

2

Cette méthode est très sensible ( o peut trouver K en recherchant des maxima successifs en faisant varier la fréquence). Toutefois, elle est relativement peu utilisée. A t =

λ 2

Harmonique 1 Mohamed K. BENCHARIF

B t = λ Harmonique 2 FORMATION - NDT - UT - 1 & 2

C t =

3 2

λ

Harmonique 3 MAI 2007

Techniques avec Impulsions Méthode par réflexion Méthode déjà décrite dans le premier chapitre. C’est la méthode la plus utilisée, connaissant l’angle de propagation des ondes dans le matériau ausculté, on peut rechercher par cette méthode la position du réflecteur. Il faudra bien établir la géométrie de la détection pour évaluer avec exactitude la position des défauts.

Mohamed K. BENCHARIF

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MAI 2007

Techniques avec Impulsions Méthode par transmission Cette méthode peut être utilisée au moyen de deux palpeurs. Mais l’avantage d’impulsions en lieu et place d’ondes entretenues est très faible, la technique est pratiquement la même dans les 2 cas.

E

Mohamed K. BENCHARIF

R

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MAI 2007

Onde Entretenue / Impulsion-écho CONCLUSION La méthode la plus utilisée est la méthode par impulsion – écho par réflexion. Car cette méthode donne la position du défaut et ne nécessite l’accès que d’un seul coté de la pièce.

Mohamed K. BENCHARIF

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MAI 2007

Focalisation

Cristal Plexiglas Eau Acier Foyer

Cristal subdivisé

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Mohamed K. BENCHARIF

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M.K.B

MAI 2007

Formation Ultrasons Niveau 1 & 2 Chapitre 4 VERIFICATIONS ET ETALONNAGES

Mohamed K. BENCHARIF

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MAI 2007

Vérifications et Etalonnage Généralités Pour utiliser convenablement les appareils à ultrasons et leurs accessoires , il est indispensable de disposer d’un milieu de référence qui permette : a. d’étudier les caractéristiques propres de l’appareillage et des palpeurs utilisés. b. d’étalonner l’appareil en fonction de la nature du matériau à examiner et des dimensions de la pièce. c. de choisir une sensibilité en vue d’un examen et de vérifier que cette sensibilité reste constante pendant toute la durée de l’examen. d. d’être en mesure de recommencer l’examen à n’importe quel moment dans les mêmes conditions et d’obtenir des résultats identiques. e. d’effectuer un examen dans des conditions identiques avec des appareils différents Mohamed K. BENCHARIF

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Vérification de l’Equipement Linéarité de la Base de Temps (ou Linéarité Horizontale) Linéarité en Amplitude (ou Linéarité Verticale) Linéarité de l’Amplificateur Calibré Verification du Palpeur * Point d’émergence du faisceau * Verification de l’angle réfracté * Verification de l’angle de bigle Résolution Sensibilité Puissance Mohamed K. BENCHARIF

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Cale d’Etalonnage V1

300 mm

Plexiglas

10 0

m m

25 mm

100 mm

200 mm

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Cale d’Etalonnage Sulzer

15

30

45° 140 mm

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75 mm

20 30

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70°

60°

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Cale d’Etalonnage V2

25 50

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Etalonnage Influence des conditions de surface Surface usinée

Palpeur rodé

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Surface corrodée

Eau

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ASME Section V - 2004 Article 4:

Méthodes d’Examen de Soudures par Ultrasons

T-410 T-420 T-430 T-440 T-450 T-460 T-470 T-480 T-410

Entendue Exigences generales Equipement Exigences diverses Techniques Etalonnage Examen Evaluation Documentation

Appendices Obligatoires Appendice I Appendice II

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Linéarité verticale de l’écran de lecture Linéarité du contrôle de l'amplitude

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Procédure d’Examen UT- Table T.421 - Exigences EXIGENCE

ESSENTIELLE

Configuration du joint à examiner, incluant épaisseur, dimensions et forme de produit du métal de base (tube, tôle, etc.,)

X

Surfaces à partir desquelles l’examen sera réalisé

X

Technique(s) (faisceau droit, faisceau d’angle, contact et/ou immersion)

X

Angle (s) et mode (s) de propagation de l’onde dans le matériau

X

Type (s) de palpeur (s), fréquence (s), et dimension (s)/forme de l’élément

X

Palpeurs spéciaux, cales, semelles ou selles, si utilisés

X

Appareil(s) Ultrasons

X

Etalonnage [bloc(s) de référence et technique(s)]

X

Directions et étendue de sondage

X

Sondage (manuel ou automatique)

X

Méthode de discrimination entre indications de défauts et échos dus à la géométrie

X

Méthode de dimensionnement des indications

X

Acquisition de données, assistée par ordinateur, lorsque utilisée

X

Chevauchement de sondage (diminution seulement)

X

Exigences de performance du personnel, lorsque requis

X

NON ESSENTIELLE

Exigences de qualification du personnel

X

Condition de surface (surface d’examen, bloc de référence)

X

Couplant: marque de fabrique ou type

X

Alarme automatique et/ou équipement d’enregistrement, lorsque applicable Enregistrements,incluant les données minimum d’étalonnage a enregistrer (Ex: réglages appareil)

X

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X

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MATERIEL – Exigences T-431 APPAREIL ULTRASONS Un appareil de type pulse-echo doit être utilisé. L’appareil doit être en mesure de fonctionner, au moins, dans la gamme de fréquences de 1MHz à 5MHz. T-432 PALPEURS La fréquence nominale doit être de 1MHz à 5MHz sauf si des variables, telles que la structure de grain du matériau, nécessitent l’utilisation d’autres fréquences pour assurer une pénétration adéquate ou une meilleure résolution. Des palpeurs avec semelles formées peuvent être utilisées pour assurer un couplage ultrasonore. T-433 COUPLANT Le couplant, incluant ses additifs, ne doit pas être préjudiciable au matériau en examen. T-434 BLOCS DE REFERENCE Voir slides suivants. Mohamed K. BENCHARIF

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Blocs de calibrage ASME - Soudures

ASME Section V : FIG. T-434.2.1 - BLOC DE CALIBRAGE POUR AUTRE QUE PIPE * * Si Ø > 20 “ (500 mm) Mohamed K. BENCHARIF

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Blocs de calibrage ASME - Soudures ASME Section V : FIG. T-434.2.1 - BLOC DE CALIBRAGE POUR AUTRE QUE PIPE (suite) NOTES GENERALES : (a)

Les trous doivent être forés et alésés sur 1.5 in. (38 mm) de profondeur minimum, essentiellement parallèles à la surface d’examen.

(b)

Pour les éléments de diamètre égal ou inférieur à 20 in. (500 mm), le diamètre du bloc de calibrage doit rejoindre les exigences de T-434.1.7.2. Deux jeux de réflecteurs de calibrage (trous, entailles) orientés l’un de l’autre de 90° doivent être utilisés. Alternativement deux bloc de calibrage incurvés peuvent être utilisés.

(c)

La tolérance pour le Ø du trou doit être de ± 1⁄32 in. (0.8 mm). La tolérance pour la localisation du trou à travers l’épaisseur du bloc (i.e., distance à partir de la surface d’examen) devra être de ± 1⁄8 in. (3 mm).

(d) Tous les trous peuvent être localisés sur la même face (coté) du bloc de calibrage a condition qu’un soin soit apporté pour situer tous les réflecteurs (trous, entailles) Afin d’éviter qu’un réflecteur n’affecte l’indiction d’un autre réflecteur durant le calibrage, les entailles peuvent aussi être sur le même plan tout comme pour les trous alignés (voir Appendix J, FIG. J-431). As in FIG. J-431, un nombre suffisant de trous doit être fourni pour le calibrage de faisceau d’angle et faisceau droit aux profondeurs 1/4 T, 1/2 T et 3/4 T (e) (f)

La profondeur minimum des entailles doi etre de 1,6% T et la profondeur maximum doit être de 2,2% T plus l’épaisseur du claddage si présent.

La largeur maximum des entailles n’est pas critique. Les entailles peuvent être réalisées par usinage avec des fraises de Ø 6,4mm. FORMATION - NDT - UT - 1 & 2 Mohamed K. BENCHARIF MAI 2007

Blocs de calibrage ASME - Soudures

ASME Section V : FIG. T-434.3 - BLOC DE CALIBRAGE POUR PIPE * Les entailles doivent être éloignées, entre elles et de n’importe quel bord, d’au moins T ou 1" (prendre la plus grande des 2 valeurs).

NOTES GENERALES: (a) La longueur minimale (L) du bloc doit être de 200 mm ou 8T (prendre la plus grande des 2 valeurs). (b) Pour Ø Ext. 100mm et moins, la longueur minimum de l’arc doit etre de 270°. Pour Ø Ext. > 100mm la longueur minimum de l’arc doit etre de 200mm ou 8T, (prendre la plus grande des 2 valeurs). (c) La profondeur des entailles doit être comprise entre 8% T minimum et 11% T maximum. La largeur des entailles doit être 6mm maximum. La longueur des entailles doit être 25mm minimum. (d) La largeur maximum des entailles n’est pas critique. Les entailles peuvent être réalisées par usinage avec des fraises de Ø 6mm. (e) La longueur des entailles doit être suffisante pour un calibrage avec ratio Signal/Bruit de 3 à 1 minimum. FORMATION - NDT - UT - 1 & 2 Mohamed K. BENCHARIF MAI 2007

Blocs de calibrage ASME - Soudures

ASME V - Table T.434.1.7.2 – Ratios limites pour surfaces courbes Mohamed K. BENCHARIF

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Exigences Diverses : T- 440 (a) Localisation des soudures. La localisation de soudures et leur identification doit être enregistrée sur une cartographie de soudure ou sur un plan d’identification. (b) Marquage. Si des soudures sont à marquer de façon permanente, des poinçons à bas stress ou des outils à vibrations peuvent être utilisés. Les marquages appliqués après un traitement de detentionnement final de l’élément à examiner ne doivent pas être plus profonds que 3/64 in. (1,2mm). (c) Système de référence. Chaque soudure doit être localisée et identifiée par un système de points de référence. Le système doit permettre l’identification de chaque axe longitudinal de soudure et la désignation d’intervals réguliers tout le long de la soudure. Un système général pour la représentation des soudures de réservoirs est décrit dans l’appendice non obligatoire A; toutefois, un système différent peut être utilisé à condition qu’il rejoigne les exigences ci-dessus. Mohamed K. BENCHARIF

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Etalonnage – Palpeur d’angle

ASME V - Fig. B.461.1 – Étalonnage en distance (Trous transversaux)

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Etalonnage – Palpeur d’angle

ASME V - Fig. B.461.2 - Étalonnage en distance (Bloc IIW Type I)

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Etalonnage – Palpeur d’angle

ASME V - Fig. B.461.3 - Étalonnage en distance (Entailles)

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Etalonnage – Palpeur d’angle

ASME V - Fig. B.462.1 – Sensibilité et Correction Amplitude Distance (Trous transversaux)

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Etalonnage – Palpeur d’angle

ASME V - Fig. B.462.3 – Sensibilité et Correction Amplitude Distance (Entailles)

Mohamed K. BENCHARIF

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Etalonnage – Palpeur Droit

ASME V - Fig. C.461 – Étalonnage en distance Mohamed K. BENCHARIF

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Etalonnage – Palpeur Droit

ASME V - Fig. C.462 – Sensibilité et Correction Amplitude Distance

Mohamed K. BENCHARIF

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Vérification de l’Équipement

ASME V - Fig. I.440 - Linéarité Verticale

Mohamed K. BENCHARIF

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Zone de sondage

Exemple de volume à contrôler - exploration pour la détection des indications longitudinales Mohamed K. BENCHARIF

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Zone de sondage Eloignement max. du palpeur

1/2 bond 1bond FORMATION - NDT - UT - 1 ; 2

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M.K.B

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Dimensionnement des Indications

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FIN Merci de votre attention Mohamed K. BENCHARIF

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