Sonde multiélément flexible pour l’inspection de pièces de forme complexe

Contexte

La cartographie haute résolution par ultrasons de l’épaisseur de pièces complexes ayant des formes changeantes, comme les coudes, est une opération ardue. Pour aborder ce type d’applications difficiles, Olympus a développé sa première sonde à ultrasons multiéléments flexible capable de s’adapter aux formes complexes. Cette innovation crée de nouvelles possibilités d’inspection pour un grand nombre d’applications.

Problème

Pour cartographier l’épaisseur d’un composant, les sondes à ultrasons conventionnels doivent être placées perpendiculairement à la surface à tous les points d’acquisition des données. Ce processus est lent et l’inspecteur risque de manquer les piqûres de corrosion situées entre les points d’acquisition. L’utilisation de la technique d’ultrasons multiéléments permet d’effectuer des balayages haute résolution rapides sur de grandes surfaces. Toutefois, les sondes à ultrasons multiéléments linéaires standard sont rigides, donc mal adaptées aux changements de forme des composants. Olympus a mis au point une solution à ce problème : une nouvelle sonde à ultrasons multiéléments flexible conçue pour la cartographie haute résolution de l’épaisseur de pièces de formes complexes. Parmi les applications potentielles pouvant convenir à ces sondes, citons l’inspection de coudes, de raccords à angle, de buses ou de n’importe quelle autre pièce de forme variable.

Solutions

La nouvelle sonde à ultrasons multiéléments flexible est conçue et fabriquée de manière à offrir flexibilité et intégrité mécanique, en plus d’offrir des propriétés acoustiques améliorées. La sonde est faite du composite flexible SC 1-3 qui apporte flexibilité, impédance acoustique et évolutivité.

Voici les paramètres de la sonde :

Figure 1 : Différentes vues de la sonde à ultrasons multiéléments flexible Olympus.

L’intégrité mécanique de la sonde a été testée en la pliant 500 fois sur un rayon de 5 centimètres à une cadence de 10 cycles par minute. Tous les éléments de la sonde ont continué à fonctionner parfaitement et aucun dommage n’a été observé.

Les propriétés acoustiques de la sonde ont aussi été testées. La sonde flexible générait des faisceaux acoustiques comme n’importe quelle autre sonde multiélément standard avec les mêmes paramètres. La sonde flexible a montré une déflexion des faisceaux de ±30 ondes longitudinales sans lobes de réseau.

La bande passante de l’impulsion ultrasonore est d’environ 65 % avec une fréquence centrale de 5,0 MHz. Pour la cartographie de l’épaisseur ou de la corrosion, il s’agit ici d’un compromis acceptable compte tenu des avantages apportés par la flexibilité de la sonde.

Quand la sonde est en contact direct avec une pièce métallique, la zone morte est normalement de 5 mm. Quand une ligne à retard en Aqualène est utilisée, il est possible de réduire la zone morte à 2 ou 3 mm.

Résultat

La sonde à ultrasons multiéléments flexible connectée à l’OmniScan MX2 a été testée sur deux tuyaux coudés qui montraient des signes de corrosion interne. Des lois focales à 4 éléments étaient utilisées et un balayage linéaire d’ondes longitudinales à 0° sur toute la longueur de la sonde était créé. La résolution du balayage était de 1 mm × 1 mm.

La sonde était montée sur une ligne à retard flexible en Aqualène pour améliorer le contact avec la pièce et diminuer la zone morte. Une couche de gel polymère était étendue sur l’arrière de la sonde pour distribuer la pression exercée par l’opérateur de manière égale (Figure 2). Un codeur était attaché à cet assemblage. (Il faut souligner que l’assemblage de porte-sonde est à l’essai et qu’il n’est pas encore offert sur le marché.)

Figure 2 : Porte-sonde à l’essai utilisé pour l’inspection.

Coude no 1

Le coude no 1 avait un diamètre extérieur de 170 mm, une épaisseur de paroi de 17 mm et montrait des signes de corrosion interne (Figure 3). La sonde a balayé le tuyau sur l’axe montré dans la Figure 3.

La surface a été couverte avec une résolution de 1 mm × 1 mm. De petites piqûres de corrosion interne sont clairement visibles sur les B-scans et C-scans (Figure 3). Le logiciel affiche la position des piqûres et permet de mesurer rapidement leur taille et leur profondeur.

Figure 3 : À gauche : B-scans et C-scans des piqûres de corrosion. À droite : Coude d’un diamètre extérieur de 170 mm.

Coude no 2

Le coude no 2 avait un diamètre extérieur de 220 mm et une épaisseur de paroi de 7 mm (Figure 4). La dégradation de ce composant est causée par la corrosion accélérée par l’écoulement (CAE).

Le C-scan montre clairement la région de la CAE comme une zone grandissante qui se corrode progressivement (Figure 4). Les parties en rouge signalent les endroits ayant une faible épaisseur résiduelle de paroi, alors que les parties en bleu signalent les endroits ayant une épaisseur de paroi nominale (Figure 4). Il est facile de mesurer la taille de la zone corrodée et l’épaisseur résiduelle de la paroi.

Figure 4 : À gauche : B-scans et C-scans affichant la CAE sur le coude no 2. À droite : Coude d’un diamètre extérieur de 220 mm.

Ces tests démontrent que cette sonde est suffisamment flexible pour s’adapter à la forme des coudes et qu’elle cartographie correctement l’épaisseur des pièces de forme complexe.

Note importante

S’il est vrai que la sonde à ultrasons multiéléments flexible est utile pour l’inspection de pièces de forme complexe, elle ne doit pas être considérée comme un outil très robuste. Vous devez soigneusement appliquer une pression constante sur la sonde pour obtenir des signaux de bonne qualité. La surface de la sonde doit aussi être protégée pendant le balayage. Si vous frottez la sonde directement sur une surface rugueuse, elle se détériorera. Quand elle est utilisée en contact direct avec des pièces métalliques, vous devez protéger la surface de la sonde avec du ruban Téflon. Nous recommandons l’utilisation d’une ligne à retard flexible. Actuellement, il n’existe sur le marché aucun porte-sonde pour cette sonde.

Malgré ces limitations, la sonde à ultrasons multiéléments flexible est quand même très utile quand elle est utilisée avec soin.

Conclusion

La sonde à ultrasons multiéléments flexible démontre sa capacité d’inspecter les pièces de forme complexe, comme les coudes. Elle peut balayer des composants complexes de forme variable et effectuer une cartographie haute résolution de l’épaisseur.

La sonde flexible produit des balayages linéaires et sectoriels tout comme une sonde à ultrasons multiéléments standard.

Note : La sonde à ultrasons multiéléments flexible est conçue pour certaines applications précises. Dans sa conception actuelle, elle n’est pas adaptée à toutes les applications et à toutes les utilisations. Pour en savoir plus, veuillez communiquer avec nous à l’adresse SCE.PM@olympus-ossa.com.