<figure><img src="image_1.png" /></figure>

# Qualification d'un procédé multi technique en alternative au ressuage.

Camille Darnoux¹, Laurine Leriche¹

¹ Omexom NDT Engineering & Services, France;

## Résumé

Cet article aborde le développement d'un procédé automatisé par OMEXOM NDT Engineering & Services en remplacement du ressuage dans le but de contrôler un des principaux composant nucléaire. L'un des défis majeurs du projet a été le développement d'un procédé de contrôle multi-techniques pour réaliser un examen de surface sans ressuage (procédé historique), associé à une mesure de profondeur des indications caractérisées en surface. Le développement de ce procédé multi-techniques innovant, met en œuvre une méthode de contrôle par Courants de Foucault multiéléments afin de réaliser la détection sur l'ensemble de la zone d'examen. L'utilisation de la méthode par examen visuel via une caméra haute résolution vient compléter le contrôle afin de caractériser en surface les indications détectées par le procédé de Courant de Foucault. Pour conclure, un procédé ultrasonore permet de caractériser en profondeur les indications examinées par la méthode visuelle. Les logiciels END, contrôle du porteur et gestion des données ont été développés en interne, en se basant notamment sur notre savoir-faire et notre expérience. En conclusion, les bénéfices de ce procédé sans ressuage sont : un procédé de détection rapide, une caractérisation en surface et en profondeur performante et l'absence d'utilisation de produits polluants.

## 1. Introduction

Le ressuage est une méthode de contrôle non destructif efficace et facile d'emploi pour la détection de défauts de surfaces. Elle est de ce fait très largement utilisée depuis de nombreuses années notamment dans le CND en milieu nucléaire. Cette technique reste néanmoins contraignante. Elle nécessite en effet une mise en œuvre avec de nombreuses étapes tel que décrit ci-dessous :

* Préparation de la surface,

* Application du pénétrant,

* Temps d'attente,

* Nettoyage du surplus de pénétrant,

* Application d'un révélateur,

* Analyse des indications de ressuage après un certain temps d'attente.

Cette technique entraine de plus la gestion de nombreux déchets et effluents polluants (solvant de nettoyage,

produit pénétrant ...).

Il existe donc aujourd'hui un enjeu important pour le remplacement de cette technique par des techniques alternatives innovantes, automatique dans un environnement complexe et tout aussi efficaces.

C'est dans ce cadre qu'OMEXOM NDT E&S a développé, en remplacement d'un procédé historique basé sur le ressuage, un procédé automatisé multi-techniques alliant contrôle par Courant de Foucault multiéléments (ECA), contrôle Télévisuelle (ITV) et complété par contrôle volumique par Ultrasons (UT TOFD) permettant la détection et la caractérisation d'indications de types fissures débouchantes de corrosion avec une ouverture de l'ordre du dixième de micron.

Cet article se décomposera de la manière suivante.

Les performances de détection entre le ressuage et les CF multi-éléments seront d'abord discutées. Le procédé automatisé multi-technique développé par OMEXOM sera ensuite présenté avec un focus sur les techniques END qui le compose. Enfin, une conclusion permettra de reprendre et de synthétiser les éléments clés de cet article.

## 2. Comparaison des performances entre Ressuage et Courants de Foucault

Dans l'optique du remplacement du ressuage par un procédé alliant différentes techniques END, un premier travail de comparaison des performances entre ressuage et Courants de Foucault multi-éléments a été réalisé.

La méthode des courants de Foucault multiéléments aussi appelé ECA (Eddy Current Array) est une méthode employée pour la détection d'indications surfaciques sur des composants conducteurs non ferromagnétiques ou ferromagnétiques. Plusieurs maquettes comportant différents défauts ont été utilisées en mettant en œuvre le procédé de ressuage puis le procédé ECA.

Le mode opératoire de ressuage mise en œuvre lors de cette étude a été le suivant :

1. Dégraissage,

2. Application du pénétrant,

3. Attente pour l'imprégnation,

4. Lavage de l'excès de pénétrant à l'eau,

5. Séchage avec chiffons blanc sec et non pelucheux et à l'air libre,

6. Application du révélateur,
7. La lecture a été réalisée sur un certain laps de temps avec un éclairage de 500lux.

Pour ces essais, un capteur multiéléments conformable a été utilisé, il permet de s'adapter à la surface à contrôler. Le premier essai a été réalisé sur une maquette disposant d'un affouillement où ont été implantées des entailles de différents formats.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1 : Schéma de la maquette avec affouillement</figcaption></figure>

Lors de l'essai avec la méthode de ressillage, les entailles ont été détectées. Il est important de noter que le résultat du ressillage est dépendant du temps entre l'application du révélant et l'analyse de l'indication ayant ressuée. Ainsi, un surdimensionnement a été constaté. Celui-ci évolue avec le temps de pose. Certaines indications de ressillage sont également apparues arrondies pour des entailles initialement rectangulaires.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2 : Résultat du ressillage sur la maquette avec affouillement</figcaption></figure>

Lors des essais avec le capteur ECA, les entailles ont été détectées malgré leurs orientations parfois différentes de 0° à 20°. Le capteur étant conformable, la pente avec affouillement n'a pas détérioré les capacités de détection du capteur. Le dimensionnement des entailles varie entre -2mm et +0.5mm. Une meilleure précision de dimensionnement est donc obtenue avec le capteur ECA. De plus, ce dimensionnement ne varie pas dans le temps.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 3 : Résultat ECA sur la maquette avec affouillement</figcaption></figure>

Le deuxième essai est réalisé sur maquette comprenant deux fissures réelles proches de 4,5mm. Ces fissures dont au moins une d'entre elle est traversante, ont une ouverture comprise entre 40µm et 250µm et une profondeur maximale de 5.5mm.

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 4 : Schéma de la maquette avec fissures réelles</figcaption></figure>

Les essais avec la méthode de ressillage montrent que les deux fissures ressuent très peu malgré leur longueur importante (entre 50mm et 60mm).

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 5 : Résultat du ressillage sur la maquette avec fissures</figcaption></figure>

Les balayages avec le capteur ECA sur la maquette avec fissures démontrent de bonnes performances de détection et ce malgré la faible ouverture des fissures. Le rapport signal sur bruit de l'acquisition est très élevé ce qui permet de mieux détecter les indications avec la méthode ECA. La capacité de résolution du capteur permet également de dissocier les deux indications.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 6 : Résultat ECA sur la maquette avec fissures</figcaption></figure>

Ces résultats démontrent une meilleure capacité de détection du procédé ECA comparé au procédé de ressillage sur des fissures de faibles ouvertures.

Les performances du capteur multiéléments en termes de détection répondent donc aux performances requises pour un remplacement du ressillage. De plus, le procédé ECA permet de s'affranchir des inconvénients de la méthode par ressillage explicités au début du chapitre. OMEXOM NDT E&S a donc proposé de remplacer le procédé de détection
historique en ressuage par un procédé de courants de Foucault multiéléments ajouté aux méthodes de caractérisation par examen télévisuel et ultrasonore.

### 3. Développement du procédé automatisé

Le procédé historique de contrôle évoqué dans cet article permettait une détection des potentiels défauts de types fissures de corrosion grâce à un procédé de ressuage et une caractérisation en profondeur avec un procédé UT TOFD (Time Of Flight Diffraction).

En remplacement du procédé historique, OMEXOM a mis en œuvre un procédé multi-technique permettant :

* Une détection des indications par la méthode de courants de Foucault multiéléments,

* Une discrimination et une caractérisation en surface par examen télévisuel des indications détectées par la méthode ECA,

Afin de mettre en œuvre ces 3 procédés sur l'ensemble de la zone d'examen, un porteur automatisé (robot) a été développé par OMEXOM NDT E&S. Ce porteur a été conçu afin de limiter au maximum la dose de radiation reçue par les opérateurs. Avant le début du contrôle, le porteur muni d'un laser de détection réalise un déplacement sur la zone d'examen afin de détecter les obstacles et de créer un plan de contrôle pour l'acquisition des courants de Foucault multiéléments. Il peut ensuite se déplacer sur la zone d'examen de manière autonome et enchaîner les 3 méthodes les unes à la suite des autres. De plus, le logiciel du porteur permet le suivi d'acquisition des 3 méthodes.

La conception du porteur permet de plaquer de manière uniforme le capteur courants de Foucault multiéléments sur des surfaces rectilignes ou courbes.

Une fois la zone d'examen entièrement balayée par le capteur CF multiéléments, le porteur déplace le système télévisuel sur les indications détectées par la méthode ECA. Ce porteur permet au système télévisuel d'avoir une distance de travail (distance caméra zone à contrôler) fixe mais pouvant s'adapter en fonction du besoin. La vitesse de déplacement uniforme du porteur et ses trajectoires rectilignes sont un réel avantage pour réduire l'incertitude de mesure. La vitesse de déplacement porteur peut tout de même être augmentée aux endroits sans indications et adaptée à chaque méthode en fonction du besoin. Grâce à une mécanique de pointe et une calibration du porteur, le système de positionnement permet d'être très précis et de se repositionner d'une méthode à l'autre.

Une communication croisée entre les différents logiciels et une vérification des zones acquises permettent de garantir le contrôle de toutes les zones d'examen. Le déplacement porteur est automatisé pour les acquisitions en courants de Foucault et en ultrasons et est semi-automatique pour le visuel. Il est en effet nécessaire que l'opérateur suive visuellement l'indication.

### 4. Identification des techniques

#### 4.1. Courants de Foucault

Le capteur à courants de Foucault multiéléments mis en œuvre comporte plusieurs bobines. Ces bobines permettent d'augmenter la surface active du capteur pour contrôler plus rapidement une surface que ne le ferait un capteur mono-élément.

La disposition des bobines dans le capteur permet de détecter des indications dans toutes les orientations. En effet, les bobines actives créent un motif composé de deux bobines réceptrices et de deux bobines émettrices. Ce motif génère deux types de canaux, les canaux axiaux et les canaux transverses. Le canal axial est adapté pour détecter des indications orientées parallèlement au sens de balayage, préférentiellement à 0°± 60°. Les canaux transverses détectent les indications perpendiculaires au sens de balayage, préférentiellement à (-)90°± 30°.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>**Figure 7** : Schématisation d'un canal axial du capteur CF avec en rouge le domaine de détection des indications selon leurs orientations</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 8** : Schématisation d'un canal transverse du capteur CF avec en rouge le domaine de détection des indications selon leurs orientations</figcaption></figure>

La complémentarité de ces deux canaux permet au capteur CF d'être non impacté sur les performances de détection par l'orientation des indications.

Afin de pallier aux irrégularités de surface pouvant générer d'éventuels problèmes de placage, le capteur possède une surface conformable. Les bobines sont implantées sur une surface rembourrée ce qui permet au capteur de s'aplatir localement sur plusieurs millimètres afin de limiter l'effet
du lift-off. Le lift-off est l'éloignement des bobines de la surface à contrôler entrainant une diminution de la réponse CF des indications à détecter.

Différentes morphologies de capteur ont été développées permettant de s'adapter aux spécificités géométriques de la surface à contrôler. Ainsi, une morphologie de capteur permet de contrôler les surfaces plane et une deuxième permet de contrôler les surfaces courbées. La même topologie de bobine est utilisée sur ces deux capteurs. Ainsi ces capteurs disposent des mêmes performances de détection et de dimensionnement.

La détection des indications peut se faire sur :

* Le C-scan. Cette vue permet, avec un code couleur, de symboliser les zones saines (verte) et les perturbations du signal (rouge), ce qui permet à l'analyste d'avoir une vue d'ensemble de l'acquisition et de repérer rapidement l'indication pouvant dépasser le seuil de détection.

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 9 : Exemple de vue C-Scan obtenue sur une indication avec le capteur multiélément</figcaption></figure>

* Le Strip-chart. Cette vue est une projection sur un des axes X ou Y du signal CF. Cette projection peut être utilisée si le signal du défaut recherché a une réponse CF importante selon l'axe X ou Y.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 10 : Exemple de vue Strip-chart obtenues sur une indication avec le capteur multiéléments</figcaption></figure>

* Le Lissajous. Cette vue caractéristique des CF permet également de repérer la signature du signal de l'indication recherchée.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 11 : Exemple de vue Lissajous obtenue sur une indication avec le capteur multiéléments</figcaption></figure>

Cette méthode par courants de Foucault multiéléments permet également de dissocier les indications dans des zones avec beaucoup de bruit de surface en modifiant la méthode de mesure. La figure ci-dessous montre une acquisition réalisée sur une maquette comportant des aspérités de surface. L'image de gauche présente l'acquisition avant gestes d'expertises et à droite l'image montre la même acquisition après gestes d'expertises. Sur l'image de droite les gestes ont permis de dissocier les entailles sur le bruit de fond.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 12 : A gauche acquisition avant gestes d'expertise et à droite acquisition après gestes d'expertise sur une maquette martelée</figcaption></figure>

Une fois l'ensembles des acquisitions réalisées et analysées, la méthode visuelle peut être déployée.

## 4.2. Télévisuel

Dans ce procédé, la méthode télévisuelle à deux fonctions. La première est la discrimination artéfacts/défauts. La seconde est la caractérisation surfacique de ces indications dans le but d'obtenir de façon précise la localisation, la longueur et l'orientation de ces dernières.

Une lentille permettant une mise au point à différente distance de travail a été insérée dans le système télévisuel afin d'avoir la possibilité de faire la mise au point de l'image dans toutes les zones contraignantes. Bien que la position de la caméra soit fixée afin de connaître les performances de mesures, il est possible de faire varier la distance de travail, l'éclairage et l'orientation afin d'adapter les performances du procédé (augmentation de la résolution et variation du champ de vision).

La grande mobilité de cette caméra compacte en fait un atout majeur pour la détermination et l'accessibilité des indications.
L'image ci-dessous met en évidence, sur une maquette de développement, la visualisation d'une entaille entourée en bleu et d'un ama de matière entouré en rouge.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 13 : Image avec en rouge un défaut fissure en bleu un défaut avec surplus de matière</figcaption></figure>

Le réglage de l'éclairage permet de s'adapter à tous type d'état de surface, aussi bien brillante réfléchissante que rugueuse et mat ou encore martelée. Des exemples issus de maquettes de développement de ces différents états de surface sont visible dans les images ci-dessous.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 14 : Défaut type entaille sur une surface abimée</figcaption></figure>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 15 : Défaut type entaille sur une surface mate</figcaption></figure>

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 16 : Défaut de type entaille sur une surface brillante</figcaption></figure>

Ces différentes images montrent l'adaptabilités du système télévisuel.

L'étape de caractérisation est réalisée de façon simultanée à l'acquisition. De cette façon, l'opérateur peut adapter les différents réglages évoqués ci-dessus, ce qui permet de fiabiliser la mesure. La mesure est effectuée par positionnement de curseur sur l'image. De cette façon, un nombre de pixel est obtenu. Une transformation pixel mm et alors effectuée en prenant en compte l'angle de l'indication.

Omexom NDT a développé son propre logiciel qui permet :

* La connexion à la caméra,

* La gestion de la lentille liquide,

* La gestion de l'éclairage,

* L'acquisition des images,

* L'acquisition des vidéos,

* La mesure en direct,

* La relecture des images,

* L'analyse sur des images déjà analysées.

La distance de travail est donnée par la mesure de tension de la lentille liquide. De cette façon, la mesure est juste, quelque soit la distance de travail et l'angle de vue.

## 5. Conclusion

Cet article a présenté un procédé automatisé de contrôle non destructif innovant et multi-techniques en remplacement d'un procédé historique basé sur le ressuage.

Pour démontrer l'efficacité de ce procédé de remplacement du ressuage, une dernière méthode est déployée permettant la caractérisation en profondeur par un procédé Ultrasonore TOFD.

Ce procédé répond aux exigences attendues et est respectueux de l'environnement.

Le tout est implémenté sur un système automatisé permettant une mise en œuvre dans un milieu nucléaire contraignant et irradiant.

## Remerciements

Merci à toute l'équipe END d'Omexom NDT, à MM. Y. Juge, E. Laroche, A. Manus, K. Rossi, J. Fortineau, J. Ponton et L. Charpiot.