WO2007141428A1 - Dispositif et procede de controle non destructif permettant de determiner la presence de materiau magnetique dans des materiaux non magnetique ou presentant une anisotropie magnetique : cristalline, de structure metallurgique, de forme ou de tension - Google Patents
Dispositif et procede de controle non destructif permettant de determiner la presence de materiau magnetique dans des materiaux non magnetique ou presentant une anisotropie magnetique : cristalline, de structure metallurgique, de forme ou de tension Download PDFInfo
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- G01N27/9013—Arrangements for scanning
- G01N27/902—Arrangements for scanning by moving the sensors
Definitions
- the present invention relates to a device and a method of non-destructive testing for determining the presence of magnetic material in non-magnetic materials or having a magnetic anisotropy: crystalline, metallurgical structure, shape or voltage.
- Numerous methods are known for determining the presence of defects and pollution in materials, in particular using a magnetic field variation within the material. These methods are intended to identify structural defects, in particular at the level of homogeneity, the compactness of the material.
- patent FR 2 736 719 there is provided a method of controlling the compactness of a layer of magnetizable material inserted in a set of layers forming a flexible.
- the magnetic material layer of the product is first magnetized and then the magnetic field resulting from this remanent magnetization is measured, the variations in this measurement making it possible to detect any defects in said layer by the inside of the hose.
- such a device is made so that it can be used by the inside of the hose, which is not always possible in case of inspection.
- US 4,727,321 describes a method and a device for magnetic and ultrasonic testing of ferromagnetic objects.
- the device comprises means for generating a magnetic field to cause dispersion flows in case of anomalies, these fluxes being measured by at least one magnetic field sensor and secondly means for generating ultrasonic waves, using the magnetic field by means of an electrodynamic transducer, these ultrasonic waves being reflected by the anomalies structural and measured by said transducer.
- At least two magnets are used with their polar mass at a distance from each other pointed towards the body to be tested, and positioned diametrically opposite each other on the conduit to be tested.
- the magnetic field sensor being arranged in the space between the polar masses, at a location near the body surface where the field components are both perpendicular to the surface and extending in the direction of the surface and parallel to the surface. this one.
- the transducer having a transmitting coil is set up, the transducer comprises a receiving coil which is connected to a first input of logic means for processing the information.
- Such a device is heavy to implement because of its structure and does not allow on-site inspection inspections.
- US 5,145,637, US 2002/0033049 also discloses the use of both ultrasonic and / or eddy current coils for non-destructive inspection of a material for defects.
- the magnetic field for the detection of structural defects is generated by coils as described in GB 160 855 and FR 2 582 813 in which a magnetic field is generated by a coil which propagates in a coil. the piece to be tested and a resulting magnetic field generates a current in the receiver coil, this field varying as a function of the ferromagnetic ferrite content contained in the metal.
- the use of coils implies a relatively heavy structure to implement (power generation, power supply, etc.)
- the structure is relatively bulky and complex to implement. Indeed, these methods are generally bulky and difficult to implement during inspection on site or site. Moreover, these devices only concern the search for defects in compactness (cracks, etc.) and are not intended to verify the metallurgical homogeneity of the materials used.
- US-A-6 320 375 there is provided a method for detecting rare earth metal oxide inclusions in titanium and other non-magnetic or metallic alloy molded products. It is thus proposed to use a magnetic field emanating from a DC magnetic field source in which the molded product is transparent while the defect linked to an inclusion of rare earth metal oxide amplifies the field at the location of the defect. due to the paramagnetic response of the rare earth metal oxide.
- a Hall magnetic field sensor is attached to a permanent magnet such as neodymium-iron-boron type with high energy density. The required sensitivity and resolution as well as the depth of evaluation can be adjusted to data for inclusions at various depths on known material thicknesses.
- a control device is however only envisaged on non-ferrous materials, on the basis of the detection of the paramagnetic response of the rare earth metal oxide and can not be implemented such as, to search for ferromagnetism pollution especially when it must detect this pollution in a medium that can itself be ferromagnetic as is the case in the melted zone of certain grades of stainless steel.
- the present invention overcomes these disadvantages by providing a complete and portable device for inspecting a material having a large thickness. It also relates to a control method for instantly making a conformity diagnosis with respect to reference values determined on calibration wedges and / or representative samples of the welds to be inspected. It exploits the measurement of magnetic flux variation related to the presence of a magnetic anomaly located in the material to be inspected.
- the invention relates to a device for non-destructive testing for determining the presence of magnetic material in non-magnetic or ferromagnetic materials with or without magnetic anisotropy, and in particular the existence of first passes of steel welds.
- said device comprising means for generating a magnetic field capable of magnetizing the magnetic body to be detected and means for measuring the magnetic field for measuring the variation of the magnetic flux related to the presence of a magnetic anomaly localized in the material to be tested, characterized in that it comprises at least one measurement probe arranged to be positioned on or near the material to be inspected, each measuring probe consisting of a housing in which are arranged the means for generating a magnetic field and at least one measurement sensor for each magnetic mp connected to a field meter.
- a device according to the invention comprising at least one such probe makes it possible to obtain, in a small space requirement, the magnetization force necessary to generate the magnetic field as well as the measurement of the variation of the magnetic flux associated with the presence a magnetic anomaly localized in the material to be controlled even when the thickness of the material to control is important.
- the device according to the invention makes it possible to carry out a control of parts even in the case of limited access, it is indeed not necessary to have access on both sides (inside / outside) of the part since one or more probes may be placed on or in the vicinity of the weld bead, even if the part is coated with a non-magnetic insulator such as a coating, a paint, and the like.
- the device according to the invention further comprises means for processing and analyzing the collected measurements.
- the treatments and analyzes of the collected measurements are comparisons of the values measured between the positions, directions or directions of the probes and between the calibration wedges or reference welds and the weld to be inspected, which are carried out either manually or automatically by algebraic operations. and / or logic using an electronic circuit such as a microprocessor that can be directly integrated with the field meter.
- the means for generating the magnetic field may consist of one or more magnets of high power, preferably of the rare-earth iron (neodymium-iron-boron) type, superimposed or not, with or without a device for channeling the field lines. These means are adapted to the thickness of the Siaterial to be controlled in order to optimize their magnetic force.
- the magnetic field measuring means may comprise at least one magnetic field measurement sensor such as those having a hall effect, magnetoresistance.
- each probe comprises a plurality of magnetic field measuring sensors arranged above, between, or below the magnets as magnetic field generation means and also arranged in directions, orientations and different positions in the space relative to each other. said magnetic field generating means.
- the magnetic field measurement sensors are advantageously positioned offset from the magnetic flux created by the magnets.
- Such an arrangement of permanent magnets and sensors for measuring magnetic fields in each probe therefore makes it possible to obtain a probe of limited size and having all the properties necessary for the detection of a variation of the magnetic flux related to the presence of magnetic fields.
- a probe may comprise two magnetic field measuring sensors measuring the normal component of the field, said sensors being positioned in the same plane under the first magnet, on the part to be controlled, and arranged in two orthogonal directions. It may also be provided that each probe comprises two magnetic field measuring sensors, one of which is placed under the first magnet on the part to be controlled and the other on the magnet furthest from said piece.
- the magnetic field measuring sensor or sensors are arranged so as to provide an air gap with the face of one of the magnets.
- Each magnetic field measuring sensor is preferably connected to a field meter by a shielded connecting cable and via a connector.
- the device further comprises means for storing the measurements made and arithmetic comparison and / or logic thereof.
- Each probe may comprise 6 further in the same housing an ultrasonic transducer in which the measurement result is used to optimize the threshold value to decide on the conformity of the part to be inspected.
- the ultrasonic transducer is magneto acoustic (EMAT) and uses the same permanent magnets used to generate the magnetic field.
- the device may further comprise a fugitive current sensor for separating the influence of the disturbing parameters.
- each probe is associated with a displacement encoder.
- each probe is associated with a displacement encoder.
- the invention also relates to a non-destructive testing method for determining the presence of magnetic material in non-magnetic or ferromagnetic materials with or without magnetic anisotropy, such as welds and in particular the existence of first passes of steel welds. carbon in a stainless steel weld using the device according to the invention, characterized in that it comprises the following steps consisting of:
- the probe being able to be applied directly on the part to be checked or by means of an integral end piece of thickness adapted to the part to be checked,
- the remanent field is used instead of the direct field, whether the measurements are made before or after local demagnetization of the area to be inspected.
- the pre-calibration phase consists of the following steps: a) calibrating the field measuring device to obtain 100, or any other power value or multiple of 10, when the probe is applied to a ferromagnetic sample and 0 in the air (B) or on a non-magnetic material with or without insert, b) draw a calibration curve by superimposing one or more shims of different thickness of non-magnetic material or representative of the material to be inspected on a ferromagnetic steel shim and taking measurements successively by placing the probe in position C so as to obtain a correlation between the measured field values and the depth at which the ferromagnetic steel is located; c) to carry out reference measurements carried out at using the probe according to different control directions and / or position on a sample deemed to be in conformity and on a sample the threshold value by combination of algebraic and /
- FIG. 1 is a diagrammatic view of a block diagram showing the combination of one or more probes, a displacement encoder integral with the probe or probes and the electronic elements that can be implemented in a form of FIG. complete execution according to the invention
- FIG. 2 represents a view in longitudinal section of a first example of a probe of a device according to the invention
- FIG. 3 represents a view from below of a second example of a probe of a device according to the invention
- FIG. 4 represents a view from below of a third example of a probe of a device according to the invention.
- Figures 5 and 6 show the main phases of the calibration phase and the control method according to the invention.
- a probe S according to the invention which is shown in Figure 2 is preferably constituted by a housing 1 made of non-magnetic material in which is placed one or more permanent magnets 2 of high power.
- a housing 1 made of non-magnetic material in which is placed one or more permanent magnets 2 of high power.
- two permanent magnets 2, 2 ' have been superimposed.
- devices for channeling c8 ⁇ amp lines of ferromagnetic material can be added.
- a magnetic field measuring sensor 3 is positioned below the permanent magnet 2 so as to be located between the latter and the part to be inspected.
- a second sensor positioned on the other side of the probe above the permanent magnet 2 ', or another sensor between the two magnets 2 and 2'.
- the sensor or sensors 3, 3 ' are connected by a shielded connection cable 4 via a connector 5 to the field meter 7 of the device.
- the performance of the probe can be optimized by acting on: the power of the magnets,
- the measurement mode absolute or differential, for example using two probes,
- the device according to the invention is designed to be able to perform and process the measurements according to the principle of the block diagram of FIG. 1, either using a set of memories and a microprocessor integrated in the field strength meter, or using a microcomputer connected to the field meter.
- the measurements made at the sensor or sensors 3, 3 'placed in one or more probes S are carried out using a field meter 7 which may be provided with several measuring channels.
- the measurements are either directly processed manually from a visual reading on the screen of the field strength meter, or processed automatically: by comparing measured values between different sensors 3, 3 'placed in the same probe,
- the measurement probe or probes S are made integral with a displacement encoder 8, which after reading and storage in a buffer memory allows the posterior positioning of the field measurements made in a reference linked to the inspected part.
- the calibration phase makes it possible to overcome significantly the variation of the ferrite content in the weld.
- This phase is shown schematically in FIG. 5, and consists in adjusting the settings of the field meter so that it displays the value of a multiple of 10 when the probe (position A) is placed on a sheet of carbon steel 10 and 0 when the probe is placed in the air (position B) or on a non-magnetic material far from any magnetic ferromagnetic part with or without insert. In one embodiment of the invention, it is thus possible to obtain different sign values (+/-) between the defective zones and the others.
- An estimate of the threshold value for determining the presence of a carbon steel pass is determined by placing one or more stainless steel shims of the same grade as that of the base metal constituting the welded component to be inspected.
- the cumulative thickness of the stainless steel shims 20 is equivalent to the thickness of molten metal located above the carbon steel pass.
- This reference value is particularly useful in the case of welds made on stainless steel with a low ferrite content.
- the procedure according to the invention requires the determination of reference values in two different orthogonal directions, for example in the direction of the bead (Hi) and perpendicular thereto (H j ). .
- the probe S is then placed on a part or a sample deemed to be sound and representative of the weld to be inspected and the measured values (H 1 and H j ) are memorized for this position.
- the previous operation is repeated on a part or a sample having a carbon steel pass 40 and is memorized also the measured values.
- the main operations of the control method according to the invention illustrated in FIG. 6 are the following: a) checking the efficiency of the equipment on the calibration shims, b) setting the zero in the air far from any source of magnetic field other than the earth field, c) longitudinally and / or transversely, continuously or stepwise displacement of the (the) probes S on or near the weld 50 to be inspected existing on the piece P and measurements of the different field values such as for example Hi and H j , d) comparing field measurements made simultaneously or successively in different directions, in particular two orthogonal directions (in particular along the axis of the weld bead H 1 and a perpendicular direction Hj ), e) identification or storage of zones exceeding the reference values determined or calculated during the calibration phase and determination of defective lengths, ie or from a record E when the probe has been used in association with a displacement encoder 8.
- the control method can be applied by exploiting the direct and / or remanent field before and / or after degaussing the pieces. In the case of inconsistent measurements, the use of residual field values can be performed and in the most difficult cases the measurements are redone after local demagnetization with an appropriate means of the areas to be inspected.
- the measured values can be automatically compared to the reference threshold values as a function of the thickness measurement made on the weld.
- the ultrasonic transducer used is magneto acoustic effect EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer). Indeed it is possible to take advantage of the existing magnetization to generate the ultrasonic wave.
- EMAT Electromagnetic Acoustic Transducer
- a current eddy sensor is integrated in the probe in order to separate influencing parameters.
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif destiné à un contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétiques ou ferromagnétiques avec ou sans anisotropie magnétique, et en particulier l'existence de premières passes de soudures en acier au carbone dans une soudure en acier inoxydable, ledit dispositif comportant des moyens de génération d'un champ magnétique apte à aimanter le corps magnétique à détecter et des moyens de mesure du champ magnétique pour mesurer la variation du flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à contrôler. L'invention consiste en ce qu'il comprend au moins une sonde de mesure (S) agencée pour être positionnée sur ou à proximité du matériau à contrôler, chaque sonde de mesure étant constituée d'un boîtier (1) dans lequel sont disposés les moyens de génération d'un champ magnétique et au moins un capteur de mesure de champ magnétique (3) raccordé à un mesureur de champ. Inspection de soudures sur site.
Description
Dispositif et procédé de contrôle non çijstructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétique ou présentant une anisotropie magnétique : cristalline, de structure métallurgique, de forme ou de tension
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétique ou présentant une anisotropie magnétique : cristalline, de structure métallurgique, de forme ou de tension.
En effet, il arrive notamment que lors d'opération de soudage de matériaux en acier inoxydable, des erreurs surviennent dans le type du métal d'apport utilisé. Cette problématique se pose en particulier sur certains chantiers lors du soudage de tuyauteries, bacs de stockage, appareils à pression, canalisation cryogénique .... En effet, la première passe de soudage est parfois réalisée en acier au carbone au lieu de l'être en acier inoxydable, ce qui peut conduire à de sévères dégradations lors de l'utilisation des installations. Il est donc vital pour l'exploitant de disposer d'un outil fiable et rapide permettant en cas de suspicion de mal façon, d'effectuer un tri rapide et fiable des soudures réalisées. Ce problème peut survenir aussi bien en fabrication qu'en maintenance ou lors d'une réparation.
On connaît de nombreux procédés permettant de déterminer la présence de défauts et de pollutions dans des matériaux, en faisant appel notamment à une variation de champ magnétique au sein du matériau. Ces procédés sont destinés à relever des défauts de structure, en particulier au niveau de l'homogénéité, de la compacité du matériau.
Dans le brevet FR 2 736 719, on propose un procédé de contrôle de la compacité d'une couche de matériau magnétisable insérée au sein d'un ensemble de couches formant un flexible. Ainsi on magnétise d'abord la couche en matériau magnétique du produit et on mesure ensuite le champ magnétique résultant de cette aimantation rémanente, les variations dans cette mesure permettant de détecter les défauts éventuels de ladite couche par l'intérieur du flexible. On propose donc deux étapes successives l'une de magnétisation et l'autre de mesure. Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir les moyens de génération du champ écartés des moyens de mesure de champ lors de la mesure, ce qui génère un encombrement. De plus, un tel dispositif est réalisé de sorte à pouvoir être utilisé par l'intérieur du flexible, ce qui n'est pas toujours possible en cas d'inspection.
Dans le document US 4 727 321 sont décrits un procédé et un dispositif pour un test magnétique et ultrasonore d'objets ferromagnétiques. Pour ce faire, le dispositif comporte des moyens de génération d'un champ magnétique pour causer des flux de dispersion en cas
d'anomalies, ces flux étant mesurés par au r2oins un capteur de champ magnétique et d'autres part des moyens de génération d'ondes ultrasonores, utilisant le champ magnétique au moyen d'un transducteur électrodynamique, ces ondes ultrasonores étant réfléchies par les anomalies structurelles et mesurées par ledit transducteur . Pour créer le champ magnétique, on utilise au moins deux aimants avec leur masse polaire à distance l'une de l'autre pointés vers le corps à tester, et positionnés diamétralement opposés l'un de l'autre sur le conduit à tester, un détecteur de champ magnétique étant agencé dans l'espace entre les masses polaires, à un emplacement proche de la surface du corps où les composants de champ sont à la fois perpendiculaires à la surface et s'étendant dans la direction de la surface et parallèles à celle- ci. On met en place le transducteur ayant une bobine émettrice, le transducteur comporte une bobine de réception qui est connectée à une première entrée de moyens logiques pour traiter les informations. Un tel dispositif est lourd à mettre en œuvre du fait sa structure et ne permet pas des contrôles sur site d'inspection.
Les documents US 5 145 637, US 2002/0033049 décrivent eux aussi l'utilisation à la fois de bobines à ultrasons et/ou à courants de Foucaut pour réaliser une inspection non destructrice d'un matériau à la recherche de défauts.
On connaît également des dispositifs dans lesquels le champ magnétique en vue de la détection de défauts de structure est généré par des bobines tel que décrit dans GB 160 855 et FR 2 582 813 dans lequel on génère par une bobine un champ magnétique qui se propage dans la pièce à tester et un champ magnétique résultant génère un courant dans la bobine réceptrice, ce champ variant en fonction du taux de ferrites ferromagnétiques contenues dans le métal. L'utilisation de bobines implique une structure relativement lourde à mettre en œuvre (génération de courant, alimentation, etc.)
Dans les documents US 3 753 085, WO 2005/031336, on propose de créer une magnétisation bidirectionnelle au niveau de la zone d'inspection. On a encore proposé dans EP 0 831 323, un procédé pour tester sans destruction un échantillon constitué de deux matériaux magnétisables soudés. On applique un champ magnétique dans une direction perpendiculaire à la soudure. On détecte les défauts à l'aide d'un système d'axes à coordonnées. X, étant l'axe des de la longueur de la soudure, y étant l'axe parallèle à la magnétisation et Z, perpendiculaire à la surface de l'échantillon. Les défauts sont détectés par les mesures de gradients dans les composants du champ magnétique.
Là encore, pour ces trois solutions proposées, la structure est relativement encombrante et complexe à mettre en œuvre.
En effet, ces procédés sont généralement encombrants et difficiles à mettre en œuvre lors d'inspection sur site ou chantier. Par ailleurs, ces dispositifs ne concernent que la recherche de défauts de compacités (fissures ....) et ne visent pas à vérifier l'homogénéité métallurgique des matériaux employés
Dans US-A-6 320 375 est proposé un procédé de détection d'inclusions d'oxyde métallique de terre rare dans du titane et autres produits moulés en alliage non magnétique ou métallique. On propose ainsi d'utiliser un champ magnétique émanant d'une source de champ magnétique DC dans lequel Ie produit moulé est transparent alors que le défaut lié à une inclusion d'oxyde de métal de terre rare amplifie le champ à l'endroit du défaut, du fait de la réponse paramagnétique de l'oxyde de métal de terre rare. Selon une forme de réalisation proposée, un capteur de champ magnétique Hall est fixé à un aimant permanent tel que du type neodyme-fer-bore à haute densité d'énergie. La sensibilité et la résolution requises ainsi que Ia profondeur d'évaluation peuvent être ajustées par rapport à des données concernant des inclusions à des profondeurs diverses sur des épaisseurs de matériaux connues. Ceci peut être optimisé en changeant l'orientation du dipôle magnétique, la longueur du dipôle, la force « polaire » du dipôle, l'orientation du capteur par rapport à l'orientation du dipôle. Un tel dispositif de contrôle n'est toutefois envisagé que sur des matériaux non ferreux, sur la base de la détection de la réponse paramagnétique de l'oxyde de métal de terre rare et ne peut être mis en oeuvre tel que, pour rechercher le ferromagnétisme d'une pollution notamment lorsque l'on doit détecter cette pollution dans un milieu pouvant lui-même être ferromagnétique comme c'est le cas dans la zone fondue de certaines nuances d'acier inoxydable.
Différentes autres solutions ont été investiguées pour rechercher la présence de première passe carbones dans les soudures en acier inoxydables comme par exemple l'emploi de simples aimants permanents, de courants de Foucaut. Celles-ci ne permettent toutefois pas d'obtenir de valeur numérique directement représentative de la présence de l'anomalie et de sa position dans l'épaisseur du cordon de soudure et sont limitées au contrôle de la proche surface. Elles peuvent être influencés par le taux aléatoire de ferrite présent dans la soudure et ne délivrent pas un résultat instantané.
La présente invention permet de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif complet et portable permettant d'inspecter un matériau présentant une épaisseur importante. Elle vise également un procédé de contrôle permettant d'effectuer instantanément un diagnostic de conformité par rapport à des valeurs de référence déterminées sur des cales d'étalonnage et/ou des échantillons représentatifs des soudures à inspecter. Elle exploite la mesure de variation de flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à inspecter.
A cet effet, l'invention concerne un dispositif destiné à un contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétiques ou ferromagnétiques avec ou sans anisotropie magnétique, et en particulier l'existence de premières passes de soudures en acier au carbone dans une soudure en acier inoxydable, ledit dispositif comportant des moyens de génération d'un champ magnétique apte à aimanter le corps magnétique à détecter et des moyens de mesure du champ magnétique pour mesurer la variation du flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à contrôler, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sonde de mesure agencée pour être positionnée sur ou à proximité du matériau à contrôler, chaque sonde de mesure étant constituée d'un boîtier dans lequel sont disposés les moyens de génération d'un champ magnétique et au moins un capteur de mesure de champ magnétique raccordé à un mesureur de champ.
De manière avantageuse, un dispositif selon l'invention comportant au moins une telle sonde permet d'obtenir dans un encombrement réduit, la force d'aimantation nécessaire pour générer le champ magnétique ainsi que la mesure de la variation du flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à contrôler même lorsque l'épaisseur du matériau à contrôler est importante. On peut donc avoir un dispositif à plusieurs sondes.
En outre, le dispositif selon l'invention permet d'effectuer un contrôle de pièces même en cas d'accès limité, il n'est en effet pas besoin d'avoir accès des deux côtés (intérieur/extérieur) de la pièce puisqu'une ou plusieurs sondes peuvent être placées sur ou au voisinage du cordon de soudure et ce même si la pièce est revêtue d'un isolant non magnétique tel qu'un revêtement, une peinture, et similaires.
Le dispositif selon l'invention comporte en outre des moyens de traitement et analyses des mesures collectées. Les traitements et analyses des mesures collectées sont des comparaisons des valeurs mesurées entre les positions, orientations ou directions de sondes et entre les cales d'étalonnage ou soudures de référence et la soudure à inspecter, contrôler qui sont effectuées soit manuellement soit automatiquement par opérations algébriques et/ou logiques à l'aide d'un circuit électronique tel qu'un microprocesseur qui peut être directement intégré au mesureur de champ.
Les moyens de génération du champ magnétique peuvent être constitués d'un ou plusieurs aimants de forte puissance préférentiellement de type fer-terres rares (néodyme-fer- bore), superposés ou non, avec ou sans dispositif de canalisation des lignes de champ. Ces
moyens sont adaptés à l'épaisseur du Siatériau à contrôler afin d'optimiser leur force magnétique.
Les moyens de mesure du champ magnétique peuvent comprendre au moins un capteur de mesure de champ magnétique tels que ceux à effet hall, magnétorésistance.
De préférence, chaque sonde comporte plusieurs capteurs de mesure de champ magnétique disposés au dessus, entre, ou au dessous des aimants en tant que moyens de génération de champ magnétique et également disposés selon des directions, orientations et positions différentes dans l'espace par rapport auxdits moyens de génération de champ magnétique.
De plus, dans chaque sonde, les capteurs de mesure de champ magnétique sont avantageusement positionnés décalés par rapport au flux magnétique créé par les aimants.
Un tel agencement d'aimants permanents et de capteurs de mesure de champs magnétiques dans chaque sonde permet donc d'obtenir une sonde d'encombrement restreint et présentant toutes les propriétés nécessaires à la détection d'une variation du flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à contrôler même lorsque l'épaisseur du matériau à contrôler est importante et présente un certain ferromagnétisme.
Ainsi, par exemple une sonde peut comporter deux capteurs de mesure de champ magnétique mesurant la composante normale du champ, lesdits capteurs étant positionnés dans le même plan sous le premier aimant, côté pièce à contrôler, et disposés suivant deux directions orthogonales. On peut également prévoir que chaque sonde comporte deux capteurs de mesure de champ magnétique dont l'un est placé sous le premier aimant côté pièce à contrôler et l'autre au-dessus de l'aimant le plus éloigné de ladite pièce.
De manière préférée, le ou les capteurs de mesure de champ magnétique sont disposés de façon à ménager un entrefer avec la face d'un des aimants.
Chaque capteur de mesure de champ magnétique est de préférence raccordé à un mesureur de champ par un câble de liaison blindé et par l'intermédiaire d'un connecteur.
Le dispositif comporte en outre des moyens de mémorisation des mesures effectuées et de comparaison arithmétique et/ou logiques de celles-ci.
Chaque sonde peut comporter en 6outre dans le même boîtier un transducteur ultrasonore dont le résultat de mesure est utilisé pour optimiser la valeur de seuil permettant de statuer sur la conformité de la pièce à inspecter. Le transducteur ultrasonore est à effet magnéto acoustique (EMAT) et en ce qu'il exploite les mêmes aimants permanents que ceux utilisés pour générer le champ magnétique.
Le dispositif peut comporter en outre un capteur à courant de Foucaut permettant de séparer l'influence des paramètres perturbateurs.
De préférence, à chaque sonde est associé un codeur de déplacement. Ainsi, il est possible de réaliser le positionnement à posteriori des mesures de champ effectuées dans un référentiel lié à la pièce inspectée.
L'invention concerne également un procédé de contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétiques ou ferromagnétiques avec ou sans anisotropie magnétique, tels que des soudures et en particulier l'existence de premières passes de soudures en acier au carbone dans une soudure en acier inoxydable à l'aide du dispositif selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à :
-vérifier l'efficacité de l'équipement sur des cales d'étalonnage,
-caler le zéro dans l'air loin de toute source de champ magnétique autre que le champ terrestre, -déplacer de manière longitudinale et/ou transversale, en continu ou pas à pas la (les) sonde(s) sur ou à proximité de la soudure à inspecter sur la pièce et mesurer les différentes valeurs de champ telles que H1 et Hj ,
- comparer les mesures de champs directs effectuées simultanément ou successivement suivant des directions différentes, telles qu'en particulier deux directions orthogonales, notamment suivant l'axe du cordon de soudure Hi et une direction perpendiculaire Hj, la sonde pouvant être appliquée directement sur la pièce à contrôler ou au moyen d'un embout solidaire d'épaisseur adaptée à la pièce à contrôler,
-repérer ou mémoriser les zones excédant les valeurs de référence déterminées ou calculées lors d'une phase de calibration préalable et
-déterminer les longueurs défectueuses soit manuellement, soit à partir d'un enregistrement lorsque la sonde a été utilisée en association avec un codeur de déplacement.
De préférence, on exploite le champ rémanent au lieu du champ direct, que les mesures soient effectuées avant ou après démagnétisation locale de la zone à inspecter.
De manière avantageuse, la phase Ue calibration préalable consiste en les étapes suivantes consistant à : a) calibrer le mesureur de champ consistant à obtenir 100, ou toute autre valeur en puissance ou multiple de 10, lorsque la sonde est appliquée sur un échantillon ferromagnétique et 0 dans l'air (B) ou sur un matériau non magnétique avec ou sans pièce intercalaire, b) tracer une courbe d'étalonnage en superposant une ou plusieurs cales d'épaisseur différente en matériau non magnétique ou représentatif du matériau à inspecter sur une cale en acier ferromagnétique et en effectuant successivement des mesures en plaçant la sonde en position C de façon à obtenir une corrélation entre les valeurs de champs mesurés et la profondeur à laquelle se trouve l'acier ferromagnétique, c) réaliser des mesures de références effectuée à l'aide de la sonde suivant différentes directions de contrôle et/ou position sur un échantillon réputé conforme et sur un échantillon réputé non conforme et déterminer les valeurs seuils par combinaison d'opération algébriques et/ou logiques entre ces valeurs, la courbe d'étalonnage déterminée suivant b) pouvant être associée à cette combinaison, lesdites mesures de référence pouvant être effectuées en exploitant le champ direct ou le champ rémanent, avant ou après démagnétisation.
On décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 est une vue schématique d'un schéma bloc montrant l'association d'une ou plusieurs sondes, d'un codeur de déplacement solidaire de la ou des sondes ainsi que les éléments électroniques pouvant être mis en œuvre dans une forme d'exécution complète suivant l'invention,
- la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un premier exemple de sonde d'un dispositif selon l'invention ; la figure 3 représente une vue du dessous d'un deuxième exemple de sonde d'un dispositif selon l'invention ;
- la figure 4 représente une vue du dessous d'un troisième exemple de sonde d'un dispositif selon l'invention ; les figures 5 et 6 représentent les principales phases de la phase de calibration et du procédé de contrôle suivant l'invention.
Une sonde S suivant l'invention qui est représentée sur la figure 2 est préférentiellement constituée d'un boîtier 1 réalisé en matériau non magnétique dans lequel est placé un ou plusieurs aimants permanents 2 de forte puissance. Dans l'exemple représenté, on a superposé deux aimants permanents 2, 2'. Dans le cas d'une forte épaisseur à contrôler, des
dispositifs de canalisation des lignes de c8ιamp en matériau ferromagnétique peuvent être ajoutés.
Au dessus, entre, ou au dessous des aimants 2 sont positionnés un ou plusieurs capteurs 3, 3' suivant des directions qui peuvent être différentes. Ainsi qu'on peut le voir à la figure 2, un capteur 3 de mesure de champ magnétique est positionné au-dessous de l'aimant permanent 2 de sorte à se trouver entre celui-ci et la pièce à inspecter. On pourrait également prévoir un second capteur positionné de l'autre côté de la sonde au-dessus de l'aimant permanent 2', ou encore un autre capteur entre les deux aimants 2 et 2'.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 3, deux capteurs 3, 3' sont placés au-dessous de l'aimant 2 selon deux directions différentes ce qui permet de mesurer les valeurs ou les variations de champs magnétiques.
Le ou les capteurs 3, 3' sont raccordés par un câble de liaison blindé 4 par l'intermédiaire d'un connecteur 5 au mesureur de champ 7 du dispositif.
Il est avantageux de décaler les capteurs 3, 3' par rapport au flux magnétique maximum créé par les aimants 2, 2' et/ou de les disposer de façon à ménager un entrefer par rapport à la face de l'aimant 2 afin d'éviter la saturation des capteurs et d'augmenter leur sensibilité.
En fonction de la profondeur à laquelle se trouve l'acier carbone à détecter, on peut optimiser les performances de la sonde en jouant sur : la puissance des aimants,
- l'emploi ou non de dispositif de canalisation des lignes de champ, le type et sensibilité des capteurs,
- le nombre, position, direction et orientation desdits capteurs,
- le mode de mesure : absolue ou différentiel par exemple à l'aide de deux sondes,
- l'entrefer entre la sonde et le matériau à contrôler (par exemple la soudure).
Le dispositif suivant l'invention est prévu pour pouvoir effectuer et traiter les mesures suivant le principe du schéma bloc de la figure 1 soit à l'aide d'un ensemble de mémoires et microprocesseur intégrés dans le mesureur de champ soit à l'aide d'un micro-ordinateur relié au mesureur de champ. Les mesures effectuées au niveau du ou des capteurs 3, 3' placés dans une ou plusieurs sondes S sont effectuées à l'aide d'un mesureur de champ 7 qui peut être doté de plusieurs voies de mesures. Les mesures sont soient directement traitées manuellement à partir d'une lecture visuelle sur l'écran du mesureur de champ, soit traitées automatiquement :
- par comparaison de valeurs mesurées entre différents capteurs 3, 3' placés dans la même sonde,
- par comparaison réalisées par opérations algébriques et/ou logiques effectuées entre sonde et/ou capteurs,
- par comparaison avec des valeurs de référence mémorisées dans le dispositif pouvant tenir compte de l'épaisseur réelle de la soudure mesurée par ultrasons à l'aide d'un transducteur ultrasonore (Trad.US).
Suivant une version de l'invention, il est possible de déclencher automatiquement une alarme sonore ou visuelle ou de présenter les résultats tel qu'illustré sur le diagramme de la figure 6. Dans ce dernier cas, la ou les sondes S de mesure (Figures 2, 3 et 4) sont rendues solidaires d'un codeur de déplacement 8, lequel après lecture et mémorisation dans une mémoire tampon autorise le positionnement à posteriori des mesures de champ effectuées dans un référentiel lié à la pièce inspectée.
La phase de calibration selon l'invention, permet de s'affranchir notablement de la variation du taux de ferrite dans la soudure. Cette phase est schématisée en figure 5, et consiste à ajuster les réglages du mesureur de champ de telle sorte qu'il affiche la valeur d'un multiple de 10 lorsque la sonde (position A) est placée sur une tôle en acier carbone 10 et 0 lorsque la sonde est placée dans l'air (position B) ou sur un matériau non magnétique loin de toute pièce ferromagnétique magnétique avec ou sans pièce intercalaire. Dans un des modes de réalisation de l'invention, on peut ainsi obtenir des valeurs de signe différent (+/-) entre les zones défectueuses et les autres.
Une estimation de la valeur seuil permettant de statuer sur la présence d'une passe en acier carbone est déterminée en plaçant une ou plusieurs cales 20 en acier inoxydable de même nuance que celle du métal de base constituant le composant soudé à inspecter. L'épaisseur cumulée des cales 20 en acier inoxydables est équivalente à l'épaisseur de métal fondu situé au-dessus de la passe en acier carbone.
Cette valeur de référence est particulièrement utile dans le cas des soudures réalisées sur acier inoxydable à faible taux de ferrite. Lorsque la soudure comporte un taux de ferrite élevée, la procédure suivant l'invention nécessite de déterminer des valeurs de référence suivant deux directions différentes de préférence orthogonales comme par exemple dans le sens du cordon (Hi) et perpendiculairement à ce dernier (Hj). On place alors la sonde S sur une pièce ou un échantillon réputé sain 30 et représentatif de la soudure à inspecter et l'on mémorise les valeurs mesurées (H1 et Hj) pour cette position. On répète l'opération précédente sur une pièce ou un échantillon comportant une passe en acier carbone 40 et l'on mémorise
également les valeurs mesurées. Les valeuπî°absolues de ces mesures et/ou les résultats des opérations algébriques et ou logiques entre ces valeurs sont généralement bien plus faibles comparées à ce qui est mesurée en présence d'une passe en acier au carbone. Cette façon de procéder permet de limiter l'influence des phénomènes d'anisotropie magnétique préférentielle de la structure soudée.
Lorsque les valeurs de référence ont été déterminées comme précédemment décrit, l'inspection des soudures suspectes peut être entreprise. Les principales opérations du procédé de contrôle selon l'invention illustrée en figure 6 sont les suivantes : a) vérification de l'efficacité de l'équipement sur les cales d'étalonnage, b) calage du zéro dans l'air loin de toute source de champ magnétique autre que le champ terrestre, c) déplacement de manière longitudinale et/ou transversale, continu ou pas à pas de la (les) sondes S sur ou à proximité de la soudure 50 à inspecter existante sur la pièce P et mesures des différentes valeurs de champ comme par exemple Hi et Hj , d) comparaison des mesures de champ effectuées simultanément ou successivement suivant des directions différentes dont en particulier deux directions orthogonales (notamment suivant l'axe du cordon de soudure H1 et une direction perpendiculaire Hj ), e) repérage ou mémorisation des zones excédant les valeurs de référence déterminées ou calculées lors de la phase de calibration et détermination des longueurs défectueuses soit manuellement, soit à partir d'un enregistrement E lorsque la sonde a été utilisée en association avec un codeur de déplacement 8.
Le procédé de contrôle peut être appliqué en exploitant le champ direct et/ou rémanent avant et/ou après démagnétisation des pièces. En cas de mesures incohérentes, l'exploitation des valeurs de champ rémanent peut être effectuée et dans les cas les plus difficiles, les mesures sont refaites après désaimantation locale avec un moyen approprié des zones à inspecter.
Si la sonde utilisée comporte un traducteur ultrasonore, les valeurs mesurées peuvent être comparées automatiquement aux valeurs seuils de référence en fonction de la mesure d'épaisseur effectuée sur la soudure.
Selon une variante de l'invention, le traducteur ultrasonore utilisé est à effet magnéto acoustique EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer). En effet il est possible de tirer profit de l'aimantation existante pour générer l'onde ultrasonore.
Selon une autre disposition de l'invtil;ion, un capteur courant de Foucaut est intégré dans la sonde afin de séparer les paramètres influents.
L'invention n'est bien entendu pas limitée aux exemples donnés mais englobe également toutes les variantes définies dans les revendications dépendantes.
Claims
1. Dispositif destiné à un contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétiques ou ferromagnétiques avec ou sans anisotropie magnétique, et en particulier l'existence de premières passes de soudures en acier au carbone dans une soudure en acier inoxydable, ledit dispositif comportant des moyens de génération d'un champ magnétique apte à aimanter le corps magnétique à détecter et des moyens de mesure du champ magnétique pour mesurer la variation du flux magnétique liée à la présence d'une anomalie magnétique localisée dans le matériau à contrôler, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sonde de mesure (S) agencée pour être positionnée sur ou à proximité du matériau à contrôler, chaque sonde de mesure (S) étant constituée d'un boîtier (1) dans lequel sont disposés les moyens de génération d'un champ magnétique(2, 2') et au moins un capteur de mesure de champ magnétique (3, 3') raccordé à un mesureur de champ.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de traitement et d'analyse des mesures collectées à partir de la ou desdites sondes.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de génération d'un champ magnétique sont constitués par au moins un aimant permanent (2, 2') de forte puissance,
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque sonde (S) comporte plusieurs capteurs de mesure de champ magnétique (3, 3') disposés selon des directions, orientations et positions différentes dans l'espace par rapport aux moyens de génération de champ magnétique.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans chaque sonde (S), le ou les capteurs de mesure de champ magnétique sont positionnés décalés par rapport au flux magnétique créé par les aimants.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une sonde (S) comporte deux capteurs de mesure de champ magnétique (3, 3') mesurant la composante normale du champ, lesdits capteurs étant positionnés dans le même plan sous le premier aimant, côté pièce à contrôler, et disposés suivant deux directions orthogonales.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque sonde (S) comporte deux capteurs de mesure de champ magnétique dont l'un est placé sous le premier aimant côté pièce à contrôler et l'autre au- dessus de l'aimant le plus éloigné de ladite pièce.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le ou les capteurs magnétiques (3, 3') sont disposés de façon à ménager un entrefer avec la face d'un des aimants (2, 2').
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mémorisation des mesures effectuées et des moyens de comparaison arithmétique et/ou logiques de celles-ci.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur pouvant être directement intégré au mesureur de champ (7).
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé ce que chaque sonde (S) comporte en outre dans le même boîtier (1) un transducteur ultrasonore dont le résultat de mesure est utilisé pour optimiser là valeur de seuil permettant de statuer sur la conformité de la pièce à inspecter.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le transducteur ultrasonore est à effet magnéto acoustique (EMAT) et en ce qu'il exploite les mêmes aimants permanents que ceux utilisés pour générer le champ magnétique.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur à courant de Foucaut permettant de séparer l'influence des paramètres perturbateurs.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'à chaque sonde est associé un codeur de déplacement.
15. Procédé de contrôle non destructif permettant de déterminer la présence de matériau magnétique dans des matériaux non magnétiques ou ferromagnétiques avec ou sans anisotropie magnétique, tels que des soudures et en particulier l'existence de premières passes de soudures en acier au carbone dans unei4oudure en acier inoxydable à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à :
-vérifier l'efficacité de l'équipement sur des cales d'étalonnage,
-caler le zéro dans l'air loin de toute source de champ magnétique autre que le champ terrestre,
-déplacer de manière longitudinale et/ou transversale, en continu ou pas à pas, la (les) sonde(s)
(S) sur ou à proximité de la soudure à inspecter sur la pièce (P) et mesurer les différentes valeurs de champ telles que Hj et Hj ,
- comparer les mesures de champs directs effectuées simultanément ou successivement suivant des directions différentes, telles qu'en particulier deux directions orthogonales, notamment suivant l'axe du cordon de soudure Hj et une direction perpendiculaire Hj, la sonde
(S) pouvant être appliquée directement sur la pièce (P) à contrôler ou au moyen d'un embout solidaire d'épaisseur adaptée à la pièce à contrôler,
-repérer ou mémoriser les zones excédant les valeurs de référence déterminées ou calculées lors d'une phase de calibration préalable et
-déterminer les longueurs défectueuses soit manuellement, soit à partir d'un enregistrement (E) lorsque la sonde (S) a été utilisée en association avec un codeur de déplacement.
16. Procédé de contrôle selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on exploite le champ rémanent au lieu du champ direct, que les mesures soient effectuées avant ou après démagnétisation locale de la zone à inspecter.
17. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que la phase de calibration préalable consiste en les étapes suivantes consistant à : a) calibrer le mesureur de champ consistant à obtenir 100, ou toute autre valeur en puissance ou multiple de 10, lorsque la sonde est appliquée (A) sur un échantillon ferromagnétique (10) et 0 dans l'air (B) ou sur un matériau non magnétique avec ou sans pièce intercalaire, b) tracer une courbe d'étalonnage en superposant une ou plusieurs cales (20) d'épaisseur différente en matériau non magnétique ou représentatif du matériau à inspecter sur une cale en acier ferromagnétique (20) et en effectuant successivement des mesures en plaçant la sonde en position (C) de façon à obtenir une corrélation entre les valeurs de champs mesurés et la profondeur à laquelle se trouve l'acier ferromagnétique, c) réaliser des mesures de références effectuée à l'aide de la sonde (S) suivant différentes directions de contrôle et/ou position sur un échantillon réputé conforme et sur un échantillon réputé non conforme et déterminer les valeurs seuils par combinaison d'opération algébriques et/ou logiques entre ces valeurs, la courbe d'étalonnage déterminée suivant b) pouvant être associée à cette combinaison, lesdites maures de référence pouvant être effectuées en exploitant le champ direct ou le champ rémanent, avant ou après démagnétisation.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on obtient des valeurs de signe différent (+/-) entre les zones défectueuses et les autres.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 07788847 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07788847 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |