Brevet FR2540248A1 — publié le 19840803

PROCEDE DE CONTROLI A ULTRA-SONS DE FIIïTS CONIQUES DE TUBES ET DISPOSITIF POUR SA REALISATION La présente invention concerne les procédés de con- tr 8 le non destructif de la qualité des matériaux et des pièces et les dispositifs pour leur réalisation, et plus particulièrement, les procédés de contr 8 le à ultra- sons des filets coniques de tubes et les dispositifs pour leur réalisation. L'invention peut tre utilisée pour contr 8 ler les fi- lets coniques des tubes de forage lourds et plus parti- culièrement des tubes de grand diamètre dont l'épaisseur des parois va jusqu'à 90 mm, ainsi que pour d'autres types de tubes à filets coniques. Il existe un procédé de contr 3 le à ultra-sons des assemblages filetés selon lequel on injecte dans un assemblage fileté des oscillations ul- tra-sonores sous un certain angle, auxiliairement, on injecte sous un autre angle d'autres oscillations ultra- sonores et on calcule l'angle et la profondeur du dévelop- pement d'un défaut suivant le nombre de spires du file- tage qui sont recouvertes par le dégaut aux angles donnés d'injection des oscillations ultra-sonores(cf, par exem- ple, le certificat d'auteur de l'URSS no 602849, clas- se GOI N 29/04, date de publication: 05 04 78). Ledit procédé est très compliqué parce qu'il prévoit l'injection des oscillations ultra-sonores sous un angle à l'aide d'un convertisseur piézo-électrique, le ré- glage du convertisseur piézo-électrique pour injecter les oscillations ultra-sonores sous un autre angle, la lecture sur l'écran du défectoscope du nombre de spires du filet recouvertes aux deux angles d'injection des os- cillations ultra-sonores et la détermination d'après ces données de l'angle et de la profondeur de développement du défaut. Ledit procédé ne permet pas de localiser les défauts -2 si le contr 8 le des filets coniques des tubes se fait par leurs bouts. Il existe un autre procédé de contrôle à ultra-sons des filets coniques des tubes qui prévoit l'injection des oscillations ultra-sonores depuis le bout de la partie filetée du tube (cf, par exemple, un recueil des articles condensés scientifico-techniques "Machines et équipement pétrolier", n 11, Moscou, VNIIOENG, 1973, p 22). Pourtant, ledit procédé ne prévoit pas la formation d'un champ d'oscillations ultra-sonores ce qui réduit la véracité du contr 6 le. Il existe encore un procédé de contrôle a ultra-sons des filets coniques des tubes selon lequel les oscillations ultra-sonores sont injectées dans le corps du tube, on réalise le balayage et on reçoit les os- cillations ultra-sonores réfléchies sur le défaut (cf, par exemple, le certificat d'auteur de l'URSS N 473802, classe E 21 b 17/00, date de publication: 14 07 75). Ledit procédé qui prévoit l'injection des oscillations à partir de la surface du tube ne permet pas do contr 8 ler les filets coniques des tubes de grand diamètre dont l'épaisseur de la paroi atteint 90 mm par suite d'un fort amortissement des oscillations ultra-sonores dans le corps du tube o elles parcourent un long chemin Ce pro- cédé ne prévoit pas non plus la formation du champ d'os- cillations ultra-sonores ce qui réduit la véracité du contr 8 le. On a proposé un dispositif de contrôle à ultra-sons des filets coniques des tubes pour réaliser ledit procédé qui comporte un guide portant un convertisseur piézo- électrique, des tubulures d'amenée d'un liquide de con- tact et un ensemble de prise du tube (cf, le même cer- tificat d'auteur). Dans ce dispositif, l'ensemble de prise du tube est réalisé sous la forme de leviers avec galets, d'une ma- nette mobile avec tringles à fourche aux bouts qui sont 3 - placés dans les rainures de guidage des joues supports et travaillent en cooperation avec les leviers. Le présent dispositif permet d'orienter le convertis- seur piézo-électrique seulement à la surface des tubes de faible diamètre jusqu'à 146 mm Outre cela, le con- vertisseur piezo-électrioue doit être installe et retenu à une distance par rapport au filet bien determinéee pour chaque type et dimension du tube. L'invention vise à fournir un procede de contr 8 le Io à ultra-sons des filets coniques des tubes selon lequel les oscillations ultra-sonores sont injectees dans le corps du tube de telle façon qu'on puisse contrôler les filets des tubes de grand diamètre avec les parois d'une épaisseur allant jusqutà 90 mm, ainsi qu'un dispositif I 5 de contrôle à ultra-sons des filets coniques des tubes realisant ledit procédé dont l'ensemble de prise du tube est agencé de façon à assurer une orientation precise du dispositif par rapport au filet du tube. Selon l'invention, le orocédé de, con- tr 8 le à ultra-sons des filets coniques des tubes consiste en ce qu'on injecte des oscillations ultraso- niques dans le corps du tube, on effectue un balayage et on reçoit les oscillations ultra-sonores refléchies sur un défaut du filet conique d'après lesquelles on juge sur le défaut, ledit procede etant caracterise en ce que les oscillations ultra-sonores sont injectées à partir du bout de la partie à filet conique du tube, la moitie de l'angle d'ouverture du faisceau d'os- cillations ultra-sonores injectees etant egale à l'angle de conicité du filet conique du tube, et le balayage se faisant suivant le périmètre de l'about du filet coni- que du tube. Egalement, selon 1 'invention, le dispositif de contrôle à ultra-sons des filets coniques des tubes réalisant ledit procédé comporte un guide portant un convertisseur piezo-electrique, des tubulures d'amenee d'un 4 - liquide de contact et un ensemble de prise du tube, le- dit dispositif étant carac- térisé en ce que l'cnsemble de prise du tube comporte, installés sur le guide perpendiculairement à celui-ci, des galets dont l'un, placé s Lr le filet conique du tube, est rigidement lié au guide et est réalisé conique avec l'engle de conicité égal à l'rngle de conicit 8 du filet conique du tube, alors que d'autres galets sont réalisés cylindriques, sont liés cinématiquement au galet conique et peuvent se déplacer sur le guide pour effectuer la prise de l'about du filet conique du tube. Il est avantageux de disposer le convertisseur piézo- électrique sur un charriot installé sur le guide et pou- vant se déplacer et d'être positionné par rapport au ga- let conique, le convertisseur étant monté au chariot par articulation avec possibilité d'osciller en plans longitudinaux du tube. Une telle conception constructive du dispositif pro- posé pour contr 81 e à ultra-sons des filets coniques des tubes réalisant le procédé, objet de l'invention, permet de contrôler les filets coniques des tubes, surtout des tubes de grand diamètre dont l'épaisseur des parois va jusqu'à 90 mm, d'él Tver la véracité du contrôle et d'assurer une orientation précise du dispositif par rap- port au filet du tube. L'invention ressortira de la description ultérieure d'un exemple concret de son exécution schématisé sur les dessins annexés dont: la figure I représente un dispositif selon l'inven- tion pour le contrôle à ultra-sons des filets coniques des tubes réalisant le procédé selon l'invention (coupe longitudinale); la figure 2 représente le même dispositif que sur la figure 1 (vue suivant la flèche A); la figure 3 représente le même dispositif que sur la figure 1 (vue suivant la flèche B). - -5- Le procede de contrôle à ultra-sons des filets co- niques des tubes selon l'invention consiste en ce que les oscillations ultra-sonores sont injectees à partir du bout 1 (fig 1) d'un filet conique 2 d'un tube 5 dans son corps La moitiée de l'angle r ouverture du faisceau des oscillations ultrasonoros injectees est éegale à l'angle f de conicité du filet coni- que 2 du tube 3 Ensuite, les oscillations ultra-sonores injectees effectuent un balayage du perimètre de l'about I O 1 du filet conique 2 du tube 3 et on reçoit les oscil- lations ultra-sonores reflechies sur le defaut dans le filet conique 2 qui permettent de juger de ce défaut. La moitié de l'angle fr d'ouverture du faisceau d'oscillations ultrasonores egale a l'angle de Is conicité du filet conique 2 du tube 3 est déterminée à l'aide de la formule cornue dans laquelle la moitie de l'angle r d'ouverture du faisceau dtoscilla- tions ultrasoniques est considére à priori egale à l'angle de conicité du filet conique 2 du tube 3: df = 0,61 C/sin, o Y est l'angle de conicité du filet conique 2 du tube 3, degre; d est le diamètre d'un transducteur piezo-elec- trique 4 d'un convertisseur piezo-electrique 5, mm; f est la frequence de service des oscillations ultra-sonores l I Nz; C est la vitesse de propagation des oscillations ultra-sonores dans la masse du tube 3, m/s (cf, par exemple, "Cobtrôle à ultra-sons des cordons de soudure", par Gourévitch A K et Ermolov I N, Kiev, ditions "Tekhnika", 1972, p 14). Sous cette condition les oscillations ultra-sonores se propagent parallèlement au fond des creux du filet conique 2 et en cas de presence d'un defaut du filet on reçoit une impulsion contenant l'information sur le pre-. 6- sence du défaut - Le dispositif proposé pour le contr 3 le à ultra- -sons des filets coniques-des tubes réalisant ledit procédé selon l'invention comporte un guide en II / 6 ( fig 2) portant ledit convertisseur 5, des tubulu- res 7 pour amener un liquide de contact par des flexi- bles 8 et un ensemble 9 ( fig 1) de prise du tube 3. L'ensemble 9 de prise du tube 3 comporte, instal- lés sur le guide 6 perpendiculairement à celui-ci, trois galets 10 et 11 Un galet 10 placé sur le filet conique 2 du tube 3 est rigidement relié au guide 6 et est réalisé conique avec l'angle conicit légal à l'angle y de conicit du filet conique 2 du tube 3 ( plus loin: galet conique 10). Deux galets 11 ( fig 1 et 2) sont réalisés cy- lindriques, sont en liaison cinématique avec le galet conique 10 et peuvent se déplacer sur le guide 6 pour effectuer la prise de l'about 1 ( fig 1) du filet conique 2 du tube 3. Le galet conique 10 est fixé à un support 12 à l'aide d'une douille 13 et d'un axe 14 Le support 12 est, à son tour, fixé au guide 6 Du côté opposa & l'endroit de fixation du support 12, le guide 6 porte fixê un axe 15 avec une manette 16. Les galets cylindriques il sont fixés à un support 17 installé sur le guide 6 et peuvent se déplacer De support 17 (fig 2) est relié au support 12 par des res- sorts 18 et son déplacement sur le guide 6 est limité par une plaque de fixation 19 Du c 8 té opposé àa l'en- droit de fixation du support 17 (fig 1), le guide 6 porte fixé un axe 20 avec une manette 21. Le convertisseur piézo-électrique 5 se dispose sur un chariot 22 installé sur le guide 6 de façon & pouvoir se déplacer et se mettre en position requise par rapport au galet conique 10 et est fixé au guide par articulation pour pouvoir oscilier en plans longi- 25460 '248 -7- tudinaux du tube 3. Le convertisseur piézo-électrique 5 comporte ledit transducteur piézoélectrique 4 relié au défectoscope (n'est pas montré sur le dessin parce qu'il ne fait l'ob- Jet de l'invention) à l'aide d'un câble 23 Le transdu- cteur piézoélectrique 4 est collé sur un amortisseur 24 et mis dans un bottier 25. Le chariot 22 comporte une douille 26 avec un protec- teur 27 et une charnière 28 qui porte le convertisseur 5. Le chariot 22 (fig 3) comporte deux vis de fixation 29 et 30 dont l'un, celui 29, sert à positionner le chariot 22 par rapport au galet conique 10 et l'autre, celui 30, permet de régler l'angle d'injection des oscillations ul- tra-sonores dans la masse du tube 3 a partir de l'about 1 de la partie à filet conique 2. Les ressorts 18 sont fixés au guide 6 et au support 17 a l'aide de montants 31. De dippositiú proposé pour le contr 8 le a ultra-sons des filets coniques des tubes réalisant le procbdé selon l'invention, fonctionne de la façon suivante. A l'aide des manettes 16 (fig 1) et 21, on écarte les supports 12 et 17 portant fixés le galet conique 10 et les galets cylindriques 11 pour prendre l'about 1 du filet conique 2 du tube 3 De serrage des galets 10 et 11 se fait à l'aide des ressorts 18, le support 17 avec galets cylindriques I 1 et manette 21 pouvant se déplacer sur le guide en I 6 par rapport au galet conique 10 Le support 12 avec le galet conique 10 est rigidement fixé au guide en Il 6 Le galet conique 10 est alors placé sur le filet 2 et les galets 11 sont mis sur la partie cylindrique du tube, autrement dit, au contr 8 le du filet mile du tube, le galet conique 10 se trouve sur la partie filetée exté- rieure du tube, alors qu'au contr$le du filet femelle, il se trouve sur la partie filetée intérieure du tube. Lors du positionnement du dispositif selon l'invention sur le filet conique 2 du tube 3, le convertisseur 5 se -8- dispose du c 8 té de l'about I du filet 2 du tube 3. Par les flexibles 8 (fig 2) et les tubulures 7, dans la zone d'émission des osci 1 jations ultra-sonores produi- tes par le convertisseur piizo- lectrique 5, il est amené le liquide de contact. Ensuite, on installe le convertisseur pi zo-électrique (fig g 1) sur l'about 1 de façon que sur l'Écran du dé- fectoscope (n'est pas montré sur le dessin) soient ab- sents des signaux provenant du fond des creux du filet 2. Comme le chariot 22 (fig 3) avec convertisseur 5 est im- mobilisé par rapport au galet conique 10 par la vis 29, au déplacement du dispositif selon l'invention suivant le périmètre du filet 2 (fig 1), les oscillations ultra- sonores produites par le convertisseur 5 passent toujours a la même distance par rapport au fond des creux du filte 2 Ceci permet d'élever la véracité du contrôle. La véracité du contr 8 le est élevée également du fait que le diagramme de directivité du convertisseur pi zo- électrique 5 est choisi de façon que la moitié de l'angle filet 2 Sous cette condition, les oscillations ultra- sonores se propagent dans le tube 3 parallèlement au fond des creux du filet 2 Le calcul se fait d'après la formule mentionnée ci-dessus: df 0, 610/sin Comme à proximité du transducteur pibzo-électrique 4 les oscillations ultra-sonores se propagent presque sans se diverger on a prévu en aval de ce transducteur un blé- ment à retard sous la forme d'une couche de matériau con- stituant le corps 25 du convertisseur 5 et dont l'épais- seur est choisie conformément & la zone rapprochée (zone de Fresnel) En ce cas, les oscillations ultra-sonores se propagent & partir de l'about 1 dans le corps du tube 3 parallèlement au fond des creux du filet 2. Le convertisseur 5 durant le contrôle de la partie fi- letbe se trouve a une même distance par rapport au fond 9- des creux du filet 2 même en cas de l'épaisseur inégale de la paroi du tube 3 parce que le convertisseur 5 est im- mobilisé par rapport au galet conique 10 qui roule, pen- dant le contr 8 le, sur la surface du filet 2. Si la surface en bout du filet 2 est usée et elle n'est plus perpendiculaire par rapport à l'axe longitudi- nal du tube 3, l'angle d'injection des oscillations ultra- sonores varie Pour régler l'angle d'injection des oscil- lations, le convertisseur 5 peut se osciller en plans lon- gitudinaux du tube 3 parce qu'il se dispose dans la char- nière 28 fixée par la vis 30 (fig 30) dans le chariot 22. Le dispositif selon l'invention réalisant le proc - dé selon l'invention peut tre utilisé pour contr 81 er les filets coniques des tubes de forage de tout type et de toute dimension parce que les galets cylindriques 11 (fig. 11) en liaison cinématique avec le galet conique 10 peu- vent s'écarter par rapport à ce dernier & une distance égale à la longueur du guide en I 6 qui, a son tour, est choisi en fonction de l'épaisseur de la paroi du tube 3, Pour contr 81 er les tubes de forage dont les angles de conicité des filets coniques sont différents, il faut utiliser le galet conique 10 correspondant. Le dispositif selon l'invention pour le contr 8 le à ultra-sons des filets coniques des tubes, réalisant le procédb selon l'invention, permet de contr 8 ler les filets coniques des tubes de forage de touttype et de toute di- mension parce que les galets s'écartant s'adaptent aux épaisseurs des parois des tubes de tout type et de toute dimension. Ledit dispositif est simple du point de vue conception et très fiable au fonctionnement L' élvation de la qualité du contrôle à l'aide du dispositif proposé réalisant le procédé selon l'invention, permet de rebuter à temps les tubes défectueux ce qui améliore les indices technico- économiques du forage des puits. - REVENDICATIONS 1 Proc Sdé de contrôle à ultra-sons des filets coniques des tubes consistant en ce que des oscillations ultra- sonores sont injectées dans le corps du tube ( 3), on effec- tuent un balayage et on reçoit les oscillations ultra- sonores réfléchies sur le défaut du filet conique ( 2) qui permettent de juger de ce défaut, procédé, caractérisé en ce qu'on injecte les oscillations ultra-sonores & partir du bout ( 1) du filet conique ( 2) du tube ( 3), la moi- tié de l'angle ( tr) d'ouverture du faisceau d'oscilla- tions ultra-sonores injectées étant égale A l'angle () de conicité du filet conique ( 2) du tube ( 3), et le ba- layage se faisant suivant le périmètre de l'about ( 1) du filet conique ( 2) du tube ( 3). -15 2 Dispositif de contr 8 le à ultra-sons, des filets coniques des tubes, réalisant le procédé conformément à la revendication 1 et comportant un guide ( 6) portant un convertisseur pi zo- lectrique ( 5), des tubulures ( 7) pour amener un liquide de contact et un ensemble ( 9) de prise du tube ( 3), dispositif, caractéris en ce que l'ensemble ( 9) de prise du tube ( 3) comporte, installés sur le guide ( 6), perpendiculairement à celui-ci, des galets ( 10,11) dont l'un, celui ( 10) , placé sur le filet conique ( 2) du tube ( 3) est rigidement fix au guide ( 6) et est réalisb conique avec un angle de conicité égal A l'angle de coni- cité ( T) du filet conique ( 2) du tube ( 3) et les autres galets ( 11) sont réalisés cylindriques, sont en liaison cinématique avec le galet conique ( 10) et peuvent se dé- placer sur le guide ( 6) pour effectuer la prise de l'about ( 1) du filet conique ( 2) du tube ( 3). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractéris en ce que le convertisseur piézo-électrique ( 5) est dis- pos 6 sur un chariot ( 22) installé sur le guide ( 6), pouvant se déplacer et s'immobiliser par rapport au galet conique ( 10) et y est fixé par articulation pour pouvoir osciller dans {es plans longitudinaux du tube ( 3).