Brevet FR2548785A1 — publié le 19850111

i 2548785 Appareil pour détecter une partie défectueuse dans un tube métallique La présente invention concerne un appareil pour détecter une partie défectueuse dans un tube métallique et, plus particulièrement, une amélioration apportée à un appareil en vue de détecter aisément, avec une sensibilité ëlevee, la position d'une partie défectueuse dans un tube 10 métallique due à une corrosion ou analogues. Les tubes métalliques tels que les tubes à gaz noyes souterrainement tendent à être sujets avec le temps à des défauts tels que des déconnexions et des dommages dus à la corrosion ou analogues Lorsqu'on laisse subsister un petit 15 défaut quelconque dans le tube à gaz sans le réparer pendant un temps prolongé, il peut se produire une fuite de gaz ou analogues qui peut avoir pour conséquence un grand désastre. Afin de réparer le défaut du tube avant qu'un tel désastre se produise, il faut détecter la position du défaut. Pour pouvoir répondre aux besoins de la détection de défaut dans un tube métallique, dû à la corrosion ou analogues, on a propose deux types d'appareils courants Le premier appareil utilise une sonde ultrasonique tandis que le second appareil utilise une sonde à courant de Foucault. Comme représenté dans la Figure i, l'appareil du type à sonde ultrasonique comporte un transmetteur/récepteur d'ultrasons 2 qui comprend un transmetteur 2 a destiné à transmettre une onde ultrasonique à l'intérieur d'un tube métallique 1 et un récepteur 2 b destiné à recevoir l'onde ultrasonique réfléchie. 30 Le transmetteur/récepteur ultrasonique 2 est introduit à D'intérieur du tube métallique i dans lequel il se déplace. Pendant le déplacement, les impulsions ultrasoniques sont transmises à partir du transmetteur 2 a, tandis que le récepteur 2 b reçoit les ondes réfléchies par les surfaces des 335 parois intérieure et extérieure respectives la et lb du tube mëtallique 1 L'épaisseur de la paroi du tube métallique est détectée en fonction d'un retard de temps entre les ondes réfléchies par les surfaces des parois intérieure et extérieure 2 2548785 respectives la et lb De cette façon, on détecte une position correspondant à une partie mince ou défectueuse du tube métallique 1 engendrée par une corrosion ou analogues. Dans l'appareil du type à sonde ultrasonique, on doit remplir le tube métallique 1 avec de l'eau 3 pour obtenir un équilibrage acoustique entre le tube et le transmetteur 2 a et récepteur 2 b Ainsi, on doit remplir le 10 tube 1 avec de l'eau avant la détection et évacuer ensuite l'eau du tube 1 Lorsque la paroi entière du tube est explorée suivant sa direction circonférentielle, il faut agencer radialement une pluralité de transmetteurs 2 a et de récepteurs 2 b correspondants, si bien que l'appareil dans son ensemble 15 devient de taille encombrante En conséquence, il est très difficile de détecter l'emplacement corrodé du tube métallique 1 comme dans le cas d'un tube à gaz ayant un faible diamètre de l'ordre, par exemple, de 2,5 à 5,0 cm conformément à l'état de la technique par une détection 20 ultrasonique des défauts. L'appareil du type à sonde à courant de Foucault est représenté dans la Figure 2 Une bobine 4 est disposée à l'intérieur d'un tube métallique 1 et un courant alternatif circule dans la bobine 4 en provenance d'une source 5 de courant alternatif Un champ magnétique Hp qui est engendré par la bobine 4 génère à son tour un courant de Foucault 6 à l'intérieur du tube métallique 1 Le courant de Foucault 6 génère un champ magnétique secondaire Hs Dans ce cas, le champ magnétique Hs a une direction opposée à celle du champ 30 magnétique Hp En d'autres termes, le champ magnétique Hs s'oppose au champ magnétique Hp en diminuant celui-ci et l'impédance de la bobine 4 varie Par suite, on peut calculer la variation du courant de Foucault 6 par une mesure de l'impédance de la bobine 4 Lorsque l'épaisseur de paroi du 35 tube métallique 1 diminue par suite d'une corrosion ou analogues, la résistance électrique du tube métallique 1 augmente en diminuant ainsi le courant de Foucault 6 Une diminution du courant de Foucault 6 est mesurée en tant que 3 2548785 variation d'impédance de la bobine 4 En conséquence, on peut détecter la position correspondant à l'emplacement corrodé ou défectueux du tube métallique 1. Toutefois, lorsque l'on utilise l'appareil du type à sonde à courant de Foucault, le courant de Foucault 6 tend à se concentrer sur la surface du tube métallique 1 conformément à l'effet de pénétration pelliculaire d'un courant alternatif L'épaisseur de la partie de la paroi o se concentre le courant est désignée sous le nom de pénétration pelliculaire Par exemple, la pénétration pelliculaire de l'acier est d'environ 1 mm à 50 Hz Par suite, dans l'appareil pourvu de la bobine 4 disposée à l'intérieur du 15 tube métallique 1, ledit appareil présente une faible sensibilité vis-à-vis d'un défaut du à une surface extérieure corrodée d'un tube ayant une épaisseur de paroi supérieure à 2-3 mm Ainsi, il est difficile de détecter la position d'un défaut dé à une corrosion ou analogues Toutefois, lorsque la 20 fréquence est abaissée, la pénétration pelliculaire augmente, alors que le courant de Foucault décroît Il peut se produire en conséquence une dégradation de sensibilité de la même façon que décrit ci-dessus. Le but de l'invention est par suite de réaliser un 25 nouvel appareil amélioré pour détecter la partie défectueuse d'un tube métallique, avec lequel on puisse aisément détecter une partie défectueuse due à une corrosion ou analogues sur la surface extérieure d'un tube de faible diamètre, et avec lequel on puisse utiliser un détecteur compact pour détecter 30 avec une précision élevée une partie défectueuse due à une corrosion ou analogues. Dans l'appareil de détection d'une partie défectueuse d'un tube métallique conforme à l'invention, une source de courant électrique alimente le tube en courant Un moyen détecteur de champ magnétique est disposé à l'intérieur du tube et entraîné en déplacement dans celui-ci par un organe d'entraînement en vue de détecter une variation de champ magnétique engendrée par une perturbation dans la distribution 4 2548785 du courant qui est provoquée par un défaut du tube Un moyen d'affichage d'un champ magnétiqueest accouplé au moyen détecteur de champ magnétique en vue d'afficher le champ magnétique détecté par le moyen détecteur de champ magnétique Un moyen détecteur de position de déplacement est accouplé au moyen détecteur de champ magnétique pour détecter la position de déplacement du moyen détecteur de champ magnétique entraîné en déplacement par l'organe d'entraînement. Avec ce dispositif, on peut détecter la position sur la surface extérieure d'un défaut qui est du à une corrosion ou analogues même si le tube présente un faible diamètre De plus, on peut utiliser un détecteur compact pour détecter 15 avec une précision élevée la position d'un défaut dû à une corrosion ou analogues. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation donné à 20 titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des vues respectives en coupe de tubes destinées à expliquer les appareils courants; la figure 3 est une vue schématique destinée à expliquer le principe de l'appareil de détection d'une partie défectueuse d'un tube métallique conforme à l'invention; les figures 4 à 6 sont des vues en coupe respectives destinées à expliquer les distributions de courant électrique à l'intérieur du tube de la figure 3; la figure 7 est une vue schématique de l'appareil de détection de la partie défectueuse d'un tube métallique lorsque ledit tube est un tube à gaz enterré, conformément à un mode de réalisation de l'invention; la figure 8 est une vue schématique du détecteur de 35 champ magnétique de la figure 7; et les figures 9 (a) à 9 (c) sont des graphiques de représentation destinés à expliquer les résultats de mesures obtenus avec l'appareil de la figure 7. 2548785 On décrit tout d'abord ci-après le principe de l'invention en référence à la figure 3 En se référant à ladite figure 3, on peut voir que le repère numérique 11 désigne un tube métallique sur lequel on doit effectuer des mesures Des câbles 13 en provenance d'une source 12 de courant électrique sont connectés directement ou par l'intermédiaire de bornes 14 anticorrosion aux deux extrémités du tube Il ou à des emplacements du tube 11 l qui sont mutuellement séparés d'une distance prédéterminée de façon à faire circuler un courant électrique dans la paroi du tube li sur une direction prédéterminée Un détecteur 15 de champ magnétique peut être déplacé par un organe de traction, auto-déplacement ou compression à l'intérieur du tube Il de façon à détecter un champ magnétique engendré par le courant circulant dans la paroi Un appareil d'affichage 17 d'un champ magnétique est connecté au détecteur 15 de champ magnétique par l'intermédiaire d'un conducteur 16 de signaux en vue de convertir le champ magnétique en un signal électrique. Le signal électrique est affiché sous la forme d'une distribution de champ magnétique sur l'appareil d'affichage 17 Le détecteur 15 de champ magnétique est également connecté à un tambour 18 de fil métallique par l'intermédiaire d'un fil 19 25 passant par un compteur 20 de longueur de fil Le compteur 20 de longueur de fil compte des repères portés par le fil 19 ou le nombre de rotations de celui-ci cour mesurer la distance de déplacement du fil 19, et détecte et indique par suite la position du détecteur 15 de champ magnétique. Conformément à l'agencement décrit ci-dessus, le détecteur 15 de champ magnétique se déplace a l'intérieur du tube il tandis que le courant électrique circule entre les deux extrémités dudit tube 11 ou entre les emplacements déterminés de celui-ci La position du détecteur 15 de champ 35 magréticqule et la distribution de champ magnétique détectée aans cette position sont mesurées et affichées par le compteur de longueur de fil et l'appareil d'affichage 17 du champ magnétique. 6 2548785 Comme le courant n'est pas distribué par la partie intérieure de la paroi suivant son épaisseur, l'équation suivante s'applique conformément à la loi d'Ampère en formulant l'intégrale d'une ligne sur un parcours d'induction magnétique fermé: 4 H dl = O ( 1) dans laquelle H est l'intensité du champ magnétique. Lorsqu'un défaut n'est pas présent dans le tube métallique 11, un courant permanent I circule dans la paroi du tube métallique 11 il en une distribution uniforme Par suite, le système magnétique présente une symétrie ponctuelle, ce. qui permet de déduire l'équation ( 2): H (r, 8) = a(r), ( 2) dans laquelle a est le potentiel vectoriel Lorsqu'on applique la loi d'Ampère à un cercle quelconque ayant le même centre que celui du tube métallique ll conformément aux équations ( 1) et ( 2): 2 Tra(r) = O (Ar) En conséquence, a(r) = H (r, 8) = O ( 3) Un champ magnétique n'est pas engendré à l'intérieur du tube 11. Cependant, lorsqu'une partie défectueuse 11 a résultant d'une corrosion ou analogues est présente dans le tube métallique 11, la distribution du courant I devient non uniforme, comme représenté dans la figure Sa Cette condition ne satisfait pas l'équation ( 2) et par suite l'équation ( 3). 30 Ainsi, on obtient la condition EH 0 et un champ magnétique est engendré à l'intérieur du tube métallique 11 En pratique, on considère que la distribution de courant dans la figure 5 a est une combinaison d'un courant I + i ayant la distribution uniforme de la figure 5 b et un courant -i ayant la distribution 35 non uniforme de la figure 5 c Ainsi, on peut aisément comprendre que le champ magnétique est engendré à l'intérieur du tube métallique 11 Lorsqu'on détecte le champ magnétique par le détecteur 15 de champ magnétique suivant la direction 7 2548785 radiale du tube métallique 11, on détecte en même temps la partie défectueuse lia en tant que partie mince provoquée par 5 une corrosion ou analogues et formée sur la surface intérieure ou extérieure du tube métallique 11. En outre, la distribution de courant suivant la direction axiale du tube métallique 11 se trouve perturbée à l'emplacement de la partie défectueuse lia due à une corrosion 10 ou analogues, comme représenté dans la figure 6 On mesure un champ magnétique H qui est généré par le courant électrique circulant dans la paroi du tube métallique 11 suivant la direction axiale de celui-ci, pour détecter la partie défectueuse lia. On décrit ci-après en référence à la figure 7 l'appareil de détection de la position d'un défaut dans un tube à gaz enterré conforme à un mode de réalisation de l'invention Une source 12 de courant électrique est connectée à travers un conducteur 13 à deux points d'un tube à gaz 11 20 ayant un diamètre d'environ 5 cm et une longueur de 200 m, par des bornes 14 anti-corrosion Un interrupteur 21 est placé à mi-parcours sur le conducteur 13 Dans ce dispositif, un courant de 20 à 40 A circule à partir de la source de courant 12 dans le tube à gaz 11 Trois capteurs 15 X, 15 Y et 25 15 Z sont orientés suivant des directions prédéterminées et sont disposés dans un boîtier 15 a cylindrique en matière plastique de façon à mesurer les composantes du champ magnétique suivant les directions X et Y en tant que directions radiales du tube 1 il et suivant la direction Z en tant que direction axiale de celui-ci, comme représenté dans la figure 8 Des adaptateurs de centrage 15 b sont montés respectivement sur le pourtour de la surface extérieure aux deux extrémités du bottier 15 a. Une fois que le détecteur magnétique 15 (à savoir les 35 capteurs 15 X, 15 Y et 15 Z) a été déplacé par une force de compression jusqu'à une position prédéterminée, le détecteur se trouve tiré par le fil 19 La longueur du fil 19 s'étendant à l'intérieur du tube métallique 11 est indiquée & 2548785 par le compteur 20 de longueur de fil suivant des marques de repérage portées sur ledit fil 19 ou le nombre de tours 5 décrits par le tambour 18 de fil, en mesurant ainsi la position du détecteur 15 de champ magnétique Le signal électrique correspondant au champ magnétique détecté par le détecteur 15 est envoyé dans l'appareil d'affichage 17 de champ magnétique par l'intermédiaire du conducteur 16 de signaux, en affichant ainsi une variation du champ magnétique. Il y a lieu d'observer que les influences du magnétisme terrestre et du champ magnétique résiduel à la jonction du tube sont détectées et éliminées par la manoeuvre d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur de courant 21. La figure 9 représente un cas dans lequel une partie défectueuse lia due à une érosion ou analogue est présente dans le tube métallique 11 Lorsqu'un courant continu de 20 A circule à partir de la source de courant 12 dans le tube métallique 11 entraînant la lecture de l'intensité du champ 20 magnétique sur l'appareil d'affichage 17 du champ magnétique, ledit champ magnétique dans la direction X à l'emplacement de la partie défectueuse lia correspondant à la portion de 300-mm 3 (figure 9 a) due à la corrosion ou analogues est affiché sur l'appareil d'affichage 17 du champ magnétique, 25 comme représenté dans la figure 9 b, et le champ magnétique dans la direction Z (axe du tube) est également affiché comme représenté dans Ia figure 9 c De cette façon, la partie défectueuse lia présente sur la surface extérieure du tube métallique 11 et due à une corrosion ou analogues peut être 30 détectée avec une précision suffisante. Le détecteur 15 de champ magnétique est de petite dimension et a un diamètre de 10 mm et une longueur d'environ mm Ce détecteur 15 de champ magnétique peut être utilisé dans un tube métallique ayant un diamètre d'environ 2,5 cm. 35 Les capteurs de champ magnétique 15 X, 15 Y et 15 Z comprennent respectivement des capteurs compacts tels que des capteurs de Hall ou des capteurs à semi-conducteurs La source de courant 12 peut générer des courants continus et des courants 9 2548785 alternatifs pour distinguer un défaut present sur la surface extérieure du tube métallique d'un défaut présent sur sa surface intérieure Dans ce cas, lorsque du courant alternatif circule dans la paroi du tube métallique 11, le courant se concentre sur la surface extérieure du tube métallique conformément à l'essai de pénétration pelliculaire, ce qui permet d'obtenir ainsi une faible sensibilité pour un défaut présent sur la surface intérieure Par suite, lorsqu'on compare les mesures effectuées en utilisant un courant alternatif et un courant continu, on peut distinguer un défaut de la surface extérieure d'un défaut de la surface interieure Dans le mode de réalisation précité, l'appareil est utilisé dans un tube métallique enterré Toutefois, l'appareil de l'invention peut également être utilisé dans un tube de caractère général tel qu'une canalisation à l'intérieur d'un bâtiment ou un tube de chaudière avec obtention du meme effet que dans le mode de réalisation 20 précité. Conformément à l'invention, et comme décrit ci-dessus, on introduit le détecteur de champ magnétique a l'intérieur du tube métallique tandis que le courant électrique circule dans ledit tube, une variation du champ magnétique engendrée 25 par une perturbation de la distribution de courant étant utilisée pour détecter un défaut dû à la corrosion ou analogues Par suite, il n'y a pas besoin de remplir l'interieur du tube metallique avec de l'eau pour le contrôler. Ln outre, le détecteur de champ ma ngéique peut comprendre un 30 elilment à semi-conducteurs comn Dact, si bien qu'il peut être introduit dans un tube de faible diamètre en vue de détecter la position d'un défaut Les inconvénients de l'appareil courant du type à sonde à courant de Foucault peuvent ëtre ëliminés grace a l'appareil de l'invention On obtient en 35 conséquence une sensibilité de mesure suffisante. -10 2548785 Revendications 1 Appareil pour détecter une partie défectueuse dans un tube métallique, caractérisé par le fait qu'il comprend: une source de courant électrique ( 12) pour alimenter en courant ledit tube métallique ( 11); un moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique disposé à l'intérieur dudit tube métallique ( 11) de façon à être entraîné en déplacement par un organe d'entrainement ( 19), ledit moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique étant agencé de façon à détecter un champ magnétique engendré par une perturbation de la distribution du courant électrique qui se produit lorsqu'un défaut est présent dans ledit tube métallique ( 11); un moyen d'affichage ( 17) d'un champ magnétique, accouplé audit moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique, pour afficher le champ magnétique détecté par ledit moyen de 20 détection ( 15) d'un champ magnétique; et un moyen de détection ( 20) d'une position de déplacement accouplé audit moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique pour détecter une position de déplacement dudit moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique entraîné en 25 déplacement par ledit organe d'entraînement ( 19). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source de courant électrique ( 12) est connectée par l'intermédiaire de bornes ( 14, 14) anticorrosion aux deux extrémités dudit tube métallique ( 11) ou 30 à des emplacements prédéterminés dudit tube métallique ( 11) qui sont mutuellement séparés d'une distance prédéterminée. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source de courant électrique ( 12) alimente sélectivement ledit tube métallique ( 11) en courant 35 continu et en courant alternatif. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique est agencé de façon à détecter des composantes 11 2548785 d'un champ magnétique au moins suivant les directions radiale et axiale dudit tube métallique ( 11). 5 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit organe d'entraînement ( 19) comprend: un moyen de compression pour comprimer ledit moyen de détection d'un champ magnétique suivant une direction d'avancement et un fil métallique ( 19) dont une extrémité 10 est accouplée audit moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique pour tirer ledit moyen de détection ( 15) d'un champ magnétique suivant une direction inverse. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen de détection ( 20) d'une position 15 de déplacement comprend un compteur de longueur ( 20) de fil.