Brevet FR2535056A1 — publié le 19840427

1, La présente invention porte sur des sondes à cou- rants de Foucault pour l'examen interne ou externe de tubes ou autres objets cylindriques et en particulier sur des son- des produisant des signaux de défauts qui peuvent être dis- tingués des signaux de bruit. Les bobines ou sondes encerclantes classiques sont normalement efficaces pour l'examen des éléments cylindréi ques ou tubulaires Des exemples de celles-ci font-l'objet des brevets US 2 855 564, 3 952 315, 4 079 312 et 4 033 002. Pour pouvoir examiner intérieurement des objets tels que tubes d' échangeurs de chaleur pour y déceler les défauts internes en présence de vobulation de la sonde ou de variation interne du tube telle que distorsion créée par le phénomène de réduction du tube de "Pilger"; il faut une son- de qui produise un signal de défaut différent d'un signal de bruit Les brevets US 3 197 693 et 3 753 096 donnent des es xemples de sondes dans lesquelles sont faits des essais de compensation du problème de bruit causé par la montée La demande de brevet FR-A^ 2 488 693 décrit une sonde de surfa- ce à courants de Foucault qui, lorsqu'elle est utilisée pour examiner des surfaces, produit des signaux de défauts et de bruit différents Ces sondes ne sont pas facilement utilisa- bles pour l'examen interne ou externe de tubes ou d'éléments cylindriques. Un but de l'invention est par conséquent de fournir des sondes à courants de Foucault pour l'examen de tubes ou autres objets cylindriques qui produisent des signaux de dé- fauts et de bruit distincts. Ce but et d'autres buts sont atteints avec des son- des à courants de Foucault pour l'examen interne ou externe d'objets cylindriques pour la recherche des défauts locali= sés Ces sondes comportent des systèmes de bobines qui in- duisent et détectent des courants de Foucault dans les objets examinés Selon l'invention, la sonde comporte un élément as- socié au système de bobines afin de produire un signal de dé- faut détecté distinct d'un signal de bruit détecté. Selon un aspect de l'invention, l'élément comporte une ou plusieurs bobines supplémentaires montées à la suite le long d'un axe commun et coaxialement à la bobine ou aux 2. bobines du système de bobines principal de façon à être pla- cées entre le système de bobines principal et l'objet exami- né La ou les bobines supplémentaires peuvent être plus cour- tes que la ou les bobines du système de bobines principal. Selon un autre aspect de l'invention, l'élément peut comporter en outre un réseau déphaseur électrique con- necté à au moins une des bobines supplémentaires et destiné à améliorer la distinction entre les signaux. Selon encore un autre aspect de l'invention, l'é- lément peut aussi être un manchon cylindrique conducteur mon- té coaxialement au système de bobines principal de façon à masquer partiellement le système de bobines principal vis-à- vis de l'objet examiné Cet-élément peut aussi comporter une ou plusieurs bobines coaxiales supplémentaires avec ou sans le réseau déphaseur électrique connecté aux bobines supplé- mentaires. De nombreux autres buts et aspects de l'invention ressortent de la description détaillée suivante illustrée par les dessins, sur lesquels: Les fig 1 et 2 montrent deè appareils à courants de Foucault classiques, la fig 3 montre un tracé des signaux produits par des sondes classiques du type absolu, les fig 4, 5, 7 et 8 montrent des systèmes de bo- bines pourvus de bobines supplémentaires, la fig 6 est un tracé des signaux produits par u- ne sonde ayant le système de bobines représenté sur la fig. 4, la fig 9 montre un système de bobines pourvu de circuits déphnseurs, les fig 10, 12 et 13 montrent des systèmes de bo- bines pourvus d'un manchon de masquage partiel, la fig ll montre des signaux produits par une son- de ayant le système de bobines représenté sur la fig 10 et la fig 14 montre un système de bobines destiné à une sonde émettrice-réceptrice. Deux circuits de base sont utilisés pour l'examen par courants de Foucault des éléments conducteurs Le premi- er, représenté sur la fig 1, est constitué d'un pont à cou- 3. rant alternatif 11 dont au moins une branche 12, 13, 14 ou , et normalement deux branches, contient des bobines qui sont placées dans la sonde à courants de Foucault Les au- tres branches ont des impédances réglables Une source de courant alternatif 16, normalement de fréquence réglable, est montée dans une diagonale du pont 11 pour alimenter ce- lui-ci, qui est équilibré par réglage des impédances Un in- dicateur 17 est monté dans l'autre diagonale du pont 11 et sert à indiquer le zéro lors de l'équilibrage du pont 11 et les déséquilibres dus au bruit ou aux défauts. Le deuxième circuit d'examen par courants de Fou- cault, représenté sur la fig 2, est communément appelé appa- reil émetteur-récepteur Cet appareil, désigné par le répère 21, comporte des bobines d'excitation 22 qui sont couplées par la pièce à des bobines réceptrices 23 Toutes ces bobi- nes 22 et 23 sont placées dans la sonde à courants de Fou- cault Les bobines d'excitation 22 sont connectées à une source de courant alternatif réglable 24 tandis que les bobi- nes réceptrices 23 sont connectées à un indicateur 25. Ce type d'appareils, avec des sondes classiques, produit des signaux qui peuvent être difficiles à distinguer. Des exemples de signaux x-y obtenus dans l'examen interne d'- un tube avec une sonde absolue sont représentés sur la fig. 3 Le signal 31 représente le bruit de déformation du tube ou bruit de Pilger, le signal 32 le-bruit de vobulation de la sonde, le signal 33 un, défaut interne et le signal 34 un défaut externe Il y a très peu de différence de phase entre les signaux provenant des défauts internes 33 et du bruit in- terne du tube 31 ou 32 Ceux-ci seraient très difficiles à distinguer, surtout s'ils se présentaient simultanément Par contre, il y a une excellente séparation de phase entre les signaux provenant des défauts externes 34 et du bruit inter- ne du tube 31 ou 32. Les sondes de l'invention peuvent avoir les mêmes formes de boîtiers que les sondes classiques et être utili- sées avec les circuits à courants de Foucault classiques. Pendant les examens, elles produisent des signaux parmi les- quels les signaux de défauts apparaissent déphasés par rap- port aux signaux de bruit Les présents systèmes de bobines 4. de sonde sont construits par une ou plusieurs des techniques nouvelles suivantes: par adjonction d'une ou de plusieurs bobines supplémentaires au système de bobines de façon qu'u- ne bobine soit plus sensible aux défauts qu'une autre, cette technique pouvant être améliorée par connexion d'un circuit déphaseur électrique à au moins une des bobines supplémen- -taires, ou bien par adjonction d'un manchon conducteur pour masquer partiellement une ou plusieurs bobines. Des systèmes de bobines 40 et 50 pour sondes abso- lues d'examen interne ou d'examen externe sont représentées respectivement sur les fig 4 et 5 Le système 40 est cons- titué de deux bobines coaxiales 41 et 42 analysant toutes les deux le matériau examiné, la bobine 41, la plus proche de l'élément cylindrique 43, étant plus courte que la bobine éloignée 42 Le système 50 comporte également deux bobines coaxiales 51 et 52, la bobine courte 51 étant la plus proche de l'objet cylindrique 53 et la bobine longue 52 éloignée de lui- Il peut se révéler avantageux pour certaines applica- tions que la bobine la plus longue soit la plus proche de l'objet cylindrique. Les bobines sont montées dans des branches adjacen- tes d'un pont à courant alternatif comme les branches 14 et sur la fig 1 Comme les bobines ont des longueurs nette- ment différentes mais des diamètres semblables, le signal de défaut ou de bruit provenant de l'une sera peu déphasé par rapport au signal provenant de l'autre Cependant, la sensi- bilité aux défauts courts est plus grande pour la bobine courte la plus proche de l'élément examiné et il en résulte un grand signal résiduel quand la sonde franchit un défaut. On peut, par un choix approprié des paramètres des bobines, rendre approximativement égale la sensibilité à la variation ou au bruit du tube et avoir ainsi un signal résiduel petit. Le rapport d'un signal de défaut à un signal de bruit est notablement augmenté Ce système de bobines fonctionne très bien pour les défauts localisés lorsque leur longueur est comparable ou inférieure à la longueur de la bobine courte et que la déformation du tube est plus longue que la bobine courte. La fig 6 montre des signaux x-y types produits par une sonde d'examen interne ayant le système de bobine représenté sur la fig 4; 61 est le signal de bruit de déformation, 62 le signal de bruit de vobulation, 63 un si- gnal de défaut interne et 64 un signal de défaut externe A- vec ce système de bobines, la différence de phase pratique maximale 65 ( 0) est d'environ 300 O La fig 7 montre un système de bobines semblable pour examen du type différentiel 70 qui est utilisé pour l- examen interne d'un objet 75 Ce système 70 comporte deux bobines proches identiques 71, 73 et deux bobines éloignées identiques 72, 74 placées coaxialement à l'intérieur des pré- cédentes Utilisées comme appareil à pont, les bobines 71 et 72 seraient montées en série dans une branche du pont et les bobines 73 et 74 montées en série dans une branche du pont adjacente à la précédente. Une autre réalisation d'un système de bobines ab- solu pour examen interne est représentée sur la fig 8; ce système 80 comporte une seule bobine intérieure 82 et un certain nombre de bobines de surface Sla, 81 b, Ble 8-,, pla- cées autour de la bobine proche 820 Sur la fig 8 sont re- présentées deux bobines de surface Bla et Slc qui donnent un système de bobines à quatre surfaces Les bobines de surface extérieures sont toutes montées en série, Les bobines de surface 8 la, 81 b, Xlc, ont un diamètre nettement différent de celui de la bobine intérieu- re 82 Il en résulterait un signal de défaut nettement dépha- sé par rapport à celui de la bobine intérieure La différen- ce de phase signal-bruit 65 (fig 6) pourrait atteindre 45 à 600 Avec une telle différence de phase, le signal de bruit diminue peu en amplitude Ce système de bobines a comme autre avantage important par rapport au système 40 celui d'être capable de détecter les criques circonférentielles. Dans les sondes ci-dessus, dans lesquelles des bo- bines supplémentaires ont été adjointes aux systèmes de bobi- nes, la distinction entre les signaux de bruit et de défaut peut être améliorée par connexion d'un réseau déphaseur à la bobine ou aux bobines, Un exemple d'un tel système de bobi- nes pour une sonde d'examen externe absolue est représentée sur la fig 9 Ce système 90 est constitué de deux bobines 6. coaxiales 91, 92 analysant toutes les deux le matériau exami- né et un réseau déphaseur 93 est connecté à la bobine exté- rieure 91 Les composants électriques passifs variables du réseau déphaseur 93 peuvent être ajustés de façon que le pont reste équilibré, et le courant passant dans la bobine 91 est déphasé par rapport au courant passant dans la bobine 92 Par ce moyen, tous les signaux détectés par la bobine à cou- rant déphasé seront tournés d'une quantité égale au déphasa- ge par rapport aux signaux détectés par la bobine sans cou- rants déphasés Un tel réseau déphaseur 93 pourrait être ad- joint à la bobine d'essai des systèmes à bobines supplémen- taires comme les systèmes 40, 50, 70 et 80. La deuxième technique créant les signaux distincts de défaut et de bruit est illustrée par le système 100 de la fig 10 destiné à l'examen interne d'un élément cylindrique 103 Le système 100 comporte une bobine d'essai (il n'y a pas de bobine de référence sur la fig 10) autour d'une par- tie de laquelle est placé un manchon conducteur Ce système fonctionne très bien pour les défauts localisés lorsque leur longueur est comparable ou inférieure à la longueur du man- chon conducteur et que la déformation du tube est plus lon- gue que le manchon conducteur. Le manchon conducteur 102; en cuivre ou autre ma- tière conductrice de l'électricité, couvre entre le tiers et la moitié de la bobine d'essai 101 Son épaisseur est ap- proximativement égale ou inférieure à une profondeur de peau, la profondeur de peau étant donnée par: & (mm) = 50 (ô /f)1/2 0 étant la résistivité en ur cm et f la fréquence d'essai en hertz. Le signal de défaut provenant de la partie partiellement masquée de la bobine tourne dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à celui de la partie non masquée de la bo- bine Cela est dû au retard de phase et à l'affaiblissement du flux magnétique (et des courants de Foucault) dans le man- chon conducteur Le retard de phase A est donné par j 3 (radians) = t/ S, t étant l'épaisseur du manchon en mm. La fig 11 montre des signaux x-y types produits 7. par une sonde d'examen interne comportant le système 100 représenté sur la fig 10; 111 est le signal de bruit de dé- formation, 112 le signal de vobulation, 113 un signal de dé- faut interne et 114 un signal de défaut externe Avec ce système, on peut facilement obtenir la différence optimale de phase 115 de 90 entre le signal de défaut et le signal de bruit, Comme prévu; quand le signal de défaut tourne, le signal de bruit 111 tourne aussi un peu. Une autre réalisation d'un système de bobines pour une sonde-absolue est représentée sur la fig 12 Le système représenté 120 est constitué de trois bobines placées cote à côté 121, 122, 123 et un manchon 124 masque partiellement la bobine centrale 122 Pour une sonde d'examen interne, le manu chon 124 est placé devant la surface extérieure de la bobine 122, comme représenté, tandis que pour une sonde d'examen externe, il est placé devant la surface intérieure de la bo- bine 122, Les bobines 121 et 123 seraient montées en série dans une branche d'un appareil à pont à courant alternatif tandis que la bobine 122 serait montée dans une branche ad- jacente du pont. Une réalisation d'un système de bobines réunissant la première et la deuxième méthodes de rotation d'un signal lié à un défaut est représentée par le système 130 sur la fig 13 Ce système 130 est semblable au système 40 à l'ex- ception des manchons conducteurs 133 et 134 Le manchon 133 sert à faire tourner dans le sens des aiguilles d'une montre le signal de défaut provenant de la bobine 131 et le manchon 134 à faire tourner de la même façon le signal de défaut provenant de la bobine 132 On peut, par un choix approprié d'un ou des deux manchons conducteurs, faire tourner un si- gnal de défaut tel que 63 sur la fig 6 pour obtenir la di- férence de phase 65 ( 0) désirée d'environ 90 En plus de la réalisation de la différence de phase désirée, on peut rédui- re notablement le signal de "bruit". Un autre système de bobines 140 pour une sonde é- mettrice-réceptrice absolue d'examenexterne est représenté sur la fig 14 La bobine d'excitation 143 est la bobine extérieure et les deux bobines réceptrices 141 et 142 sont les bobines intérieures Les bobines 141 et 142 seraient bo- 8. binées en opposition et l'on obtiendrait des signaux de dé- faut en courants de Foucault semblables à ceux de bobines montées dans des branches adjacentes d'un pont à courant al- ternatif dans un système du type à impédances Avec l'ad- jonction d'une bobine d'excitation, tous les systèmes de bo- bines 40, 50, 70, 80, 90, 120 et 130 fonctionneraient dans un système émetteur-récepteur. On peut apporter de nombreuses modifications aux réalisations de l'invention décrites précédemment sans sor- tir du cadre de celle-ci, qui est donc limité seulement par les revendications annexées. 2 3 G 9. REVENDICATIONS 1 e Sonde à courants de Foucault pour l'examen in- terne ou externe d'objets cylindriques pour la recherche des défauts localisés, comprenant un système de bobines princi= pal comportant une ou plusieurs bobines destinées à induire et détecter des courants de Foucault dans l'objet examiné, caractérisée en ce que cette sonde comporte en outre un élé- ment associé au système de bobines pour produire un signal de défaut détecté distinct d'un signal de bruit détecté. 2 Sonde à dourants de Foucault selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que ledit élément comporte une bobine supplémentaire montée coaxialement à la bobine ou aux bobines du système de bobines principal de façon à être pla- cée entre le système de bobines principal et l'objet examiné. 3 Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que ledit élément comporte plu- sieurs bobines supplémentaires montées à la suite le long d'un axe commun et coaxialement à la bobine ou aux bobines du système de bobines principal de façon à être placées en- tre le système de bobines principal et l'objet examiné. 4 Sonde à courants de Foucault selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la ou les bo- bines supplémentaires sont plus-courtes que la ou les bobi- nes du système de bobines principal. 5 Sonde à courants de Foucault selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le système de bobines principal comporte au moins deux bobines montées à la suite sur un axe commun dans une configuration différen- tielle. 6 Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que l'élément est un manchon cy- lindrique conducteur monté coaxialement au système de bobines principal de façon à masquer partiellement le système de bo- bines principal vis-à-vis de l'objet examiné. 7 Sonde à courants de Foucault selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce que le système de bobines princi- pal comporte une bobine émettrice-réceptr;ce. 8 Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 6, caractérisée en ce que le système de bobines prin- cipal comporte plusieurs bobines montées à la suite le long d'un axe commun. 9 Sonde à courants de Foucault selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l'élément com- porte en outre un manchon cylindrique conducteur monté coa- xialement au système de bobines principal de fa-on à masquer partiellement le système de bobines principal vis-à-vis de l'objet examiné. 10.o Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 9, caractérisée en ce que le manchon cylindrique con- ducteur est placé entre la bobine supplémentaire et l'objet examiné. 11 Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 9, dans laquelle le manchon cylindrique conducteur est placé entre le système de bobines principal et la bobine supplémentaire. 12 Sonde à courants de Foucault selon la revendi- cation 11, caractériséaen ce que l'élément comporte un deu- Snième manchon cylindrique conducteur monté coaxialement à la bobine supplémentaire de façon à &tre placé entre la bobine supplémentaire et l'objet examine. 13 Sonde à courants de Foucault selon ltune des revendications 2 à 5 et 9 à 12, caractérisée en ce que l'é- lément comporte en outre un réseau dêphaseur électrique con- necté à la bobine supplémentaire ou à au moins une des bobi- nes supplémentaires.