Face aux pressions du marché qui contraignent les fabricants de tubes à accroître leur productivité tout en respectant des normes de qualité strictes, le choix de la méthode d'inspection et du système de support les plus performants est plus crucial que jamais. Si de nombreux producteurs de tubes s'appuient sur l'inspection finale, beaucoup d'autres ont recours à des tests en amont du processus de fabrication afin de détecter précocement les défauts de matériaux ou de procédés. Cette approche permet non seulement de réduire les rebuts, mais aussi les coûts liés à la gestion des matériaux défectueux. Elle se traduit ainsi par une rentabilité accrue. C'est pourquoi l'intégration d'un système de contrôle non destructif (CND) dans une usine représente un investissement judicieux.
De nombreux facteurs — type de matériau, diamètre, épaisseur de paroi, vitesse du processus et méthode de soudage ou de formage du tube — déterminent le test le plus approprié. Ces facteurs influencent également le choix des caractéristiques de la méthode d'inspection utilisée.
Le contrôle par courants de Foucault (ET) est utilisé dans de nombreuses applications de tuyauterie. Ce test, relativement peu coûteux, peut être utilisé pour les tuyaux à paroi mince, généralement jusqu'à 0,250 pouce d'épaisseur. Il convient aux matériaux magnétiques et non magnétiques.
Les capteurs ou bobines de test se répartissent en deux catégories principales : les bobines enveloppantes et les bobines tangentielles. Les bobines enveloppantes inspectent toute la section transversale du tube, tandis que les bobines tangentielles n’inspectent que la zone soudée.
Les bobines de test enveloppantes détectent les défauts sur toute la bande entrante, et non seulement dans la zone de soudure. Elles sont généralement plus efficaces pour les diamètres inférieurs à 50 mm (2 pouces). Elles tolèrent également la dérive du patin. Un inconvénient majeur réside dans le fait que le passage de la bande entrante dans le laminoir nécessite des étapes supplémentaires et une attention particulière pour son passage dans la bobine de test. De plus, si la bobine de test est ajustée avec précision au diamètre, une soudure défectueuse peut provoquer l'ouverture du tube et endommager la bobine.
Les bobines tangentes examinent une petite portion de la circonférence du tube. Pour les tubes de grand diamètre, l'utilisation de bobines tangentes plutôt que de bobines enveloppantes offre généralement un meilleur rapport signal/bruit (mesure de l'intensité du signal de test par rapport au bruit de fond). Les bobines tangentes ne nécessitent pas de filetage et sont plus faciles à étalonner hors atelier. Leur principal inconvénient est qu'elles ne contrôlent que la zone de soudure. Elles conviennent aux tubes de grand diamètre et peuvent être utilisées pour les petits diamètres si la position de la soudure est bien maîtrisée.
Les deux types de bobines permettent de détecter les discontinuités intermittentes. Le contrôle des défauts, également appelé contrôle des vides ou des écarts, compare en continu la soudure à une partie adjacente du métal de base et est sensible aux petites variations causées par les discontinuités. Idéal pour détecter les défauts de courte durée tels que les piqûres ou les sauts de soudure, c'est la méthode principale utilisée dans la plupart des applications de laminage.
Le second test, la méthode absolue, a révélé des défauts importants. Cette forme la plus simple d'ET exige que l'opérateur équilibre électroniquement le système sur des matériaux de bonne qualité. Outre la détection des variations générales et continues, elle permet également de déceler les variations d'épaisseur de paroi.
L'utilisation de ces deux méthodes ET ne présente pas nécessairement de difficultés particulières. Si l'instrument est équipé, elles peuvent être utilisées simultanément avec une seule bobine de test.
Enfin, l'emplacement physique du testeur est crucial. Des caractéristiques telles que la température ambiante et les vibrations de la machine (transmises au tube) peuvent influencer son positionnement. Placer la bobine de test près du boîtier de soudure permet à l'opérateur d'obtenir des informations immédiates sur le processus de soudure. Toutefois, des capteurs résistants à la température ou un refroidissement supplémentaire peuvent s'avérer nécessaires. Placer la bobine de test près de l'extrémité de la machine permet de détecter les défauts introduits par le processus de calibrage ou de mise en forme ; cependant, le risque de faux positifs est plus élevé car cet emplacement rapproche le capteur du système de coupe, où il est plus susceptible de détecter les vibrations lors du sciage ou du cisaillement.
Le contrôle par ultrasons (UT) utilise des impulsions d'énergie électrique converties en énergie sonore à haute fréquence. Ces ondes sonores sont transmises au matériau à contrôler par des fluides tels que l'eau ou le liquide de refroidissement. Le son étant directionnel, l'orientation du capteur détermine si le système recherche des défauts ou mesure l'épaisseur de paroi. Un ensemble de transducteurs permet de délimiter la zone de soudure. La méthode UT n'est pas limitée par l'épaisseur de paroi du tube.
Pour utiliser le procédé UT comme outil de mesure, l'opérateur doit orienter le transducteur perpendiculairement au tube. Les ondes sonores pénètrent dans le tube par le diamètre extérieur, se réfléchissent sur le diamètre intérieur et reviennent au transducteur. Le système mesure le temps de propagation (le temps nécessaire à une onde sonore pour parcourir la distance entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur) et le convertit en une mesure d'épaisseur. Selon les conditions de production, ce dispositif permet de mesurer l'épaisseur de paroi avec une précision de ± 0,025 mm (0,001 pouce).
Pour détecter les défauts de matériau, l'opérateur positionne le transducteur en biais. Les ondes sonores pénètrent par la paroi extérieure, se propagent jusqu'à la paroi intérieure, sont réfléchies vers la paroi extérieure et se propagent ainsi le long de celle-ci. La discontinuité de soudure provoque la réflexion de l'onde sonore ; celle-ci emprunte le même chemin pour revenir au capteur, qui la reconvertit en énergie électrique et crée un affichage visuel indiquant l'emplacement du défaut. Le signal traverse également le port de détection de défaut, qui déclenche soit une alarme pour avertir l'opérateur, soit un système de peinture qui marque l'emplacement du défaut.
Les systèmes UT peuvent utiliser un seul transducteur (ou plusieurs transducteurs monocristallins) ou des transducteurs à réseau phasé.
Les appareils à ultrasons traditionnels utilisent un ou plusieurs transducteurs à cristal unique. Le nombre de capteurs dépend de la longueur de défaut attendue, de la vitesse de la ligne et d'autres exigences de test.
Les ultrasons multiéléments utilisent plusieurs transducteurs intégrés. Le système de contrôle gère électroniquement les ondes sonores sans repositionner les transducteurs pour balayer la zone de soudure. Le système peut effectuer diverses opérations, telles que la détection de défauts, la mesure de l'épaisseur de paroi et le suivi du nettoyage de la zone de soudure. Ces modes d'inspection et de mesure peuvent être exécutés quasiment simultanément. De plus, la technologie multiéléments tolère une certaine dérive de soudage, car le réseau couvre une zone plus étendue que les capteurs fixes traditionnels.
Une troisième méthode CND, la détection de fuites magnétiques (MFL), est utilisée pour inspecter les tuyaux de grand diamètre, à parois épaisses et de qualité magnétique. Elle est idéale pour les applications pétrolières et gazières.
Les générateurs de flux magnétique (MFL) utilisent un champ magnétique continu intense qui traverse un tube ou sa paroi. L'intensité du champ magnétique atteint presque la saturation, c'est-à-dire le point où toute augmentation de la force magnétisante n'entraîne plus d'augmentation significative de la densité de flux magnétique. Lorsque les lignes de champ magnétique rencontrent un défaut dans le matériau, la distorsion du flux magnétique qui en résulte peut provoquer son émanation ou la formation de bulles à la surface.
Une simple sonde à enroulement magnétique, placée dans un champ magnétique, permet de détecter ces bulles. Comme pour toute application d'induction magnétique, le système requiert un mouvement relatif entre le matériau testé et la sonde. Ce mouvement est obtenu en faisant tourner l'ensemble aimant-sonde autour de la circonférence du tube ou du tuyau. Pour accélérer le traitement, ce dispositif utilise des sondes supplémentaires (toujours un seul réseau) ou plusieurs réseaux.
L'unité MFL rotative peut détecter les défauts longitudinaux ou transversaux. Les différences résident dans l'orientation des structures magnétisantes et la conception de la sonde. Dans les deux cas, le filtre de signal gère la détection des défauts et la distinction entre les emplacements intérieurs et extérieurs.
La technique MFL est similaire à la technique ET et les deux sont complémentaires. La technique ET convient aux produits dont l'épaisseur de paroi est inférieure à 0,250 pouce, tandis que la technique MFL est utilisée pour les produits dont l'épaisseur de paroi est supérieure à cette valeur.
L'un des avantages du contrôle par fluorescence (MFL) par rapport au contrôle par ultrasons (UT) est sa capacité à détecter les défauts imparfaits. Par exemple, le MFL peut facilement détecter les défauts hélicoïdaux. Les défauts orientés obliquement peuvent être détectés par UT, mais nécessitent des réglages spécifiques pour l'angle attendu.
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