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Cofrend : Maîtriser les risques pour la sécurité la performance et la compétitivité de l'industrie 1 Du 24 au 27 mai 2011

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Session n°2

Courants de Foucault

Dunkerque 2011

Cofrend : Maîtriser les risques pour la sécurité la performance et la compétitivité de l'industrie

2

Du 24 au 27 mai 2011

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Session n°2


DERNIERS DEVELOPPEMENTS DE SONDES

COURANTS DE FOUCAULT

CEA-LIST

STATICE

JM. Decitre, B. Marchand, O. Casula

C. Ruaud


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CONTEXTE

Problématiques du CND par Courants de Foucault

• Détection de petits défauts surfaciques

Inspection rapide

Résolution fine

Surfaces complexes ou difficilement accessibles

Nécessité de développer des sondes

Multi-éléments : balayage de larges zones

Flexibles

• Détection de défauts enterrés

Basses fréquences imposées en raison de

l’effet de peau

Surfaces complexes

Nécessité de développer des sondes

Avec récepteurs large bande (GMR)

Flexibles

Aptes à détecter des défauts dans les

matériaux magnétiques


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Session n°2


PLAN

Développement de sondes flexibles avec µ-bobinages

Simulations de sondes multi-éléments avec CIVA

Exemple de réalisation d’une sonde 64 éléments

Sonde pour tubes de GV

Développement de sondes avec GMR

Simulations avec CIVA

Sonde flexible GMR pour défauts enterrés

Sonde GMR pour matériaux ferromagnétiques


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Simulation de sondes multi-éléments sous

SONDES FLEXIBLES MULTI-ELEMENTS

• Exportation fichier de configuration MultiX-CF de M2M

• Définition géométrique du bobinage 1ère couche

• Définition de la matrice 1ère couche

• Définition de la couche suivante

• Câblage des bobinages et mode E, R ou E/R

• Définition d’un motif élémentaire

• Séquençage des motifs

• Calcul (avec diaphonie inter-motifs)


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Exemple de réalisation d’une sonde flexible 64 éléments

• Objectif : développement d’une sonde CF intégrant :

- une matrice de capteurs haute densité grande résolution spatiale

- une électronique embarquée amélioration du RSB

mousse

électronique

Matrice de 64 éléments sur

support souple (Kapton)

Utilisation sur un banc mécanique ou manuelle

Présentation de la sonde

sur les stands CEA et Statice


Tête de sonde interchangeable

Adaptation à la géométrie de la pièce

inspectée

R = 10 mm R = 4 mm

- flexibilité et modularité inspection de géométries complexes / zones peu accessibles


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• Résultat expérimental

- Pilotage avec le MultiX-CF de M2M (32 voies E, 64 voies R //)

- Sonde flexible tête quasi-plane, 64 éléments

- f = 1 MHz

- 3 défauts surfaciques de longueur 2 mm, dans une plaque d’Al.

Prof:0.8mm

RSB=24dB

Prof:0.4mm

RSB=18dB

Prof:0.2mm

RSB=9dB

Sonde 64 éléments

0 80mm

36mm Cartographie du signal mesuré

64 éléments 64 lignes espacés de 600µm

Inspection rapide, largeur du scan : 36mm

Bonne sensibilité du capteur

Démonstration de la sonde sur les stands du CEA et de STATICE

En cours : réalisation sonde avec 96 éléments, interfacé avec le MultiX-CF

0


Exemple de réalisation d’une sonde flexible 64 éléments


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- Capteur micro-bobine haute sensibilité sur support Kapton

flexible et adaptation au diamètre du tube

- Electronique embarquée amélioration du RSB

- Mouvement hélicoïdal pour couvrir la paroi interne du tube

Micro-bobine

sur Kapton

Électronique

embarquée

Pièces de centrage

SONDE POUR TUBES DE GV

Objectifs : Développement d’une sonde pour le contrôle des tubes GV


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Optimisation par simulation de la sonde tube

Etude sur des défauts simples et complexes (combinaisons de défauts simples) :

Amplitude

Angle

(°)

Axe du tube (mm)

-45

45

0

0 16

Z

100% - 7mm

0dB Amplitude A

ngle

(°)

Axe du tube (mm) -45

45

0

16

+0.6dB

0

Z

40% ext – 6mm

Amplitude

Angle

(°)

Axe du tube (mm)

-45

45

16

+2.1dB

0

Z 0

défaut axial 7mm

100% défaut transverse 6mm

40% externe défaut en « L »

Bonne détection et identification des défauts

Faible influence de la forme des défauts (section rectangulaire ou elliptique)

Caractérisation aisée de la longueur des entailles

f=240kHz



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- tube GV (inconel)

- 3 défauts

- f = 240kHz

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-1

1

Voie : 240kComposante : XEquilibrage : aucunNormalisation : 1.790V -20.000deg

Interpolation : NonExtraction : Oui

Axe Orthonormé : OuiEchelle de Couleur Fixée : Oui

\\Dtasac1\disc\LIC\PROJETS\CF\ManipJLL\SondeTubeKaptonTournante-irsn2010\tubeztdcea-014-240khz-defautall_lent.2d (01)

20 40 60 80 100 120 140 160 180

0

10

20

30

40

50

60

70

80

mm

mm

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-1

1

Voie : 240kComposante : YEquilibrage : aucunNormalisation : 1.790V -20.000deg

Interpolation : NonExtraction : Oui

Axe Orthonormé : OuiEchelle de Couleur Fixée : Oui

\\Dtasac1\disc\LIC\PROJETS\CF\ManipJLL\SondeTubeKaptonTournante-irsn2010\tubeztdcea-014-240khz-defautall_lent.2d (01)

20 40 60 80 100 120 140 160 180

0

10

20

30

40

50

60

70

80

mm

mm

Sonde tournante kapton – 240 kHz – non filtré – Partie courante

X

Y

360°

0°

180°

360°

0°

180°

(a) (b) (c)

21 dB

20 dB

10mm

100% long

8mm

40% trans Les deux

Bonne détection et identification des défauts (RSB ~ 20dB)

Angle

180°

- 180°

Résultats expérimentaux


100% long

(a) (b)

40% trans

100% long (c)

40% trans

Séparation du défaut transvserse 40% externe du défaut longi. 100% avec la phase (∆φ = 80°)


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PLAN

Développement de sondes flexibles avec µ-bobinages

Simulations de sondes multi-éléments avec CIVA

Exemple de réalisation d’une sonde 64 éléments

Sonde pour tubes de GV

Développement de sondes avec GMR

Simulations avec CIVA

Sonde flexible GMR pour défauts enterrés

Sonde GMR pour matériaux ferromagnétiques


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SONDE GMR

Simulation des capteurs GMR sous

Magnéto-résistance (MR) :

- Variation de résistance fonction du champ magnétique appliqué

- Très petites dimensions de la zone active

- Sensibilité constante avec la fréquence

- Définition d’un ou plusieurs

capteur(s) magnétique(s)

- Sensibilité du capteur en V/T

GMR

- Orientation du capteur selon une

direction quelconque (x, y, z)

GMR


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• Cas étudié : - Plaque Inconel (1 MS/m), épaisseur : 1.55mm

- Entaille :10 x 0.1 x 0.9 mm3, ligament : 0.62mm,

- Fréquence : 100 kHz

• Modélisation de la sonde CF :

- Emetteur : bobine rectangulaire

- Récepteur : GMR orientée selon l’axe X (mesure du Bx)

balayage suivant l’axe X

(// axe du défaut)

CIVA 10.0 EXP

Par

tie

réel

le

Par

tie

imag

inai

re

Plan d’impédance

défaut

SONDE GMR

Simulation des capteurs GMR sous

Bonne concordance des résultats

GMR

x z

y


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Sonde flexible mono-élément pour la détection de défauts enterrés

Flèche de ~5 mm

Inducteurs : bobine filaire

Capteur magnétique : GMR Support flexible

Flexibilité pour le contrôle de pièces non

planaires (soudure par exemple)

- GMR récepteur large bande : bonne sensibilité aux basses fréquences

- Distance émetteur/récepteur optimisée pour la détection de défauts enterrés

sonde flexible capteur magnétique

SONDE GMR


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sonde cylindre inox

Inspection externe du cylindre

- maquette cylindrique en acier inox ( ext = 134 mm, épaisseur = 12 mm, hauteur = 104 mm)

- 4 entailles longitudinales en paroi interne (L = 20 mm, ligaments : 2 à 8 mm)

SONDE GMR

Résultats expérimentaux avec la sonde flexible mono-élément

-2

-1

0

1

2

3

4

40 60 80 100 120 140 160 mm

2 mm

4 mm 6 mm 8 mm

Par

tie

réel

le

20 m

m

5 kHz ( = 7 mm)

10 kHz ( = 5 mm)

2 kHz ( = 11 mm)

1 kHz ( = 16 mm)

Bonne détection de tous les défauts (RSB > 15dB)


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Session n°2


SONDE GMR POUR MATERAUX MAGN.

5mm,

H=2.5mm

y

x

y

Signature du trou

Champ rémanent

f = 70 kHz

Emetteur GMR

Sonde

Correcteur Bobine

polarisation GMR

Tension de

consigne

x

y

Champ magnétique rémanent largement atténué : bonne détection du défaut

Asservissement du point de polarisation de la GMR :

Problématique des matériaux magnétiques : - perméabilité magnétique travail à basses fréquences - Basses fréquences utilisation de GMR - Or : GMR perturbées par le champ rémanent du matériau

Mise en évidence expérimentale :

x

Zone momentanément

aimantée par un aimant

16MND5 (ferritique)


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CONCLUSIONS

Simulations CIVA

• Simulation de sondes matricielles haute densité

• Exportation de la configuration de CIVA vers MultiX-CF

• Simulation de sondes à base de GMR (orientation quelconque)

Sondes flexibles

• Sonde tube

- Bonnes performances pour la détection des défauts

- Peu sensible à la forme du défaut

- Identification des défauts transversaux avec la phase du signal

• Sonde 64 éléments

- Bonnes performances de la sonde en terme de sensibilité

- Inspection rapide (36 mm en une passe)

- Réalisation en cours d’un capteur flexible 96 éléments

Sondes GMR

• Bonnes performances de la sonde GMR basse fréquence : détection de défauts enterrés

avec ligament de 8 mm

• Possibilité d’utiliser les performances des GMR en présence de matériaux magnétiques

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