Brevet FR2902191A1 — publié le 20071214

-1- La présente invention concerne un dispositif de contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétique ou présentant une anisotropie magnétique : cristalline, de structure métallurgique, de forme ou de 5 tension. En effet, il arrive notamment que lors d'opération de soudage de matériaux en acier inoxydable, des erreurs surviennent dans le type du métal d'apport utilisé. Cette problématique se pose en particulier sur certains chantiers lors du soudage de tuyauteries, bacs de stockage, appareils à pression, canalisation cryogénique .... En effet, la première passe de soudage est 10 parfois réalisée en acier au carbone au lieu de l'être en acier inoxydable, ce qui peut conduire à de sévères dégradations lors de l'utilisation des installations. Il est donc vital pour l'exploitant de disposer d'un outil fiable et rapide permettant en cas de suspicion de mal façon, d'effectuer un tri rapide et fiable des soudures réalisées. Ce problème peut survenir aussi bien en fabrication qu'en maintenance ou lors d'une réparation. 15 Différentes solutions ont été investiguées pour effectuer ce type de tri comme par exemple l'emploi de simples aimants permanents, de courants de Foucaut pulsés ou non. Celles-ci ne permettent toutefois pas d'obtenir de valeur numérique directement représentative de la présence de l'anomalie et de sa position dans l'épaisseur du cordon de soudure. Elles peuvent être influencés par le taux aléatoire de ferrite présent dans la soudure et ne délivrent 20 pas un résultat instantané. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif complet comportant un procédé de calibration et d'inspection permettant d'effectuer instantanément un diagnostic de conformité par rapport à des valeurs de référence déterminées sur des cales d'étalonnage et/ou des échantillons représentatifs des soudures à inspecter. Elle 25 exploite la mesure de variation de flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à inspecter. La présente invention est caractérisée en ce qu'elle comporte : un moyen de génération du champ magnétique apte à aimanter le corps magnétique à détecter, 30 - un moyen de mesurer le champ magnétique constitué d'une ou plusieurs sondes et d'un dispositif électronique de mesures, - un procédé de calibration de l'ensemble sonde/mesureur de champ et dispositifs électroniques associés, ainsi qu'un procédé d'inspection de pièces suspectes, permettant une comparaison des valeurs de champ mesurés par rapport à des valeurs 35 de référence aboutissant à un diagnostic de conformité. Selon les modes particuliers de réalisation : -2- - les moyens de génération du champ magnétique peuvent être constitués d'un ou plusieurs aimants de forte puissance préférentiellement de type fer-terres rares ( néodyme-fer-bore) superposés ou non avec ou sans dispositif de canalisation des lignes de champ. Ces moyens sont adaptés à l'épaisseur du matériau à contrôler afin d'optimiser leur force magnétique, les moyens de mesure du champ magnétique peuvent être constitués d'un ou plusieurs capteurs de mesures (à effet hall, magnétorésistance ... les moyens de comparaison des valeurs mesurées entre les positions, orientations ou directions de sondes et entre les cales d'étalonnage ou soudures de référence et la soudure à inspecter sont effectuées soit manuellement soit automatiquement par opérations algébriques et/ou logiques à l'aide d'un microprocesseur qui peut être directement intégré au mesureur de champ. On décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue schématique d'un schéma bloc montrant l'association d'une ou plusieurs sondes(1,2), d'un codeur de déplacement (3) solidaire de la ou des sondes ainsi que les éléments électroniques (5 à 11) pouvant être mis en oeuvre dans une forme d'exécution complète suivant l'invention, les figure 2 à 4 sont des vues schématiques d'exemple de sonde suivant l'invention. Une sonde peut contenir un ou plusieurs capteurs de mesure pouvant être disposés orthogonalement ou suivant des directions/orientations particulières, - les figures 5 et 6 présentent les principales phases du procédé de calibration et d'inspection suivant l'invention. La sonde suivant l'invention qui est représenté sur la figure 2 est préférentiellement constituée d'un boîtier (1) réalisé en matériau non magnétique dans lequel est placé un ou plusieurs aimants permanents (2) de forte puissance. Cette disposition permet d'obtenir dans un encombrement réduit, la force d'aimantation nécessaire. Dans le cas de forte épaisseur à contrôler, des dispositifs de canalisation des lignes de champ en matériau ferromagnétique peuvent être ajoutés. Au dessus, entre ou au dessous des aimants sont disposés un ou plusieurs capteurs (3) suivant des directions qui peuvent être différentes (un exemple de disposition est donné en figure 3) et permettant de mesurer les valeurs ou les variations de champs magnétiques. Le ou les capteurs sont raccordés par un câble de liaison blindé (4) par l'intermédiaire d'un connecteur (5) au mesureur de champ du dispositif. II est avantageux de décaler les capteurs par rapport au flux magnétique maximum créé par les aimants, ou de les disposer de façon à ménager un entrefer par rapport à la face de l'aimant afin d'éviter la saturation des capteurs et d'augmenter leur sensibilité. -3En fonction de la profondeur à laquelle se trouve l'acier carbone à détecter, on peut optimiser les performances de la sonde en jouant sur : la puissance des aimants, l'emploi ou non de dispositif de canalisation des lignes de champ, - le type et sensibilité des capteurs, le nombre, position, direction et orientation des capteurs, le mode de mesure : absolue ou différentiel Le dispositif suivant l'invention est prévu pour pouvoir effectuer et traiter les mesures suivant le principe du schéma bloc de la figure 1 soit à l'aide d'un ensemble de mémoires et microprocesseur intégrés dans le mesureur de champ soit à l'aide d'un micro-ordinateur relié au mesureur de champ. Les mesures effectuées au niveau du ou des capteurs placés dans une ou plusieurs sondes (1,2) sont effectuées à l'aide d'un mesureur de champ (5) qui peut être doté de plusieurs voies de mesures. Les mesures sont soient directement traitées manuellement à partir d'une lecture visuelle sur l'écran du mesureur de champ, soit traitées automatiquement : - par comparaison de valeurs mesurées entre différents capteurs placés dans la même sonde, - par comparaison réalisées par opérations algébriques et/ou logiques effectuées entre sonde et/ou capteurs, par comparaison avec des valeurs de référence mémorisées (8) dans le dispositif pouvant tenir compte de l'épaisseur réelle (7) de la soudure mesurée par ultrasons. Suivant une version de l'invention, il est possible de déclencher automatiquement une alarme (11) sonore ou visuelle ou de présenter les résultats tel qu'illustré sur le diagramme de la figure 6. Dans ce dernier cas, la ou les sondes de mesures (Figure 2) sont rendues solidaires d'un codeur de déplacement (3), lequel après lecture (6) et mémorisation dans une mémoire tampon (8) autorise le positionnement à posteriori des mesures de champ effectuées dans un référentiel lié à la pièce inspectée. Le procédé de calibration selon l'invention, permet de s'affranchir notablement de la variation du taux de ferrite dans la soudure. Ce procédé est schématisé en figure 5, et consiste à ajuster les réglages du mesureur de champ de telle sorte qu'il affiche la valeur d'un multiple de 10 lorsque la sonde (position A) est placée sur une tôle en acier carbone (1) et 0 lorsque la sonde est placée dans l'air (position B) loin de toute pièce ferromagnétique. Une estimation de la valeur seuil permettant de statuer sur la présence d'une passe en acier carbone est déterminée en plaçant une ou plusieurs cales en acier inoxydable de même nuance que celle du métal de base constituant le composant soudé à inspecter. L'épaisseur cumulée des cales en acier inoxydables est équivalente à l'épaisseur de métal fondu situé au-dessus de la passe en acier carbone. -4- Cette valeur de référence est particulièrement utile dans le cas des soudures réalisées sur acier inoxydable à faible taux de ferrite ( Le procédé d'inspection peut être appliqué en exploitant le champ direct et/ou rémanent avant et/ou après démagnétisation des pièces. En cas de mesures incohérentes, l'exploitation des valeurs de champ rémanent peut être effectuée et dans les cas les plus difficiles, les mesures sont refaites après désaimantation locale avec un moyen approprié des zones à inspecter. -5- Si la sonde utilisée comporte un traducteur ultrasonore, les valeurs mesurées peuvent être comparées automatiquement aux valeurs seuils de référence en fonction de la mesure d'épaisseur effectuée sur la soudure. Selon une variante de l'invention, le traducteur ultrasonore utilisé est à effet magnéto 5 acoustique EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer). En effet il est possible de tirer profit de l'aimantation existante pour générer l'onde ultrasonore. Selon une autre disposition de l'invention, un capteur courant de Foucaut est intégré dans la sonde afin de séparer les paramètres influents. Revendications 1 Dispositif de contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétiques ou présentant une anisotropie magnétique, et en particulier l'existence de passes de soudures en acier au carbone dans une soudure en acier inoxydable, carac térisé en ce qu'il exploite la mesure de variation de flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à inspecter, et en ce qu'il associe : une ou plusieurs sondes (1,2), dotée de capteurs de champ magnétique pouvant être associées à des codeurs de position (3), et des traducteurs ultrasonores (4) , des moyens de mesure de champ magnétique (5) et en option de mesure d'épaisseur par ultrasons (7) et de la position de la sonde (6), des moyens de mémorisation (8) des mesures effectuées (champ, position, épaisseur) et de comparaison (8) arithmétique ou logique de celles-ci, des moyens de diagnostic (10) pouvant être automatique, des moyens d'alarme et de restitution numérique et graphique des résultats (11), un système de calibration - un système d'inspection 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque sonde de mesures est constituée d'un boîtier (1) réalisé en matériau non magnétique dans lequel sont disposés un ou plusieurs aimants permanents (2) de forte puissance et au moins un capteur de champ magnétique (3) raccordés par un câble de liaison blindé (4) par l'intermédiaire d'un connecteur (5) à un mesureur de champ. 3 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque sonde comporte plusieurs capteurs de mesures de champs magnétiques disposés selon des directions, orientations et positions différentes dans l'espace. 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la sonde comporte 2 capteurs magnétiques mesurant la composante normale du champ, les dits capteurs étant positionnés dans le même plan sous le premier aimant et disposés suivant deux directions orthogonales. 5 Dispositif selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que chaque sonde comporte des capteurs magnétiques (3) décalés par rapport au flux magnétique créé par les aimants. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que le ou les capteurs magnétiques (3) sont disposés de façon à ménager un entrefer avec la face d'un des aimants.-7- 7 Dispositif selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce chaque sonde comporte en plus dans le même boîtier un transducteur ultrasonore dont le résultat de mesure est utilisé pour optimiser la valeur de seuil permettant de statuer sur la conformité de la pièce à inspecter. 8 Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le transducteur ultrasonore est à effet magnéto acoustique (EMAT) et en ce qu'il exploite les mêmes aimants permanents que ceux utilisés pour générer le champ magnétique. 9 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'un des capteurs magnétiques est appliqué sur une pièce comportant des propriétés magnétiques choisies, que cette pièce soit logée dans le boîtier de la sonde ou à l'extérieur de ce dernier. 10 Dispositif selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comporte un capteur à courant de Foucaut permettant de séparer l'influence des paramètres perturbateurs. 11 Dispositif selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comporte 2 capteurs magnétiques dont l'un est placé sous le premier aimant côté pièce à examiner et l'autre sur l'aimant le plus éloigné de celle-ci. 12 système de calibration du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les opérations suivantes : a) Une calibration du mesureur de champ consistant à obtenir 100, ou toute autre valeur en puissance ou multiple de 10, lorsque la sonde est appliquée (A) sur un échantillon ferromagnétique (1) et 0 dans l'air (B) ou sur un matériau non magnétique, b) Un tracé d'une courbe d'étalonnage en superposant une ou plusieurs cales (2) d'épaisseur différente en matériau non magnétique ou représentatif du matériau à inspecter sur une cale en acier ferromagnétique et en effectuant successivement des mesures en plaçant la sonde en position C de façon à obtenir une corrélation entre les valeurs de champs mesurés et la profondeur à laquelle se trouve l'acier ferromagnétique, c) Des mesures de références effectuée à l'aide de la sonde suivant différentes directions de contrôle et/ou position sur un échantillon réputé conforme (3) et sur un échantillon réputé non conforme (4) et détermination de valeurs seuils par combinaison d'opération algébriques et/ou logiques entre ces valeurs. La courbe d'étalonnage déterminée suivant b) peut être associée à cette combinaison. Ces mesures de référence peuvent être effectuées en exploitant le champ direct, le champ rémanent, avant ou après démagnétisation.-8- 13 système d'inspection de soudures suspectes à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) vérification de l'efficacité de l'équipement sur les cales d'étalonnage, b) calage du zéro dans l'air loin de toute source de champ magnétique autre que le champ terrestre, c) déplacement continu ou pas à pas de la (les) sondes (1) sur ou à proximité de la soudure (2) à inspecter sur la pièce (3) et mesures des différentes valeurs de champ comme par exemple H; et H; , d) comparaison des mesures de champs directs effectuées simultanément ou successivement suivant des directions différentes dont en particulier 2 directions orthogonales (notamment suivant l'axe du cordon de soudure H; et une direction perpendiculaire H; ), e) repérage ou mémorisation des zones excédant les valeurs de référence déterminées ou calculées lors de la phase de calibration suivant revendication 12 et détermination des longueurs défectueuses soit manuellement, soit à partir d'un enregistrement (4) lorsque la sonde a été utilisée en association avec un codeur de déplacement. 14 système d'inspection selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'on exploite le champ rémanent au lieu du champ direct que les mesures soient effectuées avant ou après démagnétisation locale de la zone à inspecter.