Brevet FR2314496A1 — publié le 19770107

La présente invention concerne un sonde à courants de Foucault et plus particulièrement une sonde hautement sensible à des défauts de tubes incorporés à une structure complexe. le s-ondag-e ou contrôle par courants de Foucault-s'est a véré@fficace pour la détection de défauts ou fissures dans di- verses@struetures. On a mis au point un certain nombre de techniques de contrôle, telles que celle par émission-réception de courants de Foucault, selon laquelle un champ niagnéticue est induit dans l'objet contrôlé par une bobine émettrice et est décelé par une ou plusieurs bobines réceptrices, et celle à pont d'impé- dance suivant laquelle les bobines sout incorporées à un montage principal en pont.On relie une source de tension alternative à deux bornes opposées du pont et un détecteur aux deux autres bornes du pont, On obtient par ces techniques, notamment au moyen de sondes circulaires insérées dans des tubes, une excellente sensibilité aux défauts quand les tubes ne sont pas man tenus par des supports, ce qui est le cas lorsqu'on les inspecte avant de lesposer. Par contre, pour le sondage d'une structure complexe, les instruments åctuels ne pressentent qu'une sensibilité aux défauts tangente ou médiocre an-dessous ou au voisinage des supports-de tubes et des plaques tubulaires.In en est ainsi parce que, dans les imstruments connus, es bobines sont toujours montées dans la sonde de façon que leurs axes soient situés sur un cercle centré sur l'axe du tube à-Send'er.-Fn conséquence, une telle sonde engendne des signaux forts lorsqu elle passe au voisinage d'un support ou autre organe placé contre le tube ou près de lui, car ce supportt ou organe est aussi décelé comme une 'discontinuité. Ces signaux forts n'ont aucune signification utile et risquent de masquer de petits défauts ou pailles présents dans le tube près du support ou autre organe. En conséquence, l'invention a pour buts de proposer : - une sonde qui soit sensible à des défauts locaux d'un tube; - une sonde qui soit sensible à des défauts localisés situés dans un tube, près de supports, plaques tubulaires ou autres discontinuités symétriques par rapport à l'axe du tube; - une sonde à bobines différentielles pour association à un montage émetteur-récepteur; - une sonde à bobines multiples pour association à un montage à pont d'impédance. On atteint ces buts, ainsi que d'autres, grâce à une sonde comportant un certain nomtre de paires de bobines identiques angulairement réparties autour de l'axe de la sonde de façon que celle-ci ne décèle pas une discontinuité symétrique par rapport à l'axe du tube sondé, du fait que le signal émis par une bobine équilibre celui émis par une autre bobine, et que seul subsiste le signal auquel donne lieu un défaut local, situé au dessous de l'une de bobines. Les bobines sont toutes enrouiées sur des noyaux individuels identiques, répartis symétriquement autour de l'axe de la sonde de manière à couvrir la totalité du pourtour intérieur du tube. L'onsemble de bobines peut comorter des bobines enroulées sur deux noyaux en D couvrant enaer 180 , sur quatre noyaux en are de 90 , sur six noyaux en are de 60 etc., montés dans un même plan.En variante, l'ensemble de bobines peut comporter un nombre par de paires de bobines identiques enroulées sur des noyaux situés dans l'un ou l'autre de deux plans parallèles voisins, les bobines se chevauchant soit partiellement, soit complètement, de façon à assurer le même degré de détection sur tout le pourtour intérieur du tube. Pour la dé tection de pailles ou fissures, les bobines peuvent constituer soit des branches de pont dans un instrument à pont d'impédance alternatif elassique, soit des bobines réceptrices dans un instrument émetteur-récepteur classique.Dans ce dernier cas, d'autres bobines, d'excitation, reliées à une source de courant al ternatif sont montées sur toute la circonférence d'un ensemble de noyaux pour engendrer des courants de Foucault dans le tube sous contre. Sur les dessins annexés : La figure 1 est un schéma de montage de l'instrument à pont d'impédance alternatif classique; la figure 2 est un schéme de montage de l'instrument émetteur-récepteur classique; la figure 3 est une vue en coupe droite d'une sonde à courants de Foucault classique; Les figures 4a à 4d et 5a à 5e représentent respectivement des ensembles à deux bobines et à quatre bobines selon l'in- vention; les figures 6a à 6e, 7a à 7e et 8a à 8e représentent des ensembles de noyaux selon l'invention, situés dans des plans pa rallèles voisins, et les figures 9a à 9e représentent un erse-ble de noyaux selon I 'invention pour incorporation à un instrument émetteur-ré- cepteur. les instruments classiques auxquels on peut associer les sondes selon l'invention sont schématisés sur les figures 1 et 2. le montage 1 (figure 1) de l'instrument à pont d'impédance alter- natif comprend un pont 2 qui présente des bornes A, B, C et D, une source alternative 3 étant reliée aux bornes A et C et wn dé- tecteur 4 relié aux bornes B et D. Les bobines de la sonde cors- tituent habituellement les branches 5 et 6 du pont, reliant respectivement les bornes A et B et les bornes 3 et C.D'autre ré- sistances variables peuvent etre incorporées aux branches 5 et 6 pour l'équilibrage du pont. les branches 7 et 8, reliant restec- tivement les bornes C-J) et D-A sont habituellement formées d'im- pédasces variables, assurant aussi l'équilibrage. Toutefois, d'autres bobines de la sonde peuvent eAtre incorpores aux branches 7 et 8. L'instrument émetteur-récepteur 21 à bobines périphériques représenté sur la figure 2 comprend une bobine d'excitation 22, reliée à une source alternative 23, et une bobine réceptrice 24, reliée à un détecteur 25. Les bobines 22 et 23 sont montées dans une sonde à laquelle on fait traverser le tube à inspecter. La figure 3 représente en coupe droite une sonde te, dans laquelle on peut monter un ensemble de bobines selon l'invention. L'ensemble de bobines 31 est rigidement fixé dans un corps de sonde qui présente des bossages d'amont 32 et d'aval 33, sur lesquels sont enfilées des calottes de guidage 34, assurant le centrage de la sonde dans le tube 30. Un câble blindé 35 pénètre dans le bossage d d'aval 33 et contient des conducteurs 36, reliés aux bobines de l'ensemble 91o Un oeillet 37, monté dans le bossage d'aval 32, reçoit un câble de traction 38 permettant de tirer la sonde à travers le tube 30. On peut associer à un instrument à pont d'impédance divers ensembles de bobines selon l'invention, tels que représentés sur les figures 4 et 8. Chacune de ces figures comporte une vue en perspective de ltensemble de noyaux sur lequel sont enroulées les bobines, une vue en coupe axiale de cet ensemble, une ou plusieurs vues en coupe normale à l'axe ae l'ensemble et un schéma de montage des bobines dans le pont représenté sur la figure 1. les figures 4a à 4d représentent l'ensemble de bobines 41 le plus simple selon l'invention, comportant deux noyaux en D identiques 42, 43 qui présentent des rainures 42, 43 dans les quelles sont respectivement enroulées des bobines 44 et 45 identiques. Les noyaux peuvent être en divers matériaux, selon la nature de l'application et la fréquence des essais, par exemple matériaux pour aimants permanents, matériaux à haute perméabilité magnétique, matériaux électriquement non conducteurs et même matériaux électriquement conducteurs pour une meilleure résistance mécanique et/ou à des fins de concentration.Chaque bobine 44 et 45 couvre complètement 1800 de la circonférence de l'ensemble de bobines, comme représenté sur la figure 4e, où les flèches I in- diquent les sens relatifs de passage du courant. On relie la bobine 44 aux bornes A-D et la bobine 45 aux bornes B-C du pont, comme-indiqué sur la figure 4d, qui porte encore les flèches I indiquant les sens relatifs de passage du courant. On voit donc que, quand les bobines passent au-dessous d'une discontinuité symétrique autour de 7'axe d'un tube en cours d'essai, le signal engendré dans une bobine est équilibré par celui engendré dans l'autre bobine, de sorte qu'en fait, la discontinuité symétrique n'est pas perçue. L'ensemble de bobines 51 représenté sur les figures 5a à 5e comporte un certain nombre de paires de noyaux en secteur, sur chacun desquels est enroulée une bobine. On a représenté quatre noyaux 52, 53, 54 et 55, portant des bobines correspondantes 56, 57, 58 et 59, et indiqué par des flèches I les sens relatifs de passage du courant. Cet agencement réduit l'étalement du champ magnétique dans le tube essayé, ce qui améliore le rapport signal/bruit et facilite l'application au moyen de ressorts des bobines contre la paroi du tube. Les figures 5(d) et 5(e) illustrent deux modes possibles de.montage des bobines dans un pont d'impédance. Sur la figure 5d, deux paires de bobines, 59-57 et 58-56, sont montées en série entre les bornes A-S et B-C respectivement.Sur la figure 5e, une bobine est incorporée à chaque branche du pont, la bobine 59 entre les bornes Â-3, la bobine 58 entre les bornes B-C, la bobine 57 entre les bornes C-I) et la bobine 56 entre les bornes D-A. Cet ensemble de bobines présente encore l'avantage de corriger automatiquement un défaut de centrage éventuel de la sonde dans le tube, du fait de la compensation mutuelle assurée par les bobines diamétralement opposées. L'ensemble de bobines 61 renésenté sur les ligures 6 à 6e comporte une première paire de noyaux en D 62, S3, portant des bobines identiques 64, 65, comme dans le cas de la figure 4. En outre, une seconde paire de noyaux en D 66, 67, portant des bobines 68, 69, sont montés dans un plan parallèle et voisin par rapport à celui de la première paire de noyaux 62, 63, mais avec un decalage ae 900. Les sens relatifs de passage du courant sont indiqués sur les figures 6c et 6d par des flèches I et le mode de montage des bobines entre les bornes A, B et C est illustré par la figure 6e.Cet agencement de bobines assure un chevauchement total entre-les deux paires de bobines, ce qui supprime complètement le risque de voir échapper à la détection : 1) une paille du tube symétrique par rapport au plan passant entre les deux noyaux en D représentéssur la figure 4 et qui, de ce fait, affecte également les deux bobines, et 2) une paille de dimension angulaire faible, sise à l'intersection du tube avec le plan séparant les noyaux. Selon une autre variante illustrée par les figures 7a à 7e, une première paire de noyaux en secteur 72, 73 couvrant plus de 900 sont diamétralement opposés et portent des bobines 74 et 75, comme représenté sur la figure 7c. Une seconde paire de noyaux en secteur identiques 76 et 77 sont montés dans un plan pa allèle et voisin par rapport à celui passant par la première pal- re de noyaux, mais sont décalés de 900 par rapport aux premiers noyaux. Des bobines 78 et 79 sont enroulées sur les noyaux 76 et 77 de la seconde paire, comme représenté sur la figure 7d. Ces bobines peuvent être reliées aux bornes du pont comme illustré par la figure 7e.Cet agencement offre les mêmes avantages que celui décrit à propos de la figure 6 et, en outre, du fait que chaque bobine couvre un arc plus faible du tube, le rapport signal/bruit est plus élevé. Les figures 8a à 8e illustrent une autre variante, particulièrement applicable au sondage de tubes maintenus en trois points de leur pourtour, par exemple par des colliers à griffes. L'ensemble de bobines 81 comporte deux premiers noyaux en secteurs 82, 83, couvrant chacun un arc d'environ 1200, disposés côte à côte, comme représenté sur la figure 8c. Sur chaque noyau est enroulée une bobine 84, 85. Deux autres noyaux en secteur 86 et 87, couvrant chacun un arc d'environ 1200 et aussi disposés coté a' côte, sont centrés sur le même axe que les noyaux 82 et 83, mais décalés le façon que les noyaux 83 et 87 soient situés en vis-àvis. Sur les noyaux 86 et 87 sont enroulées des bobines 88 et 89 comme représenté sur la figure 8d. Les bobines sont montées par paire 84, 88 et 87, 85 ente les bornes A-S et B-C respective ment du pont. Pour incorporation à un instrument à courants de Bou- cault émetteur-récepteur, on peut utiliser les ensembles de bobines décrits ci-dessus à propos des figures 4 à 8 en leur appor- tant certaines modifications. 'les figures 9a à 9e représentent un ensemble utilisable dans ce cas. L'ensemble de bobines 91 comporte deux noyaux en forme de D 92 et 93, sur lesquels des bobines réceptrices respectives 94 et 95 sont enroulées comme représenté sur les figures 9b et 9c. En outre, les noyaux 92 et 93 présentent des rainures 96 et 97, flanquant les bobines réceptrices et dans lesquelles des bobines d'excitation 98 ct 99 sont enroulées comme repr6senté sur la figure 9d. Les bobines d'excitastion 98 et 99 sont montées en série aux bornes à'une source alternative, pour établir un champ magnétique alternatif dans la paroi da tube sondé. Les bobines réceptrices 94 et 95 sont montées entre la masse et les entrées d'un détecteur à amplificateur différentiel 100 de façon que le signal émanant de la bobine 94 équilibre celui qui émane de la bobine 95 quand la structure du tube ou d'un organe quelconque relié au tube est symétrique. Le détecteur 100 ne décèle donc un signal provenant des bobines 94 et 95 qu'au cas où il existe un défaut localisés REXENDICA2IONS. 1. Ensemble de bobines à monter dans le corps d'une sonde qui opère le contrôle non destructif d'un tube afin d'y aéce ler des discontinuités, en combinaison avec une source de courant alternatif et un montage de mesure de signal, et qui se déplace librement suivant son axe dans le tube, cet ensemble de bobines étant caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de paires de bobines disposées symétriquement, deux à deux à l'opposé, dans un plan normal à l'axe du corps de sonde. 2. Ensemble de bobines selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une seule paire de bobines identi que s, chaque bobine étant enroulée sur un noyau en D. 3. Ensemble de bobines selon la revendication 1, carac tersé en ce qu'il comporte un nombre entier N, égal à 1, 2, 3, 4 5! de paires de bobines, chaque bobine étant montée sur un noyau ea secteur couvrant un arc de 3600 , ces noyaux étant répartis symétriquement autour de 1' axe2Ndu corps de sonde, dans un même plan. 4. Ensemble de bobines selon la revendication 1, carac térisé en-ce qu'il comporte un nombre pair 2M de paires de bobines, X étant égal à 1, 2, 3 ..., chaque bobine étant montée sur un noyau en secteur eouvrant.un arc d'au moins ç et en ce que X paires de noyaux sont disposées symétriquement autour de l'axe du corps de sonde dans un premier plan et Z paires de noyaux sont disposées symétriquement autour de l'axe du corps de sonde dans fln second plan, voisin du premier plan. 5. Ensemble de bobines selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine circonférentielle, symé trique par rapport à l'axe du corps de sonde, de chaque coté desdites paires de bobines.