L’inspection par ultrasons à haute température

Bien que la recherche de défauts et la mesure d’épaisseur par ultrasons soient la plupart du temps effectuées à des températures ambiantes normales, il existe de nombreuses situations où le matériau à inspecter est très chaud.

C’est souvent le cas dans les industries de la transformation, où on doit inspecter des réservoirs ou des tuyaux métalliques chauds sans les mettre hors service pour les refroidir. C’est aussi le cas dans les situations de fabrication où on doit inspecter des matériaux chauds immédiatement après leur production, comme des tuyaux en plastique extrudés ou du plastique moulé thermiquement, ou lorsqu’il faut contrôler des lingots de métal ou des pièces moulées avant qu’ils n’aient complètement refroidi.

Les sondes à ultrasons conventionnels résistent à des températures aussi élevées que 50 °C (122 °F). À plus haute température, elles finissent par subir des dommages permanents causés par un décollement interne par expansion thermique. Si l’inspection vise des matériaux d’une température supérieure à 50 °C (122 °F), il faut employer des sondes destinées à ce type d’inspection et aussi utiliser des techniques d’inspection particulières.

La présente note d’application contient un aide-mémoire facilitant le choix de sondes et de couplants destinés à l’inspection à haute température, ainsi que d’importants aspects à prendre en compte lors de leur utilisation. Elle traite de l’inspection par ultrasons conventionnels à des températures s’élevant jusqu’à environ 500 °C (932 °F). Pour les applications de recherche impliquant des températures encore plus élevées, on utilise des techniques par ondes guidées très spécialisées. Ces techniques n’entrent pas dans le cadre de cette note d’application.
 

Sondes pour hautes températures

Il y a des sondes pour hautes températures dans deux catégories : les sondes à émission-réception séparées et les sondes à lignes à retard. Dans les deux cas, le matériau des lignes à retard (placées à l’intérieur pour les sondes à émission-réception séparées) sert d’isolant thermique entre l’élément actif de la sonde et la surface chaude de la pièce inspectée. Pour des raisons de conception, il n’y a pas de sondes de contact ou d’immersion pour hautes températures dans la gamme de produits standard.

Les sondes à lignes à retard et à émission-réception séparées pour l’inspection à haute température sont offertes pour les applications de recherche de défaut et de mesure d’épaisseur. Comme pour toute inspection par ultrasons, le choix de la meilleure sonde à utiliser pour une application précise dépend des exigences spécifiques de l’inspection : matériau, gamme d’épaisseurs, température ; pour la recherche de défauts, il faut aussi prendre en compte le type et la taille des défauts recherchés.

1. Sondes pour la mesure d’épaisseur à haute température

L’application la plus courante de la mesure d’épaisseur à haute température est le contrôle de la corrosion, qui nécessite de mesurer l’épaisseur résiduelle de la paroi métallique de tuyaux et de réservoirs chauds à l’aide de mesureurs de corrosion comme le 39DL PLUS™ et le 45MG. La plupart des sondes conçues pour les mesureurs de corrosion d’Evident conviennent aux inspections à haute température. Couramment utilisées, les sondes de la série D790 résistent à des températures aussi élevées que 500 °C (932 °F). Pour voir la liste complète des sondes à émissions-réception séparées pouvant être utilisées pour la mesure de la corrosion (avec leurs spécifications de température), cliquez sur le lien suivant : sondes à émission-réceptions séparées pour la mesure de la corrosion.

Pour les applications de mesures de précision effectuées à l’aide du mesureur 39DL PLUS ou du mesureur 45MG avec option logicielle pour sonde monoélément, par exemple la mesure de l’épaisseur de plastiques chauds, toutes les sondes à lignes à retard Microscan™ standard de la série M200 (y compris les sondes de mesureurs par défaut M202, M206, M207 et M208) peuvent être équipées de lignes à retard spécialement conçues pour les températures élevées. Les lignes à retard DLHT-1, -2 et -3 peuvent être utilisées sur des surfaces d’une température maximale de 260 °C (500 °F). Les lignes à retard DLHT-101, -201 et -301 peuvent être utilisées sur des surfaces d’une température maximale de 175 °C (347 °F). Ces lignes à retard sont énumérées dans la liste des lignes à retard offertes en option.

Pour les applications difficiles nécessitant l’utilisation de sondes à basse fréquence permettant une bonne pénétration, il est aussi possible d’utiliser les sondes amovibles Vidéoscan™ et les lignes à retard pour hautes températures avec les mesureurs 39DL PLUS et 45MG équipés de l’option logicielle de haute pénétration. Des configurations de sondes personnalisées seront requises. Les lignes à retard standard pour cette gamme de sondes peuvent être utilisées sur des surfaces d’une température maximale de 480 °C (896 °F). Pour accéder à la liste complète de sondes et de lignes à retard, cliquez sur le lien suivant : sondes à lignes à retard amovibles.

2. Sondes pour la recherche de défauts à haute température

Les applications de recherche de défauts à haute température, tout comme les applications de mesure d’épaisseur à haute température, utilisent généralement des sondes à émission-réception séparées ou à lignes à retard. Toutes nos sondes destinées à la recherche de défauts offrent la capacité d’inspection à haute température. Les sondes à émission-réception séparées de type « fingertip », à boîtier affleurant ou à étendue de mesures élargie qui ont une fréquence maximale de 5 MHz peuvent être utilisées jusqu’à une température approximative de 425 °C (797 ° F) ; les sondes de ces types ayant une fréquence supérieure (7,5 et 10 MHz) peuvent être utilisées jusqu’à une température approximative de 175 °C (347 °F). Pour accéder à la liste complète des sondes de cette catégorie, cliquez sur le lien suivant : sondes à émission-réception séparées pour la recherche de défauts.

Toutes les sondes à ligne à retard amovible Videoscan peuvent être utilisées avec des lignes à retard pour hautes températures appropriées lors d’applications de recherche de défauts. Les lignes à retard disponibles pour cette gamme de sondes peuvent être utilisées sur des surfaces d’une température maximale de 480 °C (896 °F). Pour accéder à la liste complète de sondes et de lignes à retard appropriées pour différentes températures maximales, cliquez sur le lien suivant : sondes à ligne à retard amovible.

Pour les applications où il faut inspecter des matériaux minces, il est souvent préférable d’utiliser les sondes à lignes à retard de la série V200 (généralement la V202, la V206, la V207 ou la V208). Les sondes de cette série peuvent être équipées de lignes à retard pour hautes températures. Les lignes à retard DLHT-1, -2 et -3 peuvent être utilisées sur des surfaces d’une température maximale de 260 °C (500 °F). Les lignes à retard DLHT-101, -201 et -301 peuvent être utilisées sur des surfaces d’une température maximale de 175 °C (347 °F). Ces sondes et lignes à retard figurent dans la liste de sondes à lignes à retard.

Nous offrons aussi des sabots pour hautes températures spéciaux à utiliser avec des sondes à faisceau angulaire : la série ABWHT pour des températures maximales de 260 °C (500 °F) et la série ABWVHT pour des températures maximales de 480 °C (896 °F). Pour obtenir des informations plus détaillées sur les tailles disponibles, contactez le représentant commercial Evident de votre région.
 

Couplants pour les inspections par ultrasons à haute température

La plupart des couplants utilisés pour l’inspection par ultrasons, comme le propylèneglycol, la glycérine et les gels, s’évaporent rapidement s’ils sont utilisés sur des surfaces dont la température dépasse 100 °C (212 °F). Par conséquent, il faut utiliser des couplants spéciaux lors d’inspections à haute température. Ces couplants doivent rester liquides ou en pâte sans s’évaporer par ébullition, brûler ou produire des fumées toxiques. Il est important de connaître la plage de températures dans laquelle ils peuvent être utilisés et de respecter ces spécifications. Si un couplant de ce type est utilisé à des températures pour lesquelles il n’est pas conçu, cela peut diminuer sa performance acoustique et entraîner des risques pour la sécurité.

À des températures très élevées, même les couplants spécialisés pour ces applications doivent être utilisés rapidement puisqu’ils ont tendance à sécher ou à se solidifier, leur empêchant alors de transmettre l’énergie ultrasonore. Vous devez retirer tout résidu de couplant séché de la surface à inspecter et de la sonde avant de prendre la mesure suivante.

Il est aussi à noter que le couplage des sondes lors de l’utilisation d’ondes transversales d’incidence normale est généralement impossible à des températures élevées, car les couplants commerciaux pour ondes transversales se liquéfient et perdent ainsi la très haute viscosité nécessaire à la transmission de ces ondes.

Nous offrons deux types de couplant pour l’inspection à température élevée :

1. Couplant H-2 : plage de températures de -18 à 400 °C (de 0 à 750 °F)

2. Couplant I-2 : plage de températures de -40 à 675 °C (de 40 à 1250 °F)

Soulignons que les couplants pour l’inspection à des températures moyennes et élevées ne doivent pas être utilisés dans des zones non ventilées, car il existe un faible risque d’auto-inflammation des vapeurs. Communiquez avec Evident pour obtenir plus de détails.

Pour accéder à la liste complète de couplants offerts par Evident, ainsi que des notes connexes, veuillez consulter la note application sur les couplants adaptés à l’inspection par ultrasons.
 

Techniques d’inspection pour les applications à haute température

Vous devez toujours tenir compte des aspects suivants quand vous établissez la procédure d’inspection pour une application à haute température :

1. Temps de contact

Toutes les sondes destinées à l’inspection à haute température sont conçues pour un certain temps de contact. Même si la ligne à retard isole l’intérieur de la sonde, un contact prolongé avec des surfaces très chaudes causera une accumulation considérable de chaleur pouvant entraîner des dommages irréversibles à la sonde si la température intérieure devient trop élevée.

Pour la plupart des sondes à émission-réception séparées et à ligne à retard, le temps de contact recommandé pour l’inspection de surfaces d’une température variant entre 90 et 425 °C (entre 194 et 797 °F) ne doit pas dépasser dix secondes (cinq secondes étant recommandées), suivi d’un temps de refroidissement d’une minute. Soulignons qu’il s’agit ici seulement de lignes directrices. Le rapport entre le temps de contact et la période de refroidissement est encore plus grand dans la limite supérieure de la plage de températures associée à la sonde.

En règle générale, si le boîtier extérieur de la sonde devient trop chaud pour être tenu avec la main, cela veut dire que la température interne atteint une température qui risque de l’endommager. Vous devez alors laisser refroidir la sonde avant de poursuivre l’inspection. Certains utilisateurs effectuent un refroidissement par eau pour accélérer le processus de refroidissement. Toutefois, Evident ne publie aucune directive officielle pour le refroidissement par eau, et c’est l’utilisateur lui-même qui doit déterminer si cette méthode est appropriée.

2. Fonctions de gel d’affichage

Nos mesureurs d’épaisseur et nos appareils de recherche de défauts EPOCH™ sont dotés de fonctions de gel d’affichage qui peuvent servir à figer la forme d’onde et la lecture affichées. Cette fonction est très utile pour les mesures à haute température, car elle permet à l’opérateur de prendre une lecture et d’enlever rapidement la sonde de la surface chaude. Avec les mesureurs, il faut utiliser le mode de rafraîchissement rapide de l’écran pour maintenir le temps de contact au minimum.

3. Technique de couplage

Les exigences en matière de temps de contact et la tendance des couplants à se solidifier ou à s’évaporer par ébullition quand ils sont utilisés à des températures s’approchant de leur limite supérieure obligent l’inspecteur à travailler rapidement. Le meilleur moyen d’y arriver est d’appliquer une goutte de couplant sur la sonde, de déposer celle-ci sur la surface à inspecter, et d’appuyer fermement dessus sans la tourner ou la frotter pour éviter de l’user. Tout résidu de couplant séché doit être enlevé de la sonde entre les différentes mesures.

4. Augmentation du gain

Les mesureurs 39DL PLUS et 45MG sont dotés de fonctions d’augmentation du gain réglables par l’utilisateur, tout comme les appareils de recherche de défauts EPOCH. En raison des niveaux élevés d’atténuation liés aux mesures prises à haute température, il est souvent utile d’augmenter le gain avant de procéder aux mesures.

5. Variation de la vitesse de propagation

La vitesse de propagation des ondes sonores change avec la température, et ce, dans tous les matériaux. En effet, elle diminue au fur et à mesure que la température monte. Par conséquent, il est important de procéder chaque fois à un nouvel étalonnage de la vitesse de propagation pour garantir l’exactitude des mesures sur les matériaux chauds. Dans l’acier, la vitesse change d’environ 1 % par tranche de 55 °C (100 °F) de variation. (La valeur exacte varie selon l’alliage.) Dans les plastiques et les autres polymères, la variation est bien plus grande et peut s’approcher de 50 % par tranche de 55 °C (100 °F) de variation jusqu’au point de fusion. Si vous ne disposez pas de tracé de température/vitesse de propagation, alors vous devez effectuer un étalonnage de la vitesse sur un échantillon du matériau à inspecter à la température réelle d’inspection. La fonction logicielle de compensation de la température du 39DL PLUS peut servir à régler automatiquement la vitesse pour des températures élevées connues selon une constante programmée de température/vitesse de propagation.

6. Réétalonnage du zéro

Lorsque vous effectuez des mesures d’épaisseur avec des sondes à émission-réception séparées, rappelez-vous que la valeur du décalage du zéro de la sonde change au fur et à mesure que la température de la sonde augmente. Ce changement est attribuable à des modifications du temps de transit à travers la ligne à retard. C’est pourquoi il est nécessaire de refaire l’étalonnage du zéro régulièrement pour assurer l’exactitude des mesures. Pour vous aider, nous avons équipé les mesureurs d’épaisseur d’Evident d’une fonction d’étalonnage automatique du zéro. Appuyez simplement sur les touches 2^nd Function > Do Zero (2^e fonction > Compensation du zéro).

7. Atténuation accrue

Dans tous les matériaux, l’atténuation du son augmente avec la température. Cet effet est encore plus prononcé dans le plastique que dans les métaux et les céramiques. Dans les alliages d’acier au carbone à grains fins, l’atténuation à 5 MHz à température ambiante est d’environ 2 dB par 100 mm de parcours sonore, soit un aller-retour de 50 mm dans chaque direction. À 500 °C (932 °F), l’atténuation augmente à environ 15 dB par 100 mm de parcours sonore. Cet effet peut nécessiter l’utilisation d’un gain considérablement accru sur l’appareil lors d’inspections nécessitant de longs parcours sonores à haute température. Il peut également nécessiter un ajustement des courbes de correction de l’amplitude en fonction de la distance (DAC) ou des programmes de variation du gain en fonction du temps (TVG) établis à température ambiante.

Les effets de la température sur l’atténuation dans les polymères dépendent en grande partie des matériaux. Toutefois, ils seront généralement plusieurs fois supérieurs à ceux obtenus avec l’acier. En particulier, les longues lignes à retard chaudes peuvent représenter une source importante de l’atténuation totale lors d’une inspection à haute température.

8. Variation angulaire dans les sabots

Peu importe le sabot utilisé pour une inspection à température élevée, la vitesse de propagation dans le matériau du sabot diminuera au fur et à mesure que la température montera. L’angle de réfraction dans les métaux augmentera donc en même temps. Si cette caractéristique a des incidences sur l’inspection, vous devez vérifier l’angle de réfraction à la température réelle de fonctionnement. En pratique, les variations de température pendant l’inspection compliquent souvent la détermination précise de l’angle de réfraction réel.