Tests par ultrasons multiéléments : un didacticiel

Jul 23, 2023

Source : Getty Images et EMI de Birring

Les ultrasons multiéléments (PA), communément appelés ultrasons dans le domaine médical, ont été étendus aux applications industrielles et remplacent rapidement les tests par ultrasons à faisceau angulaire (UT) conventionnels. Alors que les tests par ultrasons conventionnels utilisent des sondes monocristallines avec un angle de faisceau fixe tel que 0⁰, 45⁰, 60⁰ et 70⁰, le réseau multiéléments en appliquant des retards sur plusieurs cristaux balaie le faisceau sur une plage d'angles. Cette fonctionnalité permet une couverture et une inspection complètes avec une seule sonde multiéléments au lieu de plusieurs sondes à angle fixe. Les délais appliqués aux cristaux individuels sont calculés mathématiquement pour focaliser et balayer le faisceau. C’est ce qu’on appelle les lois focales. L’utilisation d’une seule sonde PA au lieu de plusieurs sondes conventionnelles permet de simplifier les scanners UT manuels ainsi que mécaniques et automatisés. Un autre avantage des tests par ultrasons multiéléments par rapport aux ultrasons conventionnels est que, alors que l'UT conventionnel affiche un signal A-scan basé sur le temps, l'UT multiéléments affiche une image sectorielle représentant la section transversale de la pièce testée. L'image sectorielle est beaucoup plus facile à comprendre et à interpréter qu'un signal A-scan qui nécessite un tracé sur un dessin de composant. La figure 1 montre une sonde multiéléments placée sur un bloc d'acier avec trois trous percés sur les côtés et une encoche. L'image correspondante montre une relation 1:1 montrant les trois trous, ce qui facilite la compréhension et l'interprétation par le technicien. Des affichages similaires peuvent être observés lors de l’inspection des soudures et d’autres géométries complexes.

Alors que le PAUT devient une approche populaire pour les inspections non destructives, il est important que les utilisateurs comprennent cette technologie, ses limites et la manière dont elle doit être appliquée.

Abréviations des réseaux multiéléments : Ouverture active, A - nombre d'éléments actifs x taille de l'élément ; taille de l'élément - taille du cristal ; F- Distance focale ; f - fréquence en MHz ; λ - longueur d'onde ; v - vitesse ; taille du point focal = F λ/A

Sélection de la sonde : La sélection de la sonde PA est très importante pour les tests multiéléments. La fréquence de la sonde et son ouverture active définissent la focalisation du faisceau qui à son tour définit la résolution de l'image. Les sondes avec une fréquence plus élevée et une ouverture active plus grande auront une mise au point plus nette et des images de résolution plus élevée. Ainsi, une sonde 5 MHz 32 x 1,0 mm aura une meilleure résolution qu'une sonde 5 MHz 32 x 0,6 mm ou une sonde 2 MHz 32 x 1,0 mm. Et un 5 MHz 16 x 1,0 mm aura la même taille de point focal que le 5 MHz 32 x 0,5 mm. Les deux ont la même ouverture active de 16 mm

Instrument: L'instrument multiéléments doit avoir la capacité d'impulsionner tous les éléments requis de la sonde. Ainsi, pour utiliser pleinement une sonde à 32 éléments, l'instrument doit être au minimum à 32:128. Lors de l'utilisation d'un scanner, l'instrument doit avoir la capacité de sauvegarder les données brutes ainsi que les informations de position de l'encodeur.

Balayage: L'inspection PAUT peut être effectuée en mode manuel ou à l'aide de scanners. Les scanners peuvent être manuels, push-pull ou motorisés comme ceux utilisés dans l'UT automatisée. Tous les scanners incluent une sortie d'encodeur pour stocker les informations de position avec les données brutes.

Couverture de numérisation : Les analyses doivent montrer une couverture à 100 % du volume inspecté. La couverture ne signifie pas seulement inonder le volume de son, mais également garantir que le son est réfléchi vers la sonde. Ceci est important lorsque l'on s'attend à des réflecteurs planaires tels qu'un manque de fusion. Les défauts planaires agissent comme des miroirs et réfléchissent le faisceau en fonction de l'angle d'incidence.

Blocs d'étalonnage : Lors des inspections du code, la courbure et l’épaisseur du bloc d’étalonnage doivent être conformes au code applicable. Par exemple, lors des inspections de tuyauterie ASME, des blocs d'étalonnage incurvés doivent être utilisés pour les diamètres inférieurs à 20 pouces avec des réflecteurs d'étalonnage comme spécifié dans l'ASME V, Art 4.

Niveau de référence: Cette valeur fait référence au réglage du gain. Le réglage du gain est établi sur les réflecteurs d'étalonnage comme l'exige la spécification et généralement ajusté pour obtenir une hauteur plein écran (FSH) de 80 %. Pour les inspections ASME, le gain doit être réglé pour obtenir non seulement 80 % de FSH sous un angle, mais également 80 % de FSH pour tous les angles sur la plage d'angles de balayage et la plage d'inspection. Par conséquent, si la plage d'angle de balayage est comprise entre 40⁰ et 65⁰, l'étalonnage doit garantir 80 % de FSH pour chaque angle et permettre aux réflecteurs de couvrir l'intégralité du trajet sonore. Ce processus est effectué en suivant des étapes d'étalonnage qui ajustent le gain pour chaque angle ou loi focale. Un gain corrigé dans le temps (TCG) est appliqué pour ajuster le gain sur la plage du trajet sonore.