Brevet FR2562669A1 — publié le 19851011

-1 - L'invention concerne un procédé et une installation de détection sélective (de préférence automatique) de défauts microscopiques dans une pièce à contrôler présentant au moins une discontinuité macroscopique de nature connue (métallur- gique ou géométrique notamment). L'invention s'applique tout particulièrement, mais non exclusivement, au contrôle non destructif (par ultrasons ou par courants de FOUCAULT notamment) de tubes soudés. Ainsi qu'on le sait, les tubes soudés sont des feuillards conformés en tubes de section appropriée (généralement cir- culaire) puis soudés le long de bords longitudinaux aboutés en sorte de présenter un cordon de soudure sensiblement longi- tudinal (rectiligne ou hélicoidal). Ces feuillards peuvent être de natures et de nuances très diverses (notamment aciers, ferritiques ou austénitiques, ou métaux spéciaux) et résulter de techniques d'élaboration diverses (coulée continue ou en lingots principalement). Or, suivant son mode d'élaboration et sa nuance, un feuillard contient en plus ou moins grande quantité des inclusions endogènes (silicates, aluminates, carbonitrures de titane par exemple) qui réagissent aux techniques de contr8le non destructif, notamment aux faisceaux ultrasonores, comme des défauts internes. Il en résulte qu'un tube soudé peut être éliminé, à tort, bien qu'il réponde en pratique aux spécifications imposées et qu'il soit tout à fait apte à donner satisfaction en service. En effet, pour être agréés, même pour des utilisations de pointe exigeant un haut niveau de qualité (domaine nucléaire par exemple), les tubes soudés doivent satisfaire à des spécifications sévères concernant principalement (voire uniquement) leurs cordons de soudure. Or, actuellement, à moins de procéder manuellement (et sous réserve de pouvoir repérer à l'oeil le cordon de soudure, ce qui n'est pas toujours le cas) on est incapable de distinguer les défauts en fonction de leur emplacement par rapport au cordon de soudure et aux zones affectées thermiquement qui le longent, et on rejette indif- féremment les tubes soudés dont le cordon de soudure est défectueux et les tubes soudés de façon irréprochable mais -2- dont le feuillard de base présente des défauts intrinsèques. Il en résulte un taux de rebut artificiellement excessif, non représentatif des déficiences réelles des tubes consi- dérés, et dont les conséquences peuvent être considérables. La présente invention vise à supprimer cet inconvénient en permettant une détection sélective, à bon escient, ces défauts internes que présentent les cordons de soudure (et les zones affectées thermiquement correspondantes) de tubes soudés (de préférence circulaires mais pas nécessairement) et ce, selon des modalités aisément automatisables. L'invention se place dans le cadre très général de pièces, tubulaires ou non, présentant au moins une discon- tinuité macroscopique de nature connue (cordon de soudure, cannelure,...) dont on veut tester séparément des zones prédéterminées définies par leur position par rapport à cette discontinuité. Dans le cadre des tubes soudés, l'in- vention peut s'appliquer en effet, a contrario, au contrôle du feuillard de base, en dehors du cordon de soudure et des zones affectées thermiquement associées. L'invention propose à cet effet un procédé de détection sélective de défauts microscopiques dans une pièce à contrô- ler présentant au moins une discontinuité macroscopique de nature connue, par déplacement relatif vis à vis de cette pièce suivant une ligne de contrôle donnée, caractérisé en ce qu'on relève les instants auxquels cette ligne de contrôle rencontre une discontinuité, et on recherche d'éventuels défauts dans la pièce de façon intermittente, pendant des intervalles de temps donnés définis par référence auxdits instants. L'invention s'applique tout particulièrement au contrôle de tubes, notamment des tubes soudés et, la ligne choisie pour effectuer ce contrôle étant classiquement une ligne hélicoidale à spires très serrées, en sorte de couvrir tout le volume du tube, elle préconise que l'inspection porte sélectivement sur un secteur angulaire englobant principale- ment le cordon de soudure et les zones affectées thermique- ment qui le longent. L'invention préconise en outre, mais -3- de façon non exclusive, que la discontinuité macroscopique et les défauts microscopiques soient détectés par analyse des échos reçus en réponse à des impulsions ultrasonores.Pour ce qui est des défauts, deux cas sont possibles: soit on analyse de façon intermittente les échos reçus en réponse à une série continue d'impulsions, soit on émet ces impul- sions en trains discontinus. Lorsqu'on-procède, pour la discontinuité comme pour les défauts, par émission d'impul- sions ultrasonores, ces impulsions sont avantageusement synchronisées, avec une fréquence qui est de préférence asservie à la vitesse avec laquelle la ligne de contrôle est parcourue; de façon plus précise, dans le cas d'une ligne de contrôle hélicoidale, cette fréquence est avanta- geusement reliée, de façon linéaire, à la composante angu- laire de cette vitesse. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention propose une installation de détection sélective de défauts micros- copiques dans une pièce à contrôler présentant au moins une discontinuité macroscopique de nature connue, comportant un capteur de défauts monté en nmouvement relatif vis à vis de cette pièce suivant une ligne de contrôle donnée, caractérisée en ce qu'au capteur de défauts est associé un ensemble de commande intermittente, et qu'au capteur de défauts est associé un détecteur sensible à cette discontinuité destiné à trans- mettre, lorsqu'il détecte cette discontinuité, un signal de déclenchement à l'ensemble de commande intermittente dudit capteur de défauts, cet ensemble étant adapté, à un décalage de temps près, à déclencher le capteur en réponse à ce signal pour un intervalle de temps prédéterminé. Cette installation est avantageusement automatique. Le capteur de défauts et le détecteur de discontinuité sont avantageusement des transducteurs à ultrasons (par exemple de même type) de préférence synchronisés par un générateur d'impulsions de synchronisation asservi à la vitesse relative entre le capteur (et le détecteur) et la pièce à contrôler. Dans le cas de tubes soudés, le détecteur sera choisi avec des caractéristiques telles qu'il - 4 - puisse détecter le cordon de soudure: il s'agira de préférence d'un transducteur à ultrasons orienté selon une direction voisine de l'axe, tandis que le capteur de défauts sera de préférence un transducteur à ultrasons orienté dans un plan transversal. Dans le cas de tubes entraînés en translation au travers d'un rotor (portant le capteur et le détecteur) entraîné en rotation, les impulsions de ce capteur et de ce détecteur sont avantageusement synchronisées en fonction de la vitesse de rotation de ce rotor, au moyen par exemple d'une roue crantée et d'un détecteur de proxi- mité, ou d'un codeur optique. Le circuit de commande du capteur de défauts commande de façon intermittente, soit les impulsions ultrasonores, soit le traitement des échos résultant. Dans ce dernier cas, le circuit de commande assure avantageusement un aiguillage des échos selon des voies différentes de traitement correspondant aux diverses zones d'inspection définies sur la pièce à contrôler. Le nombre des capteurs ou des détecteurs n'est pas limité à un. Dans un mode de réalisation préfére, l'installation selon l'invention est une installation classique de contrôle aménagée en sorte de pouvoir assurer, au choix, une inspec- tion complète du volume de la pièce, comme cela se fait actuellement, soit une inspection sélective selon le procédé de l'invention. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins anne- xés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique simplifiée d'une installation selon l'invention; La figure 2 est un diagramme montrant l'évolution au cours du temps des principaux signaux qui y apparais- sent; La figure 3 est une vue en perspective simplifiée d'une installation selon l'invention selon une autre forme de réalisation; et La figure 4 en est une vue schématique simplifiée. -5- La figure 1 montre à titre d'exemple et de façon sché- matique une version simplifiée d'une installation selon l'invention adaptée au contrôle de tubes soudés 1, présentant un cordon de soudure 2, par exemple rectiligne longitudinal. L'installation de détection sélective 3 associée est auto- matique et comprend principalement un capteur de défauts 4 auquel est associé un circuit de commande et de traitement 5 lui-même disposé en regard du tube 1 et placé sous le contrôle d'un dispositif de déclenchement et de temporisation 6. Un détecteur 7, sensible à la discontinuité que constitue le cordon de soudure 2, est en outre disposé en regard du tube 1; il lui est associé un circuit de commande et de traitement 8 connecté au dispositif précité de déclenchement et de tempo- risation 6. Le capteur de défauts 4 et le détecteur 7 sont en pratique montés sur un même support mobile 9 schématisé par une ligne en traits mixtes. Dans l'exemple considéré, le capteur 4 et le détecteur 7 sont tous deux des transducteurs à ultrasons. Compte tenu des tâches qui leur sont assignées, le détecteur est avanta- geusement orienté dans un plan axial tandis que le capteur est orienté de préférence dans un plan transversal. Ces transducteurs font généralement un angle de quelques 20 par rapport à la surface du tube. Compte tenu de sa dispo- sition, le capteur 4 est adapté à détecter principalement des défauts disposés axialement (sens long): c'est en pratique ce type de défauts qu'il convient tout particulièrement de détecter. En variante, un capteur complémentaire lui est associé pour détecter des défauts disposés transversalement (sens travers). Selon une autre variante de réalisation non représentée, le détecteur 7 et le capteur 4 sont des sondes ponctuelles à courants de FOUCAULT. Des problèmes mécaniques et d'éventuels problèmes d'interférence ultrasonore font que le détecteur 7 et le capteur 4 sont de préférence disposés en sorte que les fais- ceaux d'ultrasons qu'ils émettent interceptent le tube dans des plans transversaux différents. -6 - Le dispositif de déclenchement et de temporisation 6 commande pour le capteur 4 et le détecteur 7 des impulsions ultrasonores synchronisées selon une fréquence qui varie avantageusement avec la vitesse relative entre ces transduc- teurs 4 et 7 et le tube 1, de preférence avec la composante angulaire de cette dernière. Cette vitesse est détectée par un détecteur de vitesse 10 adapté à générer des impulsions de synchronisation, notées b, dont la fréquence varie selon une loi de préférence linéaire avec la vitesse relative entre transducteurs et tube. Ces impulsions b sont transmises au dispositif 6; elles sont à la base du déclenchement d'activité du capteur 4. Pour obtenir un contrôle fiable, il convient que la fréquence des impulsions b soit du même ordre de grandeur que la fréquence de récurrence des dispo- sitifs ultrasonores considérés (c'est-à-dire que le nombre d'excitations reçues en une seconde par les transducteurs à ultrasons 4 et 7). De façon classique, cette fréquence est de 10 K Hz environ. Le cas échéant, on applique les impul- sions b à un multiplicateur de fréquence en sorte d'obtenir une fréquence finale adéquate. Le détecteur de vitesse 10 est, dans le cas de la figure 1, o le tube est entraîné en translation le long de son axe tandis que les transducteurs sont entraînés en rotation, un détecteur de proximité disposé en regard d'une roue dentée solidaire en rotation des transducteurs. A titre d'exemple, on assure aux transducteurs une vitesse de 6.000 tours/minute et on ménage 100 créneaux sur la roue dentée: on obtient ainsi la fréquence de 10 K Hz désirée. En fonctionnement, l'installation de la figure 1 est parcourue par des signaux dont l'évolution au cours du temps est illustrée à la figure 2. Les impulsions b sont prises en compte par le dispositif 6 et le circuit 8 pour l'excitation du détecteur 7. Celui-ci reçoit en écho un signal al dont le niveau de bruit de fond augmente au passage de la discon- tinuité métallurgique constituée par le cordon de soudure 2 jusqu'à dépasser, à un instant to, un niveau de référence. 2562669' -7- Le circuit 8 transmet alors au dispositif 6 un signal a2 de déclenchement. Après réception de ce signal, le dispo- sitif 6 déclenche, après un nombre prédéterminé d'impulsions b correspondant à un intervalle (tl - to) donné, le circuit 5 pendant un second nombre prédéterminé d'impulsions b correspondant à un intervalle de temps (t2 - tj) donné (signal c): le capteur 4 inspecte alors le tube sur un sec- - teur angulaire d'amplitude a, défini en sorte de ne couvrir que le cordon de soudure 2 et les zones affectées thermique- ment qui le bordent. Cette amplitude est en pratique définie par étalonnage avec un tube présentant des défauts-étalons. A titre d'exemple, pour un tube de 50 mm de diamètre, l'am- plitude a est d'environ 30 . On obtient ainsi, sur la sortie d du circuit 5, un signal de mesure ne prenant en compte que les éventuels défauts cités dans ou près du cordon de soudure. En variante, le capteur 4 est excité en permanence et le circuit 5 "aiguille" le signal de mesure vers l'un ou l'autre des deux circuits de traitement correspondant au secteur angulaire a, ou à son complément. La précision avec laquelle le secteur angulaire est défini dépend bien sûr du nombre d'impulsions b qui sont émises par un tour de la roue crantée. En variante, lorsque la rotation est appliquée non pas aux transducteurs 4 et 7 mais au tube, les impulsions b sont générées par un codeur optique. Les figures 3 et 4 illustrent une installation adaptée à assurer, au choix, un contrôle total ou sélectif d'un tube 1 destiné à être contrôlé selon une ligne (L) hélicoidale (fictive). La figure 3 montre un tube 1 coulissant axialement par rapport à un stator 11 sur lequel est monté en rotation un rotor 12 portant deux paires de transducteurs ultrasonores 13 et 14 et 15 et 16, disposées dans des plans différents et adaptées à détecter sous plusieurs angles, respectivement des défauts orientés dans le sens travers, et dans le sens long. Un film d'eau 17 est bien sûr maintenu en permanence entre ces transducteurs et le tube 1. Cette configuration est classique _8_ et est couramment utilisée pour le contrôle conventionnel des tubes. A chacun des transducteurs 13 à 16 est associ6 un circuit de commande et de traitement 18,19,20 et 21, respectivement. Au transducteur 13 est en outre associé un second circuit de commande et de traitement 22. Ainsi qu'il ressort de la figure 4, un détecteur de vitesse 23 et un dispositif de déclenchement et de tempori- sation 24, analogues aux éléments 10 et 6 de la figure 1, sont associés aux circuits 18 à 22 selon deux modes possibles de connection sélectionnés au moyen d'un inverseur 25 relié aux entrées des circuits 20 et 21 associés aux capteurs 15 et 16. En mode normal (N), le dispositif 24 assureen fonction des impulsions b du détecteur de vitesse 23, une excitation synchronisée des circuits 18 à 21 par sa sortie 26: les quatre transducteurs 13 à 16 détectent tous les défauts du tube 1 et émettent, selon des voies non représentées, des signaux de mesure correspondants. Le circuit 24 n'assure dans ce cas qu'un rôle de synchronisation. En reprise (R), le tube 1 subissant un nouveau cycle de contrôle, le transducteur 13 est utilisé en outre en détec- teur de discontinuité, comme le détecteur 7 de la figure 1, le circuit associé 22 traitant alors les échos reçus par le transducteur 13 en sorte de transmettre au dispositif 24 un signal de déclenchement lorsque le cordon de soudure est détecté. Ce dispositif 24 assure alors, par ses sorties 27 et 28, des déclenchements intermittents des transducteurs et 16 pendant des intervalles de temps égaux mais décalés, définis par des nombres prédétermines d'impulsions émises par le détecteur de vitesse 23, en sorte de leur faire explorer successivement sur le tube des secteurs angulaires a1 et a2 identiques. Il est à noter que le schéma de la figure 4 a été simpli- fié afin d'en faciliter la lisibilité; ainsi aucune des voies de sortie des circuits 18 à 21 n'a été représentée. En outre, les transducteurs ont été regroupés par fonctions alors qu'ils sont diamétralement opposés par paires à la figure 3. En fait les circuits de commande et de traitement des transducteurs (5, 8 et 18 à 21) sont des circuits classiques aisément adaptables en fonction de l'inven- tion et ne nécessitent aucune instruction spécifique pour permettre à un homme de métier de les mettre en oeuvre. De même, les dispositifs de synchronisation, de déclenchement et de temporisation, peuvent sans difficulté être réalisés compte tenu des indications données ci-dessus quant à leur rôle et objet. Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre indicatif et que de nom- breuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. L'invention est particulièrement bien adaptée au contrôle de tubes soudés circulaires à paroi mince (ayant par exemple un diamètre de 19 mm et une épaisseur de 1,8 mm), mais peut se généraliser à d'autres types de pièces; il convient, le cas échéant, de prévoir une correction des signaux de sortie des capteurs et des détecteurs en fonction d'éventuelles variations dans leur orientation et leur distance vis-à-vis de la surface ex- térieure de la piece à contrôler. Il est à noter que dans le cas du contrôle d'un cordon de soudure, le détecteur doit être sensible à la différence de structure associée; la mise en oeuvre de l'invention est d'autant plus déli- cate que cette variation de structure induite par l'opération de soudure a été plus atténuée par un éven- tuel traitement thermomécanique ultérieur. Il est à noter que, lorsque le (s) capteur (s) et le (s) détecteur (s) sont entraînés en rotation autour d'un tube, leur liaison électrique avec les circuits associés comporte des contacts tournants qui peuvent être, de manière connue, notamment, des liaisons par capacités - 10 - tournantes ou à selfs tournantes, ou encore des balais balayant des pistes. Dans une version simplifiée de l'invention, la base de temps que constituent les détecteurs de vitesse 10 ou 23 peut être, en variante, indépendante du mouvement relatif entre capteurs (et détecteurs) et pièce, et délivrer des impulsions de sychronisation à une fréquence constante imposée. -. - R E V E N D I C A T I.0 N S 1 - Procédé de détection sélective de défauts micros- copiques dans une pièce à contrôler présentant au moins une discontinuité macroscopique de nature connue, par dérlacement relatif vis à vis de cette pièce suivant une ligne de contrôle donnée, caractérisé en ce qu'on relève les instants (a2) auxquels cette ligne de contrôle (L) rencontre une disconti- nuité (2) et on recherche d'éventuels défauts dans la pièce de façon intermittente, pendant des intervalles de temps donnés (a, a1,a2) définis par référence auxdits instants. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la pièce à contrôler étant un tube métallique soudé (1), comportant un cordon de soudure (2) longé par deux zones affectées thermiquement et la ligne de contrôle (L) étant une ligne hélicoidale, on relève les instants auxquels cette ligne hélicoïdale rencontre le cordon de soudure et on recher- che d'éventuels défauts pendant des intervalles de temps définis par référence à ces instants en sorte d'assurer une exploration d'un secteur angulaire (aala2) sensiblement centré sur ledit cordon. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'on relève les instants auxquels la ligne de contrôle rencontre la discontinuité par analyse de l'évolution avec le temps des échos reçus en réponse à un train continu d'impulsions ultrasonores. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on recherche les éventuels défauts par analyse des échos reçus en réponse à des trains disconti- nus d'impulsions ultrasonores. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on recherche les éventuels défauts par analyse intermittente des échos reçus en réponse à un train continu d'impulsions ultrasonores. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on relève les instants auxquels la ligne de contrôle rencontre la discontinuité et on recher- che d'éventuels défauts par analyse d'échos reçus en réponse à des trains d'impulsions synchronisées. - 12 - 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, la pièce à contrôler étant un tube et la ligne de contrôle étant hélicoidale, on asservit la fréquence des impulsions synchronisées à la vitesse angulaire avec laquelle on décrit cette ligne de contrôle. 8 - Installation de détection sélective de défauts micros- copiques dans une pièce à contrôler présentant au moins une discontinuité macroscopique de nature connue, comnportant au moins un capteur de défauts monté en mouvement relatif vis-à-vis de cette pièce suivant une ligne de contrôle donnée, caractérisec en ce qu'au capteur de défauts (4, 15, 16) est associé un ensemble de commande intermittente (5,6; 20,21,24), et qu'au capteur de défauts est associé un détecteur (7,13) sensible à cette discontinuité (2) destiné à transmettre, lorsqu'il détecte cette discontinuité, un signal de déclenchement (a2) à l'ensemble de commande intermittente dudit capteur de défauts, cet ensemble étant adapté, à un décalage de temps près, à déclencher le capteur en réponse à ce signal pour un intervalle de temps (c,al,a2) prédéterminé. 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le capteur de défauts (4, 15, 16) et le détecteur sensible à la discontinuité (7, 13) sont des transducteurs ultrasonores et qu'ils sont synchronisés par un dispositif de déclenchement et de temporisation (6,24). 10 - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit dispositif synchronise ces transducteurs à partir d'impulsions de synchronisation (b) émises par un détecteur (10, 23) sensible à la vitesse relative du support mobile (9, 12) vis à vis de la pièce (1) à contrôler. 11 - Installation selon la revendication 10, destinée au contrôle de tubes, caractérisée en ce que, le support mobile (9, 12) décrivant un mouvement hélicoidal vis à vis d'un tube (1), le détecteur (10, 23) est sensible à la composante angulaire de la vitesse relative. 12 - Installation selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 11, destinée au contrôle de tubes, caractérisée en ce que le capteur de défauts (4, 15, 16) est orienté dans - 13 - un plan tranversal au tube et que le détecteur sensible à la discontinuité (7, 13) est orienté dans un plan axial. 13 - Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 8 à 12, caractérisée en ce que le capteur de défauts (4, 15, 16) est excité, par intermittences, par l'ensemble de commande. 14 - Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 8 à 12, caractérisée en ce que l'ensemble de commande transmet le signal de retour du capteur de défauts, par intermittences, vers l'une ou l'autre de deux voies de trai- tement. - Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 8 à 14, adaptée à assurer un contrôle de la totalité du volume d'un tube soudé et comportant une première paire de deux transducteurs ultrasonores orientés dans un même plan transversal et une seconde paire de deux transducteurs ultraso- nores orientés dans des plans axiaux, caractérisé en ce que les transducteurs (15, 16) de la première paire sont connectés à un même ensemble de commande intermittente (24) adapté à les déclencher successivement en sorte de leur faire explo- rer un même secteur angulaire du tube, qu'un des transduc- teurs (13) de la seconde paire est en outre connecté en détecteur de discontinuité, et qu'un interrupteur (25) connecte les transducteurs (15, 16) de la première paire à l'ensemble de commande (24) soit à une sortie de synchroni- sation (26) pour un contrôle total du tube, soit à des sor- ties de commande intermittente (27, 28) pour un contrôle sélectif du tube.