Brevet FR2026810A1 — publié le 19700918

i 2026810 La présente invention concerne un procédé pour le contrôle non destructif de joints de soudure par la détection d'hétérogénéités de la matière du joint dans le sens longitudinal-défauts longitudinaux - et dans le sens transversal - défauts transversaux = au moyen d'ultrasons et en utilisant 5 des têtes de contrôle ullrasonore agissant comme émetteur et/ou comme récepteur et guidées de part et d'autre et parallèlement à l'axe longitudinal du joint de soudure. Le contrôle non destructif de joints de soudure3 principalement de tubes comportant un joint longitudinal ou hélicoïdal; par des ultrasons., 10 s'effectue le plus souvent au moyen de deux têtes de contrôle guidées de part et d'autre et parallèlement au joint de soudure qui émettent ou reçoivent chacune les impulsions ultrasonores perpendiculairement au joint de soudure pour la détection de défauts longitudinaux de celui-ci et au moyen d'une ou de plusieurs paires de têtes de contrôle qui émettent et qui reçoivent les 15 faisceaux ultrasonores sous un angle de 45 ou de 60° par rapport au joint pour la détection de défauts transversaux de celui-ci. La détection de défauts longitudinaux dans le joint de soudure est devenue un procédé fiable du fait que l'on applique un procédé de contrôle selon lequel on examine,pendant deux premières périodes de contrôles la partie 20 droite ou la partie gauche du joint et par le fait que l'on examine, pendant une troisième période de contrôle et selon un procédé d'examen mutuel, le fonctionnement correct des têtes de contrôle ainsi que le couplage convenable à la pièce examinée. Ces périodes de contrôle sont répétées dans un ordre quelconque. 25 Le procédé mentionné ci-dessus pour la détection des défauts trans versaux dans le joint de soudure a l'inconvénient de nécessiter l'utilisation de deux ou de quatre têtes supplémentaires qui fonctionnent de la façon décrite, mais qui ne permettent pas un contrôle de leur bon fonctionnement. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients cités du 30 système de contrôle appliqué jusqu'à présent et de permettre une détection de défauts longitudinaux et transversaux qui est aussi sûre que celle qui est, jusqu'à présent, seulement possible pour la détection des défauts longitudinaux. Selon une caractéristique essentielle du procédé de l'invention, chaque tête de contrôle ultrasonore envoie simultanément et reçoit simulta-35 nément ou successivement au moins deux faisceaux ultrasonores qui sont intro- duits dans la matière à contrôler ou qui sont reçus de cette matière en passant par une surface de couplage commune, le guidage de chaque tête étant tel que l'un des faisceaux ultrasonores tombe perpendiculairement sur l'axe longitu 69 44253 2 2026810 dinal du joint de soudure, tandis que les autres faisceaux coupent l'axe longitudinal du joint sous des angles différents et. inférieurs à 90°. Chacune des têtes prévues pour la mise en oeuvre du procédé ne comprend qu'un seul oscillateur ultrasonique. 5 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'oscillateur ultra- sonique - émettant des ondes ultrasonores des deux côtés - est noyé dans un corps en matière plastique qui transmet les ondes et dont la forme est telle que les deux faisceaux sont réfractés et dirigés de sorte qu'ils passert par la surface de couplage commune et présentent les orientations prédéterminées 10 par rapport au joint de soudure. Selon une autre forme de réalisation., la tête de contrôle ultrasonore comprend un oscillateur ultrasonique monté de façon connue dont l'émission vers l'un des côtés est. atténuée par la disposition d'une matière d'amortissement, de sorte que 1'émission de l'énergie ultrasonore se produit princi-15 paiement de l'autre côté seulement. On monte devant cet oscillateur - émettant seulement d'un côté - une pièce d'adaptation à effet ultrasonore-optique. Cette pièce d'adaptation se présente sous forme d'un corps de matière plastique transmettant les ondes ultrasonores et présentant éventuellement, sur le côté se trouvant à l'opposé de l'oscillateur, un ou plusieurs évidements remplis 20 d'une matière ne conduisant pas ou conduisant mal les ultrasons. Le côté du corps,qui est tourné vers la surface de couplage,â un profil triangulaire ou polygonal. Il n'est pas dans tous les cas nécessaire de délimiter la subdivision du rayonnement ultrasonore,déterminée par la conformation de la pièce d'adaptation,au moyen d'une zone qui n'est pas ou qui est peu perméable aux 25 ondes ultrasonores, par exemple au moyen d'évidements avec un remplissage correspondant. La pièce d'adaptation est asociée à une chambre de transmission délimitée par" une douille et remplie d'un liquide provoquant une réfraction des ultrasons. 30. Les ultrasons peuvent passer directement de cette chambre de trans mission dans la matière à contrôler, mais il est également possible de prévoir une pièce d'adaptation supplémentaire devant, la chambre de transmission. Cette pièce d'adaptation conduit les ultrasons et sa forme est adaptée à la surface de la matière à contrôler. 35 Par suite de la subdivision du faisceau ultrasonore émis par un oscillateur vers un côté à l'aide de phénomènes optiques tels que la réflexion et la réfraction, on obtient deux ou plusieurs faisceaux qui sont dirigés dans 69 44253 3 2026810 le sens désiré - déterminé à l'avance - vers le joint de soudure. Par des inclinaisons différentes des surfaces réfléchissant ou réfractant les ultrasons du corps en matière plastique ou de la pièce d'adaptation,, on peut choisir un angle d'incidence - c'est-à-dire l'angle formé entre la normale à la surface 5 de la matière à contrôler et le faisceau ultrasonore - qui diffère pour chacun des faisceaux ultrasonores a^ à a^. Par exemple, le faisceau a.^ peut avoir un angle d'incidence ct^ = 45°, le faisceau a^ peut avoir un angle d'incidence dans la pièce à contrôler ayant une valeur a^ = 60°, etc. On peut obtenir, en outre, un effet de convergence et/ou de divergence des faisceaux ultra-10 sonores en prévoyant des surfaces de séparation ayant un effet de focalisation. Comme les faisceaux ultrasonores subdivisés - qui partent d'un seul oscillateur - entrent dans le joint devant être contrôlé en passant par une surface de couplage conmune, il devient possible de réaliser, au moyen d'un dispositif de couplage connu, non seulement une détection des défauts longi-15 tudinaux et transversaux du joint de soudure, mais également le contrôle du bon fonctionnement des têtes ultrasonores au moyen d'un procédé de contrôle mutuel par ultrasons à l'aide du faisceau dirigé perpendiculairement à l'axe longitudinal du joint. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention - pour le contrôle 20 non destructif de joints de soudure au moyen de deux têtes de contrôle à ultrasons disposées en vis-à-vis et guidées parallèlement à l'axe longitudinal du joint - s'effectue avantageusement au moyen d'un système à périodes de travail,qui se succédât de façon continue etqji assurent les fonctions suivantes : 25 a) détection de défauts longitudinaux ; b) détection de défauts transversaux ; c) contrôle du couplage à la pièce et du couplage mutuel. Ces contrôles peuvent être effectués séparément ou en combinaisons et avec des interversions de la fonction des deux têtes de contrôle à ultrasons. 30 Par exemple, l'une des deux têtes émet pendant la première période, l'autre tête n'étant pas enclenchée à ce moment, et reçoit par l'intermédiaire d'un faisceau ultrasonore les ondes réfléchies par les défauts longitudinaux du joint de soudure, ondes dont les signaux sont mesurés par l'intermédiaire d'un diaphragme de contrôle. Les fonctions des têtes sont inversées pendant 35 la deuxième période. Le contrôle du couplage à la pièce et de celui entre les deux têtes s'effectuent pendant la troisième période à l'aide du faisceau ultrasonore dirigé perpendiculairement au joint de soudure selon le procédé de contrôle mutuel par ultrasons connu. Les détections de défauts transversaux 69 44253 4 2026810 s'effectuent également pendant la troisième période, par l'intermédiaire d'autres faisceaux ultrasonores et de diaphragmes de contrôle associés. Les fonctions des têtes de contrôle sont de nouveau interverties pendant la quatrième période. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif ainsi que des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une tête de contrôle par ultrasons comportant un oscillateur émettant des ondes ultrasonores vers 10 deux côtés ; - la figure 2 est une élévation latérale de lgfcête représentée à la figure 1 ; - la figure 3 est une élévation d'une tête comportant une pièce d'adaptation montée devant l'oscillateur ; 15 - la figure 4 est une élévation de la tête représentée à la figure 3 et comportant, en outre, une pièce d'adaptation à la surface de la pièce devant être contrôlée ; - la figure 5 est une élévation d'une tête analogue à celle de la figure 3, dans laquelle le faisceau ultrasonore émis par l'oscillateur est 20 subdivisé en trois faisceaux ; - la figure 6 est une vue en plan schématique de la disposition des têtes de contrôle ultrasonore pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 7 est une représentation des signaux du diaphragme 25 de contrôle sur l'appareil à ultrasons lorsque les têtes de contrôle sont disposées comme représenté à la figure 6. Un oscillateur ultrasonique 10 (figure 1) est noyé dans un corps en matière plastique 11 conduisant les ondes ultrasonores, par exemple en ester d'acide polyméthacrylique. La position symétrique illustrée de l'oscil-30 lateur n'est pas obligatoire et il est parfois plus avantageux de prévoir une position dissymétrique, par exemple pour des raisons énergétiques. L'oscillateur émet un faisceau ultrasonorè 12 vers un côté et un faisceau ultrasonore 13 vers l'autre côté. Les faisceaux 12 et 13 tombent sur une surface oblique réfléchissante 14 du corps de matière plastique 11. L'incli-35 naison de cette surface est telle que les faisceaux réfléchis 12, 13 quittent la tête de contrôle ultrasonore 16 à travers une surface de couplage commune 15. Les faisceaux 12, 13 subissent une autre réfraction lors du passage du corps de matière plastique 11 dans une pièce 17, par exemple un tube ou un autre 69 44253 5 2026810 objet courbe ou plan, devant être contrôlé. Les orientations des deux faisceaux sont déterminées par la grandeur et la conformation du corps 11 en matière plastique et les deux faisceaux enferment entre eux un angle £ compris entre 0 et 90", par exemple un angle de 30, 45 ou 60°. L'angle fï est celui formé 5 entre le faisceau 12 tombant perpendiculairement sur l'axe longitudinal d'un joint de soudure 18 et le faisceau ultrasonore 13. La figure 3 montre une forme de réalisation d'une tête de contrôle ultrasonore 19 dans laqieLle une pièce d'adaptation 21 - formée par un corps en matière plastique conduisant les ondes ultrasonores - est disposée devant 10 l'oscillateur 20. Les faces de la pièce d'adaptation 21 sont inclinées et se rejoignent au milieu du côté d'émission des ultrasons. Cette pièce est suivie par une chambre de transmission 22 qui est délimitée latéralement par une douille 23. La chambre de transmission 22 est remplie d'un liquide, par exemple de l'eau, qui provoque une réfraction des ultrasons à la surface de 15 séparation avec la pièce d'adaptation 21, en vue de la déviation des faisceaux et du couplage ultrasonore. Ces mesures ultrasonores-optiques provoquent une subdivision du faisceau 24 partant de l'oscillateur 20 en deux faisceaux 241 et 242 qui sont transmis en passant par la surface de couplage commune 25 et sous des angles d'incidence a identiques ou différents,dans une pièce 20 17. Les faisceaux 241 et 242 subissent alors une nouvelle réfraction. Par exemple, le faisceau 241 tombe perpendiculairement sur le joint de soudure, tandis que le faisceau 242 est dirigé vers le joint de soudure sous un angle p par rapport au faisceau 241, l'orientation des faisceaux étant analogue à celle des faisceaux 12 et 13 de la figure 1. La disposition d'une matière 25 d'absorption provoque une atténuation du rayonnement ultrasonore émis par l'oscillateur 20 vers l'autre côté. Lorsque les têtes de contrôle ultrasonores sont utilisées pour des pièces dont la surface n'est pas plane, mais bombée , il est avantageux de disposer une pièce d'adaptation 26 en une matière plastique conduisant les 30 ondes ultrasonores avant la chambre de transmission (figure 4). A la différence de la figure 3, la figure 5 représente une tête de contrôle ultrasonore 19 comportant une pièce d'adaptation 27 présentant deux évidements 271 et 272 remplis d'une matière ne conduisant pas les ultrasons. Ces deux évidements subdivisent le faisceau ultrasonore 24 émis par l'oscil-35 lateur 20 en trois faisceaux 241, 242 et 243, de sorte que par des mesures optiques correspondantes, à savoir par la position des trois surfaces de séparation, ces trois faisceaux 241, 242 et 243 entrent sous trois angles différents dans la pièce à contrôler. Les deux angles Y et è entre le fais 69 44253 6 2026810 ceau central 243 et les deux faisceaux latéraux 241 et 242 peuvent être identiques ou différents. Par exemple, on peut choisir une valeur de 45° pour l'angle X et une valeur de 60° pour l'angle &. La .mise en oeuvre du procédé de contrôle est expliquée plus en 5 détail ci-après, relativement à l'exemple illustré à la figure 6 et concernant la disposition de deux têtes de contrôle ultrasonores sur une pièce présentant un joint de soudure dans le sens longitudinal. On guide les deux têtes de contrôle 28, 29 - disposées en vis-à-vis -parallèlement au joint de soudure 18 sur la pièce 17. Le joint présente un 10 défaut longitudinal 181 et deux défauts transversaux 182 et 183. Les têtes peuvent émettre les faisceaux ultrasonores 281, 282 et 283, respectivement 291, 292 et 293,sous des angles différents. Le faisceau 281, respectivement 291, tombe perpendiculairement sur l'axe longitudinal du joint, tandis que les faisceaux 282 et 283, respectivement 292 et 293, tombent sur le joint 18 15 sous les angles y et S qui sont compris entre 0 et 90°. Les faisceaux 281 et 282 forment, par exemple, un angle N de 45°, tandis que les faisceaux 281 et 283 forment un angle O qui est de 60°. Le procédé de contrôle s'effectue suivant des périodes répétées de façon régulière et permet, par suite, des trajectoires différentes des fais-20 ceaux ultrasonores 281, 282, 283, respectivement 291,.292 et 293, une représentation des zones contrôlées au moyen de réglages correspondants du diaphragme de contrôle sur l'appareil à ultrasons, comme indiqué schématiquement à la figure 7. Le tableau suivant illustre le fonctionnement et l'ordre de succes- 25 sion des périodes au moyen de deux exemples. Emission par la Réception par les faisceaux ultrasonores et tête de contrôle le diaphragme de contrôle .28 29 281/ 282/ 283/ 291/ 292/ 293/ 281' 282' 283' 281' 282' 283' I. lx - x - - _ _ 30 2 - x - - x- 3 x - - - - xx x II. 1 x - x - - - - 2x- - --xxx 3 - x - - - x - 4-x xxx--- 35 A la première période de l'exemple I, la tête 28 fonctionne comme émetteur et récepteur et la tête 29-n'est pas enclenchée. On contrôle ainsi avec le faisceau 281 et par le diaphragme 281' le joint de soudure 18 sur la 69 44253 2026810 7 présence de défauts longitudinaux 181. Les fonctions des deux têtes 28 et 29 sont interverties pendant la deuxième période. Pendant la troisième période, la tête 28 émet les faisceaux 281, 282 et 283 en trois directions différentes. La tête 29 sert à présent de récepteur pour ces trois faisceaux 281/291 et 5 282/283 pour le cas où ces faisceaux sont réfléchis par des défauts transversaux et parviennent à la tête 29 sous forme de faisceaux 292 et 293. I>es trois signaux des trois faisceaux 281, 282, 283, en liaison avec les faisceaux 291, 292 et 293 sont détectés séparément à l'aide des diaphragmes de contrôle 281', 282' et 283'. Le diaphragme 281' et les faisceaux 281 + 291 permettent 10 la vérification du bon fonctionnement des têtes de contrôle ultrasonores 28 et 29, ainsi que leur couplage à la pièce 17. Au moyen d'une amplification correspondante et/ou des appareils de régulation de la puissance, on peut ajuster de façon connue le niveau ultrasonore obtenu dans la tête 29 pendant le processus de contrôle mutuel à une valeur normale. Les faisceaux 281 + 292 15 et 283 + 293 - détectés par les diaphragmes de contrôle 282' et 283'- servent à l'indication de défauts transversaux 182 et 183 dans le joint de soudure 18. La durée des périodes peut être identique ou différente. 20 L'exemple II montre l'une des nombreuses autres possibilités de combinaison des périodes de travail pour les fonctions de contrôle. L'application du procédé et du dispositif de l'invention ne se limite pas au contrôle non destructif de joints de soudure, mais s'étend également de façon générale aux contrôles de tôles, de bandes, de barres et de tubes qui doivent être effectués par des ultrasons. 69 44253 8 2026810 REVENDICATIONS 1 » Procédé pour le contrôle non destructif de joints de soudure sur la présence d'hétérogénéités de la matière du joint dans le sens longitudinal - défauts longitudinaux - et dans le transversal - défauts transversaux - au moyen d'ultrasons en utilisant des têtes de contrôle ultrasonore 5 disposées de part et d'autre du joint et guidées parallèlement à l'axe longitudinal de celui-ci, ces têtes agissant comme émetteur- et/ou récepteur, caractérisé en ce que chaque tête de contrôle ultrasonore envoie simultanément ou reçoit simultanément ou successivement aunrains deux faisceaux ultrasonores qui sont introduits dans la matière à contrôler à travas une 10 surface de couplage commune ou qui sont reçus de cette matière par cette surface et en ce que chaque tête de contrôle ultrasonore est guidée de telle manière que l'un des faisceaux tombe perpendiculairement sur l'axe longitudinal du joint de soudure, tandis que les autres faisceaux ultrasonores coupent l'axe longitudinal du joint de soudure sous des angles différents 15 qui sont inférieurs à 90°. 2 - Tête de contrôle ultrasonore pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1} caractérisé en ce qu'elle ne comporte qu'un seul oscillateur uitrasonore. 3 - Tête de contrôle ultrasonorè selon la revendication 2, carac-20 târisée en ce que l'oscillateur - émettant vers les deux côtés - est noyé dans un corps de matière plastique conduisant les ultrasons et dont la forme est telle que les deux faisceaux sont réfractés et guidés de façon qu'ils passent par la surface de couplage commune suivant les orientations prédéterminées par rapport au joint de soudure. 25 4 - Tête de contrôle ultrasonore pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un oscillateur ultrasonore connu émettant d'un côté seulement, devant lequel est placée une pièce d'adaptation à effet ultrasonore-optique. 5 - Tête de contrôle suivant la revendication 4, caractérisée en 30 ce que la pièce d'adaptation se présente sous forme d'un corps de matière plastique conduisant les ultrasons dont le côté tourné vers la surface de couplage présente un profil triangulaire ou polygonal et dont le côté se trouvant à l'opposé de l'oscillateur ultrasonore présente un ou plusieurs évidements remplis d'une matière ne conduisant pas ou conduisant mal les 35 ultrasons. 69 44253 9 2026810 S - Tête de contrôle ultrasonore selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la pièce d'adaptation coopère avec une chambre de transmission délimitée par une douille et remplie d'un liquide provoquant une réfraction des ultrasons. 5 7 - Tête de contrôle ultrasonore selon l'une quelconque des reven dications 4 à 63 caractérisée en ce qu'une pièce d'adaptation - dont la forme correspond à celle de la surface de la pièce à contrôler - se trouve devant la chambre de transmission. 8 - Application du- procédé selon la revendication 1, utilisant deux 10 têtes de contrôle ultrasonore disposées en vis-à-vis et guidées parallèlement à l'axe longitudinal du joint de soudure, caractérisée par des périodes de travail successives et répétées comme indiqué ci-après ; a) pendant la première période, la tête de contrôle 29 n'est pas enclenchée et la tête 28 émet et reçoitspar un faisceau 281sles ondes ultra- 15 sonores réfléchies par un défaut longitudinal 181 dans le joint de soudure, les signaux de ces ondes étant mesurés à l'aide d'un diaphragme de contrôle 281' ; b) pendant la deuxième période, les têtes 28 et 29 ont des fonctions interverties ; 20 c) pendant la troisième période, il se produit,de façon connue par le faisceau 281 et à l'aide d'un procédé de contrôle mutuel par ultrasons, un contrôle du couplage et du bon fonctionnement, de même que, en même temps» une détection de défauts transversaux 182, -183 par les faisceaux 282 et 283 avec les diaphragmes de contrôle 282' et 283' associés ; 25 d) pendant la quatrième période, les fonctions des têtes de contrôle ultrasonore 28 et 29 sont de nouveau interverties.