Brevet FR2715472A1 — publié le 19950728

Sonde d'inspection tournante D'une manière générale, la présente invention se rapporte au domaine du contrôle non destructif des produits tubulaires et a trait, en particulier, à un appareil amélioré pour détenniner la position, par rapport à la circonférence d'un tube, d'un dispositif d'inspection tournant. Le contrôle non destructif des produits tubulaires à l'aide de techniques faisant appel aux ultrasons ou aux courants de Foucault est bien connu par l'homme du métier. Ces contrôles sont classiques dans l'industrie nucléaire où l'intégrité des tubes de l'échangeur de chaleur est essentielle pour un fonctionnement économique et sûr de la centrale. Un type classique de contrôles réalisés dans l'industrie nucléaire est l'inspection des tubes du générateur de vapeur à l'aide d'une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante, comme représenté à la figure 1. Une telle sonde est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 5 247 251, délivré le 21 septembre 1993 à Yost et ses associés. Une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante comprend une bobine plate 1 montée dans une tête de sonde 3, elle-même couplée par un arbre d'entraînement 5 à une unité motrice 7 qui fait tourner la bobine à l'intérieur du tube 9. Typiquement, on introduit la sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante par une extrémité du tube, jusqu'en un point situé au-delà de la région à inspecter, puis on la retire à vitesse constante tandis que l'unité motrice 7 fait tourner la tête de sonde 3 et sa bobine plate 1. n en résulte une inspection en hélice sur la circonférence du tube 9. On choisit la vitesse de rotation et la vitesse de retrait de la sonde pour garantir que la bobine plate 1 effectue une couverture à 100% de la région du tube devant être inspectée. n est possible de procéder à une inspection similaire à l'aide d'une sonde à ultrasons, auquel cas on remplace la bobine plate 1 à courants de Foucault par un transducteur à ultrasons (non représenté). Une application particulière de ce type d'inspection est l'inspection des parties coudées des tubes du générateur de vapeur. Les parties coudées sont soumises à des contraintes lors de l'opération de courbure des tubes, l'intrados et l'extrados du tube étant soumis à des types différents de contraintes résiduelles. En raison de ces contraintes, l'intrados et l'extrados du tube peuvent être sujets à des formes différentes de dégradation résultant de l'utilisation. Les résultats d'une inspection par sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante sont davantage utiles quand les données obtenues peuvent être corrélées à la position de la bobine d'inspection par rapport à la circonférence du tube. Les sondes à courants de Foucault du type bobines plates tournantes de l'art antérieur utilisent un indicateur de montée-descente 1 1 qui fournit un signal corrélé à chaque révolution de la tête de sonde 3. Les indicateurs de montéedescente 1 1 de l'art antérieur contiennent une bille métallique enfermée dans une chambre creuse circulaire et ils sont fixés à l'arbre d'entraîne- ment 5, entre l'unité motrice 7 et la tête de sonde 3. Une petite bobine de détection (non représentée) est installée à l'intérieur de la paroi de la chambre et est couplée à un instrument à courants de Foucault (non représenté). Quand l'indicateur de montée-descente 1 1 tourne autour de l'axe de l'arbre d'entrâsnement, la bille métallique est maintenue à la base de la chambre par la gravité. A chaque révolution, la bobine de détection fournit un signal de courant de Foucault quand elle passe devant la bille métallique, donnant ainsi un signal qui correspond à la rotation de la tête de sonde 3. L'indicateur de montée-descente de l'art antérieur présente plusieurs inconvénients. Comme l'indicateur de montée-descente 1 1 est séparé de la tête de sonde 3, il est possible que l'arbre d'entraînement 5 subisse une torsion entre la tête de sonde 3 et l'indicateur 11, induisant de ce fait un erreur dans la position indiquée pour la tête de sonde 3. En outre, ce type de conception ne fonctionnera pas dans un tube vertical puisque la gravité ne maintiendra plus la bille métallique dans une posi tion correcte une fois que la chambre circulaire aura quitté la position verticale. Pour les coudes en U verticaux dans les tubes de générateur de vapeur, l'indicateur de montée-descente Il de l'art antérieur ne donne une indication adéquate que lorsque la chambre de l'indicateur de montéedescente se trouve dans la partie horizontale du coude en U. La figure 2 montre un signal réel fourni par une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante de l'art antérieur lorsqu'elle passe à travers un tube à coude en U vertical qui comporte cinq défauts situés en différents emplacements le long du tube. La courbe 15 correspond au signal fourni par la bobine plate quand elle traverse le coude en U. La région à fort signal 17 indique qu'un défaut est situé au début du coude en U et la région 19 indique qu'un défaut est situé à la fin du coude en U. L'indication du troisième défaut, situé en haut du coude en U, apparaît en 21. La courbe 23 montre le signal correspondant fourni par la bobine de détection de l'indicateur de montée-descente. Comme la chambre de l'indicateur de montée-descente précède le corps de la sonde dans le coude en U, elle pénètre dans la partie horizontale du tube avant la bobine plate et, par conséquent, elle donne un signal adéquat pour les deux premiers défauts, comme le montre la région à fort signal 25. Mais une fois que l'indicateur de montée-descente pénètre dans la partie verticale du tube, la gravité ne suffit plus à maintenir la bille roulante à l'intérieur de la chambre de l'indicateur de montée-descente et le signal s'affaiblit, devenant même inexistant dans la région 27 qui correspond au signal 19 de la bobine plate. Ce problème est encore plus prononcé pour un tube avec un coude carré, puisque la chambre de l'indicateur de montée-descente pénètre dans la partie verticale du tube avant même que la bobine plate tournante n'arrive dans la région critique du coude. I1 existe par conséquent un besoin pour une sonde d'inspection tournante comportant un indicateur de position qui fournit un signal précis sur toute la longueur d'un tube d'échangeur de chaleur à coude en U vertical et qui identifie l'intrados et l'extrados du coude. Au vu des limites de l'art antérieur qui viennent d'être exposées, un objet de la présente invention est de proposer un indicateur de position pour une sonde tournante qui puisse fournir une indication précise de la position de rotation du dispositif d'inspection auquel on fait traverser tou te la longueur d'un tube à coude en U. Selon la présente invention, il est proposé un dispositif d'inspection comprenant un corps, un moyen d'inspection installé dans un support fixé de manière coulissante à ce corps et poussé pour se déplacer d'une position la plus interne à une position la plus externe par rapport au corps, et un moyen pour faire tourner le corps à l'intérieur d'une partie coudée d'un tube; ce corps présente en ses parties avant et arrière des diamètres qui sont supérieurs au diamètre de sa partie centrale, et un moyen indique la position du support par rapport au corps, sachant que ce moyen d'indication indiquera le fait que le support se trouve dans sa position la plus interne quand le moyen d'inspection sera en face de l'intrados de la partie coudée et indiquera le fait que le support se trouve dans sa position la plus externe quand le moyen d'inspection sera en face de l'extrados de la partie coudée du tube. Dans ce dispositif, le moyen d'indication peut comprendre une bobine indicatrice fixée au corps et une cible fixée au support, en face de la bobine indicatrice. La cible peut présenter une section effilée, et le moyen d'indication sert à produire un signal continûment variable quand le support se déplace de la position la plus interne à la position la plus externe. Le moyen d'inspection peut être une bobine à courants de Foucault. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, prise en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels la figure 1 montre une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante qui comporte un indicateur de montée-descente de l'art antérieur; la figure 2 montre les signaux réels fournis par une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante qui comporte un indicateur de montée-descente de l'art antérieur; la figure 3 montre une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante conforme à la présente invention; et la figure 4 montre les signaux réels fournis par une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante conforme à la présente invention. Une sonde tournante à courants de Foucault qui incorpore une forme préférée de réalisation de la présente invention est représentée à la figure 3. Le dispositif de la figure 3 comprend une tête de sonde 31 couplée par un arbre d'entraînement 33 à une unité motrice (non représentée) suivant un axe longitudinal d'insertion qui correspond à l'axe longitudinal du tube 35 à inspecter. La tête de sonde comprend un corps 37, un support de bobine 39 monté de façon coulissante à l'intérieur du corps 37, un ressort 41 pour pousser le support 39 d'une position plus interne dans le corps (représentée en traits pleins) vers une position plus externe dans le corps (représentée en trait pointillé), et une bobine d'inspection à courants de Foucault 43 installée dans le support de bobine 39 et couplée à un instrument d'inspection par courant de Foucault (non représenté) en vue de l'inspection d'une région du tube proche de la bobine d'inspection 43. La tête de sonde 31 et l'unité motrice ont des diamètres extérieurs inférieurs au diamètre intérieur du tube à inspecter de sorte qu'il est possible de les introduire dans le tube 35. le ressort 41 maintient la bobine 43 en contact avec le diamètre intérieur du tube 35 quand la tête de sonde tourne autour de son axe d'insertion dans le tube. La direction de déplacement du support de bobine 39 peut être toute direction qui n'est pas parallèle à l'axe d'insertion de la sonde, et est de préférence perpendiculaire à l'axe d'insertion. Une bobine indicatrice 45 est installée à l'intérieur du corps 37, bobine qui est aussi couplée à l'instrument à courants de Foucault. Une cible conductrice 47 est placée à l'intérieur du support de bobine 39 de sorte qu'elle se déplace devant la bobine indicatrice 45 quand le support de bobine 39 entre et sort en glissant dans le corps 37. La bobine indicatrice 45 peut être fortement focalisée pour qu'elle n'enregistre un signal sur l'instrument à courants de Foucault que lorsque la cible 47 passe très près de la bobine indicatrice 45. De cette manière, un signal n'est produit que lorsque le support de bobine 39 est enfoncé à une profondeur prédéterminée à l'intérieur du corps 37. Le corps 37 a de préférence la forme d'un verre de montre le long de son axe d'insertion. Le diamètre du corps est plus grand près des parties avant 49 et arrière 51 du corps qu'il ne l'est près de la partie centrale 53 du corps, à proximité du support de bobine 39. Dans un coude en U vertical tel que représenté à la figure 3, la tête de sonde 31 est maintenue à la base du tube par la gravité et par la composante verticale de la force appliquée pour déplacer la sonde le long de l'axe longitudinal du tube. Du fait de la forme en verre de montre du corps, l'intrados du coude du tube fait saillie au centre du verre de montre tandis que rextra- dos du tube fait un arc au-dessus du corps quand la tête de sonde se déplace à travers la partie coudée du tube. ll en résulte que lorsque la tête de sonde 31 tourne à l'intérieur du tube 35, le support de bobine 39 doit entrer et sortir du corps 37 pour maintenir le contact avec la surface intérieure du tube. Quand donc le corps 37 tourne vers une position pour laquelle la bobine d'inspection 43 est orientée droit vers le bas, le support de bobine 39 se trouve dans sa position la plus interne; et inversement, quand la bobine d'inspection 43 est orientée droit vers le haut, le support de bobine 39 se trouve dans sa position la plus externe. La bobine indicatrice 45 et la cible 47 peuvent être conçues et positionnées pour qu'un signal soit produit chaque fois que le support de bobine 39 se trouve dans sa position la plus interne, ce qui correspond au fait que la bobine d'inspection 43 est en face de l'intrados du tube. Pour d'autres applications que celles concernant des coudes en U verticaux, il est possible que la gravité ne soit pas disponible pour maintenir la tête de sonde 31 contre l'intrados du coude du tube. Dans de telles applications, il est possible de fixer des moulures de guidage 53 à la tête de sonde 31 de façon à produire une traînée supplémentaire quand on tire la sonde à travers le tube, garantissant ainsi qu'une force suffisante est appliquée à la tête de sonde 31 pour maintenir le contact avec l'intrados de n'importe quel coude dans le tube. Pour des applications concernant des tubes rectilignes, il faut prévoir un moyen pour stabiliser la tête de sonde par rapport à l'axe longitudinal du tube. Ce moyen peut inclure par exemple des éléments de palier à ressorts, des vessies gonflables, ou même la rigidité de l'arbre d'entraînement 33 utilisé pour conduire la sonde dans le tube. L'indicateur de la présente invention offre plusieurs avantages par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Comme l'indicateur est intégré à la tête de sonde, il ne peut y avoir aucune erreur produite par une quelconque torsion de outre d'entraînement. En outre, la vitesse d'inspection n'est pas limitée par la conception de l'indicateur, contrairement à ce qui se passe dans la technique antérieure. Ce qui est le plus important, c'est que cette conception donne des signaux précis sur toute la longueur d'un tube à coude en U vertical. La figure 4 montre des données obtenues à l'aide d'une sonde à courants de Foucault du type bobine plate tournante qui présente la structure représentée à la figure 3, quand cette sonde traverse le même tube que celui utilisé pour produire les données de la figure 2. La courbe 55 correspond au signal produit par la bobine d'inspection lorsqu'elle passe devant les cinq défauts sur la longueur du tube à coude en U. La courbe 57 correspond au signal produit par la bobine indicatrice. 11 faut remarquer que la courbe 57 contient un signal clair fourni par la bobine indicatrice sur toute la longueur du coude en U, ce qui permet une corrélation des données de la bobine d'inspection et des données de la bobine indicatrice. Cette corrélation permet à la personne qui analyse les données d'identifier l'emplacement de toutes les discontinuités dans la paroi du tube par rapport à la circonférence du tube. La cible 47 et la bobine indicatrice 45 peuvent être conçues pour donner un signal de pointage unique à chaque révolution de la tête de sonde 31, ou bien la cible peut être choisie pour avoir une section effilée comme représenté à la figure 3 afin qu'un signal continûment variable soit produit lorsque le support de bobine 39 se déplace de sa position la plus interne à sa position la plus externe. En outre, la cible 47 et la bobine indicatrice 45 peuvent être remplacées par tout moyen permettant de mesurer le déplacement du support de bobine par rapport au corps, comme par exemple un condensateur ou une résistance variable, ou bien un conducteur de lumière variable pour des applications à fibres optiques. Un signal continûment variable émis par la bobine indicatrice est utile quand on utilise le dispositif de la figure 3 pour mesurer un renflement ou des dentures sur la paroi d'un tube. Dans ce type d'applications, le corps 37 est maintenu stable par rapport à l'axe longitudinal du tube de sorte que lorsque le corps 37 tourne à l'intérieur du tube, la bobine indicatrice 45 produit un signal qui correspond à la géométrie de la paroi du tube. Si par exemple l'axe central de la sonde est situé directement sur l'axe central du tube, aucun signal n'est produit quand la sonde tourne dans un tube parfaitement rond puisque le support 39 ne sera pas obligé d'entrer et sortir dans le corps. S'il existe un alignement parfait entre les axes centraux de la sonde et du tube, tout signal produit par la bobine indicatrice 45 correspond à une dent ou un renflement de la paroi du tube. Si l'axe central de la sonde n'est pas parfaitement aligné avec l'axe central du tube, ce qui est susceptible de se produire dans la plupart des applications, la bobine indicatrice 45 produit un signal sinusoidal parfait si le tube est rond et l'amplitude du signal correspond au défaut d'alignement de la sonde par rapport à l'axe central du tube. Si toutefois la paroi du tube est renflée ou dentée, il se produira une distorsion proportionnelle du signal sinusoïdal. I1 est possible d'avoir recours à un étalonnage pour convertir les signaux obtenus en des estimations de la valeur de la denture ou du renflement du tube. Les matériaux de construction et les tolérances de fabrication nécessaires pour la sonde et l'indicateur de la présente invention sont ceux connus dans la technique pour les sondes à courants de Foucault ou à ultrasons du type bobines plates tournantes classiques. Le coût du dispositif de la figure 3 est inférieur au coût du dispositif de la technique antérieure qui est représenté à la figure 1 puisqu'il n'est pas nécessaire de fabriquer et assembler une chambre d'indicateur séparée. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'inspection comprenant un corps (37), un moyen d'inspection (43) installé dans un support (39) fixé de manière coulissante audit corps et poussé pour se déplacer d'une position la plus interne à une position la plus externe par rapport audit corps, et un moyen pour faire tourner ledit corps à l'intérieur d'une partie coudée d'un tube, caractérisé par - le fait que ledit corps présente en ses parties avant et arrière des diamètres qui sont supérieurs au diamètre de sa partie centrale, et - la présence d'un moyen qui indique la position du support par rapport audit corps, sachant que ledit moyen d'indication indiquera le fait que ledit support se trouve dans sa position la plus interne quand ledit moyen d'inspection sera en face de l'intrados de ladite partie coudée dudit tube et indiquera le fait que ledit support se trouve dans sa position la plus externe quand ledit moyen d'inspection sera en face de l'extrados de ladite partie coudée dudit tube. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que ledit moyen d'indication comprend une bobine indicatrice (45) fixée audit corps et une cible (47) fixée audit support, en face de ladite bobine indicatrice. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en outre par le fait que ladite cible présente une section effilée, et que ledit moyen d'indication sert à produire un signal continûment variable quand ledit support se déplace de ladite position la plus interne à ladite position la plus externe. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que ledit moyen d'inspection comprend une bobine à courants de Foucault.