Brevet FR2549607A1 — publié le 19850125

La présente invention concerne essentiellement un procédé de détection de défauts, notamment internes, tels que fissures dans des joints soudés. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de détection de défauts, notamment internes, tels que fissures, de part et d'autre de chaque interface métal de base/métal d'apport, ou zone de liaison, formée par la soudure d'une première pièce métallique, à une deuxième pièce métallique, à l'aide d'un métal d'apport de soudure approprié. Jusqu'à présent, le contrôle de telles interfaces ou zones de liaison de joints soudés, notamment les joints soudés en T, en particulier de métaux de base contenant de % à 10 % de nickel, était effectué par ressuage. Cette méthode n'offre pas une fiabilité constante et 15 ne se prête pas à la réalisation de cadences de contrôle élevées. On a tenté de détecter les défauts, notamment internes, tels que fissures, par l'emploi d'ondes ultrasonores transversales à une fréquence comprise entre 1 et 5 M Hz Les 20 ondes ultrasonores transversales traversent l'interface métal de base/métal d'apport dans le cas de structures non austénitiques ou non dendritiques. Par contre, dans le cas de structures austénitiques ou dendritiques du métal, les ondes ultrasonores transversales 25 se révèlent incapables de traverser l'interface métal de base/métal d'apport, sans perturbations. La présente invention a donc pour but de résoudre le nouveau problème technique constitué par la détection de défauts, notamment internes, tels que fissures, de part 30 et d'autre de chaque interface métal de base/métal d'apport de pièces métalliques à structures austénitiques ou dendritiques d'une manière simple, fiable permettant de détecter des défauts internes ou proches de la surface ou même de surface colmatés par le meulage entre-passe et 35 à une cadence de contrôle élevée Plus généralement. 254960 ? l'invention a pour objet de trouver une solution permettant de détecter les défauts de part et d'autre de l'interface métal de base/métal d'apport pour d'autres types de métaux. Ce nouveau problème technique a été résolu pour la première fois par la demanderesse en découvrant de manière inattendue que des ondes ultrasonores longitudinales sont capables de traverser l'interface métal de base/métal d'apport, ou zone de liaison, formée par la soudure d'une 10 première pièce métallique, à une deuxième pièce métallique, à l'aide d'un métal d'apport de soudure approprié qui est de préférence du type Inconel (dénomination commerciale). Ainsi, la présente invention fournit un procédé de détection de défauts, notamment internes, tels que fissures, 15 de part et d'autre de chaque interface métal de base/ métal d'apport, ou zone de liaison, formée par la soudure d'une première pièce métallique, à une deuxième pièce métallique, à l'aide d'un métal d'apport de soudure approprié, caractérisé en ce qu'on émet des ondes ultrasonores 20 longitudinales sur la paroi ou surface de l'une desdites deux pièces, en direction de ladite interface à contrôler; on détecte l'écho réfléchi au cours du temps et de préférence on compare cet écho avec un écho de référence pour déterminer la présence ou l'absence de défauts dans le métal de base et/ou dans le métal d'apport et/ou au niveau de ladite interface. De préférence, selon le procédé de l'invention, on émet des ondes ultrasonores longitudinales de fréquence comprise entre 1 et 6 M Hz, de préférence entre 2 et 6 M Hz 30 et encore de préférence d'environ 5 M Hz. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, on émet des ondes ultrasonores longitudinales sous un angle d'incidence de 60 + 3 par rapport à la perpendiculaire à la surface de contact. Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé selon l'invention, on émet simultanément des ondes ultrasonores transversales au voisinage du point d'émission des ondes ultrasonores longitudinales pour 5 localiser précisément la présence de défauts avant ou à la première interface entre le métal de base et le métal d'apport Avantageusement, les ondes ultrasonores transversales ont une fréquence comprise entre 1 et 6 M Hz, de préférence entre 2 et 6 M Hz et encore de préférence d'environ 10 4 M Hz; et à un angle d'incidence voisin ou égal à l'angle de chanfrein, qui est de préférence égal à 45 ou à 60 environ. De préférence, on détecte seulement le premier écho réfléchi tandis que selon un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, on contrôle une zone précise 15 de métal de base, d'interface et/ou de métal d'apport en ne détectant l'écho réfléchi que pendant un laps de temps prédéterminé. Le procédé selon l'invention est particulièrement adapté au contrôle des joints soudés en T réalisés en acier 20 à structure austénitique, comme les aciers comprenant de à 10 % de nickel ainsi que tout type d'acierinoxydable dans le cas o les conditions d'accessibilité sont réduites comme c'est par exemple le cas dans la construction de réservoirs de stockage notaiment de gaz liquéfié qui compren25 nent une robe raccordée au fond par la formation de joints soudés en T et dont il est impossible d'effectuer un contrôle de l'interface entre le fond et le métal d'apport en dessous du fond. Le procédé selon l'invention permet de détecter les 30 défauts internes ou proches de la surface, certains défauts de surface colmatés par le meulage entre-passe, de vérifier la qualité globale de l'assemblage, le joint achevé et notamment en service Le procédé selon l'invention est d'une fiabilité constante et permet des cadences de contrôle 35 élevées. D'autre part, comme précédemment indiqué, le procédé 2549607 ? selon l'invention permet de détecter des défauts internes situés avant, à, ou après l'interface métal de base/métal d'apport grâce à l'aptitude des ondes ultrasonores longitudinales à traverser l'interface métal de base/métal d'apport. D'autre part, les ondes ultrasonores longitudinales donnent lieu à une déviation, une diffusion et une variation minimum dans la structure du métal d'apport en permettant ainsi une localisation précise des défauts. Par ailleurs, la combinaison des ondes ultrasonores.10 longitudinales avec des ondes ultrasonores transversales permet de déterminer avec une grande précision si les défauts se situent avant ou au niveau de l'interface métal de base/ métal d'apport. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 représente en coupe deux pièces soudées en T par un métal d'apport de manière à montrer un exemple 20 de joints soudés en T; la figure 2 représente la jonction de deux pièces en T à l'aide d'une cale étalon comportant des trous étalons permettant de déterminer un écho de référence pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 3 est une vue latérale de la cale étalon de la figure 2 montrant le positionnement des trous étalons formant des fissures étalons; la figure 4 représente une vue selon la flèche IV de la figure 3 montrant en outre une pièce étalon permettant 30 de vérifier l'angle d'incidence des ondes ultrasonores; la figure 5 représente l'écho réfléchi par la présence d'un trou latéral à la première interface métal de base/métal d'apport; et la figure 6 représente un exemple d'écho réfléchi 35 par la présence d'un trou central réalisé au niveau de la deuxième interface métal de base/métal d'apport. -5 En référence à la figure 1 on a représenté schématiquement la liaison entre une première pièce 1 et une deuxième pièce 2 par l'intermédiaire d'une soudure 3 Par exemple, la première pièce 1 peut constituer la robe d'un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié et la pièce 2 le fond dudit réservoir qui sont soudées sensiblement perpendiculairement entre elles. On peut observer qu'à la zone de liaison entre le métal de base de la première pièce 1 et le métal de base 10 de la deuxième pièce 2 une première interface 4 et une deuxième interface 6 sont formées au cours de la soudure et constituent ce que l'on appelle techniquement des zones affectées thermiquement formant la transition entre le métal de base et le métal d'apport de la soudure proprement dite 3. 15 Dans le cas de l'application au réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, les métaux de base sont en acier. Il peut par exemple s'agir d'a ciers contenant de 5 à 10 % de nickel et de préférence 9 % de nickelj tandis que le métal d'apport de soudure est par exemple un alliage type Inconel, comme représenté, de structure cristallographique austénitique donnant lieu à la présence de dendrites 8 représentéSen trait fort On a représenté en trait mixte schématiquement les limites de séparation entre des passes successives 25 comme les passes 10, 12. Pour détecter des défauts éventuellement présents dans le métal de base de la première pièce au niveau de la zone affectée thermiquement 4 ou 6 et/ou au bord ou dans la soudure proprement dite, on prépare une cale étalon représentée à la figure 2 et qui comportedivers trous étalons comme cela est clairement visible aux figures 2 à 4. On prépare plusieurs cales étalons, chacune comportant des trous d'un diamètre identique, par exemple 1,5, 3,ou 6 m 35 de diamètre. La profondeur est également prédéterminée et peut par exemple être égale au tiers de la longueur L de la première pièce étalon 18 soudée perpendiculairement à la deuxième pièce étalon 20. Les trous de référence sont percés par exemple depuis l'extérieur comme cela est clairement visible à partir des figures 2 à 4. Par exemple, la cale étalon 17 comporte en dessous de la première interface 14 deux trous latéraux d'interface respectivement 22, 24 et avant la deuxième interface 16 deux trous latéraux respectivement repérés 26, 28 et un trou o 10 central repéré 30. On peut également réaliser des trous étalons dans la pièce étalon 18 tels que les trous 32, 34, 36 réalisés à des distances respectivement D 1, D 2, D 3 de l'extrémité supérieure 38 de la pièce étalon 18. La présence des trous étalons 32, 34, 36 dans la pièce étalon 18 a pour but de vérifier l'angle d'incidence correct d'émission de l'onde ultrasonore. Ainsi, avec la cale étalon 17 et les pièces étalons 18, 20 soudées ensemble, on obtient par le procédé selon 20 l'invention précité, comportant l'émission d'ondes ultrasonores longitudinales telle que l'onde ultrasonore 40 schématisée à la figure 2 émise depuis le point d'émission P.E selon un angle d'incidence de 60 par rapport à la perpendiculaire 42 à la surface ou paroi de contact 44 de la pièce étalon 18, un écho réfléchi représenté à la figure 5 dont le premier écho 50 estfourni par le signal sonore renvoyé par le trou latéral 24. Comme la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore longitudinale est connue, par exemple 5750 m/s, sa fréquence 30 étant de 5 M Hz, on connait également à quel moment sera perçu ce premier écho. On peut donc obtenir successivement un étalonnage précis du positionnement des défauts ainsi que de leurs dimensions par prise en compte de la hauteur 35 du premier écho réfléchi. Toutes ces données recueillies à partir de la cale étalon 17 de référence peuvent être stockées sur mémoire par exemple de micro-ordinateur;de sorte que>lorsque l'on voudra détecter des défauts, tels que des fissures, dans un métal d'apport 3 entre deux pièces 1 et 2, destinées par exemple à constituer la robe et le fond d'un réservoir de stockage naturel liquéfié, on détecte l'écho réfléchi au cours du temps et on compare cet écho avec l'écho de référence pour déterminer la présence ou l'absence de défauts dans le métal de base et/ou dans le métal d'apport et/ou au niveau de la première 10 interface 14 ou 4 de la deuxième interface 16 ou 6. Il est à noter que c'est la présence d'un défaut qui réfléchit l'onde ultrasonore longitudinalede sorte qu'en l'absence d'un défaut tel qu'une fissure, l'onde ultrasonore longitudinale n'est pas réfléchie. On a représenté à la figure 6 l'écho réfléchi obtenu avec le trou central de référence 30 ayant un diamètre de 1,5 mm Cet écho est de 76 d B en gain. Comme indiqué précédemment, de préférence selon l'invention;simultanément à l'émission de l'onde ultra20 sonore longitudinale sous un angle d'incidence de 60 + 3 par rapport a la perpendiculaire à la surface de contact, on émet des ondes ultrasonores transversales au voisinage du point d'émission P}E des ondes ultrasonores longitudinales pour localiser précisément les défauts avant et/ou à la première interface 14 ou 4 En effet, les ondes ultrasonores transversales ont la particularité de ne pas traverser la première interface. Ainsi, si un défaut est présent avant la première interface, c'est-à-dire dans la première zone affectée 30 thermiquement ou à la limite de la soudure 3, l'écho réfléchi de l'onde ultrasonore transversale le sera de manière correspondante à celui de l'onde ultrasonore longitudinale et il sera ainsi possible de le localiser précisément. Comme indiqué précédemment, l'onde ultrasonore transversale a de préférence une fréquence comprise entre 1 et 6 M Hz, de préférence entre 2 et 6 M Hz et encore de préférence d'environ 4 M Hz et un angle d'incidence voisin ou égal à l'angle de chanfrein, de préférence égal à 45 . Cet angle d'incidence peut également être de 60 . Pour contrôler tout le volume du métal d'apport 3 et des zones thermiquement affectées 4 et 6, et pour gagner 10 du temps, on émet simultanément une pluralité d'ondes ultrasonores longitudinales selon l'angle d'incidence de 600. Avantageusement, selon le procédé de l'invention, on contrôle une zone précise de métal de base, d'interface 15 et/ou de métal d'apport en ne détectant l'écho réfléchi que pendant un laps de temps prédéterminé En effet, étant donné que l'on sait le temps que mettra l'onde ultrasonore pour atteindre la zone précise à contrôler et pour en revenir, il suffit de détecter l'écho réfléchi au voisinage 20 de ce laps de temps prédéterminé et en présence d'un écho on saura qu'il y a effectivement un défaut. Etant donné que le signal est pratiquement réfléchi à 90 % par le premier défaut, il suffit de détecter le premier écho réfléchi et donc selon l'invention on détecte de préfé25 rence seulement le premier écho réfléchi. On comprend donc que le p rocédé selon l'invention est simple, d'une fiabilité constante D'autre part, les ondes ultrasonores selon l'invention, longitudinales ou même transversales sont habituellement émises en incidence 30 directe, comme représenté à la figure 2, ce qui permet de limiter les phénomènes de déviation et de diffusion de l'onde ultrasonore, de limiter les conversions d'ondes en ne prenant en compte que le premier écho réfléchi. D'autre part, la sensibilité de détection obtenue par 35 la mise en oeuvre des ondes ultrasonores longitudinales selon l'invention, de préférence combinées à des ondes ultrasonores transversales permet de localiser précisément par rapport au ressuage de nouveaux défauts préjudiciables et constitue donc un progrès technique radical. L'invention comprend naturellement tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs diverses combinaisons. R E V E N D I C A T IONS 1 Procédé de détection de défauts, notamment internes, tels que fissures, de part et d'autre de chaque interface métal de base/métal d'apport, ou zone de liaison, formée par la soudure d'une première pièce métallique, de 5 préférence à structure austénitique, à une deuxième pièce métallique, de préférence à structure austénitique, à l'aide d'un métal d'apport de soudure approprié, caractérisé en ce qu'on émet des zones ultrasonores longitudinales sur la paroi ou surface de l'une desdites pièces, en direction 10 de l'interface à contrôler; on détecte l'écho réfléchi au cours du temps et de préférence on compare cet écho réfléchi avec un écho de référence, pour déterminer la présence ou l'absence de défauts dans le métal de base et/ou dans le métal d'apport et/ou au niveau de ladite interface. 15 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on émet des ondes ultrasonores longitudinales de fréquence comprise entre 1 et 6 M Hz, de préférence entre 2 et 6 M Hz et encore de préférence d'environ 5 M Hz. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé 20 en ce qu'on émet les ondes ultrasonores longitudinales précitées sous un angle d'incidence de 60 + 3 par rapport à la perpendiculaire à la surface de contact. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on émet simultanément des ondes ultrasonores transversales au voisinage du point d'émission des ondes ultrasonores longitudinales pour localiser précisément des défauts avant et/ou au niveau de la première interface. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en 30 ce que les ondes ultrasonores transversales ont une fréquence comprise entre 1 et 6 M Hz, de préférence entre 2 et 6 M Hz et encore de préférence d'environ 4 M Hz et ont un angle d'incidence voisin ou égal à l'angle-de chanfrein, de préférence égal à 45 ; ou ont un angle d'incidence 35 de 60 environ. 1 1 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on émet les ondes ultrasonores précitées par intermittence à l'aide d'éléments piézoélectriques de préférence en métabionate. 7 Procédé selon l'une quelconque des -revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on contrôle une zone précitée de métal de base, d'interface et/ou de métal d'apport en ne détectant l'écho réfléchi que pendant un laps de temps prédéterminé. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on émet en incidence directe et on détecte seulement le premier écho réfléchi. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce et la deuxième pièce précitées sont soudées perpendiculairement l'une à l'autre de manière à former un joint soudé en T. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première et la deuxième pièces précitées sont en acier austénitique 20 comprenant de préférence de 5 à 10 % de nickel.