Brevet FR2488693A1 — publié le 19820219

La présente invention concerne une sonde de sur- face à courants de Foucault et, en particulier, une sonde pour la détection de défauts situés à faible profondeur sous la surface. Les techniques d'essais non destructeurs par cou- rants de Foucault utilisées de nos jours ne permettent pas de déceler aisément des défauts situés sous la surface à une profondeur faible, de l'ordre de 0,1 mm. Cette difficul- té découle de ce que l'angle de phase de la variation de ten- sion provoquée dans la bobine détectrice par un défaut peu profond est sensiblement égal à celui de la variation de ten- sion due à une faible variation de la distance de la bobine à la surface d'essai, variation dite "décollement". La varia- tion de tension causée par des défauts sis à une plus grande profondeur, de l'ordre de 0,5 mm présente un décalage nota- ble par rapport à celle due à des signaux de décollement, ce qui rend plus aisée la détection de défauts relativement pro- fonds. Les brevets US 3.197.693 et 3.753.096 donnent des exemples de sondes à courants de Foucault dans lesquelles on tente de compenser les variations de décollement. Le trevet US 3.197.693 précité décrit une sonde à courants de Foucauld comportant deux ou plusieurs bobines co- axiales et coplanaires, bobinées sur des noyaux magnétiques distincts. Le signal de sortie est-prélevé sur la bobine in- térieure, et des moyens électroniques font varier la phase et-l'amplitude de la bobine extérieure pour modifier la pha- se du signal de'décollement décelé par la bobine intérieure. Le brevet US 3.753.096 précité décrit une structu- re de sonde à courants de Foucault comportant des bobines in- térieure et extérieure bobinées sur des noyaux magnétiques coaxiaux intérieur et extérieur distincts. Ces noyaux peu- vent se déplacer axialement de manière à faire apparaître sensiblement le même degré de variation de décollement dans le signal de sortie de chaque bobine. La bobine intérieure est plus sensible aux défauts que la bobine extérieure. Les bobines sont reliées chacune aux branches adjacentes d'un 2 2488693 pont à courant alternatif de façon que ce pont demeure "sen- siblement" équilibré lors de variations normales du décolle- ment, mais se trouve déséquilibré quand la bobine franchit des défauts superficiels. Toutefois, on n'indique pas dans ce brevet ce que l'on considère comme une variation normale du décollement ou comme un pont sensiblement équilibré. La présente invention a donc pour objet de propo- ser une sonde à courants de Foucault dans laquelle le si- gnal de décollement soit angulairement décalé par rapport au signal résultant de défauts peu profonds. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'au- tres, grâce à une sonde à courants de Foucault, pour conne- xion à un circuit détecteur en pont à courant alternatif, qui comprend un agencement de bobines comportant au moins deux bobines dissemblables fixées à des noyaux coaxiaux non magné- tiques. Les noyaux sont montés sur un socle non magnétique qui détermine la position de la sonde par rapport à la surface à sonder. Le mode de montage des noyaux permet d'ajuster ceux- ci suivant une direction axiale à l'intérieur du socle. Les bobines de la sonde peuvent différer par leurs rayons, leurs longueurs et/ou leurs inductances. En outre, la sonde à cou- rants de Foucault peut comporter une calè conductrice juxta- posée à l'une des bobines, qui est de préférence la bobine intérieure dans une sonde à deux bobines. Beaucoup d'autres buts et aspects de l'invention ap- paraîtront d'après la description détaillée que l'on va main- tenant donner de certaines réalisations de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: Fig. 1 représente un exemple type de circuit de pont à courant alternatif utilisable suivant l'invention. Fig. 2, 3 et 4 représente des "courbes de décolle- ment" sur les plans d'impédance sans dimensions. La pente de la courbe de décollement représente la valeur | dZX/dZRI; Fig. 5, 6 et 7 représentent des courbes montrant comment le taux de variation de l'impédance de bobine en fonction du décollement Ln(dZ/dl) varie avec le décollement; 3 2488693 Fig. 8 indique les signaux de sortie des bobi- nes de la sonde pour diverses valeurs de décollement; Fig. 9 représente en coupe droite une sonde de surface selon la présente invention; Fig. 10 représente les signaux de sortie d'une sonde en présence de décollements et de défauts divers; et Fig. 11 représente les signaux de sortie émis par une sonde pourvue d'une cale en présence de décollements et de défauts divers. La sonde de surface à courants de Foucault compor- te deux bobines coaxiales C1 et C2 montées dans une cage de façon qu'en utilisant la sonde, on puisse placer les bobines à peu près parallèlement à la surface à sonder, que celle- ci soit plate ou arquée, comme c'est le cas par exemple pour l'intérieur d'un gros tube. Les bobines C1 et C2 sont montées de manière à constituer les branches d'un circuit de pont à courant alternatif 1, comme illustré par la figure l.Le pont à courant alternatif 1 est alimenté par une source de courant alternatif 2, dont la fréquence est normalement réglable. Les deux autres branches du pont sont constituées par des impé- dances variables 3 et 4 permettant d'équilibrer le pont pour toute fréquence de sondage souhaitée. Un détecteur 5 assure l'équilibrage du pont et la détection des signaux dus à une variation du décollement-et/ou à des défauts présents dans la surface à sonder. L'impédance d'une bobine est désignée par le sym- bole Z. Elle est constituée par une composante réactive (ZX) et par une composante résistive (ZR). Quand la distan- ce de la bobine à la surface à sonder, couramment dite décol- lement (1) se modifie un peu, il y a variation correspondan- te de l'impédance réactive ( à Z X) et de l'impédance résis- tive ( j& ZR). On a déterminé que, pour une variation fai- ble du décollement, la valeur |dZ/dZ1jaugmente avec le diamètre de la bobine, avec la fréquence de sondage, avec le décollement et, à un degré moindre, avec la longueur de la bobine. Les figures 2 à 4 représentent des courbes de décol- lement qui illustrent ce comportement. La pente de la courbe de décollement représente la valeur |dZXIdZRI. L'axe 6 2488693 Quand ce pont est à l'état d'équilibre, état fi- guré par un X sur chacun des jeux de courbes de la série a à f de la figure 8, on obtient chaque jeu de courbes de décollement par 1) soulèvement de la seule bobine extérieure, ce qui donne le segment horizontal situé à droite, c'est- à-dire les courbes Ia-If; II) soulèvement de la seule bobine intérieure, ce qui donne le segment descendant vers la gauche figuré par les courbes IIa-IIf; et enfin III) soulèvement simultané des deux bobines-par de- grés successifs de 0,086 mm, ce qui donne les courbes de dé- collement différentiel portées en pointillé en IlIa-IIIf. On voit d'après la figure 8 que l'on peut déca- ler angulairement la direction initiale de la courbe de dé- collement différentiel -III par rapport aux courbes de décol- lement de bobine I ou II par simple ajustement de la distan- ce axiale séparant initialement la bobine extérieure de la surface à sonder. On peut accuser ce décalage en choisissant des bobines différant par leurs longueurs et leurs diamètres, en adoptant des inductances de bobine différentes et en o- pérant à des fréquences différentes. La figure 9 représente une sonde à courants de Foucault selon la présente invention. La sonde 10, repré- sentée en coupe droite, comporte un'socle 11 qui, tel que représenté, est en forme de cylindre présentant une extré- mitéouverte 12 et une extrémité fermée 13. L'extrémité fer- mée 13, très mince, entre en contact avec la surface à son- der. Deux bobines coaxiales, intérieure 14 et extérieure , sont montées sur des noyaux 16 et 17 respectivement de façon qu'on puisse les placer, à l'intérieur du socle 11, à la distance préfixée voulue de l'extrémité 13 du so- cle 11. Le noyau extérieur 17 comporte un corps cylindri- que creux 18 muni d'une collerette 19 et qui pénètre à cou- lissement dans le socle ll.Un chapeau 20 recouvre la col- lerette 19, à laquelle il est fixé. Des vis 21 fixent le noyau 17 au socle 11 et des ressorts 22 enfilés sur ces vis 7 2488693 - maintiennent la bobine extérieure 15 à la distance souhaitée de l'extrémité 13. Le noyau 16 est de forme cylindrique et se meut librement dans le corps de noyau 18. Il est immobi- lisé dans ce corps 18 par une vis 23. La position du noyau 16 par rapport au corps 18 peut être ajustée par un écrou 24 et est maintenue par un ressort 25. Tous les éléments pré- vus dans la sonde 10, y compris les vis, sont en matériau non magnétique tel que Delrin. Les caractéristiques des bo- bines 14 et 15, en fil de cuivre, d'une sonde particulière, sont indiquées dans le tableau II ci-dessous. TABLEAU Il 0 0 Longueur L PH Nombre intér. ext. - de spires: * (mm) (mm) (mm) :Bobine 14 0,5 2,5 0,5 13,5 128 :Bobine 15 4,6 5,1 1,3 16 42 En fonctionnement, il est souhaitable d'ajuster les deux bobines 14 et 15 dans la sonde tant l'une par rap- port à l'autre que par rapport à l'extrémité 13 de la son- de, et donc à la surface à sonder, de façon que le signal de défaut dû à un défaut peu profond soit angulairement décalé de 900 par rapport à la courbe de décollement différentiel. Dans une sonde du type décrit ci-dessus, on a ajusté les bo- bines intérieure 14 et extérieure 15 de façon à placer la première à 0,32 mm et la seconde à 1,0 mm de la surface à sonder. On a alors mis le pont à courant alternatif, fonc- tionnant à une fréquence de 500 kHz, dans l'état d'équili- bre représenté par le point X sur la figure 10. Les diffé- rences entre les signaux de sortie résultants dus au décol- lement et aux défauts ressortent clairement. La courbe de décollement est sensiblement perpendiculaire aux signaux de défauts engendrés par trois encoches de 0,13 mm, 0,25 mm et 0,50 mm de profondeur ménagées dans la surface à son- der et ayant 0,13 mm de large et 6,3 mm de long. En vue d'augmenter le rapport signal de défaut/ signal de décollement, on peut insérer une mince cale con- ductrice 26 entre la bobine intérieure 14 et la surface à sonder, comme représenté sur la figure 9. La cale 26 modi- fie la caractéristique de décollement de la bobine 14 en accusant la pente de la courbe de décollement IdZX/dZRi et en diminuant la valeur | dZ/dlî '. Par choix judicieux de la conductivité et de l'épaisseur de la cale 26, il est possible d'obtenir des courbes de décollement presque iden- tiques pour les bobines intérieure 14 et extérieure 15, dans un intervalle de décollement important, à une fré- quence de sondage particulière. L'effet exercé par une cale en Zircaloy-2 de 0,1 mm insérée entre la bobine intérieure 14 et la surface à sonder est indiqué sur la figure ll.Le signal de décollement est angulairement décalé d'environ 1800 et, par rapport au signal de défaut de 0,13 mm de pro- fondeur, le signal correspondant à un décollement d'environ 0,17 mm est très faible. Comme on le voit sur la figure 10, en l'absence de cale, une variation de décollement de 0,17 mm fait apparaître un signal important par rapport au signal correspondant à un défaut de 0,13 mm de profondeur. - Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre sui- vant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 9 2488693 REVENDICATIONS 1. Sonde à courants de Foucault destinée à être reliée à un-circuit détecteur en pont à courant alternatif pour déceler des défauts peu profonds dans des surfaces, caractérisée en ce qu'elle comprend: des bobines (C1, C2; 14, 15) dont deux au moins sont dissemblables et fixées sur des noyaux coaxiaux (16,17) non magnétiques; un socle non magnétique (11) pour positionner la sonde près de la surfa- ce à sonder et des moyens de réglage (21, 23, 24) assurant le montage des noyaux dans le socle de manière à permettre d'ajuster axialement chaque bobine dans le socle. 2. Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que les bobines diffèrent par leurs rayons. 3. Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 1 ou 2, caractérisée en ce que les bobines diffè- rent par leurs longueurs. 4. Sonde à courantsde Foucault selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les bobines, diffèrent par leurs inductances. 5. Sonde à courants de Foucault selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une cale conductrice (26) juxtaposée à l'une des bobines. 6. Sonde à courants de Foucault selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les bobines comportent une bobine intérieure (14) et une bobine exté- rieure (15), là bobine extérieure ayant un diamètre inté- rieur plus grand que le diamètre extérieur de la bobine intérieure. 7. Sonde à courants de Foucault selon la reven- dication 6, caractérisée en ce que les bobines intérieu- re (14) et extérieure (15) diffèrent.par leurs longueurs. 8. Sonde à courants de Foucault selon la reven- dication 6 ou 7, caractérisée en ceque les bobines inté- rieure (14) et extérieure (15) diffèrent par leurs induc- tances. 9. Sonde à courants de Foucault selon l'une des revendications 6 à 8,caractérisée en ce qu'elle comporte une ou plus d'une cale conductrice (26)juxtaposée à la bobine intérieure (14). z(o t'o QogL ZH' 001 * aouanbalj gzi ú' '?1 D 9zi*. o' 0'9 B ç'î 'of y fiuo T.4UT.'xa (WILI) - aJlaueTp I '91: ú6988MZ L/' I1 1i0 elo ú0 Xz 0lI 'Z ú I 2/7 iamètre fréquence (kHZ) ext.:2,5mm A 20 int. 0u5mm B 00 long:,25mrlm C 500 D 2000 82,2 94 o6 8, o,2 14 o6,8 9 d.po1- - ors,02 q04O,06 qO8 C,10 0112 (0114 0>.16 6118 920 ZR FIG.3 diam. ext. int. A-2,5 0,5 8-2, 0,5 -.C-2, 05 frAquence f réquence a IOC (mm) long, 0,25 1.25 00S/oo i OkHz 000, 01 d 12 O03 q04 o,0sq506 07 Oo08 7 7 7L FIG. 4 d. zx 1.00 C098 -096 o092 0,90 Oj88 0o84 Zx 1.0 0,97 0,96 0.95 f OR