Brevet FR2743890A1 — publié le 19970725

CAPTEUR A COURANTS DE FOUCAULT ET OUTILLAGE DE CONTROLE DE TUBE COMPORTANT AU MOINS UN TEL CAPTEUR. DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un capteur à courants de Foucault utilisant des enroulements émetteur et récepteur séparés pour effectuer le contrôle non destructif de pièces électriquement conductrices. L'invention concerne également un outillage de contrôle non destructif de tubes, cet outillage comprenant au moins un capteur à courants de Foucault. Le capteur selon l'invention peut être utilisé pour effectuer le contrôle non destructif d'une pièce de forme et de dimensions quelconques, dès lors que la nature du ou des matériaux constituant cette pièce permet d'y induire des courants de Foucault. Une application privilégiée, nullement limitative, concerne le contrôle des tubes des générateurs de vapeur qui équipent les centrales nucléaires. Etat de la technique. Compte tenu de leur facilité de mise en oeuvre, les capteurs à courants de Foucault ont fait l'objet de nombreux développements dans le domaine du contrôle non destructif. Rappelons que le principe de ces capteurs repose sur la création d'un champ magnétique primaire dans un enroulement alimenté en courant électrique alternatif. Lorsque l'enroulement est placé à proximité d'un matériau électriquement conducteur, ce champ magnétique primaire induit des courants de Foucault dans le matériau. Ces courants de Foucault créent un champ magnétique secondaire opposé au champ magnétique primaire. Le champ magnétique secondaire ainsi créé a pour effet de modifier l'impédance de l'enroulement dans des proportions qui dépendent de la valeur de l'entrefer entre l'enroulement et la pièce et de différents facteurs liés à la forme de la pièce et à sa structure interne. Le contrôle non destructif au moyen des courants de Foucault repose essentiellement sur le fait que la présence de défauts dans le matériau modifie l'impédance de l'enroulement. Les capteurs les plus simples sont des capteurs comprenant un enroulement unique utilisé à la fois comme émetteur et comme récepteur. Les capteurs les plus courants sont utilisés en mesure différentielle. Ces capteurs utilisent généralement deux enroulements montés en série, utilisés l'un et l'autre également comme émetteurs et comme récepteurs. Du fait que les enroulements sont placés en vis-à-vis de deux régions voisines de la pièce, toute différence d'impédance entre les deux enroulements révèle la présence d'un défaut dans le matériau et son étendue. Les capteurs à courants de Foucault dont chaque enroulement agit à la fois comme émetteur et comme récepteur effectuent des mesures locales qui permettent d'établir la cartographie des défauts présents à l'intérieur d'une pièce à contrôler. Cependant, ce type de capteurs ne détecte que les défauts qui sont présents sur une profondeur limitée à partir de la surface de la pièce proche des enroulements de mesure. Ainsi, dans le cas du contrôle des tubes des générateurs de vapeur, certains capteurs ponctuels ne détectent des défauts sur la paroi externe que lorsque ceux-ci ont une profondeur supérieure à 40E de l'épaisseur de cette paroi. Dans le document EP-A-0 370 691, on a proposé de contrôler un tube au moyen d'un appareil comprenant un seul capteur à courants de Foucault monté coaxialement entre deux pièces d'extrémité. Ce capteur comprend deux enroulements émetteurs disposés autour d'un axe commun prévu pour être placé selon l'axe du tube, et une pluralité d'enroulement récepteurs disposés dans l'intervalle annulaire qui sépare les enroulements émetteurs, de telle sorte que leurs axes soient orientés radialement par rapport à l'axe des enroulements émetteurs. Ces derniers sont excités en opposition, afin que les champs magnétiques primaires s'ajoutent dans l'intervalle qui contient les enroulements récepteurs. La détection est effectuée à tour de rôle sur les enroulements récepteurs successifs, afin d'effectuer un balayage circonférentiel lors du déplacement de l'appareil dans le tube. Du fait que les champs magnétiques primaires s'ajoutent à l'emplacement des enroulements récepteurs, l'appareil décrit dans ce document nécessite un traitement électronique de compensation afin d'éliminer des signaux émis par les enroulements récepteurs la fraction qui découle de ces champs magnétiques primaires additionnés. Par ailleurs, l'appareil décrit dans le document EP-A-0 70 691 est pratiquement insensible à des fissures orientées selon la circonférence du tube. Enfin, cet appareil ne peut être utilisé que pour le contrôle d'un tube. Il ne permet donc pas le contrôle de pièces de formes différentes telles que des plaques. Exposé de l'invention L'invention a principalement pour objet un capteur à courants de Foucault de conception originale, utilisable pour le contrôle de pièces de formes quelconques, dans lequel les fonctions d'émission et de réception sont assurées par des enroulements séparés, agencés de telle sorte que les performances de détection des défauts soient sensiblement augmentées par rapport à celles des capteurs existants (par exemple de façon à détecter des défauts sur la paroi externe ayant une profondeur limitée à environ 20 % de l'épaisseur de cette paroi, dans le cas du contrôle des tubes d'un générateur de vapeur) sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à un traitement de compensation ultérieur. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un capteur à courants de Foucault, comprenant deux enroulement émetteurs et au moins un enroulement récepteur disposés de façon symétrique par rapport à un plan de référence prévu pour être orienté selon une direction sensiblement normale à une surface d'une pièce à contrôler, les enroulements émetteurs étant disposés de part et d'autre du plan de référence et comprenant chacun un plan médian sensiblement parallèle au plan de référence et au moins une partie active qui présente une forme sensiblement complémentaire de celle de la surface, et l'enroulement récepteur étant orienté perpendiculairement au plan de référence placé entre les parties actives des enroulements émetteurs, et comprenant un plan médian qui forme avec le plan de référence un angle d'environ 90" ; caractérisé par le fait que les deux enroulements émetteurs sont connectés et bobinés de façon telle qu'ils induisent des champs magnétiques opposés dans une zone spatiale contenant l'enroulement récepteur, de telle sorte que ce dernier n'est parcouru par aucun courant électrique lorsque la région de la pièce à contrôler située en face du capteur est dépourvue de défaut. Dans le capteur selon l'invention, la réalisation des fonctions d'émission et de réception par des enroulements séparés et l'agencement particulier de ces enroulements permet d'augmenter sensiblement la résolution ou la profondeur de détection du capteur, tout en conservant des performances comparables à celles des capteurs de détection locale existants. Par ailleurs, du fait que le sens des enroulements émetteurs et la connexion électrique de ces enroulements sont réalisés de façon telle que ces enroulements induisent des champs magnétiques primaires opposés à l'emplacement de l'enroulement récepteur, le signal délivré par ce dernier est directement représentatif de la présence d'un défaut éventuel, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un traitement électrique ultérieur de compensation. De préférence, chaque enroulement émetteur comprend une seule partie active correspondant à une fraction de circonférence de cet enroulement, le capteur comportant un seul enroulement récepteur placé entre ces parties actives. Cette caractéristique permet de contrôler des pièces de formes quelconques, c'est-à-dire aussi bien des tubes que des plaques. L'invention a aussi pour objet un outillage de contrôle non destructif d'un tube, susceptible d'être déplacé à l'intérieur de ce dernier. Cet outillage comprend un corps central rotatif qui présente un axe longitudinal, et deux anneaux de centrage qui supportent le corps dans le tube de façon que l'axe du corps soit sensiblement confondu avec celui du tube. Le corps central rotatif supporte alors au moins un capteur à courants de Foucault tel que défini précédemment. Dans une forme de réalisation préférentielle, qui permet de détecter tout type de défaut dans le tube, sur une grande profondeur, le corps central rotatif supporte un premier capteur dont le plan de référence est perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps et un deuxième capteur dont le plan de référence contient l'axe longitudinal du corps. Avantageusement, le premier et le deuxième capteurs sont alors montés sur le corps central rotatif en des emplacements diamétralement opposés par rapport à l'axe longitudinal du corps. Brève description des dessins On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, différentes formes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective représentant de façon schématique un outillage équipé de deux capteurs à courants de Foucault conformes à l'invention, susceptible d'être introduit dans un tube de générateur de vapeur, pour en assurer le contrôle non destructif - la figure 2 est une vue en coupe illustrant schématiquement l'un des capteurs montés sur l'outillage de la figure 1, ainsi que la portion de tube en vis-à-vis - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 - la figure 4 est une vue en coupe schématique comparable à la figure 2 illustrant le deuxième capteur de l'outillage de la figure 1 ; et - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4. Exposé détaillé de formes de réalisation préférentielles Sur la figure 1, on a représenté en traits mixtes un tronçon de tube T dont on désire effectuer le contrôle non destructif. Ce tronçon de tube peut notamment faire partie d'un générateur de vapeur équipant une centrale nucléaire. En effet, l'environnement corrosif dans lequel se trouvent les tubes des générateurs de vapeur impose des contrôles réguliers visant à détecter d'éventuelles dégradations nécessitant l'obtu- ration ou une réparation des tubes concernés. Du fait que les tubes des générateurs de vapeur ne sont accessibles que par l'intérieur, leur contrôle non destructif s'effectue traditionnellement en déplaçant à l'intérieur de chacun des tubes un outillage de contrôle approprié, d'une manière telle qu'un balayage efficace de la paroi du tube soit effectué. Sur la figure 1, on a représenté à titre d'exemple nullement limitatif, un outillage 10 conçu pour effectuer le contrôle non destructif du tube T, au moyen de deux capteurs à courants de Foucault conformes à l'invention. On rappellera toutefois que les capteurs à courants de Foucault conformes à l'invention peuvent être utilisés pour tout autre type de contrôle non destructif. Ainsi, ces capteurs peuvent être utilisés aussi bien pour effectuer le contrôle d'une pièce tubulaire par l'intérieur de celle-ci, que pour effectuer le contrôle de pièces de toutes autres formes telles que des pièces planes ou de profils quelconques, par l'une ou l'autre des faces de ces pièces. L'outillage 10 de contrôle non destructif illustré sur la figure 1 présente une configuration d'ensemble connue qui ne fait pas partie de l'invention. Pour faciliter la compréhension, on indiquera simplement ici les caractéristiques générales de cet outillage. L'outillage 10 de contrôle non destructif présente sensiblement la forme d'un cylindre dont l'axe longitudinal est prévu pour être sensiblement confondu avec celui du tube T. Il comporte un corps avant 12, en forme d'ogive, facilitant sa pénétration dans le tube T, ainsi qu'un corps arrière 14 par lequel l'outillage est relié à une installation extérieure (non représentée) au travers d'un câble souple 15. Ce câble souple 15 permet de commander les déplacements de ltoutillage 10 dans le tube T et de transmettre entre l'outillage et l'installation extérieure les signaux électriques nécessaires au contrôle. Le corps avant 12 et le corps arrière 14 sont des éléments non rotatifs qui supportent l'un et l'autre un anneau de centrage souple 16, 18 au moyen duquel l'outillage 10 est centré dans le tube T. Dans sa partie intermédiaire située entre les anneaux de centrage 16 et 18, l'outillage 10 de contrôle non destructif comporte un corps central rotatif 20 centré sur l'axe longitudinal de l'outillage et susceptible d'être entraîné en rotation à vitesse constante autour de cet axe lors du déplacement de ce dernier à l'intérieur du tube T. La rotation du corps central 20 est commandée par un moteur (non représenté) logé dans le corps arrière 14. Dans la forme de réalisation représentée à titre d'exemple sur la figure 1, le corps central rotatif 20 de l'outillage 10 de contrôle non destructif porte deux capteurs à courants de Foucault, désignés respectivement par les références 22a et 22b. Ces deux capteurs 22a et 22b sont situés sur le corps central 20 en des emplacements diamétralement opposés par rapport à l'axe longitudinal de l'outillage. Pour cette raison, le capteur 22b n'est pas visible sur la figure 1. Les mouvements de translation et de rotation combinées de la partie centrale 20 de l'outillage 10 ont pour effet de déplacer les capteurs 22a et 22b selon un mouvement hélicoïdal à l'intérieur du tube T. Un balayage de la paroi de celui-ci est ainsi assuré. Afin d'assurer l'isolation électrique de chacun des capteurs, les parties 24a et 24b du corps central 20 qui entourent les capteurs 22a et 22b sont réalisées en matériau électriquement isolant. On décrira à présent, en se référant aux figures 2 et 3, le capteur à courants de Foucault 22a qui équipe l'outillage 10 sur la figure 1. Comme l'illustrent schématiquement les figures 2 et 3, ce capteur 22a comprend deux enroulements émetteurs 26 et un enroulement récepteur 28. Les enroulements émetteurs 26 sont disposés symétriquement, de part et d'autre d'un plan de référence P1, prévu pour être orienté perpendiculairement à la surface intérieure du tube T, c'est-à-dire dans le cas du capteur 22a perpendiculairement à l'axe du tube T. De même, le plan de référence P1 constitue un plan de symétrie pour l'enroulement récepteur 28. De façon plus précise, si l'on appelle "plan médian" de chacun- des enroulements 26 et 28 le plan qui contient le fil central de cet enroulement, les plans médians des enroulements émetteurs 26 sont disposés sensiblement parallèlement au plan de référence P1 de part et d'autre de ce dernier. Par ailleurs, le plan médian de l'enroulement récepteur 28 est orienté perpendiculairement au plan de référence P1. En outre, les dimensions de l'enroulement récepteur 28 sont sensiblement inférieures à celles des enroulements émetteurs 26. Comme l'illustre plus précisément la figure 3, chacun des enroulements émetteurs 26 comporte une partie active 26a, qui correspond à une fraction de circonférence de cet enroulement et présente une forme complémentaire de celle de la surface intérieure du tube T. Du fait que les plans médians des enroulements émetteurs 26 sont parallèles au plan de référence P1 qui est orienté perpendiculairement à l'axe du tube T, ces parties actives 26a des enroulements émetteurs 26 présentent donc dans ce cas une forme en arc de cercle. Sur le reste de la circonférence des enroulements émetteurs, ceux-ci peuvent prendre des formes quelconques. Selon un autre aspect de l'invention, l'enroulement récepteur 28 est placé entre les parties actives 26a des enroulements émetteurs 26. Les enroulements émetteurs 26 sont connectés électriquement en série de façon à être alimentés simultanément par un même courant électrique alternatif de forme quelconque (sinusoïdale, impulsionnelle ou autre). Les champs magnétiques primaires ainsi engendrés par les deux enroulements émetteurs 26 créent des lignes de champs L1, L2 dont une partie chemine dans la paroi du tube T, en face des parties actives 26a des enroulements émetteurs 26. La configuration géométrique qui vient d'être décrite du capteur à courants de Foucault 22a conforme à l'invention est telle que l'enroulement récepteur 28 se trouve au centre de ces lignes de champs L1, L2. En outre, la connexion électrique des enroulements émetteurs 26 et le sens de leurs bobinages sont réalisés de façon telle que les champs magnétiques primaires qu'ils engendrent soient orientés en sens opposés dans la zone spatiale dans laquelle se trouve l'enroulement récepteur 28. Du fait de la symétrie parfaite du capteur et de l'agencement décrit précédemment, l'enroulement récepteur 28 n'est donc parcouru par aucun courant électrique tant que la région du tube T située en face du capteur est dépourvue de défaut. Le courant électrique qui circule dans l'enroulement récepteur 28 est donc directement représentatif d'un défaut présent dans la région du tube située en face du capteur, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un quelconque traitement électrique ultérieur. Il est à noter que ce résultat peut être obtenu soit en bobinant les deux enroulements émetteurs 26 dans le même sens et en les connectant directement en série, soit en les bobinant en sens opposé et en les connectant en opposition, de façon qu'ils soient toujours excités en sens opposés. Du fait de cet agencement, l'enroulement récepteur 28 est insensible à l'état permanent du champ magnétique secondaire créé par les courants de Foucault induits dans le tube T primaire. L'enroulement récepteur 28 ne détecte donc que des variations du champ magnétique secondaire qui découlent de la présence de défauts dans l'épaisseur de la paroi du tube T. Plus précisément, l'orientation du capteur à courants de Foucault 22a illustrée sur les figures 2 et 3 permet de détecter des fissures qui s'étendent principalement selon l'axe longitudinal du tube T. Les caractéristiques particulières du capteur à courants de Foucault selon l'invention et notamment son insensibilité au champ magnétique secondaire permanent lui permettent de détecter des défauts sur une profondeur sensiblement plus grande que les capteurs à courants de Foucault existants. Ainsi, le capteur conforme à l'invention détecte des défauts jusqu'à environ 80 % de l'épaisseur de la paroi du tube T, alors que les capteurs existants ne détectent de tels défauts que sur une profondeur inférieure à 60 % de cette épaisseur. Du fait que le capteur à courants de Foucault 22a est pratiquement insensible à des fissures orientées selon la circonférence du tube T, l'outillage 10 illustré sur la figure 1 comprend avantageusement un deuxième capteur à courants de Foucault 22b réalisé selon le même principe que le capteur 22a mais dont l'orientation est décalée de 90" par rapport à ce dernier. Ainsi, comme l'illustrent les figures 4 et 5, le capteur 22b comporte lui aussi deux enroulements émetteurs 26 et un enroulement récepteur 28 dont l'agencement relatif est le même que celui des enroulements comparables du capteur 22a. Plus précisément, ces trois enroulements 26 et 28 sont également disposés de façon symétrique par rapport à un plan de référence P2. Toutefois, ce plan de référence P2 est perpendiculaire au plan de référence P1 du capteur 22a. De façon plus précise, ce plan de référence P2 contient dans ce cas l'axe longitudinal de l'outillage. Du fait que les plans médians des enroulements émetteurs 26 sont parallèles au plan de référence P2, les parties actives 26'a de ces enroulements émetteurs sont orientées dans ce cas parallèlement à des génératrices du tube T. Ces parties actives sont donc rectilignes, comme l'illustre en particulier la figure 4. Comme dans le cas du capteur 22a, les enroulements émetteurs 26 du capteur 22b sont connectés électriquement et bobinés dans un sens tel que les champs magnétiques primaires qu'ils engendrent lorsqu'ils sont excités sont orientés en sens inverse dans la région de l'enroulement récepteur 28. Cette caractéristique, illustrée par les lignes de champ L1 et L2 sur la figure 5, permet d'obtenir un signal de sortie de l'enroulement récepteur 28 directement représentatif de la présence d'un défaut, sans nécessiter de traitement ultérieur. Du fait de son orientation, le capteur 22b est sensible à des défauts orientés circonférentiellement dans le tube T. L'ensemble formé par les capteurs 22a et 22b permet donc de détecter tous les types de défauts présents dans le tube T, sur une profondeur sensiblement plus élevée que les capteurs existants et sans qu'il soit nécessaire de procéder à un traitement quelconque destiné à éliminer une composante continue des signaux délivrés par les capteurs, puisque cette composante n'existe pas. REVENDICATIONS 1. Capteur à courants de Foucault, comprenant deux enroulements émetteurs (26) et au moins un enroulement récepteur (28) disposés de façon symétrique par rapport à un plan de référence (P1,P2) prévu pour être orienté selon une direction sensiblement normale à une surface d'une pièce à contrôler, les enroulements émetteurs (26) étant disposés de part et d'autre du plan de référence (P1, P2) et comprenant chacun un plan médian sensiblement parallèle au plan de référence et au moins une partie active qui présente une forme sensiblement complémentaire de celle de la surface, et l'enroulement récepteur (28) étant orienté perpendiculairement au plan de référence (P1,P2) et placé entre les parties actives (26a) des enroulements émetteurs, et comprenant un plan médian qui forme avec le plan de référence un angle d'environ 90" ; caractérisé par le fait que les deux enroulements émetteurs (26) sont connectés et bobinés de façon telle qu'ils induisent des champs magnétiques opposés dans une zone spatiale contenant ltenroulement récepteur (28), de telle sorte que ce dernier n'est parcouru par aucun courant électrique lorsque la région de la pièce à contrôler située en face du capteur est dépourvue de défaut. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque enroulement émetteur (26) comprend une seule partie active correspondant à une fraction de circonférence de cet enroulement, le capteur comportant un seul enroulement récepteur (28) placé entre ces parties actives. 3. Outillage (10) de contrôle non destructif d'un tube (T), susceptible d'être déplacé à l'intérieur de ce dernier et comprenant un corps central rotatif (20) présentant un axe longitudinal et deux anneaux de centrage (16,18) supportant le corps dans le tube de façon que l'axe du corps soit sensiblement confondu avec celui du tube, caractérisé par le fait que le corps central rotatif (20) supporte au moins un capteur (22a,22b) à courants de Foucault selon l'une quelconque des revendications précédentes. 4. Outillage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le corps central rotatif (20) supporte un premier capteur (22a) dont le plan de référence (P1) est perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps et un deuxième capteur (22b) dont le plan de référence (P2) contient l'axe longitudinal du corps. 5. Outillage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le premier et le deuxième capteurs (22a,22b) sont montés sur le corps central rotatif (20) en des emplacements diamétralement opposés par rapport à l'axe longitudinal du corps.