Brevet FR2340549A1 — publié le 19770902

La présente invention concerne un procédé pour l'examen nondestructif de tôles et de bandes par ultrasons, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est connu pour détecter doublement de façon non-destructive les défauts de tôles ou de bandes de mettre en oeuvre différents procedés par ultrasons, par exemple le procédé par échos d'impulsions en fonctionnement à une seule tête (un oscillateur par tête) ; le procédé par échos d'impulsions en fonctionnement à deux têtes (deux oscillateurs séparés par tête et mise en oeuvre d'une technique d'émission et de réception) et le procédé par intensité (rayonnement traversant). Ces procédés connus peuvent être utilisés en fonction de chaque problème d'examen à résoudre selon différentes variantes. Tous ces procédés sont largement décrits dans la littérature et peuvent être supposés comme étant connus. En ce qui concerne le choix de l'un des procédés d'examen mention ne ci-dessus, le problème à résoudre est, comme indiqué, un facteur particulièrement déterminant, de même que l'état de surface et l'encombrement. La nature de la fabrication du produit à examiner peut également être importante. Les installations d'examen se trouvant en service - l'exception des installations à jet d'eau libre- ont été adaptées aux problêmes spécifiques d'examen principalement par les utilisateurs eux-mêmes en ce qui concerne la partie mécanique. I1 en est principalement ainsi de la disposition et du nombre des têtes d'examen installées, de l'exploitation et du degré d'automatisation. Lorsque l'on met en oeuvre le procédé par échos d'impulsions avec une seule tête et couplage direct, il apparat, à cause de l'impulsion émise, dans la zone de l'échantillon proche de l'examen un domaine qui ne peut être examiné et qui est appelé "zone morte". Ce domaine, en fonction de la fréquence d'examen et de la matière de l'oscillateur, est d'environ 10 mm. A cause de cet effet, les possibilités de mise en oeuvre de ce procédé dans les installations d'examen automatique sont fortement limitées. Lorsque l'on réalise un couplage au moyen d'un jet d'eau, à la place de la zone morte, apparaît un écho incident provenant de la réflexion sur la surface. Là également, il est impossible d'examiner la zone superficielle de la face de la tôle tournée vers la tête d'examen (environ 5 mm). Lorsque cette zone de l'échantillon ne nécessite pas d'être examinée, le procédé par échos d'impulsions avec une seule tête présente l'avantage que cet examen peut être effectué selon la technique d'immersion, par exemple avec trajet initial d'eau. Contrairement à la tête d'examen utilisée dans le fonctionnement à deux têtes (technique d'émission et de réception), la caractéristique des têtes normales d'examen pour le fonctionnement à une seule tête présente une sensibilité d'examen sensiblement plus uniforme à travers la section de la matière à analyser, c'est- - dire qu'exception faite de la zone morte dans la zone proche de l'examen la totalité de la section peut être examinée sans dispositifs auxiliaires supplémentaires avec à peu pres la même sensibilité. A cause de l'influence de la zone morte de l'impulsion émise ou de l'écho incident dans le cas de l'examen par une technique d'immersion, ce procédé n'est pas utilisable pour des sections d'examen inférieures respectivement à 10 ou 5 mm. Cette limite inférieure est également valable, pour d'autres raisons, dans le cas de la mise en oeuvre du procédé par échos d'impulsions en fonctionnement avec deux têtes. L'inconvénient de la zone morte dans le cas du procédé par échos d'impulsions en fonctionnement avec une seule tête avait conduit entre autres au développement des têtes d'examen par émission et réception, en particulier pour pouvoir8étecter des défauts juste sous la surface au voisinage de la tête d'examen. Dans les têtes d'examen de cette sorte, l'émetteur et le récepteur sont agencés de façon séparée dans l'enveloppe de la tête d'examen, de sorte que, entre les oscillateurs et l'échantillon, se trouve un trajet initial. De plus, les deux oscillateurs sont blindés l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'une couche de séparation acoustique, de sorte que le faisceau ne peut pas passer directement de l'émetteur au récepteur. Grâce à ces particularités, on évite en partie l'influence nuisibie de la zone morte de l'impulsion émise et de l'écho incident. L'écho incident (écho de surcouplage) n'intervient presque plus de sorte qu'il ne nuit en aucune sorte à l'examen au voisinage de la tête. A cause de la pente très abrupte de la caractéristique de sensi bilité d'une tête d'examen à émission et réception à l'intérieur de la section de l'échantillon -la sensibilité baisse d'environ 20 db pour une profondeur de 1 à 6 mm d'acier- la faculté d'examen est également ici très limitée lors d'un examen automatique sans précaution supplémentaire. A cause de la chute abrupte de la sensibilité d'examen, on ne détecter que de très gros défauts correspondant à la caractéristique d'examen en rapport avec l'épaisseur de paroi, lors de l'uti- lisation d'une tête d'examen par émission et réception, dans un domaine juste en dessous de la surface tournée vers la tête d'examen. Pour ces raisons, il est nécessaire de prendre des mesures techniques particulières pour uniformiser la sensibilité dans la technique par émission et réception pour un examen automatique, lorsque ce procédé, en ce qui concerne la découverte d'un défaut, -doit être mis en balance pour un examen équivalent avec le procédé par transmission. Puisque la sensibilité d'examen maximal des têtes à émission et réception présentant par exemple un angle de 5 0se trouve à une profondeur d'environ 10 à 15 mm et que cette profondeur correspond dans les tôles pour faire les tuyaux à la phase neutre de l'échantillon , les domaines extérieurs et intérieurs sensiblement exposés aux tensions qui se produisent, sont examinés sans compensation de profondeur de façon pratiquement sans sensibilité, comme dans le procédé par transmission. Un très gros inconvénient de la tête d'examen par émission et réception consiste en ce qu 'unexamen par la technique d'immersion n' est pas possible et qu'en conséquence la tete d'examen doit être couplée à l'échantillon au moyen de supports spéciaux par l'intermédiaire d'une très petite fente d'eau. I1 en résulte que les supports de tete sont en contact constant avec l'echan- tillon. A cause de l'usure qui en résulte, les têtes doivent être changées périodiquement (entre 4 et 8 semaines). Un avantage des têtes à émission et réception consiste en ce qu'elles permettent, en fonctionnement par échos d'impulsions, la détermination de la position des défauts au moyen. d'une mesure de temps. De plus, par différentes méthodes, on peut obtenir des indications sur la dimension des défauts. Eventuellement, les variations des sensibilités d'examen doivent être équilibrées par couplage ou amortissement dans la matière. Dans le procédé par intensité, les installations dites à jet d'eau libre se sont imposées dans la pratique. Avec ce procédé, on peut détecter tous les défauts de même grandeur, même au voisinage de la surface, à cause de la sensibilité d'examen uniforme dans toute la section examinée. La capacité de détection d'un défaut (la grandeur d'un défaut équivalent étant approximativement de 10 mm), est bien inférieure à celle du procédé par échos d'impulsions (dont la grandeur du défaut équivalent est d'environ 5 mm). L'avantage réside en ce que la grandeur du défaut équivalent donné que l'on trouve encore est valable pour la totalité du domaine d'examen. Avec le procédé d'émission et de réception, ceci cependant ne peut être atteint qu'avec une dépense importante en matériel. Un avantage décisif du procédé par transmission réside dans le couplage qui peut être obtenu par la technique par immersion. On peut ainsi obtenir des conditions de fonctionnement optimales. Quoique dans le procédé par transmission, les têtes d'examen sont agencées au-dessous et au-dessus-de l'échantillon, ce qui nécessite de doubler le nombre de ces têtes, le procédé par transmission est un procédé plus favorable en ce qui concerne les détériorations et l'entretien, procédé grâce auquel dans la pratique on obtient des durées de fonctionnement de 98 %. Puisque également une mise en place ou un retrait des têtes n'est pas nécessaire au commencement ou à la fin de l'échantillon, le danger d'une détérioration de l'installation est totalement éliminé et on évite un dispositif de commande jusqu'à présent compliqué et nécessaire Même les tôles criblées de cratères n'entraînent aucune usure de la tête d'examen. L'inconvénient de la mise en oeuvre du procédé par transmission provient du fait qu'il s'agit d'une mesure d'intensité et que, pour la détermination de la grandeur du défaut, il n'existe aucun point de comparaison, comme par exemple l'écho arrière. Chaque influence minime du faisceau d'ultrasons intervient dans la mesure de l'intensité, par exemple par la nature de la surface,par la température,par l'affaiblissement des ultrasons etc... et peut occasionner des troubles pour chaque réglage de sensibilité. Une mesure relative entre l'indication de défauts et l'indication de l'écho arrière n'est pas possible à cause du manque d'un point de référence. En conséquence, les limites de la reconnaissance de défauts est déterminée pour l'essentiel, ce qui entraîne également la nécessité d'un écart de sécurité entre la sensibilité d'examen théoriquement possible et celle des ondes enregistrées d'indication en fonctionnement. Le procédé par transmission ne présente aucune limitation de section inférieure des échantillons et est également utilisable pour des sections d'examen inférieures à 5 mm. L'objet de la présente invention concerne un procédé pour l'examen non-destructif double de tôles ou de bandes, grâce auquel, par la mise en oeuvre d'un procédé d'examen par ultrasons de type connu en soi , on peut obtenir une amélioration des résultats d'examen par rapport à l'estimation, une augmentation de la sensibilité d'examen du procédé par transmission et une optimalisation des domaines d'examen ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. A cette fin, selon l'invention, un procédé pour l'examen double non-destructif de tôles ou de bandes, est caractérisé en ce que, de façon séquentielle on combine le procédé par échos d'impulsions avec le procédé par transmission. L'examen a donc lieu des deux côtés de l'échantillon, le facteur de durée de fonctionnement du procédé par transmission étant totalement transmis sur le procédé par échos d'impulsions. Selon chaque problème particulier d'examen les procédés selon l'invention peuvent être utilisés isolément ou en combinaison.Ainsi, les séquences d'examen peuvent par exemple se suivre l'une derrière l'autre de sorte que dans un premier temps on travaille en échos par impulsions venant du haut, que dans un second temps on travaille par transmission à partir du haut, que dans un troisième temps on travaille par échos d'impulsions venant du bas et que dans un quatrième temps on travaille par transmission à partir du bas. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un agencement de chaque coté de l'échantillon, lesdits agencements comportant chacun une tête d'examen a un seul oscillateur dans une installation par transmission de type connu, chaque tête d'examen étant reliée à une installation d'émission et de réception, tandis qu'un amplificateur principal est prévu pour les deux dispositifs d'émission et de réception et qu'un dispositif d'affichage est couplé audit amplificateur principal. Grâce à la combinaison du procédé par échos d'impulsions avec le procédé par transmission dans une installation d'examen, on résout de façon optimale l'examen non-destructif de tôles et de bandes. On peut ainsi obtenir les avantages des deux procédés en en éliminant les inconvénients. Tandis que dans le procédé par échos d'impulsions, aussi bien en fonctionnement à une tête qu'en fonctionnement à deux têtes, la possibilité d'examen commence vers le haut à une profondeur d'environ 10 ou 5 mm, les tôles minces peuvent également.être examinées par le procédé par transmission. La limite supérieure se trouve généralement dans le procédé par échos d'impulsions en fonctionnement à deux têtes aux environs de 100 mm et dans le procédé par transmission à environ 40 mm.Le problème de la zone morte mentionné ci-dessus comme un inconvénient peut être négligé dans le procédé selon l'invention, puisque les têtes d'examen sont agencées de chaque côté de l'échantillon. Un autre avantage du procédé selon l'invention réside en ce que pour l'évaluation des défauts exclusivement les zones éloignes des têtes d'examen sont intéressées pour l'examen dans le domaine voisin de la surface. Grâce à ceci, la sensibilité d'examen est sensiblement plus constante dans la totalité de la section à cause de la caractéristique de la tête que dans le procédé par émission et réception d'un seul côté, si aucune mesure importante (compensation de profondeur) n'est envisagée. Les avantages du procédé par échos a d'impulsions, en particulier en ce qui concerne la grandeur des défauts à détecter sont totalement mis en oeuvre dans l'agencement à tête d'examen de chaque côté. L'avantage le plus important par rapport aux têtes d'examen dans le fonctionnement à deux têtes (technique par émission et par réception) réside dans la possibilité de l'examen par la technique d'immersion. Les échantillons peuvent être examinés jusqu'à leursarêtes, de façon tout-à-fait uniforme, si par exemple, une tôle se présente sous une forme roulée ou à l'état rogné. I1 s'ensuit des mesures de commande compliquées pour lever ou abaisser les têtes d'examen Le procédé selon l'invention peut être utilisé dans des installations à jet d'eau libre déjà existantes. Par la combinaison des deux procédés d'examen, l'installation d'examen selon l'invention peut fonctionner de façon optimale pour chaque examen particulier et notamment : a) selon le procédé par transmission b > selon le procédé par échos d'impulsions avec une seule tête c) selon une combinaison du procédé par échos d'im pulsions par transmission de façon séquentielle. Grâce à cette possibilité de combinaison, il existe d'autres variantes en ce qui concerne l'estimation du défaut. Ainsi, il est par exemple possible de modifier de façon séquentielle la sensibilité de l'examen par transmission sur la base de grandeurs de référence (écho de surface et écho arrière) du procédé par échos d'impulsions et de l'adapter à chaque fois à l'echantillon. Si on cherche une estimation des indications par ultrasons des deux procédés, il est possible de confirmer doublement des défauts qui sont reconnus au moyen des deux procédés. On peut également augmenter de façon sensible le taux de confirmation des indications grâce à l'examen automatique. Une autre possibilité des deux variantes serait que l'examen selon le procédé combiné soit mis en oeuvre de façon séquentielle, la méthode par transmission devant prévaloir en ce qui concerne l'estimation. Dans ce cas, l'examen simultané selon le procédé par échos d'impulsions sert d'examen de confirmation. I1 pourrait arriver que dans le procédé par transmission, des ondulations, des souillures ou analogues entraînent de fausses indications lorsque l'état de sécurité entre le seuil théorique et le seuil de fonctionnement est choisitrop faible. Pour maintenir ces indications apparentes dans des limites pouvant être représentées, le seuil d'examen (seuil de fonctionnement) peut être choisi de façon que les variations d'intensité n'entraînent pas des indications perturbées inutiles, a cause des conditions d'examen extérieur. Avec la combinaison des deux procédés selon la description pré cédente, le procédé par transmission peut être simultanément amélioré et en particulier sa sensibilité d'examen peut etre augmentée. Le seuil d'examen peut être fixé du côté sensibilité de façon que les pertes d'intensité les plus faibles entraînent des indications d'ultrasons. Par suite, on peut détecter de très petits défauts de 1' échantillon . Egalement, les indications erronées des ultrasons, qui sont dues à des conditions d'examen extérieures, peuvent être éliminées par l'examen combiné. Le procédé par échos d'impulsions, puisqu'il est plus sensible, est utilisé comme examen de confirmation. Par le rattachement des données d'examen mesurées entre les deux procedés, de telles indications peuvent seulement etre considérées comme des indications de défauts qui seraient montrées simultanément par les deux procédés. Les figures schématiques du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre l'agencement d'une paire de têtes d'examen dans une installation usuelle par transmission. La figure 2 est un schéma synoptique illustrant le procédé selon l'invention. Les figures 3 et 4 sont des diagrammes illustrant le procédé selon l'invention. Dans le dispositif de la figure I, deux chambres à eau 2 et 3 sont agencées respectivement au-dessus et au-dessous d'un échantillon I. Dans les chambres à eau se trouvent les têtes d'examen 4 et 5. Le couplage à l'échantillon est réalisé par l'intermédiaire des jets d'eau 6 et 7. Le fluide de couplage est amené aux chambres 2 et 3 par l'intermédiaire des orifices 8 et 9. Pour le système selon l'invention, on peut utiliser des installations par transmission connues. Cependant, les têtes d'examen et la totalité de l'électronique doivent être adaptées. Comme on peut le voir sur la figure 2, les têtes d'examen 2 et 3 sont agencées de part et d'autre de l'échantillon. I1 s'agit de têtes d'examen fonctionnant selon le principe à une seule tête. Au moyen d'une commande séquentielle de type connu, les tetes d'examen sont commandées de façon que l'on utilise pratiquement simultanément l'écho d'impulsion du procédé de transmission et la combinaison des deux procédés, c'est-à-dire, que dans un premier temps le dispositif fonctionne selon I'éeh'o d'impulsion provenant du haut, dans un deuxième temps, selon la transmission à travers l'échantillon à partir du haut, dans un troisième temps selon l'écho d'impulsion provenant du bas et dans un quatrième temps par transmission depuis le bas. Bien entendu, la suite séquentielle pourrait être différente. Les émetteurs 9, 10 et les récepteurs 7 et 8 servent à la production et à la réception dans les différentes phases des séquences. Dans l'amplificateur principal Il les signaux à ultrasons sont amplifiés. Le contrôle et l'évaluation des signaux sont effectués dans l'unité 12. L'exploitation et l'évaluation des signaux reçus résultent de données dans lesquelles la fabrication, l'état de surface et le processus de fabrication de l'échantillon sont particulièrement pris en compte. La figure 3 est un schéma illustrant l'application du procédé par échos d'impulsions et représente les séquences I ou III de la figure 2. La figure 4 illustre la mise en oeuvre du procédé par transmission et les séquences II ou IV de la figure 2. Sur les figures 3 et 4 les références ont les significations suivantes Es = écho de l'impulsion émise Eol= premier écho de surface E02= deuxième écho de surface ERî= premier écho arrière ER2= deuxième écho arrière ED = écho de transmission tw = trajet initial d'eau AEB= domaine d'attente de l'indication. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour le double examen non-destructif par ultrasons de défauts de bandes ou de tôles, caractérisé en ce que, de façon séquentielle, on utilisede façon combinée le procédé par échos d'impulsions et le procédé de transmission et en ce que l'examen a lieu des deux côtés de l'échantillon. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de durée de fonctionnement du procédé de transmission est complètement transféré au procédé par échos d'impulsions. 3.- Procédé selon l'une quelconque-des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les procédés sont mis en oeuvre isolément ou en combinaison. 4.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un agencement bilatéral d'une installation de type connu par transmission, se composant de chambres à eau avec chacune une tête d'examen à un seul oscillateur, chaque tête d'examen étant reliée à un dispositif d'émission et de réception, un amplificateur pour les deux dispositifs d'émission et-de réception ainsi qu'un dispositif d'affichage couplé à l'amplificateur principal.