developpement d`une nouvelle technique de controle non

DEVELOPPEMENT D'UNE NOUVELLE
TECHNIQUE DE CONTROLE NON
DESTRUCTIF PAR COURANTS DE FOUCAULT
UTILISANT UNE AIMANTATION INTEGREE
Auteurs : Eric CRESCENZO
Société IXTREM - Chalon sur Saône (F)
1 - Objet :
Dans le cadre d'un projet financé par les fonds de soutien aux hydrocarbures, à la demande du
groupe ELF / TOTAL / FINA (projet COPRU) l'entreprise IXTREM a développé une
nouvelle technique de contrôle non destructif par courant de Foucault pour la détection de
corrosion sur les bacs de stockage d'hydrocarbures.
Cette technologie a été étendue à la recherche de défauts sous revêtement épais de plusieurs
mm type peinture ou revêtement en acier inoxydable ou inconel, ainsi qu'à la détection de
défauts localisés en profondeur dans les aciers ferromagnétiques (jusqu'à 5mm environ)
2 – Etat de l'Art
Plusieurs techniques sont actuellement utilisées pour la recherche de corrosion sur les bacs de
stockage d'hydrocarbures.
•
Technique par flux de dispersion (matériel performant mais lourd et encombrant)
•
Techniques par ultrasons qui englobe un ensemble de technologies :
-
Technique des rebonds multiples
-
Technique utilisant les ondes de Lamb
-
Transducteurs à couplage sec type roue
-
EMAT (Electromagnetic – acoustic transducer)
-
Emission acoustique
-
Courants de Foucault basse fréquence ou champ lointain ou encore avec
saturation magnétique
Toutes ces techniques présentent des avantages et des inconvénients qui limitent grandement
leur mise en œuvre dans les raffineries (poids des équipements, coût, temps de contrôle,
obligation d'enlever la peinture…)
3 - Mise au point d'une nouvelle technique de contrôle non destructif
Nos efforts de recherche se sont portés sur trois technologies :
a) Les techniques par flux de dispersion.
b) Les courants de Foucault couplés à une source d'aimantation continue.
c) Les ultrasons sans contact par EMAT, et par capteur ultrasons sans couplant utilisant une
adaptation d'impédance acoustique de type polymère "semi rigide".
Les 3 techniques donnent des résultats satisfaisants et permettent de détecter sans problème
particulier des corrosions de l'ordre de 20 % de l'épaisseur totale. Toutefois, la technique c)
est difficilement utilisable car elle nécessite pratiquement le contact avec la pièce, et
l'utilisation d'aimants très puissants empêchant le déplacement facile du traducteur à la surface
de la pièce à contrôler.
De plus, le rapport signal sur bruit est assez faible de l'ordre de 2 à 3 maximum, et nécessite
donc l'utilisation d'algorithmes de traitement comme le moyennage qui réduisent sérieusement
les temps de contrôle.
La technique a) présente des inconvénients analogues si ce n'est que les rapports signal/bruit
sont suffisants pour s'affranchir de tels traitements des signaux.
La technique b) donne d'excellents résultats, et présente de nombreux avantages : pas de
contact avec la pièce, il n'est pas utile de saturer magnétiquement le matériau empêchant ainsi
l'utilisation d'aimants permanents puissants entravant le mouvement des capteurs sur la pièce
à contrôler.
L'utilisation de capteurs ultrasons à couplage sec par l'intermédiaire d'un polymère semi rigide
épousant les aspérités de surface par légère pression donne d'excellents résultats, toutefois
cette technique présente trois inconvénients majeurs :
• Il faut que la peinture recouvrant les fonds de bacs de stockage d'hydrocarbures soit
bien adhérente à la surface métallique pour permettre une bonne transmission des
ultrasons.
• Il faut éviter la présence de débris qui viendraient s'interposer entre le capteur et la
surface à examiner nuisant à une bonne transmission des ultrasons dans la matière.
• Il faut garantir une pression constante entre le capteur et la pièce à examiner pour
obtenir une bonne fiabilité des mesures d'épaisseur résiduelle.
4 - Mise au point d'un capteur courants de Foucault et de la source d'excitation
électromagnétique basse fréquence (1 à 50 khz) associés à une aimantation auxilliaire de
type continu obtenue par l'ajout d'aimants permanents et/ou bobines alimentées en
courant continu
Les principales étapes de cette phase de l'étude ont été les suivantes :
• Approche théorique et pratique des dimensions, formes, dispositions de l'émetteur et du
récepteur l'un par rapport à l'autre
• Caractérisation de la réponse en fréquence de capteurs courants de Foucault ainsi réalisés
• Analyse de la réponse des capteurs récepteurs en fonction de la position du défaut (défaut
localisé en surface extérieure ou intérieure), de sa taille et de sa morphologie (défaut plutôt
circulaire, allongé, localisé type piqûre, ou, corrosion plus ou moins généralisée).
• Optimisation de l'émetteur : choix du type d'alimentation : sinusoïdale basse fréquence (de
500 Hz à 50 KHz), ou pulsée (différents type de forme d'onde ont été étudiés : carré,
triangle, train d'onde et rampe de tension) ; conception et réalisation de modules
électroniques prototypes d'adaptation d'impédance électrique avec le générateur de signaux
associé à son amplificateur de puissance.
• Optimisation de la source d'aimantation continue : direction du champ magnétique créé par
rapport à la répartition des courants de Foucault ; intensité et répartition du champ
magnétique continu créé à la surface de la pièce...
• Plusieurs technologies courants Foucault ont été étudiées : courants de Foucault
monofréquence, bifréquence, pulsé et champ lointain.
Dans le cadre de cette étude plusieurs capteurs ont été étudiés et réalisés sous forme de
prototype pour en vérifier les performances techniques sur des cales étalons en acier A48 dans
lesquelles des corrosions de différentes gravités ont été simulées par meulage (manque
d'épaisseur de 30 %, 20%, 15% et 10 % sur des épaisseurs nominales allant de 5 à 15 mm).
Un capteur courants de Foucault basse fréquence (1 KHz) Ø environ 50 mm,
émission/réception séparée à double focalisations (émission et réception), récepteur à masque
électromagnétique, a permis de détecter des corrosions côté opposé de la surface balayée
jusqu'à 10 % pour les épaisseurs de l'ordre de 5 mm pour arriver à 15/20 % pour les épaisseurs
nominales plus importantes de l'ordre de 15 mm.
Nous avons également vérifié que ce même capteur pouvait détecter des défauts de surface
(côté balayage capteur) représentatifs de manque d'épaisseur de l'ordre de 1 mm avec un
entrefer avoisinant les 50 mm. Par conséquent ce même capteur pourrait être utilisé pour des
recherches de corrosion sous calorifuge moyennant d'en optimiser les performances.
En annexe 1 sont rassemblés les enregistrements représentatifs des performances techniques
obtenues avec ce capteur.
En annexe 2 figure quelques photographie du système proposé
5 – Extension du procédé à la détection de défaut sous cutanés (jusqu'à 5mm en
profondeur)
A la demande de certains de nos clients, nous avons optimisé le procédé à la détection de
défaut de surface ou proche de la surface 1 à 2 mm pour le contrôle des extrémités de tube
(voir annexe 3).
Autrement dit, nous avons développé de nouveaux capteurs courants de Foucault permettant
de courir une distance de 50 mm avec une détection de défaut de longueur de 2 à 3 mm.
Ces mêmes capteurs sont adaptés à la détection fiable de défauts long ce qui constitue une
innovation dans le domaine.
ANNEXE 1
CORROSIONS
INTERNES
ANNEXE 2
ANNEXE 3
CONTROLE DES EXTREMITES DE TUBES