Brevet FR2840991A1 — publié le 20031219

traitement optique secondaire (16) et audit capteur de luminance (24). La presente invention concerne un procede pour le controle non destructif, par ultrasons, de materieux et, plus particulierement, de joints soudes reunissant, bout a bout, deux pieces metalliques du genre plaques ou soles. Ce procede permet le controle, en fabrication et en service, de structures et d'equipements a joints soudes, par exemple obtenus par fusion locale, et pouvant etre le siege de defauts plans du genre fissure, ou de defauts volumiques. A titre d'exemples non limitatifs, le procede selon ['invention peut se rapporter au controle des joints soudes des parois d'equipements ou de composants fonctionnant sous pression, appartenant a des unites chimiques ou petrochimiques, des centrales nucleaires ou analogues, des structures de machines volantes, des elements ou pieces de machines tournantes, ou des canalisations, en des situations qui peuvent necessiter des controles et notamment des examens repetes, comme des examens avant et apres traitement thermique, ou avant et apres reparation, des suivis en exploitation de materieux ou d'assemblages, des suivis d'evolution de defauts dans des equipements sous pression (tels que fissures evolutives en service), des controles industrials de fabrication, etc Une technique particuliere cite "TOFD" (Time-Of-Flight Diffraction), applicable au controle par ultrasons, a ete developpee par Mr SILK des 1973, et se trouve decrite, par exemple, dans BRITISH STANDARD - BS 7706: 1993, ou dans l'ouvrage de J.P. CHARLESWORTH et J.A.G. TEMPLE "Engineering Applications of Ultrasonic Time-of-Flight Diffraction" (19892001). Toutefois, aucun auteur ntindique, a ce jour, des moyens permettant d'assurer la detection, par une echographic simple, de defauts aleatoires situes dans un volume de joints soudes compris entre 5 mm et mm d'epaisseur. Ainsi, les principales difficultes qui se presentent actuellement, et qui restent en attente de solutions industrielles, vent les suivantes: 1. Lors d'un examen par ultrasons selon la technique "TOFD", dans le cas par exemple d'un couple de traducteurs ultrasoniques en contact avec une surface non plane du composant a examiner, il est generalement necessaire de changer de traducteur pour l'examen complet d'un joint reliant des parois d'epaisseurs comprises entre mm et 100 mm. Des fissures reelles ne vent pas toujours decelees avec les procedures classiques, mentionnant des gammes de traducteurs ou d' angl es de refraction trop fl oues. 2. Lors de l'examen par ultrasons selon cette technique "TOFD", il est aussi necessaire de changer de couple de traducteurs, pour S utiliser des ecarts de points d'emergence differents, et des angles de refraction adaptes aux differentes epaisseurs, comme par exemple pour la recherche de defauts pouvant etre situes a proximite de la surface de soudage ou, au contraire, au voisinage de la paroi opposee a la surface de soudage. 3. Lors de l'examen par ultrasons selon ladite technique "TOFD", pour la recherche de defauts du type fissure, il n'existe pas de critere de notation pouvant assurer a 100% la detection de fissures debouchantes, ou de defauts internee susceptibles de deboucher sur la surface interne ou externe, et dont la correlation avec un examen radiographique ait montre de meilleures performances que la technique a ultrasons. Compte tenu de ces trots limitations actuellement encore rencontrees, la presente invention propose un procede de controle perfectionne, qui permet, avec uniquement un couple de traducteurs, specialement adaptes, de couvrir la gamme d'epaisseurs comprise entre 5 mm et au moins 60 mm, en permettant une auscultation d'un joint soude d'une telle epaisseur en un seul passage, dans le sens longitudinal ou circonferentiel. L'i nventi on vi se aussi la possi bil ite d' auscu lter une zone d' epaisseu r ou de volume plus important, avec une multiplication raisonnable du nombre de traducteurs. Cette invention a aussi pour but de fournir un materiel simple et autonome, adapte pour la mise en ceuvre du procede de controle concerne. A cet effet, le procede de controle par ultrasons de joints soudes selon ['invention, utilisant la technique "TOFD", consiste essentiellement a deplacer dans le sens longitudinal ou circonferentiel, le long du joint soude a controler, au moins un couple de traducteurs, I'un emetteur et l'autre recepteur d'ondes ultrasonores, lesdits traducteurs utilisant de preference des ceramiques ou cristaux piezoelectriques rectangulaires. De preference, le procede utilise des traducteurs ultrasonores de ce genre a large bande de frequence, en particulier superieure a 60% de la frequence centrale, et ayant des impulsions tres courses, c'est-a-dire des frequences elevees, comprises notamment entre 1 et 20 MHz, et de preference entre 6 et 18 MHz. Le procede selon ['invention comprend encore, avantageusement, I'adaptation de l'ecartement entre les deux traducteurs ultrasonores, I'un emetteur et l'autre recepteur, et/ou le decalage lateral de ce couple de traducteurs par rapport au centre du joint soude a controler, pour couvrir de facon optimale, avec ce seul couple de traducteurs, un volume correspondent a l'epaisseur d u joint a controler, et in cl ua nt eventuel l ement des zones adjacentes a ce joint. En particulier, le reglage d'ecartement entre les deux l0 points d'emergence est adaptable ici pour que ltecho de reflexion de la paroi opposee controlee soit a son amplitude voisine du maximum. II est clair qu'avec des padres de traducteurs plus nombreuses, le procede permet aussi, en un seol passage, I'auscultation d'epaisseurs plus importantes, pouvant atteindre 300 mm. On notera que la procedure de traitement prend ici en compte non seulement les informations contenues dans les signaux habituels, allant de ltonde l ateral e a lt echo de fond, ma is aussi les informations generees par les ondes secondaires, comme les transformations de mode. Ceci est precisement rendu possible par l'utilisation revendiquee de traducteurs a large bande (superieure a 60 % de la freq u ence central e), et ayant des frequences el evees, de preference comprises entre 6 et 18 MHz. Le procede objet de ['invention permet ainsi, de fa,con rapide (en un senl balayage), la detection de tout type de defaut sur l'integralite d'un joint soude, la hauteur des fissures etant mesurable avec une precision de +0,25 mm. Pour parvenir a une telle precision, le procede comprend encore avantageusement une phase d'etalonnage du ou des couples de traducteurs ultrasonores, a partir d'une entaille electroerodee de profondeur determinee, situee sur une face d'un bloc d'etalonnage, une telle entaille artificielle simulant une fissure. Cette entaille peut notamment avoir une epaisseur comprise entre 0,5 mm et l'epaisseur totale du bloc d'etalonnage; elle est menagee sur la face de ce bloc opposee a sa surface de soudage. Le materiel selon ['invention, pour la mise en ceuvre de ce procede, comprend essentiellement au moins un couple de traducteurs, I'un emetteur et I'autre recepteur d'ondes ultrasonores, lesdits traducteurs utilisant de preference des ceramiques ou cristaux piezoelectriques rectangulaires, et les deux traducteurs etant relies mecaniquement par un support commun les maintenant a un ecartement voulu, et se trouvant aussi raccordes a une arrivee de liquide, en particulier d'eau, pour le couplage acoustique de ces traducteurs avec ['element a controler, le ou les couples de traducteurs etant encore relies a des moyens de traitement des mesures. Selon une forme de realisation preferee de ce materiel, le support commun des deux traducteurs, I'un emetteur et l'autre recepteur des ondes ultrasonores, comprend une tringlerie agencee pour permettre un reglage de ltecartement entre ces deux traducteurs ultrasonores. Avantageusement, la tringlerie de support des deux traducteurs ultrasonores comprend encore un montage pivotant de cheque traducteur, avec moyens de blocage dans une position angulaire choisie, ce qui permet l'ajustement du contact des traducteurs sur une surface de planeite imparfaite, ou ['adaptation de leur inclinaison en fonction du rayon de courbure de I'element a controler, si celui-ci presente une surface courbe, par exemple cylindrique. Pour optimiser le balayage du joint soude a controler, le support commun des deux traducteurs ultrasonores peut, en outre, posseder un montage permettant un decalage lateral du couple de traducteurs, par rapport au centre du joint soude a controler. Quant aux moyens de traitement des mesures, ceux-ci peuvent etre realises selon des techniques connues dans le domaine des appareils de mesure et de controle a ultrasons. En particulier, les mesures effectuees peuvent faire ltobjet d'une memorisation et d'un stockage, pour etre traitees ulterieurement par un logiciel ou par des calculs specifiques, visant a former et visualiser des images cites "A-SCAN" et/ou "B-SCAN", et a extraire de ces images les anomalies ou autres signes discriminatoires de defauts des joints soudes controles, afin d'aboutir a une interpretation visuelle en temps reel ou en temps differe, par analyse du signal en mode automatique. Une bibliotheque d/images-types peut aider ici les operateurs a prendre des decisions sur les complements d'examen a realiser, et/ou a effectuer un diagnostic sur la nature des defauts mis en evidence. Un logiciel specifique peut aussi fournir ici des moyens complementaires pour statuer sur un type de defaut decele, en particulier sur le caractere volumique ou non du defaut analyse. Une methode 3 d'analyse du type "cascade", preconisee par les normes, peut aussi etre utilisee ici. De toute fa,con, I'invention sera mieux comprise a ['aide de la description qui suit, en reference au dessin schematique annexe representant, a titre d'exemple non limitatif, une forme d' execution de ce materiel pour le controle par ultrasons de joints soudes, et illustrant le procede mis en oeuvre par ce materiel: Figure 1 est un schema de principe tres simplifie de ['invention; Figure 2 est un schema synoptique du materiel objet de ['invention; Figure 3 est une vue de face de la partie "acquisition" de ce materiel; Figure 4 est une vue en plan par dessus, correspondent a la figure 3; Figure 5 est une vue similaire a la figure 3, illustrant le decalage lateral des traducteurs; Figure 6 est une autre vue similaire a la figure 3, illustrant I'adaptation audit materiel a un element a controler possedant un rayon de courbure. Comme l'illustre la figure 1, I'invention concerne le controle d'un joint soude 1, qui reunit bout a bout deux pieces metalliques 2 et 3 du genre plaques en particulier avec bords chanfreines, I'ensemble possedant une certaine epaisseur e (par exemple comprise entre 5 mm et 100 mm). Le materiel objet de ['invention, destine a controler le joint soude 1 et les zones adjacentes, notamment pour detecter d'eventuels defauts du genre fissure, est amene et deplace sur une face de ['ensemble constitue par le joint soude 1 et les deux pieces 2 et 3. Ce materiel comprend, en tent que partie "acquisition" designee globalement sur le repere numerique 4, essentiellement deux traducteurs 5 et 6, I'un emetteur et l'autre recepteur d'ondes ultrasonores, relibs entre eux par une tringlerie 7 qui les maintient a un ecartement E. Les deux traducteurs 5 et 6 vent places respectivement au- dessus des bords des deux pieces 2 et 3, de part et d'autre du joint soude 1, la tringlerie 7 chevauchant ce joint 1 en s'etendant transversalement a celui-ci. Ces traducteurs 5 et 6 vent utilises en effectuant un balayage, selon les fleches F1 et F2, parallelement a la direction longitudinale du joint soude 1, un seul balayage suffisant ici pour ausculter la totalite de ce joint soude 1. De preference, comme l'indique la double fleche F3, il est aussi prevu de pouvoir modifier l'ecartement E entre les deux traducteurs 5 et 6, et/ou de decaler lateralement ces deux traducteurs 5 et 6, pour adapter le materiel aux particularites de chaque joint soude 1, et augmenter ainsi les possibilites de ce materiel. La figure 2 est un schema synoptique du materiel, montrant a droite sa partie "acquisition" 4, avec les deux traducteurs 5 et 6 relies par la tringlerie 7, et a gauche la partie electronique designee globalement par le repere 8, qui est reliee a la partie "acquisition" 4 et qui assure notamment le traitement et la visualisation des mesures effectuees. La partie electronique 8 comprend un emetteur ultrasonore 9, relic en 10 au traducteur 5 emetteur d'ondes ultrasonores. Cette partie electronique 8 comprend aussi un recepteur ultrasonore 11, relic en 12 au traducteur 6 recepteur d'ondes ultrasonores. Des moyens de visualisation 13 et 14, respectivement pour images cites "A-SCAN" et "B-SCAN", vent prevus sur la partie electronique 8. La partie "acquisition" 4 comprend encore un systeme autonome d'alimentation en eau sous pression, schematise en 15, raccorde par des tubes (detailles ci-apres) aux deux traducteurs 5 et 6. Les figures 3 et suivantes representent, plus en detail, la structure de la partie "acquisition" 4. La tringlerie 7 se compose de deux tiges rectilignes paralleles 16 et 17, tenues par un support central commun 18. Sur ces tiges 16 et 17 vent montes coulissants, de part et d'autre du support central 18, deux axes transversaux 19 et 20. Le premier axe transversal l9 sert de support au traducteur 5, et le second axe transversal 20 sert de support a l'autre traducteur 6, la disposition etant symetrique. Cheque traducteur 5 ou 6 est ainsi monte mobile en translation le long des tiges 16 et 17 de la tringlerie 7, ce qui permet de regler l'ecartement E entre les deux traducteurs 5 et 6. De plus, I'inclinaison de ces deux traducteurs et 6 est reglable, par pivotement autour des axes respectifs 19 et 20. Des vis de blocage respectives 21 et 22 vent prevues pour l'immobilisation des deux traducteurs 5 et 6 dans les positions angulaires choisies. Dans le detail, cheque traducteur 5 ou 6 comprend: run corps 23 traverse par l'axe 19 ou 20, et pourvu d'un trou taraude recevant la vis de blocage 21 ou 22; - un bloc 24 insere dans le corps 23, et reunissant un element piezoelectrique et son amortisseur; -sur la face superieure du corps 23, un connecteur 25 pour ltelement piezoelectrique 24 (pour le raccordement de la liaison ou 12); - sur la face inferieure du corps 23, un point d'emergence 26 du faisceau ultrasonore; - un raccord d'arrivee d'eau 27 relic, par un canal 28 interne au corps 23, a une sortie d'eau 29 situee sur la face inferieure audit corps 23. Le systeme d'alimentation en eau sous pression 15 comporte un tube commun 30 aboutissant a un "Y" de repartition 31, d'ou partent deux tubes soup le s 32 et 33 q u i abouti ssent respective m ent aux deux trad ucteurs 5 et 6, plus particulierement au raccord d'arrivee d'eau 27 de cheque traducteur. Ainsi est realise, au moyen d'une lame d'eau7 le couplage acoustique entre cheque traducteur 5 ou 6 et ['element a controler sur loquel est applique ce traducteur. Les elements piezoelectriques 24 des deux traducteurs 5 et 6 vent des ceramiques piezoelectriques rectangulaires, par exemple de 6 x 4 mm, fonctionnant en ondes longitudinales avec faisceau acoustique pouvant aller de a 80 , de preference de 50 a 70 , les frequences de fonctionnement pouvant etre comprises entre 1 et 20 MHz, de preference entre 6 et 18 MHz. En utilisation, comme l'illustre la figue 3, I'ecartement E des deux traducteurs 5 et 6, plus particulierement de leurs points d'emergence 26 respectifs, est ajuste en fonction de la largeur et de l'epaisseur du joint soude 1. On a indique en I le trajet ultrasonore de ltonde laterale, et en II le trajet de I'echo de fond, le volume "insonifie" ayant ete grise. Si une fissure 34 est presente dans ce volume, ltextremite de la fissure 34 se comporte comme une source secondaire d'ondes spheriques (ondes diffractees) On a encore indique en III le trajet ultrasonore de ['echo de diffraction, au sommet de la fissure 34. L'analyse du signal recu par le traducteur 6 recepteur, au cours du balayage du joint soude 1, permet de deceler une telle fissure 34, et d'en mesurer la hauteur. En reception, un preamplificateur a pile de 24 dB peut etre utilise pour ameliorer le rapport "signal sur bruit". La representation des signaux recus peut etre notamment affichee en 14, en mode "B-SCAN redresse", c'est-a-dire avec un affichage du temps en fonction de ['amplitude du signal. Comme l'illustre la figure 5, un decalage lateral D de ltensemble des deux traducteurs 5 et 6, d'un cotb ou de l'autre du centre du joint soude 1, peut faciliter la recherche de defauts en bordure de ce joint soude 1. Enfin, comme illustre par la figure 6, le reglage de l'inclinaison des deux traducteurs 5 et 6 permet d'adapter le materiel a un element a controler qui possede un rayon de courbure plus ou moins grand. Bien entendu, I'invention ne se limite pas a la seule forme d'execution de ce materiel pour le controle de joints soudes qui a ete decrite ci- dessus, a titre d'exemple, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes 1 0 de realisation et d'application respectant le me me principe, quels que soient notamment les details constructifs de ce materiel, par exemple au niveau de la structure de sa tringlerie, ou de la forme des traducteurs, qui peut etre autre que rectangulaire, ou encore de la dimension de ces traducteurs. REVENDICATIONS 1 - Procede de contrGie par ultrasons de joints soudes, plus particulierement de joints soudes (1) reunissant, bout a bout, deux pieces metalliques du genre plaques ou tales (2, 3), en utilisant la technique "TOFD", caracterise en ce qutil consiste a deplacer dans le sens longitudinal ou circonferentiel, le long du joint soude (1) a controler, au moins un couple de traducteurs (5, 6), I'un emetteur et l'autre recepteur d'ondes ultrasonores, lesdits traducteurs (5, 6) utilisant de preference des ceramiques ou cristaux piezoelectriques rectangulaires (24). 2 - Procede de contrdie de joints soudes selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il utilise des traducteurs ultrasonores (5, 6) a large bande de frequence, en particulier superieure a 60 % de la frequence centrale, ayant des impulsions tres courses, ctest-a-dire des frequences elevees, comprises notamment entre 1 et 20 MHz, et de preference entre 6 et 18 MHz. 3 - Procede de contrble de joints soudes selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce qu'il comprend 1'adaptation de 1'ecartement (E) entre les deux traducteurs ultrasonores (5, 6), I'un emetteur et l'autre recepteur. 4- Procede de contrGle de joints soudes selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en ce qu'il comprend le decalage lateral (D) du couple de traducteurs ultrasonores (5, 6), par rapport au centre du joint soude (1). - Procede de contr61e de joints soudes selon 1'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce qu'il comprend une phase d'etalonnage du ou des couples de traducteurs ultrasonores (5, 6), a partir d'une entaille electroerodee de profondeur determinee, simulant une fissure. 6- Procede de contrBle de joints soudes selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce qu'il est applique au contrGie de joints soudes (1) d'une epaisseur (e) comprise entre 5 mm et au moins 60 mm, des parois d'equipements ou de composants fonctionnant sous pression, appartenant a des unites chimiques ou petrochimiques, des centrales nucleaires ou analogues, des structures de machines volantes, des elements ou pieces de machines tournantes, ou des canalisations. 7 - Materiel pour la mise en ceuvre du procede de contrdle de joints soudes selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caracterise en ce qu'il comprend au moins un couple de traducteurs (5, 6), I'un emetteur et l'autre recepteur d'ondes ultrasonores, lesdits traducteurs (5, 6) utilisant de preference des ceramiques ou cristaux piezoelectriques rectangulaires (24), et les deux traducteurs (5, 6) etant relies mecaniquement par un support commun (7) les maintenant a un ecartement voulu (E), et se trouvant aussi raccordes a une arrivee (15, 30 a 33) de liquide, en particulier d'eau, pour le couplage acoustique de ces traducteurs (5, 6) avec ['element a controler (1, 2, 3), le ou les couples de traducteurs (5, 6) etant encore relies a des moyens de traitement (8) des mesures. 8 - Materiel pour le controle de joints soudes selon la revendication 7, caracterise en ce que le support commun (7) des deux traducteurs (5, 6), I'un emetteur et l'autre recepteur des ondes ultrasonores, comprend une tringlerie (16, 17) agencee pour permettre un reglage de l'ecartement (E) entre ces deux traducteurs ultrasonores (5, 6). 9 - Materiel pour le controle de joints soudes selon la revendication 8, caractbrise en ce que la tringlerie (7; l 6, 17) de support des deux traducteurs ultrasonores (5, 6) comprend encore un montage pivotant (axes 19, ) de cheque traducteur (5, 6), avec moyens de blocage (21, 22) dans une position angulaire choisie. 10 -Materiel pour le controle de joints soudes selon l'une quelconque des revendications 7 a 9, caracterise en ce que le support commun (7) des deux traducteurs ultrasonores (5, 6) possede un montage permettant un decalage lateral (D) du couple de traducteurs (5, 6) par rapport au centre du