Brevet FR2353055A1 — publié le 19771223

La présente invention concerne généralement un appareil d'inspection non destructive du métal, et plus particulièrement une sonde d'inspection non destructive du métal du type en aiguille, pouvant autre utilisée dans l'appareil d'inspection pour déterminer 11 épaisseur du matériau à inspecter et détecter les brisures dans le matériau. De façon classique, on a étudié diverses sortes de méthodes et d'appareils d'inspection non destructive des métaux. Ces techniques selon l'art antérieur peuvent être classée en une méthod 'inspection auxrayonsX ou de Roentgen, une méthode de détection des brisures par ultra-sor3et une méthode magnétique de détection des brisures. De plus, la méthode de détection magné- tique est divisée en une méthode d'inspection avec une poudre magnétisée, utilisant une poudre de fer magnétisé à répartir sur le métal et une méthode d'inspection au courant de Foucault in, duisant dans le métal un champ magnétique alternatif.Particu lièrement, l'appareil d'inspection des brisures métalliques du type à courant de Foucault selon l'art antérieur nécessite un appareil de magnétisation fort et de grande dimension, ainsi il est laborieux et peu économique de transporter et manipuler l'appareil d'inspection des brisures et d'accomplir l'inspection. Par ailleurs, le matériau à inspecter par l'appareil du type à courant de Foucaultest limité à des produits faitsen un matériau non magnétique. Dans le cas où la méthode d'inspection des brisurefnétalliques du type à courant de Foucault et l'appareil qui s'y rapporte, sont appliqués à un produit ferromagnétique comme une plaque d'acier ou un tube d'acier, il peut se produire des contraintes et une diffusion magnétique le long de la surface du produit,ainsi le matériau du produit doit etre totalement magnétisé pour inspecter efficacement et précisément le produit. En effet, pour infiltrer kn champ magnétique alternatif dans une partie interne du matériau ferromagnétique à inspecter, il est nécessaire de magnétiser totalement un champ magnétique perturbée dans le matériau, ou d'agencer efficacement les molécules dans le matériau en faisant passer un magnétisme de courant continu fort à travers le matériau. La présente invention permet de résoudre 16 problèmesci- dessus mis en cause dans la technique classique, en prévoyant un mécanisme permettant de déterminer efficacement l'épaisseur d'un produit et de détecter toutes brisures dans le matériau du produit. La sonde d'inspection non destructive du type en aiguille pour les métaux, pouvant être efficacement employée dans l'appareil classique d'inspection des métaux, est divisée en deux sortes,du type absolu pour déterminer l'épaisseur du métal et du type différeatiel pour détecter les brisures du métal En plus de détails, la sonde d'inspection non destructive en aiguille selon la présente invention comprend un ou plusieurs noyaux d'inspection respectivement en aiguille mince ayant une extrémité pointue, un certain nombre de noyaux d'excitation respectivement en aiguilles minces avec des extrémités pointues, agencés circonférentiellement autour de l'aiguille du noyau d'ins- pection, un premier conducteur enroulé autour de l'aiguille du noyau d'inspection, et pouvant être connecté à une alimentation en courant alternatif pour enduire des courants de Foucault dans l'élément inspecté, un ou plusieurs second conducteurs enrQuS6s sur les côtés externes des aiguilles d'excitation et respective- ment adaptés à être connectés à une alimentation en courant continu pour magnétiser 11 élément inspecté, un ou plusieurs éléments cylindriques ou tubulaires ayant un trou central et un certain nombre de gorges périphériques en profondeur vers le trou central. Selon un premier mode de réalisation de la présente invention, la sende d'inspection du type en aiguille a un noyau en aiguille d'inspection sur lequel est enroulé un premier conducteur, un jeu primaire de noyaux aiguille d'excitation où est enroulé un second conducteur sur les côtés externes des aiguilles, un jeu secondaire de noyaux aiguilles d'excitation avec un second conducteur enroulé sur les côtés externes des aiguilles, un élément tubulaire interne pour le jeu secondaire des aiguilles pouvant autre placé autour du premier support tubulaire Le premier mode de réalisation de la présente invention est appelé du type absolu, et est employé principalement pour déterminer l'épaisseur d'une plaque en acier et d'une paroi d'un tube en acier. Belon un second mode de réalisation de la présente invention, la scade-:d'inspection du type en aiguille a au moins deux noyaux ea aiguilles d'inspection ayant des premier conducteurs respectivement enroulés autour de chaque aiguille, un jeu de noyaux en aiguilles d'excitation avec un second conducteur enroulé sur les côtés externes des aiguilles d'excitation, un support du noyau configuré en ellipse pour maintenir le jeu de noyauxformaet aiguilles d'excitation et la paire de noyaux en aiguilles d'ainsi pection. Le second mode de réalisation de la présente invention est appelé type différentiel et est employé principalement pour détecter les brisures dans l'acier ou un matériau ferromagnétique. I1 sera apparent à la lecture de la description qui précède, que Si lton utilise l'appareil d'inspection du métal selon la présente invention, il n'est pas nécessaire d'employer une alimentation à haute tension et un appareil électrique important, et le degré d 'infiltration du flux émis par ces noyaux est important, ainsi même si la sonde d'inspection de l'appareil est considérablement éloignée du produit à inspecter, on peut bien accomplir l'inspection de ce produit. En conséquence, même si le produit est chauffé à une forte température pour mettre en ordre le champ magnétique pertubé à l'intérieur du matériau, cela ne peut endom mager l'appareil d'inspection Comme cela est apparent à la lecture de la description qui précède, la présente invention procure un mécanisme d'une efficacité bien plus excellente que le détecteur classique de brisures métalliques par courant de Foucault. Un premier objet de la présente invention est de procurer une sonde d' inspection non destructive des métaux, du type en aiguille, ayant une structure très simple et un effet opérationnel excellent. Un autre objet de la présente invention est de procurer une sonde d'inspection non destructive des métaux, facile à transpor ter et pouvant fonctionner efficacement en particulier avec une plaque en fer ou en tube en métal comme un matériau ferromagnétique. Un autre objet de la présente invention est de procurer une sonde d'inspection du métal, pouvant infiltrer un flux de façon focalisante, dans une partie interne d'un métal à inspecter, en utilisant des aiguilles autour desquelles sont enroulées des bobines. Un autre objet de la présente invention est de procurer une sonde d'inspection des métaux très économique et pratique, pouvant être utilisée dans un appareil d'indication du type double, d'une construction simple et de faible dimension. Un autre objet de la présente invention est de procurer une sonde très efficace de détermination de l'épaisseur en prévoyant un noyau . en aiguille d'inspection et au moins un jeu de noyaux enaiguilles agencés autour du noyau d'inspection. Un autre objet de la présente invention est de procurer une sonde de détection des fissures métalliques en prévoyant au moins deux noyaux en aiguilles d'inspection et au moins un jeu de noyaux e n aiguilles agencés autour des noyau' inspection L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aus-dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant un premier mode de réalisation d'une sonde d'inspection non destructive du métal, du type en aiguille , permettant de déterminer l'épaisseur de produits métalliques - la figure 2 est une vue en coupe transversale de la sonde illustrée sur la figure 1 - la figure 3 est une vue en perspective éclatée du-premier mode de réalisation - la figure 4 est une vue en perspective du second mode de réalisation de la sonde d'inspection non destructive du métal, du type en aiguille, pouvant détecter des brisures dans le matériau produits métalliques - la figure 5 (A) montre un diagramme de l'indication du changement de ltépaisseur d'une paroi obtenue par le premier mode de réalisation de la sonde d'inspection du métal du type absolu - la figure 5 (B) montre un diagramme de détection des bri aires indiquant les données résultantes obtenues par le second mode de réalisation de la sonde d'inspection du type différentiel et - la figure 6 donne le schéma bloc d'un circuit électrique d'un appareil d'indication du type double auquel les sondes d'inspection du type absolu et du type différentiel sont opérativement connectées. En se reportant aux figures 1 à 3 des dessins, elles montrent un premier mode de réalisation de la présente invention où une sonde de détermination de l'épaisseur d'une paroi du type absolu, d'une sonde d'inspection non destructive du métal, du type en aiguille, comme illustré sur les figures 1 et 2, contient un élément tubulaire externe 1, et un élément tubulaire interne 2 inséré dans l'élément tubulaire externe 1.Sur une partie centrale de l'élément interne, ouvre un trou 9, par lequel passe un noyau en aiguille d'inspection ou de détection, autour duquel est enroulé un fil qui est connecté à une alimentation en courant alternatif n'atteignant que 0,003 volt Dans lè premier mode de réalisation de la sonde de8Qtermina- tion de l'épaisseur d'une paroi du type absolu, le système d'excitation pour exciter et magnétiser le matériau du produit à inspecter pour mettre en ordre les champs magnétiques se compose d'un élément tubulaire interne et d'un élément tubulaire externe respectivement, où sont enfouis desn gtx 5 en aiguilles d'excitation. Comme cela est mieux illustré sur la figure 3, l'élément tubulairelou 2 a une partie plane à son extrémité arrière, une partie à gorges J à 8à aoxtrémité avant, et une partie intermédiaire en creux formée entre elles. La partie avant a un certain membre de gorges 4 qui sont formées pour s'étendre longitudinalement à partir d'un c8td jusqu'à l'autre. Un jeu primaire de noyauxenaiguilld'exci- tation est placé au fond des gorges de façon à s'étendre longitudinalement sur la longueur de la partie avant.La longueur du noyaux aiguille d'excitation est déterminée pour que sa base ou extrémité épaisse contacte le c8té avant de la-partie arrière et que son extrémité pointue soit placée sur le côté avant de la partie à gorges Pour maintenir fixement le jeu primaire d'aiguilles d'excitation dans les gorges respectives et au fond de la partie an creux intermédiaire, un second conducteur 6 est enroulé autour du jeu d'aiguilles pour venir en contact avec les Côtés externes des aiguilles à partir du coté avant de la partie plane jusqu'au coté arrière de la partie à gorges. te nombre de spires du conducteur est déterminé de façon à servir efficacement la sonde du type absolu. En général, il n'y a pas de différence entre l'élément tubu- laire interne 2 et l'élément tubulaire externe 1 par la forme, la construction et en conséquence le fonctionnement, à l'exception de la dimension. Un autre conducteur est enroulé autour du jeu d'aiguilles d1excitation respectivement placées dans les gorges de l'élément tubulair externe 1. tes second conducteurs appliqués aux parties intermédiaires en-creux respectivement for sur les éléments tubulaires interne et externe 1 et 2, sont électriquement connectés à une alimentation en courant continu de l'ordre de 0,003 volt. Comme on le comprendra clairement sur les figures 1 à 3, l'élément tubulaire interne 2 peut être inséré dans le trou central de l'élément tubulaire externe 1. te diamètre externe de l'élément tubulaire interne 2 correspond au diamètre interne de l'élément tubulaire externe 1, et en conséquence le premier s'adapte très précisément dans le dernier. La longueur de l'élément tubulaire interne est la meme que celle de l'élément tubulaire externe et, lors de l'assemblage, les bords avant des deux éléments tubulaires correspondent ou sont pratiquement de niveau. te second mode de réalisation de la sonde de détection des brisures du type différentiel a un corps 1 correspondant à l'élément tubulaire externe 1 de la sonde du type absolu par sa fonction et sa forme. La sonde de détection des brisures du type différentiel a une partie plane avant et une partie plane arrière. Elles sont séparées l'une de l'autre par une partie intermédiaire en creux formée entre elles. Sur la paroi externe de la partie plane avant sont formées des gorges 4 généralement approfondies vers la partie centrale de la partie plane avant, et qui stéten- dent longitudinalement à partir du bord avant de la partie plane jusqu'à son bord arrière. Dans la partie centrale de la partie avant à gorges, sont formées trois paires de trous 9 par lesquels sont insérées six aiguilles de détection placées de façon que leur extrémité pointue soit sur le même niveau que la surface avant deAa partie à gorges ou légèrement en arrière dans le trou sur une faible distance. tes aiguilles dans chaque paire d'aiguilles de détection sontegencées le long de la direction de déplacement de la sonde d'inspection du type différentiel, lors d'une application à la surface du matériau à inspecter.Ainsi, un retard se produit lors d'une opération de détection de l'aiguille, et l'on obtient le graphique résultant illustant illustré sur la figure 5 (B). tes aiguilles de détection insérées dans les trous 9 ont respectivement un conducteur primaire relié à l'alimentation en courant alternatif de l'ordre de 0,003 volt. Dans la fabrication de la sonde, six conducteurs primaires sont d'abord enroulés sur les aiguilles de détection, puis les bobines des aiguilles de détection résultantes sont insérées dans les trous 9. Dans les gorges 4 formées dans la partie avant, un certain nombre d'aiguilles d'excitation sont insérées et-maintenues en position par le moyen d'un conducteur secondaire enroulé sur les parties extrêmes des aiguilles d'excitation, qui sont placées sur la bobine 7. te conducteur secondaire est électriquement connecté à l'alimentation en courant continu de l'ordre de 0,003 volt. tes sondes selon la présente invention peuvent autre utilisées avec des boîtiers 11 couvrant les éléments tubulaires externes 1. Selon la présente invention, les sondes d'inspection du métal du type absolu et du type différentiel fonctionnent efficacement quant elles sont électriquement connectées à l'appareil d'indication du type double dont le circuit électrique est illustré sur la figure 6. Comme cela est illustré sur la figure 6, la sonde du type absolu A et la sonde du type différentiel D sont électriquement connectées par un commutateur A-D et d'autres parties électriques comme un compensateur 20, un amplificateur d'accord 22, un 'modulateur 24 sont utilisées comme partie commune des deux sondes le stabilisateur 26 de courant continu est connecté aux parties qui doivent autre électriquement stabilisées.On prévoit également un convertisseur de fréquence 28, un amplificateur de puissance 30, un oscillateur en courant alternatif 32, un détecteur 34, un discriminateur de phase-36, un amplificateur vertical 38, un amplificateur en courant continu 40, un amplificateur ho rizontal 42, un affichage numérique 44, un oscillographe 46, une alimentation en courant alternatif 48 et une alimentation en courant continu 50. L'appareil d'indication est fabriqué en assemblant diverses pièces électriques classiques. Les données résultantes de la modification de l'épaisseur de la paroi du matériau métallique sont indiquées sur l'oscilloscope installé dans l'appareil d'indication. les données sont enregistrées dans un oscillographe sous forme d'une ligne courbée comme sur les figures 5 (A) et (B). De même, les données résultantes peuvent être indiquées dans un dispositif d-'affichage numérique. L'oscillographe et le dispositif d'affichage numérique sont entraînés par un amplificateur de courant continu qui leur est connecté. Selon la présente invention, la sonde a généralement une gamme de fréquence normalisée de 4 liz à r6 szg La bonne fréquence est choisie selon le matériau à inspecter et l'épaisseur de la paroi. On emploi dans la sonde dtinspection, des aiguilles très minces comme noyaux de détection et noyaux d'excitation. En conséquence, une alimentation petite et de faible puissance est suffisan- te pour faire fonctionner les noyaux de détection et les noyaux d'excitation et, en raison de la faible puissance électrique et de l'emploi de ces aiguilles, le champ magnétique pénètre en prof on deur. Dans les modes de réalisation préférés, les aiguilles res pectives ont un diamètre de l'ordre de 0,25 mm, une longueur de l'ordre de 40 mm et une extrémité pointue. te poids total de la sonde n'est que de l'ordre de 100 g. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S EEVENDICAI0NS 1. Sonde d'inspection non destructive dtun métal, du type en aiguille, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un noyau d'inspection ou de détection forme d'aiguille mince ayant une extrémité pointue, un certain nombre de noyaux d'excitation en forme d'aiguilles minces ayant une extrémité pointue, lesdits noyaux d'excitation étant agencés circonférentiellement autour dudit noyau d'inspection parallèles les uns aux autres, un premier conducteur enroulé autour dudit noyau d'inspection et pouvant être connecté à une alimentation en courant alternatif pour d étecter une modification d'épaisseur de paroi ou une brisure métallique dans un matériau à inspecter, un ou un certain nombre de second conducteurs enroulés sur les côtés externes desdites aiguilles d'excitation et respectivement adaptés à être connectés à une alimentation en courant continu pour in.duire des courants de Foucaut ou magnétiser le matériau à inspecter, et un ou plusieurs éléments cylindriques ou tubulaires ayant un trou central et un certain nombre de gorges périphériques en profondeur vers ledit trou central. 2. Sonde- d'inspection non destructive d'un métal, du type en aiguille du type absolu pour déterminer l'épaisseur du matériau à inspecter, caractérisée en ce qu'elle comprend un noyau en forme d'aiguille d' inspection autour duquel est enroulé un premier conducteur et connecté à une alimentation en courant alternatif, un jeu primaire de noyaux formant aiguilles d'excitation avec un second conducteur enroulé sur les côtés externes des aiguilles, un jeu secondaire de noyaux formant aiguilles d'excitation avec un autre second conducteur enroulé sur les côtés externes desdites aiguilles, un élément tubulaire interne avec une partie avant à gorges, où sont placées lesdites aiguilles d'excitation du jeu primaire, et un élément tubulaire externe avec une partie avant à gorges où sont placées lesdites aiguilles d'excitation du jeu secondaire. 3. Sonde d'inspection non destructive du métal du type en aiguille, du type différentiel pour ddtecterdes brisures dans le matériau à inspecter, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux noyaux formant aiguilles d'inspection avec des premier conducteurs respectivement enroulés autour de chaque aiguille, un jeu de noyaux formant aiguilles d'excitation avec un second conducteur enroulé autour des côtés externes desdites aiguilles d'excitation, un porte-noyau configuré en ellipse en section, pour nintenir le jeu de noyaux formant aiguilles d'excitation et la paire de noyaux formant aiguilles d'inspection.