Comprendre l'examen par ultrasons dans l'industrie électrique

Les tests non destructifs (CND) font référence à l'inspection des matériaux pour garantir leur intégrité et leur facilité d'entretien sans endommager les composants au cours du processus. Il existe diverses méthodes CND utilisées par les inspecteurs, mais l'une des techniques les plus fréquemment utilisées dans le secteur de l'énergie est le contrôle par ultrasons.

Les tests par ultrasons (UT) utilisent le même principe que le sonar naval. Lorsque le sonar, terme issu de l'acronyme de « lecture de navigation sonore », traverse l'eau et heurte un objet, une partie du son est réfléchie par le sous-marin et fournit une mesure de distance jusqu'à l'objet.

Avant la Seconde Guerre mondiale, le sonar a incité les premiers inspecteurs en échographie à explorer les moyens d'appliquer le concept à d'autres applications. Dès 1929, ils ont mené des études sur l’utilisation des ondes ultrasonores pour détecter des objets métalliques. Dans les années 1940, les inspecteurs ont développé des techniques ultrasoniques utilisant des sondes analogiques à écho d’impulsion et à élément unique.

Avec la technique analogique, le son est introduit dans un composant à l'aide d'un transducteur ultrasonique à élément unique (sonde) qui convertit piézoélectriquement les impulsions électriques du détecteur UT en ondes sonores mécaniques. Le transducteur se reconvertit en transformant le son en impulsions électriques qui peuvent être affichées sur un tube cathodique. Un liquide ou un gel appelé couplant est utilisé pour transmettre le son dans la pièce. Les types d'ondes sonores les plus couramment utilisés dans les inspections industrielles sont les ondes de faisceau longitudinales (droites) et les ondes de faisceau transversales (angle), avec des fréquences UT comprises entre 1 MHz et 10 MHz.

Poutre droite. Lorsque les inspecteurs utilisent des ondes à faisceau droit (Figure 1), des ondes longitudinales sont envoyées à travers la pièce. En raison de la distance, si le son frappe un réflecteur interne, le son est renvoyé au transducteur plus rapidement que le son revenant de la paroi arrière de la pièce.

1. Technique de faisceau droit analogique. Avec l'aimable autorisation : Société américaine pour les tests non destructifs (ASNT)

Faisceau d'angle. L'inspection par faisceau angulaire utilise le même type de transducteur mais monté sur un coin incliné pour transmettre le faisceau sonore dans la pièce selon un angle connu. Une combinaison de transducteur à faisceau angulaire et de coin se déplace d'avant en arrière vers une soudure, par exemple, de sorte que le faisceau sonore la traverse. Comme pour le faisceau droit, les réflecteurs alignés approximativement perpendiculairement au faisceau sonore renverront le son au transducteur. Celui-ci est ensuite affiché sur l'écran du détecteur UT.

L’industrie des tests non destructifs (CND) en plein essor a observé la tendance émergente vers de plus en plus de technologies numériques.

Réseau multiéléments. Les tests par ultrasons multiéléments (PAUT, Figure 2), une technique numérique courante, utilisent un transducteur avec plusieurs éléments qui peuvent être activés individuellement, permettant aux inspecteurs de diriger le faisceau sonore. Les données résultantes forment une image visuelle à travers la pièce inspectée.

2. Comparaison des techniques de test par ultrasons (UT) et de test par ultrasons multiéléments (PAUT). Avec l'aimable autorisation de l'ASNT

Avec PAUT, le faisceau peut cartographier les composants sous des angles appropriés. Ce processus simplifie les inspections avec une géométrie complexe. Le faible encombrement du transducteur et sa capacité à balayer le faisceau sans déplacer la sonde facilitent l'inspection des composants auxquels l'accès est limité. Ce type de balayage sectoriel est typique pour les inspections de soudures. La possibilité de tester des soudures sous plusieurs angles à l'aide d'une seule sonde augmente la probabilité de détection de défauts.

La focalisation électronique permet d'optimiser la forme et la taille du faisceau à l'emplacement attendu du défaut. La mise au point améliore également le rapport signal/bruit dans les matériaux à gros grains. Les images C-scan peuvent alors être produites très rapidement. Bien que la technique soit plus efficace que l'UT classique, les systèmes multiéléments sont des équipements coûteux et nécessitent une formation et des compétences supplémentaires de la part du personnel de l'UT.

Capture matricielle complète (FMC). FMC est une stratégie d'acquisition de données qui permet de capturer toutes les combinaisons d'émission-réception possibles pour un transducteur PAUT. Les systèmes PAUT utilisent des sondes comportant plusieurs éléments (généralement de 16 à 128) qui sont excités par un ordinateur de manière contrôlée en utilisant une loi de retard spécifique. Après réception, la contribution de chaque élément est additionnée pour produire un scan.