Brevet FR2662501A1 — publié le 19911129

) 2662501 PROCEDE DE DETECTION DE DEFAUTS SUR DES TUBES METALLIQUES A NERVURES HELICOIDALES INTERNES. Le procédé qui fait l'objet de l'invention concerne la détection, la localisation et l'évaluation des défauts existant sur les parois de tubes métalliques à nervures hélicoïdales internes. Ce procédé concerne en particulier les défauts présentés par des tubes utilisés principalement pour la réalisation d'échangeurs de chaleur pour centrales thermiques Suivant les conditions d'utilisation de tels tubes peuvent être réalisés en des aciers non alliés, inoxydables ou réfractaires ou encore en d'autres métaux ou alliages. De façon connue, des contrôles systématiques par ultrasons sont effec- tués sur ces tubes pour s'assurer que des fissures éventuelles longi- tudinales ou transversales formées sur les parois externes ou internes n'atteignent pas une profondeur susceptible d'entraîner leur rupture ultérieure. On détecte de façon courante, sur de tels tubes, l'existence de telles fissures au moyen d'ultrasons La figure 1 montre, suivant l'état de la technique, comment on effectue sur un tube métallique 1 dépourvu de nervures la recherche de défauts sur la paroi externe Un transducteur émetteur-récepteur à ultrasons émet un faisceau ultrasonore d'axe incliné, d'un angle "i" par rapport au rayon du tube d'axe Xl dans le plan de coupe de la figure Le tube est animé par rapport au trans- ducteur ER d'un mouvement relatif de rotation autour de son axe tout en glissant le long de cet axe On voit qu'une fissure longitudinale externe R est détectée par un faisceau d'ultrasons issu du trans- ducteur ER qui effectue le parcours ABC dans la paroi du tube avec réflexion totale en B, une partie du faisceau étant renvoyée au transducteur par le défaut R suivant le parcours CBA. Grâce à des moyens électroniques connus l'amplitude du signal corres- pondant au défaut R peut être déterminée et comparée à l'amplitude d'un défaut étalon conservee en mémoire Il est alors possible d'éliminer les tubes dont les fissures, détectées par ultrasons, donnent des signaux d'amplitude égale ou supérieure à un seuil corres- pondant à l'amplitude du signal donné par le défaut étalon. -2- Les essais effectués pour appliquer à des tubes nervurés intérieure- ment la même méthode de détection et de contrôle par ultrasons des fissures externes ou internes ont montré que l'existence des nervures entraînait des variations très importantes de l'amplitude des signaux de défauts reçus par le transducteur Il en résultait qu'on ne pouvait pas comparer avec sûreté cette amplitude à un seuil déterminé Il était alors nécessaire de prendre une marge de sécurité très impor- tante en prenant le risque de rejeter des tubes de bonne qualité ou bien au contraire de réduire la marge de sécurité et de prendre le risque d'accepter des tubes non conformes aux normes ou spécifi- cations. On a recherché la possibilité de mettre au point une méthode de détection et de contrôle par ultrasons des défauts des tubes métal- liques à nervures internes, permettant de tenir compte des variations d'amplitude observées au cours de la détection d'un même défaut, de façon à pouvoir comparer ce défaut à un étalon en mettant en oeuvre de façon automatique des moyens de traitement électroniques des signaux. Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet de résoudre ce problème. Ce procédé permet de détecter des défauts présents sur les parois externes ou internes d'un tube métallique à paroi externe de révolu- tion comportant des nervures hélicoïdales internes ceci que les défauts présents soient longitudinaux ou transversaux Dans ce procédé on met en oeuvre des moyens de détection par ultrasons comportant au moins un émetteur-récepteur qui émet un faisceau d'ultrasons qui pénètre dans la paroi du tube; le faisceau est orienté dans un plan perpendiculaire à l'axe de défilement du tube avec un angle d'inci- dence permettant d'obtenir une bonne sensibilité de détection Tout signal correspondant à l'interception d'une fraction d'un défaut est reçu par le récepteur et traité par des moyens électroniques automa- tiques en vue de comparer son amplitude à un seuil d'amplitude corres- pondant à un défaut étalon Suivant l'invention, les moyens électroniques de traitement automatique déterminent au préalable la longueur du parcours aller-retour effectué par le faisceau d'ultrasons correspondant à chaque signal de défaut au sein de la paroi du tube et apportent un correctif à l'amplitude du signal ou à celle du seuil avant comparaison; ce correctif dépend de la différence qui existe -3- entre la longueur du parcours effectivement réalisé par le signal et celle du parcours du signal pour lequel l'amplitude du seuil a été déterminée; si la différence entre les deux longueurs de parcours est nulle ce correctif est nul également La comparaison est ensuite effectuée de façon connue. Le tube est animé par rapport à l'émetteur-récepteur d'un mouvement relatif de rotation autour de son axe ainsi que d'un mouvement d'avance le long de cet axe. Suivant un premier mode particulier de réalisation du procédé suivant l'invention, les moyens électroniques de traitement automatique des signaux déterminent pour chaque signal reçu le parcours, que celui-ci a effectivement réalisé parmi les parcours possibles, au moyen d'une mesure de la longueur de ce parcours et effectuent une correction d'amplitude correspondant au parcours réalisé afin de faire corres- pondre cette amplitude du signal à celle qu'il aurait eue s'il avait effectué le parcours pour lequel l'amplitude du seuil de comparaison a été prévue. Suivant un deuxième mode particulier de réalisation du procédé suivant l'invention, les moyens électroniques de traitement automatique des signaux, après avoir déterminé pour chaque signal reçu le parcours que celui-ci a effectivement réalisé, au moyen d'une mesure de la longueur de ce parcours, effectuent une comparaison de l'amplitude de ce signal avec un seuil dont l'amplitude a été ajustée pour tenir compte de la longueur du parcours effectivement réalisé par ce signal. De façon avantageuse lorsqu'on utilise des seuils de comparaison dont l'amplitude est ajustée pour chaque longueur de parcours susceptible d'être effectuée par chaque signal on met en mémoire cet ensemble de valeurs d'amplitude de seuils pour les utiliser dans le traitement des signaux. De très nombreuses variantes ou modifications peuvent être apportées au procédé qui fait l'objet de l'invention sans sortir du domaine de celle-ci. Les figures et l'exemple ci-après décrivent, de façon non limitative, un mode particulier de réalisation du procédé suivant l'invention. -4- La figure i représente une section transversale d'un tube de révolu- tion sans nervures qui montre les conditions de détection de fissures sur les parois interne ou externe de ce tube par ultrasons. La figure 2 représente une section transversale d'un tube de révolu- tion, nervuré sur la paroi interne qui montre les différents parcours possibles du faisceau d'ultrasons dûs à la présence des nervures. La figure 3 est un schéma d'un mode de mise en oeuvre du procédé automatique suivant l'invention d'évaluation de défauts détectés par ultrasons. La figure 1 montre, comme cela a été dit plus haut dans l'exposé de l'état de la technique, les conditions d'utilisation d'un transducteur émetteur-récepteur ER à ultra-sons pour la détection de défauts tels que des fissures longitudinales sur la paroi externe ou interne d'un tube métallique. On constate dans le cas de la Figure 1 que si la position de la sonde ER est fixe, le tube 1 d'épaisseur "e" tournant autour de son axe Xi, à faible vitesse, tout en coulissant le long de cet axe, à faible vitesse également, un seul parcours ABC à l'intérieur de la paroi du tube 1 est possible pour le faisceau d'ultrasons pour atteindre une fissure longitudinale telle que R De façon connue une fraction du faisceau est interceptée par cette fissure et rejoint le transducteur ER après un trajet en retour identique au trajet aller La vitesse de rotation du tube est suffisamment faible pour que tout se passe comme si celui-ci était immobile On comprend que la détection de fissures sur la paroi interne du tube 1 peut être effectuée en direct au moyen d'un faisceau d'ultrasons qui effectue le parcours aller et retour AB. Dans le cas de la Figure 2 le tube 2 comporte des nervures telles que Ni, N 2 L'épaisseur "e 2 " au droit des nervures est nettement supé- rieure, à l'épaisseur "el" entre deux nervures On voit que la détection d'une fissure longitudinale externe RI peut être effectuée soit en suivant le trajet Al Bl Cl, avec réflexion du faisceau d'ultrasons au sommet de la nervure Ni, soit en suivant le trajet Ai B 2 C 2 nettement plus court avec réflexion sur la paroi interne entre deux nervures Il convient de noter en effet que la fissure Ri étant longitudinale et donc parallèle aux génératrices elle viendra en position CI ou C 2 en faisant coulisser le tube le long de son axe X 2, les nervures telles que Ni, N 2, étant hélicoïdales Pour les mêmes raisons les fissures longitudinales R 2, R 3, formées sur la paroi interne du tube, peuvent se trouver entre les nervures, ou sur une d'entre elles, ou bien, si elles sont suffisamment longues, à cheval sur des nervures. Conformément au procédé suivant l'invention, les signaux d'ultrasons correspondant à des défauts tels que Ri, R 2, R 3 sont traités par des moyens électroniques automatiques, non représentés auxquels est relié le transducteur ER pour déterminer dans une première phase pour chaque signal reçu la longueur du parcours aller-retour effectué par le faisceau d'ultrasons Une comparaison de ces longueurs de parcours avec les longueurs réelles des parcours possibles qui sont les quatre parcours aller-retour Ai Bl CI, Ai B 2 C 2, Ai Bl et Ai B 2, indiqués figure 2, permet de classer ces signaux chacun dans une catégorie correspondant à l'un de ces parcours Il est alors possible de compa- rer chaque signal à un seuil de référence correspondant à un défaut étalon, en ajustant l'amplitude du signal ou bien la hauteur du seuil, afin de tenir compte de la longueur du parcours réellement effectué par le faisceau d'ultrasons associé à ce signal. Une telle comparaison permet alors de constater, indépendamment du chemin parcouru par le faisceau d'ultrasons générateur du signal, si le défaut détecté est plus important ou non que le défaut étalon auquel correspond le seuil de comparaison. La figure 3 est un schéma qui montre le déroulement logique des opéra- tions automatiques d'évaluation des défauts par le procédé suivant l'invention en utilisant des moyens électroniques de traitement connus en eux-mêmes On voit que la longueur de parcours du signal est compa- rée en 11 au parcours Ai BI S'il y a égalité une addition de ni d B est effectuée à l'amplitude du signal, avant comparaison de cette amplitude corrigée AC avec l'amplitude du seuil Si d'acceptation ou de refus Si la longueur de parcours du signal n'est pas Ai Bl il y a à nouveau comparaison en 12 avec Ai B 2 et éventuellement en 13 avec Ai Bl Ci Les additions correctives N 2 d B et N 3 d B sont respectivement ajoutées. Si le parcours du signal est Ai B 2 C 2 à condition que l'amplitude de -6seuil soit déterminée pour un défaut étalon dont l'amplitude du signal est elle-même ajustée pour correspondre à un tel parcours, aucune addition n'est à effectuer. Les différents correctifs d'amplitude des signaux d'ultrasons tels que nld B, N 2 d B, N 3 d B sont déterminés, de préférence, par comparaison des amplitudes des signaux d'ultrasons obtenus suivant les différents parcours possibles du faisceau d'ultrasons à travers la paroi du tube. En appliquant ainsi le procédé suivant l'invention, il est possible de comparer de façon sûre les défauts des tubes à un seuil et donc de rejeter les tubes dont les défauts dépassent le seuil, sans risque de rejeter des tubes acceptables. Réciproquement on ne risque pas d'accepter des tubes présentant des fissures d'amplitude supérieure aux fissures étalon. -7- REVENDICATIONS 1) Procédé de détection de défauts sur les parois externes ou internes d'un tube métallique ( 2) à paroi externe de révolution comportant des nervures hélicoïdales internes (Ni, N 2), dans lequel on met en oeuvre des moyens de détection par ultrasons comportant au moins un émetteur- récepteur ER qui émet un faisceau d'ultrasons qui pénètre dans la paroi du tube et qui, lorsqu'une fraction de ce faisceau est réfléchie par un défaut (RI, R 2, R 3) reçoit un signal correspondant à celui-ci, et comportant également des moyens de traitement électronique de ces signaux permettant de comparer leur amplitude, de façon automatique, à un seuil correspondant à un défaut étalon caractérisé en ce que, le signal reçu pouvant avoir effectué dans la paroi du tube des parcours de longueurs différentes (Ai Bl CI, Ai B 2 C 2, Ai Bl, Ai B 2) les moyens électroniques de traitement déterminent la longueur du parcours al- ler-retour effectué par le faisceau d'ultrasons correspondant à chaque signal et apportent un correctif à l'amplitude du signal ou du seuil avant comparaison, correctif qui dépend de la différence existant entre le parcours du signal effectivement réalisé et le parcours de ce signal pour lequel l'amplitude du seuil a été déterminée. 2) Procédé suivant revendication i caractérisé en ce que les moyens électroniques de traitement déterminent pour chaque signal reçu la longueur du parcours que celui-ci a effectivement réalisé parmi les parcours possibles et effectuent une correction d'amplitude correspon- dant au parcours réalisé de façon à faire correspondre l'amplitude du signal à celle qu'il aurait eu s'il avait effectué le parcours pour lequel l'amplitude du seuil de comparaison a été prévue. 3) Procédé suivant revendication i caractérisé en ce que les moyens électroniques de traitement déterminent pour chaque signal reçu la longueur du parcours que celui-ci a effectivement réalisé et effec- tuent une comparaison de l'amplitude de ce signal avec un seuil dont l'amplitude a été ajustée pour tenir compte de la longueur du parcours effectivement réalisé par ce signal. 4) Procédé suivant revendication 3 caractérisé en ce que les moyens électroniques de traitement comportent en mémoire des seuils de comparaison dont l'amplitude a été ajustée pour chaque longueur de parcours susceptible d'être effectué par chaque signal afin de compa- -8- rer l'amplitude de chaque signal avec le seuil de comparaison corres- pondant à la longueur du parcours de ce signal. ) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le tube est animé par rapport à l'émetteur-récepteur d'un mouve- ment relatif de rotation autour de son axe ainsi que d'un mouvement d'avance le long de cet axe. 6) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les défauts à détecter sont des défauts longitudinaux ou trans- versaux.