Brevet FR2466771A1 — publié le 19810410

La présente invention concerne un procédé et une installation pour des essais non destructifs de conduites ou de tubes, et notamment un procédé et une installation pour détecter la détérioration à long terme du matériau constituant des conduites ou des tubes, par exemple des tubes d'une chaudière pour le réforming catalytique, par exemple pour réformer du gaz naturel avec de la vapeur, -et en particulier l'invention concerne un procédé de détection des criques ou flssures des tubes, aux ultrasons. De façon connue, on effectue la détection des crics aux ultrasons sur les tubes en utilisant un double détecteur formé par une pare de détecteurs placée sur le tube comme cela est représenté schématiquement à la figure 6. Ainsi, à la surface extérieure de la conduite ou tube 1, suivant l'axe longitudinal, on place un émetteur 3, perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube 1, en le dépla çant globalement le long de la surface extérieure de la conduite 1 pour balayer la surface. Pendant ce balayage, l'émetteur 3 envoie des signaux d'ultrasons vers le matériau constituant le tube 1 et le récepteur 4 reçoit les signaux d'ultrasons lorsqu'ils sortent du corps du tube 1 ; on détecte ainsi toutes fissures dans le matériau de la conduite ou du tube 1, en ut-ilisan - fluctations du signal Xchographique. Dans ce procédé connu, il n'y a pas de difficulté importante à détecter des fissures dans la partie adjacente du métal du tube soudé, mais il est pratiquement impossible de détecter efficacement les fissures dans une partie de soudure courbe 19, puisque l'émetteur et le récepteur 3, 4 devraient être placés sur le cordon de la soudure ; or, dans ce cas, des fluctuations très importantes apparaissent sous forme de bruit dans le signal échographique et ne permettent pas de détecter correctement les fissures, à cause des ondulations irrégulières de la surface du cordon de soudure dans le chemin parcouru par les signaux d'ultrasons, c'est-à-dire à l'entrée et à la sortie des signaux dans le matériau constituant le tube. La présente invention a pour but de remédier à ces difficultés de l'art antérieur et se propose de créer un procédé et une installation de détection de fissures aux ultrasons pour analyser une conduite ou un tube. A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce qu'on place un émetteur sur la surface extérieure de la conduite pour envoyer des signaux d'ultrasons sous un certain angle d'incidence par rapport à la surface extérieure de la conduite, au niveau du point d'entrée dans la conduite, pour que le signal soit réfracté suivant un angle particulier de réfrac- tion pour que la radiation d'ultrasons réfractée traverse le matériau de la conduite en ligne droite vers un autre point de la surface de la conduite situé à une distance adéquat du point d'entrée, tous deux étant prévus dans la direction axiale ou longitudinale ou dans la direction périphérique de la conduite pour sortir de celle-ci à l'endroit ou l'on a disposé un récepteur qui reçoit ainsi le signal échographique, transmis, puis, on balaye la surface extérieure de la conduite en déplaçant simul tanément l'émetteur et le récepteur à la surface de la conduite et en conservant la position relative adéquate entre ltésr.teur et le récepteur. Comme l'émetteur et le récepteur sont ainsi disposés selon l'invention, avec un écartement adéquat, l'un par rapport à l'autre, non seulement dans la direction périphérique de la conduite, mais également dans la direction axiale ou longitudinale, et deux échantillons sont ainsi placés, de façon que pour détecter des fissures dans la partie annulaire, soudée, de la surface extérieure de la conduite, non influencée par la soudure sur les côtés opposés du cordon de soudure, le rayonnement des-signaux d'ultrasons pénètre ainsi dans le corps de la conduite et en sort au niveau de zones non concernées par la soudure, ce qui permet de détecter, de façon précise, les fissures dans la partie soudée, sans être gêné . par les ondulations irrégulières de la surface extérieure du cordon de soudure, sans parler de la détection des fissures dans la partie normalement adjacente du métal et qui n'est pas directement concernée par la soudure. Les signaux d'ultrasons émis par l'émetteur sous un angle incident adéquat par rapport à la surface exté- rieure de la conduite au point de pénétration dans celle-ci sont réfractés suivant un angle de réfraction donné, si bien que les signaux d'ultrasons réfractés traversent le matériau de la conduite, en ligne droite, vers un autre point à la surface extérieure de la conduite pour sortir de la conduite, comme cela est connu par la transmission directe des échos. Suivant un @@@@ un réalisation préférentiel de l'invention, l'émetteur et le récepteur comportant un troyen pour utiliser les techniques d'immersion. Dans ces conditions, on réduit efficacement les détériorations des signaux d'ultrasons à la pénétration et à la sortie du matériau de la conduite, même pour une surface extérieure non travaillée, comme cela est en général le cas de conduites en acier austénitigue coulé utilisé pour les conduites des chaudières pour le reforming catalithique de gaz.On réduit ainsi les inconvénients de cette pénétration et de sortie des signaux et on augmente la précision de la détection des fissures La présente invention sera décrite plus en détail, à l'aide des dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective de la conduite avec la mise en place des détecteurs pour la mise en oeuvre du procédé, selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon le plan II-II de la figure 1 en regardant dans la direction des flèches, - la figure 3 est un schéma d'un appareil pour la mise en oeuvre manuelle du procédé de l'invention, - la figure 4 est un schéma analogue d'un appareil comportant une installation de balayage mécanique, - la figure 5 est un schéma de la conduite avec mise en piace des détecteurs-émetteurs, - la figure 6 est un schéma de la conduite analogue à celui de la figure 5, les détecteurs-émetteurs étant placés de façon usuelle. Selon les figures 1 et 2, on place sur la surface extérieure de la conduite 1 à examiner, qui est par exemple une conduite de chaudière, un émetteur 3 et un récepteur 4 en les séparant d'un intervalle adéquat dans la direction axiale ou longitudinale et dans la direction périphérique de la conduite 1. Deux cercles parallèles 10, , perpendiculairement à l'axe de la conduite et qui passent par les émetteurs-récepteurs 3, 4 (figure 1) montrent clairement l'intervalle axial ainsi que la distance périphérique.Selon les flèches qui partent de l'émetteur 3 vers le récepteur 4,des rayons d'ultrasons 5 sont émis par l'émetteur 3, pénètrent dans la matière de la conduite 1, au point A à la surface extérieure sous un angle d'incidence i adéquat, pour être réfractés suivant un angle de réfraction particulier et traversés suivant un chemin rectiligne, la matière constituant la conduite pour arriver à un second point B sur la surface extérieure, puis etre réfractés- de la même manière au point d'entrée A, pcur sortir de la conduite et être reçus sous la forme d'un signal d'écho par le récepteur 4. Si une crique, une fissure ou crevasse se trouve dans la direction périphérique de la conduite 1 (figure 1, dans la partie du chemin rectiligne traversant le matériau en allant du point A au point B, c'està-dire dans le plan de coupe de la figure 2 ( section en ellipse de la figure 1) on détecte cette fissure par l'atténuation correspondante de l'écho de transmission qui est reçu par le récepteur 4 ; on identifie clairement la formé et les dimensions de la fissure 6 dans la direction périphérique de la conduite par le balayage de la surface extérieure de la conduite en déplaçant l'émetteur 3 et le récepteur 4 suivant la surface extérieure de la conduite, et en conservant la position relative entre l'émetteur et le récepteur ; en effet, la direction de propagation des signaux d'ultrasons et la situation du défaut 6 dans la direction périphérique de la conduite 1 sont non paral lèles et se croisent.Les défauts s'étendant dans la direction axiale ou longitudinale de la conduite 1 peuvents'il en existe être clairement détectés et identifiés, comme indiqué cidessus. En faisant ainsi pénétrer les ultrasons 5 pour les faire sortir de la conduite 1, on suppose que l'émetteur 3 et le recepteur 4 travaillent selon le procédé par immersion, pour réduire les détériorations et les irrégularités des ondulations de la surface extérieure de'la conduite l. Comme l'émetteur 3 et le récepteur 4 sont ainsi placés selon l'invention, avec un certain écartement relatif dans la direction axile cu longitudinale de la conduite 1, les organes 3, 4 détectent les défauts dans la soudure annulaire 19 (figure 5) à la surface extérieure de la conduite non concernée par la soudure sur les côtés opposés du cordon de soudure. I1 est ainsi possible de détecter les fissures, même dans la partie du cordon de soudure 19, sans être gêné par les ondulations irrégulières du ccidcn de soudure à la surface extérieure et sans parler de la détection d'éventuels défauts dans la partie voisine du métal et qui ntest pas directement concernée par la soudure. La figure 3 montre un mode de réalisation d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, pour examiner une conduite 1 De façon générale, la référence 2 concerne un adaptateur placé sur la conduite 1 pour être déplacé le long de la conduite. Cet adaptateur reçoit l'émetteur 3 et le récepteur 4. Pour permettre d'utiliser à la fois l'émetteur 3 et le récepteur 4, selon les techniques par immersion, le réservoir 7 fournit de l'eau par la pompe 8 qui remplit l'intervalle entre les organes 3, 4 et la surface extérieure de la conduit qui se trouve sous les organes 3, 4, pour former des passages adéquats pour la propagation des ultrasons.De l'eau peut éventuellement fuir hors de l'adaptateur 2, le long de la surface extérieure de la conduite ; cette eau est recueillie dans un réservoir 9 monté, de façon étanche aux liquides, sur la conduite 1, à un niveau inférieur àcelui de l'adaptateur 2 ; le réservoir est évacué, de façon adéquate pour supprimer tout risque d'écoulement de l'eau, même si la conduite 1, que l'on examine se trouve dans un four. I1 est bien connu que les organes 3, 4 sont reliés à un détecteur de défaut 10, de façon que le détecteur 3 puisse émettre des signaux d'ultrasons et que le récepteur 4 puisse recevoir l'écho transmis à travers la conduite 1, sans réflexion sur la surface intérieure comme cela a été décrit pour les figures 1, 2 ; l'écho peut être affiché sur un tube cathodique faisant partie de l'installation de détection de défaut 10. Selon la figure 3, on prévoit un enregistreur 11 relié au détecteur de défaut 10, pour enregistrer les graphiques correspondant aux échos Bien que l'appareil de la figure 3 soit un appareil à commande manuelle, le procédé, selon l'invention peuttout aussi bien se mettre en oeuvre à l'aide d'appareils comportant un moyen de balayage automatique, comme celui du mode de réalisation préférentiel de 1' invention représenté à la figure 4. Dans cette figure, on a utilisé les mêmes références qu'à la figure 3 pour désigner les mêmes éléments dont la description ne sera pas reprise. Selon la figure 4, la référence 12 concerne, de façon schématique, un dispositif de balayage relié à l'adaptateur 2 pour se déplacer, solidairement à la fois dans la direc tion axiale ou longitudinale dans la direction périphérique de la conduite 1, en fonction des commandes transmlses par la bote de commande 13. Le dispositif de balayage i2 est, en outre muni d'un moyen de fixation de serrage 14, pour retenir le dispositif de balayage 12 de façon à entourer la conduite 1, ainsi que d'un moyen de détection d'antenne 15 pour terminer automatiquement le mouvement de balayage vers le haut. Ainsi, le dispositif 12 termine automatiquement le mouvement de balayage vers le haut lorsque l'antenne de détection 15 rencontre le plafond 16 du four.Dans le cas de la figure 4, on suppose l'utilisation d'un enregistreur 11' particulier par opposition à un simple enregistreur à stylo 11, selon la figure 3, pour enregistrer seulement l'échographe des signaux ultrasonores; en effet, l'en registreur 11' comporte deux stylos pour enregistrer, non seulement la forme de l'écho de transmission mais également la rugosité de la surface extérieure de la partie adjacente de la conduite ou les ondulations de la surface du cordon de soudure, détectées par un moyen adéquat, tel qu'un détecteurs transformateur différentiel (non représenté à la figure 4),avec un câble de liaison vers l'amplificateur 17 dans l'adaptateur 12, le signal de sortie du capteur étant fourni à l'appareil d'enregistrement 11' par l'amplificateur 17. La référence 18 concerne une pompe de sortie du four ou de drainage de l'eau reçu par le réservoir 9. Contrairement aux- moyens connus, dans lequels il faut prévoir un échaffaudage adéquat dans le cas d'un four de hauteur importante, ainsi qu'un conducteur spécialisé escaladant l'échaffaudage pour effectuer manuellement le balayage en prenant particulièrement soin lors du passage d'un cordon de soudure annulaire sur la conduite 1 (une telle zone est particulièrement susceptible de présenter les défauts) pendant un mouvement de balayage, l'appareil à circuit de balayage mécanique et à détecteur d'irrégularités de surfaces selon la figure 4, a l'avantage de ne nécessiter, ni un tel échaffaudage, ni un opérateur spécialise et de permettre de détecteur automatiquement, la partie très dél.icate du cordon de soudure. R E V E N D~I~C A T I O~N S 1) Procédé de détection des défauts d'une conduite par des ultrasons, prccédé caractérisé en ce qu'on place un émetteur et un récepteur sur la surface extérieure de la conduite à examiner, pour émettre les signaux d'ultrasons suivant un angle d'incidence adéquat par rapport à la surface extérieure de la conduite, au point de pénétration de la matière de la conduite, pour que ce signal sont réfracté suivant un angle de réfraction particulier pour que les signaux traversent la matière de la conduite en ligne droite, pour arriver à un autre point à la surface extérieure de la conduite à une distance adéquate du point d'entrée, à la fois dans la direction axiale ou longitudinale, et dans la direction péri phérique pour que le récepteur puisse recevoir les signaux d'ultrasons sortant de la conduite, sous la forme d'un écho, et on balaye la surface extérieure de la conduite, -en déplaçant l'émetteur et le récepteur, le long de cette surface et en conservant les positions relatives de l'émetteur, du récepteur et de la conduite. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur comportent un moyen permettant de travailler en immersion. 30) Installation de détection des défauts d'une conduite par des ultrasons, installation caractérisée en ce qu'elle comprend un émetteur d'ultrasons et un récepteur d'ultrasons réunis par l'intermédiaire d'un organe récepteur destiné à être monté sur le tube à examiner, pour balayer celui-ci, suivant sa périphérie, et analyser le tube.