Brevet FR2406824A1 — publié le 19790518

La présente invention concerne les essais non destructifs à l'aide d'ultrasons, portant sur des matières conductrices de l'électricité et notamment des métaux et en particulier un appareil destiné à créer des ondes ultrasonores dans un échantillon et à détecter les ondes réfléchies. Les ondes ultrasonorespeuvent être créées à la surface d'un corps conducteur par un champ d'induction à haute fréquence créé dans le corps à l'aide d'une bobine placée à l'ex- térieur, lorsque le corps lui-même se trouve dans un champ magnétique intense ; les ondes ultrasonores sont dues à l'interaction des courants de Foucault, induits par le champ à haute fréquence, et du champ magnétique. Les ondes ultrasonores réfléchies dans le corps peuvent être détectées par la même bobine ou une bobine analogue en présence d'un champ magnétique, les ondes ultrasonores interagissant avec le champ et créant un signal sous forme d'un courant à haute fréquence circulant dans le corps, provoquant la formation d'un courant correspondant dans la bobine, par induction. On a déjà mis au point une technique d'essai non destructif mettant en oeuvre des ultrasons, ne nécessitant aucun contact direct avec le corps, à l'aidedece phénomène d'interaction entre les ondes électromagnétiques et les ondes acoustiques. Ce procédé se distingue des essais ultrasonores normaux qui nécessitentisoit un transducteur piézoélectrique collé étroitement à la surface du corps (qui doit être lisse et dépourvu de dépôts), soit la disposition d'un liquide inter médiaire destiné à transmettre les ondes ultrasonores.L'inspection sans contact présente des avantages évidents, par exemple le fait que le corps essayé peut être chaud, que sa surface peut être rugueuse et que l'inspection automatique des corps, sur une chaîne de production, est simplifiée par l'absence de contact mécanique étroit entre un transducteur et la surface d'un corps. Cependant, le signal renvoyé est très faible, puisqu'il est inférieur d'un facteur égal à plusieurs puissances de 10, par rapport au procédé normal de contact direct avec un transducteur piézoélectrique. Le circuit détecteur du signal réfléchi doit donc être très sensible et la bobine à haute fré quence doit être placée aussi près que possible de la surface du corps. Le brevet britannique nO 1 524 955 décrit un appareil destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé d'essai à interaction entre les ondes électromagnétiques et acoustiques à l'aide d'un aimant ayant un pôle central et un pôle externe concentrique, les faces polaires étant proches de la surface du corps conducteur afin qu'un champ magnétique constant soit créé à l'intérieur, des bobines émettrice et réceptrice séparées étant enroulées en spirale, clest-à-dire sous forme d'un disque pratiquement plat, et étant disposées à distance, latéralement, sur la face polaire centrale, dans un plan pratiquement parallèle à la surface du corps.Lors de l'utilisation dans des essais portant sur des tiges, des barres ou des tubes de section circulaire, la face polaire externe et les deux bobines sont disposées suivant des surfaces courbes proches de la surface courbe externe de la tige et parallèles à cette surface. Les deux bobines sont aussi espacées circonférentiellement par rapport au corps afin que l'aimant et les bobines soient symétriques par rapport à un plan central passant par l'axe de la tige. Cet appareil donne satisfaction lors de l'essai de corps de section circulaire ayant un diamètre particulier ou un diamètre compris dans une plage particulière limitée correspondant à la courbure de la face polaire externe et de la surface contenant les bobines, mais il ne convient pas lors d'essais satisfaisants de corps ayant des diamètres très différents car la face polaire externe et les bobines ne sont pas proches de la surface du corps dans tous les cas. Par exemple, lorsque le corps a un diamètre inférieur à celui pour lequel l'appareil est prévu, les parties des enroulements et des faces polaires externes qui sont les plus éloignées du plan central de symétrie se trouvent plus loin du corps que les parties les plus proches du plan de symétrie. Le couplage électromagnétique entre l'appareil et le corps est ainsi réduit. L'invention concerne un appareil d'essai mettant en oeuvre des ondes électromagnétiques et acoustiques, convenant pour des corps cylindriques ayant des diamètres compris dans une plage relativement grande. Plus précisément, l'invention concerne un appareil comprenant un aimant qui a un pôle central entouré par un pôle tubulaire externe, et des bobines émettrice et réceptrice, adjacentes à la face polaire du pôle central, la face polaire du pôle tubulaire externe -étant disposée suivant une surface courbe, la plus grande partie de sa surface étant concentrée dans des régions diamétralement opposées, le long d'un axe magnétique perpendiculaire à une ligne de courbure de la face polaire si bien que, lorsque cette dernière est placée près de la surface d'un corps éprouvé, le flux magnétique se concentre le long de l'axe magnétique.Le flux magnétique n'est pas réduit notablement en conséquence lorsque l'entrefer compris entre la face polaire et le corps, dans les régions externes de celui-ci, le long de la ligne de courbure, augmente au cours de l'essai de corps ayant un diamètre inférieur au diamètre maximal pour lequel l'appareil est prévu. En outre, étant donné que la plus grande partie de la surface de la face polaire est concentrée le long de l'axe de l'aimant, la largeur de la face polaire le long de la ligne de courbure peut être réduite. En conséquence, la variation de distance entre les pôles de l'aimant et la surface du corps, lorsque ce dernier a un diamètre différent du diamètre maximal pour lequel l'appareil est prévu, peut être réduite. Ainsi, de plus grandes variations de idmetre du corps peuvent etre tolérées. La surface de la face polaire peut être concentrée le long de l'axe magnétique, par formation de la paroi latérale du pôle tubulaire afin qu'elle comprenne des parties diamétralement opposées, le long de la ligne de courbure, ayant une épaisseur réduite. L'opération peut être réalisée par réduction de l'épaisseur de ces parties, suivant la longueur du pôle et/ou par formation de chanfreins dans ces parties comprises entre la face polaire et la périphérie externe du pôle. Les bobines émettrice et réceptrice sont de préférence disposées afin qu'elles occupent une largeur réduite de la face polaire du pôle central, le long de la ligne de courbure, si bien que le couplage électromagnétique entre les bobines et les surfaces du corps ne varie pas notablement lorsque le corps a un diamètre inférieur au diamètre maximal. Ainsi, les bobines peuvent être disposées l'une dans l'autre ou côte à côte le long de l'axe magnétique. De préférence, les deux bobines sont sous forme allongée et sont disposées longitudinalement suivant l'axe magnétique afin qu'elles forment un faisceau ultrasonore plat lorsqutil est mesuré le long de cet axe, c'est-à-dire suivant la longueur du corps à éprouver. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une perspective d'une tête d'essai électromagnétoacoustique selon l'invention ; - la figure 2 est une coupe axiale de la tête de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en plan de la tête de la figure 1 ; et - la figure 4 est une vue en plan analogue à la figure 3 mais représentant une variante de bobines émettrice et réceptrice de la tête d'essai. La tête d'essai représentée sur les figures 1 à 3 comprend un électro-aimant ayant un pôle cylindrique central 1, autour duquel est disposé un enroulement excitateur 2, et un pôle tubulaire externe coaxial 3 raccordé au pôle interne par une culasse 4 à une extrémité. Le pôle central 1 se loge dans un manchon 6 relié à la culasse 4 si bien que l'enroulement 2 est entouré entre le manchon 6, le pôle externe 3, la culasse 4 et une plaque annulaire 5 de laiton, opposée à la culasse 4. Des joints toriques 8 assurent l'étanchéité de l'espace compris autour de l'enroulement 2 et des connexions 7 permettent la circulation d'un courant d'eau ou d'huile de refroidissement. Le pôle externe 3 a une forme essentiellement cylindrique ayant des faces plates 9 formées sur des côtés diamétralement opposés, parallèlement au plan axial central qui, en cours d'utilisation, est aligné sur l'axe de la tige cylindrique 10 à essayer, ltextrémité libre des pôles opposés à la culasse étant placée très près de la tige. Les extrémités libres des pôles 1, 3 ont une configuration telle qu'elles dé limitent des faces polaires 11, 12 respectivement qui se trouvent suivant une surface cylindrique qui est parallèle à la surface externe d'une tige 10 ayant le diamètre maximal pour lequel l'appareil est prévu. Les parties latérales du pôle externe 3, entre la face polaire 12 et les faces plates 9, ont aussi des chanfreins 13. Les faces plates 9 et les chanfreins 13 formés sur les côtés du pôle externe 3 sont destinés à réduire la face polaire 12 aux régions intermédiaires placées sur la longueur de la tige si bien que le flux magnétique est concentré suivant la longueur de la tige, c'est-à-dire suivant un axe magnétique qui est parallèle à l'axe de la tige. Le pôle central 1 comporte deux pièces polaires coaxiales 14 et 15, la pièce cylindrique interne 14 étant réglable axialement dans la pièce polaire tubulaire externe 15, les deux pièces polaires étant réglables axialement dans la culasse 4. Les pièces polaires ont une configuration telle que leurs ex tremités libres forment la face polaire 11, et des bobines émettrice et réceptrice 16, 17 à haute fréquence sont montées sur lace polaire 11 des pièces 14 et 15 respectivement. Les deux bobines 16 et 17 sont allongées suivant la bngueur de la tige 10. La bobine émettrice 16 est formée de quelques spires d'un fil relativement gros alors que la bobine réceptrice 17 est formée par un grand nombre de spires de fil relativement mince. Des écrans 18 et 19 de cuivre sont placés autour des bobines et limitent le couplage électromagnétique mutuel, et chaque bobine est disposée entre une couche isolante 20 d'appui et une couche céramique avant 21. Par exemple, l'appareil représenté peut être utilisé pour les essais de barres cylindriques dont le diamètre est compris entre 70 et 280 mm. La figure 4 représente une variante d'appareil selon l'invention, analogue à celui des figures 1 à 3, mis à part la construction du pôle central I et la disposition des bobines émettrice et réceptrice 16, 17. Ces deux dernières ne sont pas placées coaxialement aux faces d'extrémité des deux pièces polaires coaxiales 14, 15, mais chaque bobine 16, 17 est montée sur la face d'extrémité d'une pièce polaire correspondante 22, 23 qui est réglable axialement dans un alésage de la pièce polaire unique 15, les deux pièces polaires 22, 23 étant espacées suivant l'axe magnétique qui est parallèle à l'axe de la tige éprouvée. Chaque bobine est allongée suivant l'axe magnétique afin qu'elle forme un faisceau allongé de façon correspondante suivant l'axe magnétique, les faisceaux émis et reçu se recouvrant dans la tige d'essai.Un écran 24 de cuivre entoure chaque bobine 16, 17 et chaque bobine est placée entre une couche isolante d'appui et une couche céramique avant, comme dans le premier mode de réalisation. Un avantage particulier du second mode de realisation de la figure 4 est qu'il donne de meilleures caractéristiques lors de l'essai des tiges de petit diamètre étant donné qu'il supprime tout effet d'annulation au centre du diagramme du faisceau qui peut être produit par l'arrangement coaxial des bobines des figures 1 à 3. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'aimant peut être réalisé afin que l'extrémité libre soit amovible (par exemple suivant le trait interrompu 25 repré- senté sur la figure 1), afin qu'il expose une face plane permettant l'essai des corps plats, une nouvelle paire d'enroulements émetteur et racepteur étant disposée sur la face polaire plate du pôle central 1. REVENDICATIONS 1. Appareil d'essai électromagnétoacoustique, du type qui comprend un aimant ayant un pôle central entouré par un pôle tubulaire externe, et des bobines émettrice et réceptrice adjacentes à la face polaire du pôle central, ledit appareil étant caractérisé en ce que la face polaire (12) du pôle tubulaire externe (3) est disposée sur une surface courbe avec la plus grande partie de sa surface concentrée dans des régions diamétralementopposées le long d'un axe magnétique perpendiculaire à une ligne de courbure de la face polaire (12) si bien que, lorsque cette dernièreest adjacente à la surface d'un corps (10) éprouvé, le flux magnétique se concentre le long de l'axe magnétique. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pôle tubulaire externe (3) a une paroi latérale ayant des parties diamétralement opposées le long de la ligne de courbure ayant une épaisseur réduite afin que la plus grande partie de la surface de la face polaire (12) soit concentrée le long de l'axe magnétique. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties d'épaisseur réduite sont des parties (9) disposées suivant la longueur axiale du pôle (3). 4. Appareil selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les parties d'épaisseur réduite comportent des chanfreins (13) formés entre la face polaire (12) et la périphérie externe du pôle (3). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le pôle tubulaire externe (3) est cylindrique et les parties diamétralement opposées comportentdes plats (9) ou des chanfreins (13) formés a la périphérie externe. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface courbe (12) est une surface cylindrique. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines émettrice et réceptrice (16, 17) sont disposées coaxialement sur la face polaire (11) du pôle central (1). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les bobines émettrice et réceptrice (16, 17) sont espacées le long de l'axe magnétique. 9. Appareil selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les bobines émettrice et réceptrice (16,17) sont allongées suivant l'axe magnétique. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aimant est un électro-aimant ayant un enroulement (2) placé entre les pôles central et externe (1 et 3) dans un espace délimité par le pôle externe (3) et un manchon interne (6) qui loge le polecentral (1) et entre une culasse (4) reliant les deux pôles, et une plaque annulaire (5) opposée à la culasse, des raccords (7) de circulation de fluide permettant l'écoulement d'un fluide de refroidissement dans l'espace délimité.