Brevet FR2705462A1 — publié le 19941125

La présente invention concerne un dispositif pour tester par de la poudre magnétique les zones d'extrémité internes de pièces cylindriques creuses ferromagnétiques, vis-à-vis de défauts longitudinaux et transversaux, par magnétisation sans contact, comportant une bobine sans fer allongée, dont 5 les segments conducteurs longitudinaux sont orientés paral- lèlement à l'axe de la pièce et dont l'étendue transversale est adaptée à la largeur intérieure de la pièce, de sorte que les segments conducteurs longitudinaux, dans l'état de la bobine introduit dans la pièce, s'étendent à proximité de10 la surface interne de la pièce. La présente invention concerne également un procédé correspondant. Pour tester la surface de pièces ferromagnétiques, le test par de la poudre magnétique a fait ses preuves comme procédé depuis des années. Le procédé repose sur la magnétisation15 d'une pièce sur laquelle est simultanément pulvérisée de la poudre magnétique, les discontinuités magnétiques transver- salement à la direction de champ provoquant des champs de fuite sur et au-dessus de la surface de la pièce. Le ras- semblement de la poudre magnétique dans la zone de la20 discontinuité rend son contour visible. Le procédé utilisant de la poudre magnétique sert princi- palement pour déceler des fissures de matière à la surface des pièces testées. Des défauts de surface, dont l'ordre de grandeur se trouve dans la plage de 1 micromètre et dont la25 profondeur se trouve dans une plage inférieure à 10 micro- mètres, peuvent être déterminés. Cette possibilité dépend par ailleurs de l'intensité du champ magnétique appliquée et de la modification locale de l'intensité du champ. Pour utiliser le procédé à poudre magnétique, la pièce doit être30 rendue magnétique de façon appropriée. Pour cela, plusieurs méthodes de magnétisation ont été développées. Essentiellement, on fait la distinction entre les procédés avec contact et sans contact. Lors du test de l'intérieur de pièces cylindriques creuses, une magnétisation du conducteur central peut être effectuée, dans lequel cas une branche 5 d'une bobine est guidée à travers la pièce, tandis que l'autre branche de la bobine s'étend extérieurement le long de la pièce. Ce type de magnétisation nécessite l'introduc- tion d'un conducteur dans la pièce, ce qui n'est pas possi- ble, sans autre mesure, dans le cas d'une longueur impor-10 tante. Dans le cas de tubes filetés pouvant être vissés l'un à l'autre dans l'industrie pétrolière, la norme API (American Petroleum Institute) prescrit que les tubes doivent être testés dans la zone d'extrémité, vis-à-vis de défauts longitudinaux et transversaux, dans la zone15 d'extrémité interne du tube. Pour ce test, la magnétisation d'un conducteur interne précédemment indiquée n'est pas utilisable du fait qu'elle n'offre que la possibilité de reconnaître des défauts longitudinaux. Pour détecter des défauts transversaux, il est connu d'utiliser une20 magnétisation à bobine, dans laquelle un mandrin en tôle lamifié est introduit dans l'extrémité du tube. Pour fabriquer un tel mandrin, un coût important est nécessaire. Par ailleurs, ce procédé n'est approprié que pour déterminer des défauts transversaux, de sorte que, en liaison avec la25 magnétisation d'un conducteur interne, deux étapes de travail sont nécessaires pour tester la zone interne des tubes, vis-à-vis de défauts longitudinaux et transversaux. Par ailleurs, il est connu d'utiliser, pour détecter des défauts transversaux, une magnétisation à bobine, dans30 laquelle une bobine large est guidée sur l'extrémité du tube. Ce procédé n'est approprié que pour déterminer des défauts transversaux, de sorte que, pour tester des défauts longitudinaux et transversaux, deux dispositifs différents et deux étapes de travail différentes sont nécessaires. Par le brevet EP-0 442 267, on connaît un dispositif pour tester par de la poudre magnétique, sans contact, les zones d'extrémité internes de pièces cylindriques creuses ferro- magnétiques, vis-à-vis de défauts longitudinaux et trans- versaux. Celui-ci est constitué d'une bobine sans fer allongée, dont les segments conducteurs longitudinaux sont orientés parallèlement à l'axe de la pièce et dont l'étendue transversale est adaptée à la largeur intérieure de la pièce. Dans l'état introduit de la bobine, les segments conducteurs longitudinaux s'étendent à proximité de la surface interne de la pièce. Cette bobine sans fer permet de tester des pièces cylindriques creuses, dans leur zone d'extrémité interne, vis-à-vis de défauts longitudinaux et transversaux, en une étape de travail. Pour cela, il est cependant nécessaire que, par déplacement relatif entre la bobine et la pièce, la bobine utilisée soit introduite dans la pièce et retirée de celle-ci. Dans le cas de la bobine sans fer proposée, un inconvénient consiste en ce que le test des défauts transversaux n'est possible que de façon limitée et quelques zones volumiques ne sont pas magnétisées ou uniquement de façon insuffisante, de sorte que l'identi- fication des défauts ne correspond pas aux exigences du test. Par ailleurs, le cycle de test est plutôt long, du fait que les enroulements transversaux n'explorent qu'une faible portion volumique et que les pistes de test doivent se trouver, de façon correspondante, étroitement l'une à côté de l'autre. L'invention a pour but de fournir un dispositif pour tester par de la poudre magnétique les zones d'extrémité internes de pièces cylindriques creuses ferromagnétiques, vis-à-vis de défauts longitudinaux et transversaux, par magnétisation sans contact, grâce auquel, en un court cycle de test, tous les éléments volumiques de l'éprouvette, dans la zone à tester, sont traversés par une intensité de champ de magné- tisation supérieure à 25 oersteds. A cet effet, le dispositif pour tester par de la poudre magnétique les zones d'extrémité internes de pièces cylin- driques creuses ferromagnétiques, vis-à-vis de défauts longitudinaux et transversaux, par magnétisation sans contact, du type indiqué ci-dessus, est remarquable, selon l'invention, en ce que le conducteur de courant de la bobine présente, dans un développement dans le plan du dessin, un motif rectangulaire en forme de spirale comportant plusieurs segments longitudinaux et transversaux s'étendant parallé- lement dans une direction d'enroulement, les segments longitudinaux et transversaux étant, de façon connue, orthogonaux les uns par rapport aux autres et ce motif ainsi enroulé formant la surface d'enveloppe d'une bobine cylin- drique creuse. Ce motif ainsi enroulé forme la surface d'enveloppe d'une bobine cylindrique creuse. L'avantage de cette bobine ainsi construite consiste en ce que, à la différence de l'état connu de la technique, aussi bien les segments longitudinaux que les segments transversaux s'étendent à proximité de la surface interne de la pièce à tester. Ainsi, on peut at- teindre, sur la longueur de la pièce et sur sa périphérie, une intensité de champ de magnétisation supérieure à 25 oersteds dans pratiquement tous les éléments volumiques de l'éprouvette. La répartition, éventuellement irrégulière en direction périphérique, de la magnétisation peut être ainsi compensée quand, après introduction de la bobine, lorsque la pièce est axialement immobile, celle-ci est tournée d'au moins 180 . L'efficacité de la bobine selon l'invention est d'autant plus grande que plus de segments longitudinaux et transver- saux parallèles se trouvent dans une direction d'enroule- ment, par exemple dix, et l'écartement du segment longitu- dinal le plus court par rapport au segment longitudinal voisin suivant directement dans le sens inverse de l'enroulement correspond à l'écartement entre les segments longitudinaux et transversaux voisins en un point quelcon- que. Cela signifie que la surface d'enveloppe cylindrique totale de la bobine est garnie régulièrement de segments 5 longitudinaux et transversaux. Pour que les segments longi- tudinaux ne puissent pas fléchir, il est proposé, avanta- geusement, d'agencer intérieurement, à distance l'un de l'autre, deux disques en une matière isolante, par exemple une matière synthétique ou du bois. Ainsi, la bobine est10 rigidifiée et un fléchissement, en particulier des segments longitudinaux, est évité. Pour que les segments conducteurs individuels ne viennent pas au contact de la paroi interne du tube et, ainsi, déclenchent un court-circuit, il est agencé, dans la zone du disque de support, sur la surface15 d'enveloppe externe de la bobine, une bague isolante, par exemple constituée d'une bande trempée dans de la matière synthétique ou du vernis. Dans le même but, toute la bobine est trempée dans du vernis ou une matière synthétique. Dans le cas idéal, il existe, dans le cas d'un tube rond circulaire, un entrefer dans la plage de 10 à 60 mm. Pour maintenir les pertes faibles, l'écartement doit être le plus faible possible. Il en résulte cependant la nécessité, pour une zone dimensionnelle du tube importante à tester, de prévoir plusieurs mandrins de test de diamètres différents.25 Pour cette raison, il est proposé d'agencer le mandrin de test de façoh excentrique dans le tube à tester. Dans un tel agencement, l'exigence d'un faible écartement entre l'éprouvette et le mandrin de test, sur une zone dimension- nelle importante, peut être remplie. De plus, il est avan-30 tageux qu'ainsi les temps de montage soient diminués et que la charge de stockage soit moindre relativement à l'encom- brement et aux coûts. Les segments conducteurs individuels de la bobine sont formés à partir d'un conducteur présentant une section transversale pratiquement rectangulaire, constitué de plusieurs tôles de cuivre massives, agencées de façon séparée l'une de l'autre, ayant une section transversale globale d'environ 235 mmi. La régularité de la magnétisation en directions périphérique et longitudinale peut encore être augmentée en ce que, à l'intérieur d'une première bobine cylindrique creuse, est agencée une seconde bobine enroulée de la même façon, de façon axialement décalée, et qui est tournée d'un angle inférieur à 180 . L'agencement est de plus tel que la zone des segments transversaux de la seconde bobine se raccorde directement à la zone des segments transversaux de la première bobine. Dans le cas idéal, la zone médiane, estampée essentiellement par les segments longitudinaux, d'une bobine est remplie complètement par la zone, présentant essentiellement des segments transversaux, de la seconde bobine. Ainsi, on obtient, sur la longueur de test, un profil d'intensité de champ magnétique pratiquement uniforme qui ne présente pas les dépressions sinon usuelles. Une autre uniformisation de la magnétisation peut être atteinte par alimentation des deux bobines par des courants dont les phases sont décalées l'une par rapport à l'autre, de préférence de 90 . Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un motif, dans le plan du dessin, d'une bobine selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale, à plus grande échelle, selon la ligne A-A de la figure 1. La figure 3 est une vue externe de la bobine en direction X de la figure 4. La figure 4 est une vue avant en direction Y de la figure 3, à plus grande échelle. La figure 5 montre schématiquement deux bobines A, B intro- duites l'une dans l'autre. La figure 6 montre schématiquement un agencement excentrique de la bobine. La figure 1 montre un motif, dans le plan du dessin, d'une bobine selon l'invention et, sur la figure 2, à plus grande échelle, il est montré une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 1. La caractéristique de cette bobine est que les segments longitudinaux 2, 3, 4, 5, 6 du conducteur 1 s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal 7 de la bobine (voir la figure 3) et perpendiculairement aux segments transversaux 8, 9, 10, 11, 12. Cela vaut, de la même façon, également pour le sens inverse 2' à 6' ou 8' à 11'. Le segment longitudinal le plus court 6' présente, par rapport à son segment longitudinal opposé 6, un écartement a qui correspond à l'écartement a' entre deux segments longitudi- naux voisins, par exemple 4, 5, ou les segments transversaux 9', 10'. Grâce à cet agencement, on obtient que le conduc- teur 1 forme une bobine sans fer cylindrique circulaire, dont-la surface d'enveloppe est recouverte régulièrement de pistes conductrices, et les entrefers entre les pistes d'enroulement individuelles sont toujours identiques. La construction du conducteur 1 est montrée, à plus grande échelle, en coupe longitudinale sur la figure 2. Le conduc- teur est constitué de tôles de cuivre massives de largeurs différentes 13, 13', 13'', qui sont séparées l'une de l'autre par des entrefers 14, 14', ces derniers étant représentés de façon disproportionnée sur le dessin. La largeur des tôles de cuivre individuelles 13, 13', 13'' décroît de l'extérieur vers l'intérieur, pour qu'il ne se produise aucun gauchissement lors du cintrage des pistes conductrices par rapport à la bobine sans fer cylindrique. Les figures 3 et 4 sont des vues externes de la bobine sans fer, un tube 15 à tester ayant également été représenté pour une meilleure compréhension. Pour que les segments longitu- dinaux 2 à 6 ou 2' à 6' ne puissent pas fléchir, deux disques 16, 16', par exemple en matière synthétique, sont agencés dans le creux de la bobine. Grâce à ces disques 16, 16', la bobine est rigidifiée, de sorte qu'elle peut être introduite dans le tube 15 et extraite à nouveau de celui-ci sans problème. Au même endroit o se trouvent les disques 16, 16', il est prévu, extérieurement, une bague isolante 17, 17', pour qu'il ne se produise pas, par inadvertance, un contact des segments longitudinaux ou transversaux du conducteur 1 sur la paroi interne du tube 15. La figure 5 montre schématiquement le principe de deux bobines A, B introduites l'une dans l'autre. Les deux bobines A, B sont expliquées comme précédemment pour la figure 1, construites de la même façon, mais, pour mieux les distinguer, l'une (A) est représentée de façon complètement dessinée et l'autre (B) en étant hachurée. Les flèches épaisses 20 symbolisent l'introduction des bobines l'une dans l'autre. Comme on le voit à partir de la partie infé- rieure de la figure 5, les deux bobines A, B sont agencées de façon axialement décalée l'une par rapport à l'autre. Le dessin n'indique cependant pas tout à fait exactement les proportions, du fait que, dans la zone du chevauchement, une des deux bobines A ou B doit présenter un diamètre externe plus faible. Sur cette partie de la figure 5, on voit bien la proximité immédiate de la zone des tronçons transversaux 21 de la bobine A par rapport à la zone des tronçons transversaux 22 de la bobine B. Ainsi, une uniformisation de la répartition de l'intensité du champ magnétique sur la longueur de test est obtenue. Sur la figure 6, on a représenté, de même schématiquement, un agencement excentrique de la bobine A par rapport à l'axe du tube 15. Cet agencement présente l'avantage que, pour une zone dimensionnelle importante des tubes à tester, on peut utiliser un faible nombre de bobines. Grâce à l'agencement excentrique, l'écartement faible souhaité de la surface 23 de la bobine par rapport à la paroi interne 24 du tube est maintenu, de sorte que l'intensité du champ magnétique dans les deux directions Hu, Hx est suffisamment grande pour suffire aux critères du test. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour tester par de la poudre magnétique les zones d'extrémité internes de pièces cylindriques creuses ferromagnétiques, vis-à-vis de défauts longitudinaux et transversaux, par magnétisation sans contact, comportant une bobine sans fer allongée, dont les segments conducteurs longitudinaux sont orientés parallèlement à l'axe de la pièce et dont l'étendue transversale est adaptée à la largeur intérieure de la pièce, de sorte que les segments conducteurs longitudinaux, dans l'état de la bobine intro- duit dans la pièce, s'étendent à proximité de la surface interne de la pièce, caractérisé en ce que le conducteur de courant (1) de la bobine présente, dans un développement dans le plan du dessin, un motif rectangulaire en forme de spirale com- portant plusieurs segments longitudinaux (2-6) et transver- saux (8-12) s'étendant parallèlement dans une direction d'enroulement, les segments longitudinaux (2-6) et trans- versaux (8-12) étant, de façon connue, orthogonaux les uns par rapport aux autres et ce motif ainsi enroulé formant la surface d'enveloppe d'une bobine cylindrique creuse. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des segments longitudinaux (2-6) et transversaux (8-12) s'étendant parallèlement dans une direction d'enroulement est égal, de préférence, à dix, et l'écartement (a) du segment longitudinal le plus court (6') par rapport au segment longitudinal voisin (6) suivant directement dans le sens inverse de l'enroulement correspond à l'écartement (a',a'') entre les segments longitudinaux (4,5) et transversaux (9',10') voisins en un point quelcon- que. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour rigidifier la bobine, au moins deux disques (16,16'), en une matière isolante, sont agencés intérieurement à distance l'un de l'autre. 4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une bague isolante (17,17'), constituée d'une bande trempée dans de la matière synthétique ou du vernis, est agencée dans la zone du disque d'appui (16,16') sur la surface d'enveloppe externe de la bobine. 5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conducteur (1) est formé de plu- sieurs tôles de cuivre massives (14,14'), agencées de façon séparée l'une de l'autre, ayant des largeurs différentes (13,13',13'') avec une section transversale globale d'environ 235 mm 6. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce que, à l'intérieur d'une première bobine cylindrique creuse (A), est agencée une seconde bobine (B), enroulée de la même façon, de façon axialement décalée, de sorte que la zone des segments transversaux (22) de la seconde bobine (B) se raccorde directement à la zone des segments transversaux (21) de la première bobine (A). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux bobines (A,B) sont agencées de façon tournée l'une par rapport à l'autre d'un angle inférieur à 180 . 8. Procédé pour tester par de la poudre magnétique, sans contact, les zones d'extrémité internes de pièces cylindri- ques creuses ferromagnétiques, dans lequel une bobine sans fer, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, est introduite dans la pièce, caractérisé en ce que, après l'introduction de la bobine ou de la combinaison des bobines sans fer, alors que la bobine reste axialement immobile, la pièce axialement immobile est tournée d'au moins 180 . 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bobine ou la combinaison des bobines est introduite de façon excentrique par rapport à la pièce. 10. Procédé selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la combinaison des bobines sans fer, constituée des bobines (A,B), est traversée de courants, dont les phases sont décalées l'une par rapport à l'autre, de préférence de 90 .