Riz. 1. Méthode d'inspection de la fabrication des soudures en acier inoxydable : Assemblage matriciel double 2D en mode TRL.

Les codes, normes et méthodes ont évolué pour permettre l'utilisation du contrôle par ultrasons multiéléments (PAUT) au lieu du contrôle radiographique (RT) pour le contrôle des soudures austénitiques. Largement utilisé pour la première fois dans les centrales nucléaires il y a près de 15 ans, l'utilisation de capteurs à double matrice (2D) s'est étendue à l'industrie pétrolière et gazière ainsi qu'à d'autres secteurs industriels exigeant une inspection rapide, fiable et sûre des soudures austénitiques à forte atténuation.
Les derniers appareils portables à réseau phasé sont équipés d'un puissant logiciel intégré qui vous permet de configurer, de déployer et d'interpréter rapidement et efficacement des balayages matriciels 2D sans avoir à importer de fichiers de loi de mise au point créés avec des calculateurs externes ou des systèmes de contrôle à distance utilisant un logiciel avancé pour PC.
Aujourd'hui, les technologies d'inspection basées sur des capteurs matriciels 2D offrent des performances supérieures pour la détection des défauts circonférentiels et axiaux dans les soudures en acier inoxydable et en métaux dissemblables. La configuration standardisée à double matrice 2D permet de couvrir efficacement le volume d'inspection des soudures en acier inoxydable et de détecter les défauts plans et massifs.
Les procédures d'inspection par ultrasons font généralement appel à deux matrices bidimensionnelles placées sur des composants interchangeables en forme de coin dont les contours correspondent au diamètre extérieur du composant à examiner. On utilise des basses fréquences : 1,5 MHz pour les soudures de métaux dissemblables et autres matériaux réduisant l'atténuation, et de 2 à 3,5 MHz pour les substrats et soudures uniformes en acier inoxydable forgé.
La configuration double T/R (émission/réception) offre les avantages suivants : absence de « zone morte » près de la surface, élimination des « échos fantômes » causés par les réflexions internes dans le prisme, et, en définitive, une meilleure sensibilité et un meilleur rapport signal/bruit (facteur de bruit) grâce à la convolution des faisceaux T et R.
Examinons la méthode PA UT pour le contrôle de la fabrication des soudures en acier inoxydable austénitique.
Lors du contrôle de production, au lieu d'un contrôle par radiographie (RT), il convient de contrôler le volume de la soudure et l'épaisseur totale de la zone affectée thermiquement. Dans la plupart des cas, le passe-fil est en place. Pour les soudures sur acier au carbone, il est recommandé d'utiliser des ondes de cisaillement pour soniquer le volume contrôlé de part et d'autre, la dernière demi-onde servant généralement à obtenir des réflexions spéculaires sur les défauts du chanfrein.
À basses fréquences, une méthode similaire d'ondes de cisaillement peut être utilisée pour contrôler le chanfrein proximal des soudures en acier inoxydable, mais elle n'est pas fiable pour les soudures à travers des matériaux austénitiques. De plus, pour les soudures dites CRA, un revêtement en alliage résistant à la corrosion est présent sur le diamètre intérieur du tube en acier au carbone, et la dernière moitié du fil conducteur de la traverse est inutilisable.
Examinons quelques méthodes de détection d'échantillons utilisant un instrument UT portable et un logiciel, comme illustré à la figure 1.
Deux transducteurs matriciels 2D produisent des faisceaux réfractés d'ondes P de 30 à 85 degrés, permettant une couverture volumique complète. Pour des épaisseurs de paroi de 15 à 50 mm, des fréquences de 1,5 à 2,25 MHz sont recommandées, en fonction de l'atténuation du substrat.
En optimisant l'angle du coin et la configuration des éléments de la sonde, il est possible de générer efficacement une large gamme de balayages d'angles de réfraction sans lobes secondaires (Fig. 2). L'encombrement du nœud en forme de coin dans le plan d'incidence est minimisé, ce qui permet de positionner le point de sortie du faisceau au plus près de la soudure.
Les performances d'un réseau double standard 10 x 3 de 2,25 MHz en mode TRL ont été évaluées sur une plaque soudée en acier inoxydable 304 de 25 mm d'épaisseur. Les échantillons présentaient une pente typique en V et un état de surface « brut de soudure », ainsi que des défauts de soudure réels et bien documentés, parallèles à la soudure.
Rice. 3. Données combinées de réseau phasé pour un réseau double standard 2,25 MHz 10 x 3 (TRL) sur une plaque soudée en acier inoxydable 304.
La figure 3 présente les images des données PAR combinées pour tous les angles de réfraction (de 30° à 85° LW) sur toute la longueur de la soudure. L'acquisition des données a été réalisée à faible gain afin d'éviter la saturation des défauts hautement réfléchissants. La résolution de 16 bits permet des réglages de gain progressifs adaptés aux différents types de défauts. L'interprétation des données peut être facilitée par un positionnement correct de l'obturateur de projection.
La figure 4 présente l'image d'un défaut unique créé à partir du même ensemble de données fusionnées. Vérifiez le résultat :
Si vous ne souhaitez pas retirer le bouchon avant l'inspection, une autre méthode d'inspection peut être utilisée pour détecter les fissures axiales (transversales) dans les soudures de tuyaux : une sonde matricielle unique peut être utilisée en mode écho pulsé pour « incliner » le bouchon de soudure. Faisceau sonore provenant du dessous : comme le faisceau sonore se propage principalement dans le substrat, les ondes de cisaillement peuvent détecter de manière fiable les défauts du côté proche de la soudure.
Idéalement, les soudures doivent être inspectées selon quatre directions de faisceau (figure 5) et nécessitent l'utilisation de deux prismes symétriques, l'un dans le sens horaire et l'autre dans le sens antihoraire. En fonction de la fréquence et de la taille des éléments du réseau, l'assemblage des prismes peut être optimisé pour obtenir des angles de réfraction de 40° à 65° par rapport à l'axe de balayage. Plus de 50 rayons convergent vers chaque cellule de recherche. Un instrument d'imagerie à photoacoustique (US PA) sophistiqué, doté d'un calculateur intégré, permet de définir aisément des ensembles de lois de focalisation avec différents angles d'inclinaison, comme illustré à la figure 6.
Généralement, une séquence de contrôles en deux lignes est utilisée pour couvrir intégralement la zone à inspecter. Les positions axiales des deux lignes de balayage sont déterminées en fonction de l'épaisseur du tube et de la largeur de la pointe de soudure. La première ligne de balayage longe au plus près le bord de la soudure, révélant les défauts situés à la racine, tandis que la seconde complète la couverture de la ZAT (zone affectée thermiquement). La surface de base du nœud de palpage est optimisée afin que le point de sortie du faisceau soit le plus proche possible du pied de la soudure, sans réflexions internes importantes dans le coin.
Cette méthode d'inspection s'est avérée très efficace pour détecter les défauts axiaux mal orientés. La figure 7 présente une image obtenue par balayage électronique d'une fissure axiale dans une soudure en acier inoxydable : des défauts ont été observés à différents angles d'inclinaison, avec un rapport signal/bruit élevé.
Figure 7 : Données combinées de réseau phasé pour les fissures axiales dans le soudage de l'acier inoxydable (divers angles et inclinaisons SW) : projection conventionnelle (à gauche) et projection polaire (à droite).
Les avantages du contrôle par ultrasons multiéléments (PA UT) avancé, en tant qu'alternative à la radiographie, sont de plus en plus reconnus dans les secteurs du pétrole et du gaz, de la production d'énergie, de la fabrication et autres industries qui dépendent d'une inspection fiable des soudures austénitiques. De même, les instruments PA UT entièrement intégrés, les logiciels performants et les sondes matricielles 2D contribuent à rendre ces inspections plus rentables et plus efficaces.
Guy Maes est le directeur des ventes de Zetec pour l'Utah. Il possède plus de 25 ans d'expérience dans le développement et la mise en œuvre de méthodes d'échographie avancées, l'évaluation des compétences et le développement de logiciels. Pour plus d'informations, veuillez composer le (425) 974-2700 ou consulter le site www.zetec.com.
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