Brevet FR2520509A1 — publié le 19830729

La présente invention concerne un dispositif d'analyse automatique par ultra-sons des défauts d'une soudure réalisée sur une paroi métallique, du type comprenant un palpeur émetteur-récepteur d'ondes ultra-sonores transversales alimenté par une source à ultra-sons et connecté à un appareil de visualisation et un appareil d'enregistrement des signaux d'écho qu'il capte. On sait que les ultra-sons sont couramment utilisés pour détecter les discontinuités géométriques ou les défauts de compacité de la matière et, de ce fait, ils trouvent une application intéressante dans les examens de contrôle des soudures. Dans ce domaine, les examens par ultra-sons constituent pratiquement les seuls moyens non-destructifs de recherche des défauts internes des soudures et, plus particulièrement, des défauts, tels que les fissures de fatigue ou de corrosion sous tension, qui peuvent se développer à partir de la surface intérieure difficilement accessible, de constructions soudées du genre canalisations ouréservoirs industriels. Dans le cadre du contrôle de fabrication, ces constructions subissent obligatoirement un examen de ce type avant leur mise en service. Mais un grand nombre d'entre elles, qui sont soumises à des réglementations officielles de sécurité très strictes, doivent en plus donner lieu,en cours d'utilisation,à des inspections périodiques de l'état de leurs soudures. Ce dernier point concerne notamment les constructions qui sont très sollicitées en service, comme par exemple les réacteurs de synthèse pétrochimique ou qui contiennent des fluides corrosifs, telles que les réservoirs d'ammoniac liquéfié. Ces inspections périodiques ont pour but non seulement de déceler d'éventuelles nouvelles anomalies dans les soudures mais aussi d'analyser l'é- volution dans le temps des anomalies existantes en vue de déterminer s'il y a lieu de les éliminer par une réparation qui, étant longue et coûteuse, doit être parfaitement justifiée. Pour ces examens, on dispose à l'heure actuelle de palpeurs à ultrasons,du type spécifié en préambule,que l'on déplace latéralement à la main le long de la soudure à contrôler après avoir recouvert les abords de celle-ci d'un film de liquide de couplage de grande viscosité. A travers ce film de couplage, le palpeur émet un faisceau d'ondes ultra-sonores transversales vers la soudure et, dans le cas de la présence d'un défaut, capte en retour un écho représentatif de ce dernier, que l'on peut visualiser ou enregistrer. Si ce procédé de contrôle manuel permet de déterminer grossièrement la position et l'importance des défauts lors de l'examen initial, il ne procure pas par contre de résultats fidèles dans le temps au cours d'examens périodiques répétés et ne permet donc pas d'apprécier valablement l'évolution réelle de la longueur et de la taille de ces défauts, en vue de juger de la nécéssité d'une réparation. Ce défaut de fidèlité dans le temps est dû aux variations, inévitables dans le cas d'un contrôle manuel, des paramètres essentiels de la détection,à savoir la vitesse de déplacement du palpeur, la pression exercée sur celui-ci par l'opérateur, l'état de la semelle du palpeur, l'épaisseur du film de couplage et la distance entre le point d'émergence du palpeur et le défaut. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un dispositif d'analyse automatique par ultrasons des défauts d'une soudure du type spécifié en préambule, qui se caractérise en ce que le palpeur est monté sur une plaquette de support portée par une armature solidaire d'un mécanisme d'entraînement apte à la déplacer selon une trajectoire rectiligne perpendiculaire à la direction d'émission du palpeur et destiné à être fixé de manière amovible sur la paroi métallique, ladite plaquette comportant une face d'appui plane par laquelle elle est destinée à etre maintenue à contact glissant contre la paroi métallique sous l'action de moyens d'application, et présentant sur cette face d'appui un renfoncement dans lequel est entièrement logé le palpeur dont le point d'émergence se situe très près du plan de ladite face d'appui. Outre le fait qu'il permet d'effectuer les examens périodiques de l'état des soudures de manière automatique, le dispositif d'analyse selon l'invention confère à ces examens une très grande fidélité dans le temps en assurant une constance des paramètres de détection sus-mentionnés. En effet, après avoir repéré, par des marques visibles effectuées sur la paroi métallique, la position du dispositif pour laquelle la trajectoire du palpeur, déterminée par la translation de l'armature, est parallèle à la direction supposée du défaut et est celle qui confère au palpeur sa sensibilité de détection maximale, on fixe toujours,pour les examens périodiques suivants, le dispositif d'analyse dans cette position sur la paroi métallique, de sorte que la distance du défaut au point d'émergence du palpeur est maintenue rigoureusement constante non seulement tout au long d'un même examen, mais aussi d'un examen périodique à l'autre. En second lieu, la vitesse de déplacement du palpeur qui est celle de son armature de support est maintenue constante par une commande appropriée du mécanisme d'entratnement. Enfin, grâce à la configuration de sa plaquette de support, le palpeur est maintenu à une distance constante de la paroi métallique le long de laquelle il est déplacé et, de ce fait, l'état de sa semelle, la pression exercée sur lui et l'épaisseur du film de couplage ne varient pas dans le temps. Avantageusement, le renfoncement de la plaquette de support est entièrement fermé latéralement et communique avec un conduit souple raccordé à un réservoir de liquide de couplage. Grâce à cette disposition, le liquide de couplage qui est retenu dans le renfoncement de la plaquette de support au cours du déplacement du palpeur, n'a pas besoin,contrairement à l'usage actuel, d'être visqueux et peut consister en un liquide peu onéreux tel que de l'eau. De préférence, la plaquette de support est montée pivotante par rapport à l'armature autour d'un premier axe perpendiculaire à la trajectoire de cette dernière et d'un second axe perpendiculaire au premier. De par ce mode de montage de sa plaquette de support, le palpeur peut suivre les éventuelles courbures de la paroi métallique tout en restant à une distance constante du défaut. Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif de l'invention, la plaquette de support est montée déplaçable dans une direction perpendiculaire à la trajectoire de l'armature et est reliée latéralement à cette dernière par un organe de réglage de sa position le long de cette direction. Cet organe de réglage,qui peut être constitué par une tige filetée à tête associée à un réglet gradué ou, pour plus de précision, par une vis micrométrique à vernier, permet de régler facilement la position par rapport au défaut du point d'émergence du palpeur pour laquelle ce dernier présente la meilleure sensibilité de détection. En outre, l'organe de réglage est doublé par une tige d'accouplement dont une extrémité est solidarisée à un élément de fixation relié à la plaquette de support et qui est montée coulissante dans l'armature, cette tige d'accouplement allégeant l'organe de réglage des contraintes exercées sur ce dernier par la plaquette de support. Par ailleurs, les moyens d'application de la plaquette de support du palpeur contre la paroi métallique peuvent être constitués soit par deux aimants permanents fixés à la plaquette de part et d'autre de celle-ci, soit par au moins trois ressorts disposés en triangle et comprimé entre la face de la plaquette opposée à sa face d'appui et un disque solidaire de l'élé- ment de fixation sus-mentionné. Quant au mécanisme d'entrainement de l'armature, il est constitué par une vis sans fin dont une extrémité est accouplée à un groupe moto-réducteur rotatif fixé à un premier pied de support et dont l'autre extrémité est montée dans-un palier solidaire d'un deuxième pied de support, l'armature étant formée par un trainard apte à être déplacé en translation le long de la vis sans fin par la rotation de celle-ci, tout en étant immobilisé en rotation. Un mode de réalisation de la présente invention va être décrit ciaprès à titre d'exemple non-limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de dessus schématique du dispositif d'analyse selon l'invention - la figure 2 est une vue agrandie en coupe effectuée selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue identique à la figure 2 qui montre une variante de réalisation des moyens d'application de la plaquette de support du palpeur contre la paroi métallique - la figure 4 est une vue en coupe effectuée selon la ligne IV-IV de la figure 1 - la figure 5 est une vue en coupe qui montre une variante de réalisation de l'armature du dispositif de l'invention ; et, - la figure 6 représente deux enregistrements séparés dans le temps de l'écho capté par le palpeur. Le dispositif selon l'invention pour l'analyse automatique par ultra-sons des défauts des soudures est, sur la figure 1, représenté fixé sur une paroi métallique P à proximité d'une soudure longitudinaleS réalisée sur celle-ci. Le dispositif selon l'invention comprend, de manière connue en soi, un palpeur émetteur-récepteur d'ondes ultra-sonores transversales 1, dont l'élément actif est constitué par un quartz piezo-électrique. Le palpeur 1 reçoit ses signaux drexcitaticn d'une source à ultra-sons incorporéedans un oscilloscope 3-et peut être déplacé latéralement le long de la soudure pour émettre vers celle-ci un faisceau d'ondes transversales, comme représenté sur la figure 2. Dans le cas de la présence d'un défaut tel que D, une partie de ce faisceau est réfléchieen direction du palpeur qui capte alors un signal d'écho représentatif de la longueur et de la taille du défaut, signal que l'on peut visualiser sur l'écran 4 de l'oscilloscope et enregistrer graphiquement sflr une table traçante 5. Sur la figure 1, on peut voir que le palpeur 1 est monté sur une plaquette de support circulaire 6 généralement métallique portée par une armature 7 solidaire d'un mécanisme d'entraînement en translation 8 apte à la déplacer selon une trajectoire rectiligne XX' perpendiculaire à la direction moyenne d'émission T du palpeur 1.En outre, le mécanisme d'centrale nement 8, qui sera décrit plus en détail dans la suite de la description, est fixé de manière amovible sur la paroi P, par l'i,ntermédiaire de pieds de sup port 8a et 8b, après avoir été positionné de telle façon que la trajectoire XX' del'armature 7 soit parallèle à la direction moyenne YY' du défaut à analyser, qui est déterminée par tâtonnements au début d'un cycle d'examens périodiques de la sature et qui ne onrespond pas foscémrnt à la direction de l'axe de la soudure. On comprendra que la translation de l'armature 7 entraine un déplacement du point d'émergence du palpeur 1 selon une trajectoire ZZ' rigoureusement parallèle à la direction YY' du défaut. En revenant à la figure 2, on peut voir que le palpeur 1 est plus précisément-fixé sur le fond d'un renfoncement 9 formé sur une face plane 10 de la plaquette 6. Le palpeur 1 est entièrement logé à l'intérieur du renfoncement 9 et sa face 11 contenant le point d'émergence 12 des ondes ultrasonores est parallèle au plan de la face plane 10 de la plaquette 6 tout en étant distante de celui-ci d'une très faible hauteur de l'ordre de 0,2 mm. Par sa face plane 10, la plaquette 6 est maintenue en contact glissant contre la paroi métallique P, sous l'action d'aimants permanents 13, 14 fixés latéralement sur la plaquette 6. On observera encore, en référence à la figure 2, que le renfoncement 9 de la plaquette de support 6 communique, parut canal 15 percé à travers cette dernière, avec un conduit souple 16 raccordé à un réservoir non représenté de liquide de couplage. Lorsqu'on remplit de ce liquide le renfoncement 9, un film de couplage, nécessaire pour une bonne propagation des ondes ultra-sonores, vient automatiquement se former entre la face active 11 du palpeur et la paroi P et, le liquide de couplage étant retenu à l'intérieur du renfoncement 9, n'a pas besoin d'être visqueux mais peut être avantageusement constitué par de l'eau. En se référant simultanément aux figures 1 et 2, on peut voir que la plaquette de support est reliée latéralement à l'armature 7, par l'intermédiaire d'une tige filetée à tête 19 qui s'étend perpendiculairement à la trajectoire XX' de l'armature, et se visse dans une douille filetée 20 portée par l'armature 7. A son extrémité libre, la vis 19 tourillonne dans un palier 21 auquel la plaquette 6 est reliée par un étrier 22. Plus précisément, l'étrier 22 est, par sa-branche centrale, monté sur le palier 21 à pivotement autour d'un axe AA'perpendiculaire à la trajectoire XX' de l'armature, tandis que la plaquette 6 est montée pivotante entre les deux branches latérales de l'étrier autour d'un second axe perpendiculaire au premier.Grâce à ce mode de montage de la plaquette de support 6, le palpeur peut suivre lors de son déplacement les courbures éventuelles de la paroi métallique P tout en restant à une distance constante du défaut à analyser. La tige filetée 19 est associée à un réglet gradué 23 fixé par une extrémité contre le palier 21 et coulissant sur l'armature 7, et constitue ainsi un organe de réglage de la position de la plaquette de support et du palpeur le long de l'axe AA'. En variante, ce réglage peut être effectué avec grande précision par une vis micrométrique à vernier. La figure 3 représente un autre mode de réalisation des moyens d'application de la plaquette de support 6 contre la paroi métallique P. Ceuxci comprennent trois ressorts 24 montés en compression > selon une disposition triangulaire > entre la face extérieure 25 de la plaquette 6 opposée à sa face de contact 10 et un disque ?6 fixé au palier 21. Une tige lisse 27, solidaire de ce dernier et parallèle à la tige filetée 19 coulisse dans la douille 20 de l'armature et constitue ainsi un moyen d'accouplement de cette dernière à la plaquette de support, qui s'oppose à la réaction des ressorts 24, lorsque ceuxci développent une force d'application de la plaquette 6 contre la paroi P. La figure 4 représente un premier mode de réalisation du mécanisme d'entratneient en translation 8 de l'armature 7. Celui-ci comprend une vis sans fin 28 à filetage trapezoidal dont une extrémité est accouplée, au travers d'un réducteur 29, à l'arbre d'un moteur électrique rotatif 30 et l'autre extérmité est retenue à rotation libre dans un palier 31. Le carter 30a du moteur 30 et le palier 31 sont respectivement portés par les pieds de supports a et 8b déjà mentionnés. Le moteur 30 est un moteur électrique alimenté en courant continu par un circuit de commande 32 (voir figure 1) et entraîné selon une vitesse de rotation constante. L'armature 7 est quant à elle constituée par un traînard en forme de U 33 apte à être déplacé en translation le long de la vis 28, par la rotation de celle-ci, tout en étant lui-même immobilisé en rotation. Plus précisément, le traînard 33 est, au niveau des extrémités libres de ses branches latérales 33a et 33b, monté coulissant le long d'une barre cylindrique de guidage 34, par l'intermédiaire de douilles à bille 35. La barre 34 est solidarisée à ses extrémités, d'une part au palier 31 et, d'autre part au carter 30a du moteur 30, et s'étend parallèlement à la vis sans fin 28, laquelle traverse librement deux alésages 36 percés dans les branches latérales du traînard, à proximité de là branche centrale 33c de ce dernier. Cette branche centrale 33c est solidarisé, par un organe de verrouillage amovible 37, à un écrou 38 monté autour de la vis sans fin 28. L'écrou 38 présente un filetage intérieur trapézoïdal de même pas que le filetage extérieur de la vis 28, mais d'un diamètre légèrement supérieur à celui de cette dernière, si bien que lté- crou 38, et avec lui le traînard 33, peut être entraîné en translation par la rotation de la vis 28 tout en étant empêché de tourner grâce à l'immobilisation en rotation réalisée sur le traînard 33 par la barre 34. On peut encore voir sur la figure 4 que les pieds de support 8a, 8b, au moyens desquels le mécanisme d'entrainement est destiné à être fixé à la paroi P, portent chacun latéralement un socle 39 sur lequel est fixé une prise magnétique 40 qui affleure la face d'appui du socle. Les parois des constructions soudées les plus courantes étant réalisées en matériau ferromagnétique, ces prises magnétiques constituent des moyens simples pour la fixation amovible du mécanisme d'entratnement sur ces parois. ( De plus, les socles 39 portent à coulissement des pointeaux de centrage 41 qui servent à positionner rapidement le mécanisme d'entratnement sur la paroi métallique. Les pieds de support 8a, 8b peuvent aussi comporter des moyens de positionnement en hauteur du mécanisme d'entraînement par rapport à la paroi métallique,qui qui permettent d'ajuster dans'la même direction la position du pal- peur selon la valeur du rayon de courbure de la paroi métallique. La figure 5 montre un deuxième mode de réalisation du mécanisme d'entraînement dans lequel chacune des deux branches latérales 33a et 33b du trainard est percée d'un alésage qui reçoit une bague d'usure 39 . La vis d'entralnement sans fin 28, qui ici assure à la fois l'entraSnement et le guidage du traînard, traverse avec un jeu limité ces deux bagues d'usure 39. Pour le reste, ce deuxième mode de réalisation est identique au premier. Pour effectuer un cycle d'examens périodiques d'une soudure, à l'aide du dispositif d'analyse selon l'invention, on procède de la manière suivante. Lors de l'examen initial de ce cycle, on commence par localiser le défaut D, avant de déterminer, par un déplacement manuel du palpeur 1 le long de la soudure S, la trajectoire idéale ZZ' du point d'émergence 12 de ce dernier, c'est-à-dire la trajectoire pour laquelle le défaut présente vis-à-vis du palpeur le meilleur pouvoir de réflexion possible. En d'autres termes, cette trajectoire idéale ZZ' est celle le long de laquelle le palpeur 1 émet des ondes ultra-sonores dont la direction moyenne est perpendiculaire au plan du défaut. On matérialise alors cette trajectoire idéale ZZ' sur la paroi P par une ligne visible indélébile. Avant la mise en place du dispositif sur la paroi, on étalonne en sensibilité l'oscilloscope à ultra-sons 4, sur un défaut artificiel connu. L'étape suivante consiste à positionner et à fixer le dispositif selon l'invention sur la paroi métallique, le long de la partie de la soudure qui comporte le défaut, et de telle manière que l'axe de la barre 34 soit parallèle à la ligne matérialisant la trajectoire ZZ'. Une fois le dispositif fixé sur la paroi, on règle, par la tige filetée 19, la position du point d'émergence 12 du palpeur 1 de telle sorte que celui-ci décrive la trajectoire ZZ'. On repère ensuite la position du dispositif en réalisant, à l'aide des pointeaux de centrage 41, deux empreintes sur la paroi métallique. Après avoir appliqué la plaquette de support du palpeur contre la paroi, on commence l'examen proprement dit de la soudure. Pour ce faire, on règle la vitesse de translation de l'armature 7 et celle de la table tra çante 5 à la même valeur, et on alimente en liquide de couplage la plaquette de support 6. Pour les examens suivants, on replace le dispositif d'analyse rigoureusement dans la même position, ce qui peut être fait avec grande précision et très rapidement grâce aux repères-effectués sur la paroi. La figure 6 montre deux enregistrements du signal d'écho du palpeur effectués par la table traçante à une heure d'intervalle, c'est-à-dire sur une période pendant laquelle le défaut considéré n'a pas eu le temps d'évoluer. Ces enregistrements, rigoureusement identiques, illustrent parfaitement la fidélité du dispositif d'analyse des soudures selon l'invention. On ajoutera encore que ce dispositif est d'un fonctionnement très simple et fiable, et présenteun encombrement peu important. En outre, il peut être entièrement démonté et remonté rapidement et peut fonctionner soit sur secteur, soit sur batterie, ce qui le rend particulièrement approprié pour des examens de soudure sur chantiers. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'analyse automatique par ultra-sons des défauts d'une soudure (S) réalisée sur une paroi métallique (P), du type comprenant un palpeur émetteur-récepteur d'ondes ultra-sonores transversales (1) alimenté par une source à ultra-sons (2) et connecté à un appareil de visualisation (4) et un appareil d'enregistrement (5) des signaux d'écho qu'il capte, dispositif caractérisé en ce que le palpeur (1) est monté sur une plaquette de support (6) portée par une armature (7) solidaire d'un mécanisme d'entraînement (8) apte à la déplacer selon une trajectoire rectiligne (XX') perpendiculaire à la direction d'émission (T) du palpeur et destiné à etre fixé de manière amovible sur la paroi métallique, ladite plaquette (6) comportant une face d'appui plane (10) par laquelle elle est destinée à être maintenue à contact glissant contre la paroi métallique, sous l'action de moyens d'application (13, 14), et présentant, sur cetteface d'appui (10), un renfoncement (9) dans lequel est entièrement logé le palpeur (1) dont le point d'émergence (12) se situe très près du plan de ladite face d'appui. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfoncement (9) de la plaquette de support (6) est entièrement fermé latéralement et communique avec un conduit souple (16) raccordé à un réservoir de liquide de couplage. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaquette de support (6) est montée pivotante par rapport à l'armature (7) autour d'un premier axe (AA') perpendiculaire à la trajectoire (XX') de cette dernière et d'un second axe perpendiculaire au premier. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette ds support (6) est montée déplaçable dans une direction perpendiculaire à la trajectoire (XX') de l'armature (7) et est reliée latéralement à cette dernière par un organe de réglage (19) de sa position le long de cette direction. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe de réglage est constitué par une tige filetée à tete (19) associée à un réglet gradué (23). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe de réglage est constitué par une vis micrométrique à vernier. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'organe de réglage (19) est doublé par une tige d'accouplement (27) dont une extrémité est solidarisée à un élément de fixation (21) relié à la plaquette de support et qui est montée coulissante dans l'armature (7). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la plaquette de support contre la paroi métallique sont constitués par deux aimants permanents (13, 14) fixés à la plaquette (6), de part et d'autre de celle-ci. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la plaquette de support sur la paroi métallique comprennent au moins trois ressorts (24) disposés en triangle et comprimés entre la face de la plaquette (6) opposée à sa face d'appui (10) et un disque (26) solidaire dudit élément de fixation (21 Y. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le mécanisme d'entratnement (8) de l'armature comprend une vis sans fin (28) dont une extrémité est accouplée à un groupe moto-réducteur rotatif (29,30) fixé à un premier pied de support (8a) et dont l'autre extrémité est montée dans un palier (31) solidaire d'un deuxième pied de support (8b), l'armature (7) étant formee par un traînard (33) apte à être déplacé en translation le long de la vis san fin (28) par la rotation de celle-ci, tout en étant immobilisé en rotation. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que chacun des pieds de support (8a, 8b) porte une prise magnétique (40 ) sur sa face de fixation à la paroi métallique (P). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que chacun des pieds de support (8a, 8b) est prolongé par un socle latéral (39) sur lequel est monté coulissant un pointeau de centrage (41). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 10 à 12, caractérisé en ce que le trainard (33) est en forme de U et est monté coulissant, au niveau des extrémités libres de ses deux branches latérales (3S,33b), le long d'une barre de guidage cylindrique (34) parallèle à la vis sans fin (28), cette dernière traversant librement lesdites deux branches latérales à proximité de la branche centrale (33c) du trainard à laquelle est solidarisé un écrou (38) porté par la vis sans fin (28) 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le traînard (33) est en forme de U et en ce que la vis d'entrainement (28) traverse, avec un léger jeu, deux alésages formés dans les deux branches latérales (33a, 33b) du trainard, un écrou (38) porté par la vis sans fin (28) étant solidarisé à la branche centrale du traînard.