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8/10/2019 CONTRLE NON DESTRUCTIF (CND) PAR COURANTS DE FOUCAULT (CF) , UTILISATION DES CAPTEURS MAGNETI

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L

RAPPORT BIBLIO

Spcialit : Ing

CONTRLE NON

FOUCAULT (MAGNETIQ

UNIVERSITE MOHAMED BDE MSILAFACULTE DE TECHNOLOGDEPT DE GENIE ELECTRIQ

RAPHIQUE DU MEMOIRE

ilire : Gnie lectrique nierie des Systmes lectrom

Intitul du Sujet

DESTRUCTIF (CND) PAR C

F) , UTILISATION DES CAPES A TRES HAUTE SENSIBI

Prsent par :

AISSANI Nacereddine

Propos et encadr par :

Mr. A. ABDOU

Anne 2014/2015

OUDIAF

E UE

E MASTER

aniques

URANTS DE

TEURS ITE


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AISSANI Nacereddine Rapport bibliographique du MDM ISE- Universit Mohamed BOUDIAF de M sila 2014/2015

Tables des matires ii

II.7.2. Capteur caractris par sa fonction .....................................................................................24II.7.3. Capteur caractris par le mode de contrle .......................................................................25

II.8. Plan dimpdance normalis ................................................................................................26II.8.1. Dfinition ............................................................................................................................26II.8.2. Limpdance........................................................................................................................26II.8.3. Impdance du capteur .........................................................................................................27

Conclusion .............................................................................................................................................28III. Introduction l interface utilisateur de COMSOL 4.3 .........................................................29

III.1. Cration du modle de simulation.......................................................................................29III.1.1. Ajout des proprits du matriel composant la plaque ...................................................31III.1.2. Maillage ..........................................................................................................................32

III.2. Simulation et traitement des rsultats.................................................................................32Conclusion .............................................................................................................................................34Conclusion gnrale..............................................................................................................................35Rfrences bibliographiques................................................................................................................36


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Prambule iv

PrambuleLe contrle non destructif (CND) est un ensemble de mthodes qui permettent de caractriser ltatdintgrit de structures ou de matriaux, sans les dgrader, soit au cours de la production, soit en coursdutilisation, soit dans le cadre de maintenances. On parle aussi dessais non destructifs (END)ou dexamens non destructifs

Plusieurs techniques sont utilises , elle diffrent par leurs principe de fonctionnement et par les dfauts quelles peuvent recherchs et par la natures de matriaux inspects.Ces mthodes sont utilises dans lensemble des secteurs industriels. On peut citer notamment :

lindustrie ptrolire (pipelines, tubes, barres, soudures, rservoirs) ; lindustrie navale (contrle des coques) ; laronautique (poutres, ailes davion, nombreuses pices moteurs, trains datterrissage, etc.) ; larospatiale et larme ; lindustrie automobile (contrle des blocs moteurs) ; la sidrurgie.

La technique des courants de Foucault (CF) est utilise pour la caractrisation de milieuxlectriquement conducteurs. Son principe consiste balayer la zone examiner avec un champlectromagntique et recueillir avec un capteur la rponse du milieu cette excitation sous une formedonne: variation de fm dune bobine ( variation de son impdance), mesure dune ou plusieurscomposantes du champ magntique... La caractrisation de la zone ncessite alors la rsolutiondun problme inverse afin de reconstituer les paramtres recherchs partir de la rponse CF.


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Chapitre I- Concepts gnraux sur les techniques de contrle non destructif "CND" 2

I. Concepts gnraux sur les techniques de contrle nondestructif "CND"

I.1. Le contrle non destructif I.1.1. Les objectifs du CNDLe contrle non destructif a pour objectif, comme son nom l indique, de contrler l tat des piceindustrielles sans pour autant que les examens correspondants ne puissent nuire leur utilisationfuture. Ceci peut correspondre deux types de contrles : l estimation d un paramtre constitutide la pice comme par exemple l paisseur d une paroi, la distance un objet, les propritslectromagntiques constitutives du matriau ; la recherche d une rupture de ces paramtres.Dans le deuxime cas, il s agit en gnral de dfauts, qui peuvent tre par exemple desssures,

des inclusions, des porosits, des eff ets de la corrosion ou de la fatigue mcanique. Cette procdurede contrle se produit souvent plusieurs fois au cours de la vie d une pice et doit satisfaire au mieuxles critres suivants :

la rapidit d excutionIl faut que le contrle soit rapide pour qu il ne soit pas trop pnalisant la fois en termes

d immobilisation physique de chaque pice, mais aussi au niveau des cots que sont le temps de travaide la main-d uvre ou les frais de fonctionnement de l usine.

le cotLe contrle qualit reprsente sur les pices complexes un cot non ngligeable et qui doit tre

minimis dans la mesure du possible. la reproductibilitLa mesure ne doit pas souff rir des circonstances extrieures : une mme pice contrle plusieurs

fois doit toujours donner le mme rsultat. laabilitLe contrle doit remplir son cahier des charges, et par exemple dtecter tous les dfauts

qu il est cens tre capable de dtecter, indpendamment des conditions d inspection.

la sensibilitLa sensibilit est le rapport des variations de la mesure et du mesurande. Plus la sensibilitest grande, plus les petites variations du mesurande sont dtectables, comme par exemple les dfautsde faibles dimensions.

la rsolutionLa rsolution est la plus petite variation de signal pouvant tre dtect, par exemple la dimensiondu plus petit dfaut. Usuellement elle correspond au pouvoir de rsolution, ici la dimension du plus petit dfaut visible. Le pouvoir de rsolution est fort si cette dimension est petite.Parmi ces six critres, il est naturel de penser que la rapidit, la reproductibilit et la sensibilit

sont respectivement fortement lies au cot, laabilit et la rsolution. Il est trs souventncessaire de consentir des compromis entre les trois groupes ainsi dnis (4)


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I.2. Principes de dtection des dfauts.Le dfaut, se traduit soit par l absence de matire (air), ou par une anomalie non conductrice, il peutre situ la surface de la pice, au milieu ou l intrieur de la pice. (1)

I.2.1. Htrognits et dfautsLe terme dfaut est ambigu, relatif et peu prcis, mais sa connotation ngative voque bien le rle que joue le contrle non destructif dans la recherche de la qualit, En fait, dtecter un dfaut dansune pice, c est physiquement, mettre en vidence une htrognit de matire, une variation localede proprit physique ou chimique prjudiciable au bon emploi de celle ci. Brivement les dfauts

peuvent tre classs en deux grandes catgories lies leur emplacement les dfauts de surface,les dfauts internes (1). (2)

I.2.2. Dfauts de surfaceSe sont des dfauts accessibles l observation directe mais pas toujours visibles l il nu, peuvense classer en deux catgories distinctes : les dfauts ponctuels et les dfauts d aspect.La premire catgorie dfauts ponctuels correspond aux dfauts les plus nocifs sur le plantechnologique, puisqu il s agit des criques, piqres, fissures, gnralement aptes provoquer termla rupture de la pice, en initiant par exemple des fissures de fatigue. Dans les pices mtalliques,l paisseur de ces fissures est souvent infime (quelques m) et elles peuvent tre nocives ds que leu profondeur dpasse quelques diximes de millimtre, ce qui implique l emploi pour leur dtectionde mthodes non destructives sensibles, telles que le ressuage, la magntoscopie, les courantsde Foucault, les ultrasons.

La seconde catgorie correspond aux dfauts d aspect , c est--dire des plages dans lesquelles unvariation de paramtres gomtriques ou physiques (rugosit, surpaisseur, taches diverses) attire leregard et rend le produit inutilisable. Ici, le contrle visuel est possible, mais on cherche le remplacer par des contrles optiques automatiques (1) (2) (3).

I.2.3. Dfauts internesSont des htrognits de natures, de formes, de dimensions extrmement varies, localisesdans le volume du corps contrler.Dans les industries des mtaux, il s agira de criques internes, de porosits, de soufflures,

d inclusions diverses susceptibles d affecter la sant des pices moules, forges, lamines, soudesDans d autres cas, il s agira simplement de la prsence d un corps tranger dans le produit emball.Ici le contrle visuel est gnralement exclu d office et l on utilisera donc l un ou l autre des gran procds du CND que sont la radiographie, le sondage ultrasonore, ou encore des techniques mieuxadaptes certains cas comme l mission acoustique, l imagerie infrarouge, la majorit des technique prcdemment cites utilisent le capteur comme outil de dtection des dfauts. Les capteurs sontles premiers lments rencontrs dans une chane de mesure (1) (2) (3).

I.3. Procdure de CNDL opration de contrle non destructif d un objet ne se borne gnralement pas la dtectiond ventuels dfauts. En effet, mme si le choix du procd, de la mthode et du matriel a t effectu


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AISSANI Nacereddine Rapport bibl

Chapitre I- Concepts gnraux sur les tec

au pralable, il faut envisager toreproductibilit, localisation de par leur taille, classement, prsarchivage des rsultats et des conCe sont des oprations d talonn

qui permettent d atteindre ces obde l informatique en temps relle synoptique de la figure .I-1. (4

Figure I-La cible se caractrise par un eun diagnostic dintgrit. La miun certain nombre de signaux q plus ou moins complique, estde la pice (4)

I.4. Techniques de CNI.4.1. Techniques du CNDLe contrle non destructif permdgrader, soit au cours de la prode dfaut), soit en cours dutilisfaon empirique, quelle taille d pice et la remplacer si besoin, c

Lindustrie automobile (c Lindustrie navale (contr Laronautique (poutres,

Plusieurs mthodes sont utilisapplications. Chacune a son dom

I.4.1.1.Examen visuelChronologiquement l examen vitoutefois appel une vritable eL examen visuel est le premier daussi le point final de la maj

l inspection visuelle d un objet,guider un observateur exprimen pices peut constituer un contr

iographique du MDM ISE- Universit Mohamed BO

hniques de contrle non destructif "CND"

ute une procdure ayant les objectifs suivans dfauts, identification, caractrisation dentation visuelle, dcision concernant l affditions d examen.

age, de calibrage, de balayage de la sonde,

jectifs dsormais dans des bonnes conditions, on peut reprsenter la mise en uvre d)

1.Schma synoptique d un systme de CND (4 semble de paramtres que lon va chercher

se en uvre dun systme CND adquati sont fonction des paramtres recherchs. bien souvent ncessaire afin de retrouver

D et concepts gnraux

t de caractriser ltat dintgrit des structuduction (les pices qui sortent des fonderiestion (apparition de dfaut). Il faut donc dtdfaut est acceptable et ensuite pouvoir le

s techniques sont trs utilise dans : ntrle des blocs moteurs) le des coques des bateaux)

iles davion (5) es dans l industrie et leur champ d utilisa

aine d action privilgi. On distingue (6)

uel est le plus ancien. Cette procdure tech pertise et un sens aigu de lobservation des procds de contrle, le plus simple et leorit des autres procds non destructifs

d une structure ou d un assemblage tel qut dans la dfinition d une autre technique Lle suffisant pour la dtection des dfauts

UDIAF de M sila 2014/2015

4

s : fiabilit de l examen, ceux-ci, en particulier

ctation de l objet, enfin

e traitement des donnes

, grce l apport intensif n systme CND suivant

). estimer afin de former a permettre de produire ne tape dinversion ,

les paramtres initiaux

res industrielles, sans les ne sont jamais exemptes

erminer, la casse et de s dtecter, sans casser la

tion s tend plusieurs

iquement trs simple fait s agents qui leffectuent. lus gnral puisque c est

. En examen pralable,

ne soudure permettra de examen visuel direct des bouchant en surface et


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surtout des htrognits localdfauts d aspect inadmissibles pl examen purement visuel prse justifiant l utilisation de toute u). (5) (7)

a) Avantages Examen simple, rapide e Pas d interruption des pa

b) Inconvnients Dtection limite aux d La surface doit tre pr

Figur

I.4.1.2.RessuageCest une technique destine r planes. Elle consiste badigeonAprs nettoyage de la cible, unles fissures, va les rvler. Le resa) Avantages

Simple mettre en uvre Elle nest pas automatis

elle peut tre effectue sur touet dimensions quelconques;

Facilit de mise en uvre b) Inconvnients :

Il est ncessaire de faire un d L interprtation des rsu

exactes des dfauts. Ncessite lutilisation de Danger des solvants toxi



es et superficielles (taches de diffrentesour des produits plats du types tles, tissunte des limites de diffrentes natures, quee gamme de procds de contrle optique

t peu coteux; rcours optiques entre l il et la pice exami

fauts visibles; pre

e I-2.Examen visuel des traces de corrosion.

vler la prsence de fissures en surface der la cible avec un liquide fluorescent, quirvlateur est appliqu et en ragissant avsuage prsente des avantages et des inconv

et relativement sensible aux fissures ouverteable et les rsultats restent lapprciationtes sortes de matriaux non poreux et no

(pour pntration pr mulsionne); (5)

capage et un dgraissage soign avant l insp ltats est subjective: Il est impossible de d

roduits non rcuprables, voire contamins aues, corrosifs, inflammable (5)


5

natures) constituant des , verres,etc. Toutefois

nous allons examiner et (clairage, loupe, miroir,

e.

pices planes ou quasi- pntre dans les fissures.

c le liquide restant dans ients : (5) (7) (3)

s (et en surface).

de loprateur. De plus, n rugueux de gomtrie

ction; terminer les dimensions

prs utilisation


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c) Domaine d applicationLe domaine dapplication du rede dtecter la plupart des dfauainsi que sur les autres matriou physiquement avec le pntestimer et obtenir une dtectionun ressuage color pratiqu en adans les mmes conditions unen profondeur[4] (1)

I.4.1.3.RadiographieLa radiographie est une techni par les rayons X ou .Applicaelle s applique dans d autres dsouvent la technique retenue lodes htrognits nocives de la fabrication qu celui de co



Figure I-3. Examen par ressuage.

ssuage est trs vaste, car le procd est sits dbouchant en surface sur les matriauxaux, condition toutefois qu ils ne ragirant, A titre indicatif, sa sensibilit est triable de dfauts de 80m de largeur pour 20elier sur une surface usine, alors que le reslimite de dtection de l ordre de 1m en

ue base sur le bombardement d un corps ble gnralement dans le domaine de mdmaines (mcanique, lectrotechnique, matrsqu il s agit de mettre clairement en vidl intrieur des objets de toutes naturetrle de maintenance (5) (7) (3)

Figure I-4.Examen par radiographie.


6

ple d emploi et permet mtalliques non poreux,

ssent pas chimiquement s bonne, puisqu on peut

0 m de profondeur pour suage fluorescent conduit

largeur pour 20 30 m

(un tube, une pice) ecine, mais actuellement riaux ); c est en effet

ence et de dimensionner , aussi bien au stade


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a) AvantagesLes avantages majeurs des techniques radiographiques X et sont :

fournir une image constituant directement un document archivable du contrle montrantl absence prsume ou la prsence d un dfaut dont on peut ventuellement apprcier la natureet la taille.

garantir, dans une certaine mesure, la fiabilit de l examen et le respect des procdures (5). b) Inconvnients

toutefois, linterprtation des images demande un fort niveau dexpertise de la partde loprateur. De plus, cette technique est extrmement coteuse et impose des conditions de scurits pour loprateur et lenvironnement, qui rendent son utilisation en industrie compltement inadapte;

la ncessit de mettre en uvre des dispositifs et procdures de protection du personnel. le risque de ne pas dtecter les fissures se prsentant selon l axe du faisceau; la faible productivit allie un cot lev lorsqu il s agit de faire de multiples examens

systmatiques avec films; (5)c) Domaine d applicationTraditionnellement, les domaines d application du contrle radiographique sont ceux de la fonderieet du soudage mtallique avec la mise en vidence de porosits, soufflures, inclusions non mtalliques,criques, manque de pntration. Les nouvelles techniques de contrle en temps rel sont en traind largir ce domaine d application hors des industries mtallurgiques (5)

I.4.1.4.MagntoscopieLa magntoscopie consiste soumettre une zone contrler laction dun champ magntique

continu ou alternatif. Les dfauts ventuels engendrent un champ de fuite la surface de la pice.Ce champ de fuite est matrialis au moyen dune poudre ferromagntique trs fine, pulvrisesur la surface examiner et attire au droit du dfaut par les forces magntiques. Il existede nombreux moyens daimantation et de produits (poudre sche ou en suspension dansun liquide),adapt : (7)

la forme de la pice; l orientation de dfaut rechercher; la mthode est rapide car les phnomnes d aimantation sont immdiats (5)

a) Avantages facilit mettre en uvre manuellement; conomique; rsultats quasi immdiats; dtection des dfauts dbouchant et des dfauts sous-jacents (5)

b) Inconvnients Cette mthode champ magntique continu ne sapplique qu des matriaux ferromagntiques.

(5)


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b) Inconvnients pour les contrles "manu mthode impliquant un tr sensible la gomtrie (f sensible la nature et l technique souvent trs co

c) Domaine dapplicationL application du contrle ultra

et de leurs assemblages en fabrimcaniques, nuclaires et aronaet assemblages non mtalliquelentement, eu gard aux difficul structure peu homogne etd paisseur et, plus rcemmentles grosseurs de grains, lesles aciers,etc. (5)

I.4.1.6.ThermographieCette technologie est applicableLe contrle par thermographiehomogne et observer l volut prsents constituent des obstacleen surface des anomaliesL observation et la stimulation pde la pice (face arrire). Cettedans les structures compositescramiques, qui sont des conduct



Figure I-6. Examen par ultrason. ls" une grande exprience des oprateurs est

s haut niveau de technicit; rme, rugosit); rientation des dfauts;

teuse (investissement, temps de contrle). (

sonore concerne principalement, l examen

cation et en service, donc l ensemble des iutiques. Ce champ s largit de plus en pluss, cramiques, polymres, matriaux cots pratiques rencontres et dues la natuanisotrope. Les ultrasons sont trs empl, dans l valuation de certains paramtre profondeurs de traitements thermochi

pour le contrle de dfauts volumiquesonsiste produire dans la structure testion de la temprature aprs un certain temp la transmission de la chaleur dans le mat

thermiques pouvant tre dtectes pareuvent s effectuer sur la mme face )face atechnique est particulirement bien adapte

matrice polymre (dlaminages) et poureurs de chaleur relativement mdiocres, (7)


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ncessaire;

)

des pices mtalliques

ndustries mtallurgiques, u contrle des matriaux

posites, cela s effectue e mme de ces produits

yes pour les mesures mtallurgiques comme

iques superficiels sur

t de dfauts de surface. r un chauffement local

s de latence. Les dfauts riau et donnent naissance

une camra infrarouge. ant) ou de part et d autre

la dtection de dfauts e contrle de matriaux


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Figura)- Avantages- Mthode relativement rapide et- Toute l paisseur de la pice es- Les cavits (champs de bulles d- La sensibilit la dtection des- L archivage des rsultats est ga b)- Inconvnients- Des difficults de mesure lies- Des difficults de localisationune projection de ces derniers su- L interprtation des mesures pa- La phase d interprtation desde la technique.

I.4.1.7.Courants de FoucaultCe mode d examen consiste calternatif (gnr par un solnoinduits et cres localement sontdpendent du champ magnde la conductivit lectrique, dd un dfaut, perturbe la circulatidu solnode. La technique est ap

conducteurs de l lectricit. Dana) Mthode directeCette mthode consiste pas(Figure I-8.). Lorsque Un dfautest donc dtect. Un dfaut trans b) Mthode indirecteL examen par cette mthode ba permanent, applicable pour les tlignes du champ dvie celle-ci

du champ.[04]



I-7. Exemple d examen par Thermographie.

sans contact ; gnralement contrle ;

air, fissures, dlaminages, ) sont bien dtdfauts de faibles dimensions ;

anti l aide de la camra infrarouge.

aux effets perturbateurs ; de la profondeur des dfauts, du fait que

le plan de la pice teste ; s toujours facile, surtout pour identifier la na

rsultats prsente des restrictions pour u

er des courants induits par l intermdiairee) et variable dans le temps (basse ou hauteappels courants de Foucault, leurs distributique d excitation, de la gomtriela permabilit magntique et de structur

on des courants de Foucault, entranant une plicable tous les matriaux (5) (7)

l examen par les courants de Foucault citon

er un courant dans un tube (Figure I-9orient selon l axe entre lectrodes, perturbeersal par rapport cet axe n est pas dtect

s sur la gnration d une induction par unubes et plaques. La prsence d un dfaut trst dtect. Contrairement un dfaut orien


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ctes ;

l image obtenue donne

ure des dfauts ; ne automatisation totale

d un champ magntique frquence). Ces courants

tions et leurs rpartitions et des caractristiques

examine. La prsence variation de l impdance

s deux mthodes : .) o dans une plaque

la distribution du champ 5).

solnode ou un aimant

nsversal par rapport aux t paralllement au liges


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Pour la dtection des dfauts, on Les courants de Foucault

Les courants de Foucault basen la mettant au centre de la bobi

Les courants de FoucaultLes courants de Foucault haule mtal, en dplaant une bobinToutefois, il reste possible de crest plus complexe raliser ( ca

Fig

I.5. CND par courantCe type de contrle s effectue emtallique. Toute perturbationune modification de l impdanced excitation et la gomtrie des b

Figure I. I9 Examen par cd un dfaut Transversal



utilise deux types de courants de Foucault da

basse frquence (ordre du Hz/kHz). se frquence permettent de dterminer l

ne. On distingue en gnral trois types de pi haute frquence (50 kHz 500 kHz).

e frquence permettent de localiser en surau dessus du dfaut. Il faut donc pouvoir

er une sonde rotative que lon approche deuse de la variation dentrefer plus importante

re I. I10.Examen par courant de Foucault.

de Foucault n excitant par un champ magntique variab

ar un dfaut des courants induits dans lavue aux bornes du capteur. En agissant su

obines, plusieurs contrles peuvent tre rali

urants de Foucault mthode directe).

Figure I.I 8 Examen pad un dfaut Transversa


11

ns le C.N.D. :

tat global dune pice

ces.(4)

ace des bulles dair dans ettre la pice en rotation.

la pice mais le contrle (5)

le la surface d une pice pice va se traduire par

r la frquence du courant ss.

r courants de Foucault l mthode indirecte .


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I.5.1. Principe de fonctionLe contrle par courant de Foulectromagntiques de CND. Ceet s adapte trs bien aux pices cLe principe de cette mthodevariable dans le temps l aide dce qui va crer des courants in perturb soit par la gomtrie soiCes courants vont crer leud excitation (loi de Lenz) et le cde la cible.Une mesure directe de ce cha permettra de caractriser la cible.

FLes courants de Foucault se dveLeur densit dcrot rapidement

I.5.2. Principe physiqueL alimentation de la bobine dula loi de Maxwell Ampre. Toutinduits appels courants de Foucces courants reproduisent leuLe champ rsultant (excitation etl impdance du capteur. la surface de la pice et s affai peut assurer la capture des dfau

de Foucault. (9) (10) (11)



ement du CND par courant de Fou ault est une des mthodes les plus privil

tte mthode ne s applique qu aux pices lelindriques (barres, tubes,).

onsiste soumettre une pice l actionune bobine (excitatrice) parcourue par un couits dans la pice contrler, la trajectoi

t par les caractristiques internes de la pice. r tour un champ magntique qui va s o

amp rsultant sera fonction des paramtres p

p ou d une de ces grandeurs drives (tLa figure ci-dessous donne un aperu du pri

igure I. I11.principe du CND-CF (6) (9). loppent principalement sur la surface de la p

l intrieur de la cible (effet de peau) (9)

apteur par courant variable cre un champ

e pice conductrice baignant dans ce champault (loi de Maxwell faraday et loi d ohm).er tour un champ opposant au champ quiraction) modifiera alors le courant dans laar ailleurs, les courants de Fou

blissent en allant sur la profondeur .l utilisatits profonds. La (Figure I-12).rsume le prin


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cault ies parmi les mthodes

ctriquement conductrices

d un champ magntique rant lectrique variable,

re de ces courants sera

poser au champ initial hysiques et gomtriques

nsion, impdanceetc.)

ncipe Figure I-11.

ice contrler.

dexcitation variable sous sera le sige des courants

vertu de la loi de Lenz, leur a donn naissance. source et par consquent

ault sont importants on des faibles frquences

cipe de CND par courant


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Figure I. 12. Sc

I.5.3. Effet de peauCe phnomne d origine lectrocourant lectrique alternatif ou

le cas du contrle non destructimanire exponentielle partir deLa grandeur caractristique de ce

f : la frquence d alimentation. : La permabilit magntiq : La permabilit magntiq

: La conductivit lectrique.La profondeur de pntrationet la nature du matriau .Si on considre une cible planeau plan, dans ce cas le module de

Z : la profondeur considre J (z) : Le module de la densit : Profondeur de pntration



ma de principe de contrle par courant de

agntique apparat dans tous matriaux consoumis un champ lectromagntique vari

f, les courants induits dans la pice commla surface. (10) (11)

phnomne est la profondeur de pntration=

. e relative du matriau. e du vide.(7)

est donc inversement proportionnelle

semi infinie excite par une nappe de courla densit de courant est rgi par la relation

( ) = . l intrieur de la cible

de courant en fonction de la profondeur ou paisseur de peau.


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oucault.

ucteurs parcourus par un ble dans le temps, dans

encent dcrotre d une

donne par :quation I-1

la frquence du champ

ants extrieurs parallles suivante :

quation I-2


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On peut constater que la densit(Figure I-13)

Figure I. 13.Rpa

La rponse d une cible unelectromagntique. Dans la majde potentiel reprsentative par l intermdiaire d une bobine

I.6. Avantages et incoI.6.1. Avantages du contr

Rapidit de balayage et d Dtection possible trave Aucune prparation parti Qualit de dtection ind Pas de ncessit dtalonn Traitement informatique Contrle non polluant (9)

I.6.2. Inconvnients du co Effet de bords des pices Le revtement de surface Importance du positionne Formation thorique et pr

I.7. Objectifs des CNUn capteur courants de Fodu systme Capteur/Pice eet gomtriques. Cette technet lectromagntique, d autre foles dfauts. (9).



u courant dcrot de manire exponentielle

rtition des courants de Foucault sous une surf

excitation est recueillie par un lmentorit des cas il s agit de mesurer une impe la variation d un flux. Cette mes(9)

vnient du contrle par Courale par Courants de Foucault

e dtection (3 fois plus rapide que la magnt rs un revtement surfacique.

ulire de la surface contrler. endante de la vitesse de balayage.

age de lappareil, une simple calibration est vec stockage des donnes de simulation.

(12)

trle par Courants de Foucault produisant des signaux parasites

doit tre non magntique et isolant lectriqu ment de la sonde par rapport au dfaut exista

atique des utilisateurs et intervenants. (9) (12

-CF cault peut accomplir diverses tches. D

t fonction des diffrentes caractristiique est parfois utilise pour la carais pour le contrle de l tat de sant en c


14

ans la profondeur

ace plane.

ensible une grandeur dance ou une diffrence

ure s effectue souvent

ts de Foucault

scopie).

suffisante.

. nt.

)

u fait que l impdance

ues lectromagntiques ctrisation gomtrique herchant et caractrisant


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Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF 15

I.7.1. Caractrisation gomtrique Mesure de l entrefer. Mesure de l paisseur. (9) (13)

I.7.2. Caractrisation lectromagntique Mesure de la conductivit. Mesure de la permabilit. (13) (9)

I.7.3. Contrle de l tat de la sant Dtection du dfaut. Position du dfaut. Taille du dfaut. Forme du dfaut. Proprit physique. (9) (13)

I.8. Domaine dapplication du CND par courants de FoucaultLe CND-CF (contrle non destructif par courant de Foucault) peut tre appliqu aux :

Matriaux conducteurs magntiques ou amagntiques. Contrles de filtrages (dtection de mtaux dans un environnement donn) Contrles des tles minces Contrle dpaisseur de revtement. Matriaux composites comportant des fibres conductrices (9) (5) (13)

ConclusionLes techniques de contrle non destructif son trs varies, et leurs utilisation est conditionnes par les dfauts recherchs et la nature des matriaux contrles. Etant donn que les matriauxlectriques et magntiques sont largement utilis en milieu industriel, ntre choix c est portsvers le contrle non destructif par courants de Foucault. Ce dernier est bas sur la variationde l impdance du capteur inductif qui forme le pilier de ce type de contrle , c est pour cela qu il fel objet du chapitre suivant ainsi que les capteurs haut sensibilit qui sont en plein expansion du poinde vue utilisation.

II. Capteurs pour le CND par CFII.1. Les courants de FoucaultUn champ magntique variable dans le temps et passant travers un contour conducteur ferm donnenaissance une force lectromotrice qui joue le rle d un gnrateur de tension qui engendreun courant dans ce contour. Ce courant apparat aussi dans les corps conducteurs (acier, cuivre,

aluminium, etc.) en prsence d un champ magntique variable. Ces courants se referment


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Chapitre II- Capteurs pour le CND par C

dans les circuits situs dans desappels courants de Foucault (co

Ces courants crent, leur todmagntisant sur le champ pr

les corps mtalliques entranele rendement des systmes lectr

Ces pertes sont appeles pertesen action certains mcanisLes courants induits sont trs ud nergie lectrique, le freinagecourants de Foucault) (4) (14) (1

II.2. Dfinition d un caUn capteur est un organe de pr(information entrante) une autrlectrique). Cette grandeur, rede mesure ou de commande Des

II.3. Paramtres du caComme beaucoup de composde paramtres lectriques commutilisations dans un environneme

Prcision : La prcisionla grandeur lectrique obtenue physique mesure.

Sensibilit : Ce paramtrde la grandeur mesurer.

tendue de mesure : Cetla grandeur mesurer. Elle est s

Linarit : Un capteur ede sa plage d emploi.

Fidlit : Un capteur esde mesures concernant la m


plans perpendiculaires au champ magntiqrants induits).

r, leurs propres champs magntiques et pncipal (initial) d une part ; d autre part c

t un excs de consommation d nergiemagntiques.

ar courants de Foucault. Cependant, on pees pour obtenir un rgime de fo

tiliss dans les fours induction, les magnet le diagnostique des objets mtalliques (c

pteur lvement d information qui labore partir

e grandeur physique de nature diffrente prsentative de la grandeur prleve, ecription : La figure II-1 donne le principe d

Figure II-1.Principe d un capteur.

teur ants ou ensembles lectroniques, il exi

ns tous les capteurs. Ils caractrisent les pnt donn. (1)

d un capteur est caractrise par l incertit la sortie du capteur. Elle s exprime en

e caractrise l aptitude du capteur dtecte

te caractristique donne la plage de fonctiouvent note E.M.

st dit linaire s il prsente la mme sensi

t dit fidle si le signal qu il dlivre nee valeur de la grandeur d entre. (1)


16

e. De tels courants sont

euvent avoir une action es courants induits dans

lectrique et rduisent

t les utiliser pour mettre nctionnement souhait. tomtres, les compteurs

ntrle non destructif par

d une grandeur physique (la plus part du temps,

t utilisable des fins n capteur (1) (5) (15)

ste un certain nombre rformances et donc leurs

de absolue obtenue sur onction de la grandeur

r la plus petite variation

nement du capteur pour

ilit sur toute l tendue

arie pas pour une srie


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II.4. Les capteurs courants de FoucaultLa technique du contrle non destructif par courants de Foucault ncessite la mise en placed un systme permettant l mission et la rception d un champ magntique alternatif. Ces deufonctions peuvent tre ralises par un seul lment ou par deux lments distincts. Les capteursmagntiques transforment les variations du champ magntique en une variation de tension mesurable. Nous pouvons classer les capteurs permettant de mesurer un champ magntique variable en deuxgrandes familles :

les capteurs inductifs. Historiquement les premiers lments sensibles au champ connus,ils sont des bobines qui transforment le champ magntique qui les traverse en tension. Elles peuventtre utilises en mission et en rception.

les capteurs magntiques. La variation de l impdance ou de la rsistance de ces capteursest proportionnelle au champ magntique dans lequel ils sont plongs. L mission du champmagntique alternatif doit tre ralise par un autre lment.

Dans ce chapitre nous allons d abord prsenter un panorama, qui ne prtend pas tre exhaustif,des capteurs plus utiliss dans des applications de CND. Ensuite, l application d un capteurmagntique de type magntorsistance gante (GMR) au contrle de pices planes amagntiques,lgrement magntiques et ferromagntiques sera illustre. Les phnomnes de bruit spciquesengendrs par les matriaux magntiques, tels que le bruit de structure et le champ magntiquermanent, et leur inuence sur les mesures ralises avec un capteur GMR seront tudis.Dans la dernire partie du chapitre, des solutions bases sur une technique multifrquences appliqueen post-traitement et l asservissement du point de polarisation du capteur GMR sont mises en uvre

et les rsultats obtenus seront prsents. (14)

II.5. Capteurs magntiquesPour mesurer des champs magntiques ncessitant une sensibilit intrinsque compatible avecles applications de CND par CF, cinq technologies sont actuellement envisageables : les SQUID(Superconducting Quantum Interference Device), les sondes de Hall, les Fluxgates,Les magntorsistances gantes (GMR), Les magnto impdances gantes (GMI).

Ces technologies sont bases sur des principes physiques diffrents et parfois complexes. Cette sectionn a pas pour but de dtailler le fonctionnement de chacune de ces technologies , mais de raliserune premire approche comparative de leurs performances en vue de leur utilisation en CND par CFet de faire un tat de l art sur les systmes de CND mettant uvre ces capteurs. (16) (15)

II.5.1.Les capteurs effet HallLe principe de fonctionnement de ces capteurs magntiques est bas sur l effet Hall. Il est plusimportant dans des matriaux semi-conducteurs mais an d illustrer le principe, on considredes matriaux conducteurs par simplicit. Quand une piste conductrice (l paisseur est gnralemencomprise entre 0.4 et 100&m) est parcourue par un courant continu I , appliqu selon l axe y, voir La Figure II-2., et soumise une induction magntique B, appliqu dans cet exemple selon l axe z,il apparait une diffrence de potentielV H dans la direction perpendiculaire celle de l induction


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et celle du courant, c est diredonne par : (15) (14)

o q est la charge des lectrons e

Figure II-2.P

II.5.2.Les magntorsistanLa magntorsistance (MR) esten prsence d un champ magqui est typiquement trop faibleon peut trouver des matriauxmagntorsistances anisotropesAinsi,le s avances rcent

des dispositifs composs dtelles que les magntorsistanc

o Rmax et Rmin est respectivemagntique varie. Dans le cas d et les TMR 60%100% (16)

II.5.2.1. Les Magnto-RsLes magntorsistances gantesdes annes 1980, simultanmeet Grnberg. Le domaine physiqles lectrons d un spin donn, ql orientation de l aimantationdirectement relie la vitesse

o n est la densit des lectrons,des lectrons par le champ lectr


l axe y. Cette tension, dite de Hall, est due

= v leur vitesse.

rincipe de fonctionnement des capteurs effet

ces la proprit li certains matriaux de v

tique. Tous les conducteurs prsentent pour pouvoir les employer comme capteagntiques qui prsentent un effet magnto

(AMR), et qui sont utiliss pours des technologies et matriaux

e couches minces dotes d un fortes gantes (GMR) et tunnel (TMR). Le taux

(%) =

ment la rsistance maximale et minimale as AMR ce facteur est typiquement 1%2%

istances gantes (giant magneto-resistances, GMR) ont

t par les deux rcents prix Nobel Ferte utilis est l lectronique de spin, et plus pi peut treup ou down , ne se dplacent pasu matriau travers. La conductivit mees lectrons le traversant par la relation : (15

= n q n

q la charge lmentaire et n la mobilit, gaique qui cre leur mouvement. Typiquement


18

la force de Lorentz et est

quation II-1

Hall.

ir leur rsistance varie un effet magntorsistif r de champ. Toutefois,

rsistif suffisant, appels raliser des capteurs.

ermettent de raliser

effet magntorsistif, e MR est donn par :

quation II-2

tteinte lorsque le champ pour les GMR 20%60%

t dcouvertes la fin

l Universit Paris-Sud rticulirement le fait que la mme vitesse selon

ure d un matriau est ) (14) (17)

quation II-3

le au rapport de la vitesse , une GMR est compose


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de plusieurs couches, deux coucL orientation de l une des deuxcouche, la couche douce ,est prsent, elle s aligne ce chdure, par couplage ferromagnti

est eff ectue par passage d untre dcompos en deux courande spin down . Comme indiqule courantup voit deux rsistanctotale est, sir R, (16) (10) (15

Au contraire, si les deux aimsuccessivement une rsistancer

La rsistance de la GMR varimagntique externe au capteur. (

Figur

Figure II-4. volution de l ai


es ferromagntiques spares par une couchcouches ferromagntiques, la couche d

a son aimantation variable : lorsqu un champ ; sinon, elle s aligne paralllement lue indirect, travers la couche conductrice.

courant travers l ensemble des couchess lmentaires, celui des lectrons de spinsur la Figure II-3, lorsque les deux aim

es r faibles et le courantdown deux rsistanc

=

ntations sont opposes ou antiparallles,t une rsistance R. Il vient alors

=

e ainsi entre ces deux valeurs extrmes,5) (14)

II-3.Principe de fonctionnement des GMR.

antation des couches d une GMR en fonctionappliqu (16).


19

de matriau conducteur. re , est force. L autre

mp magntique externe aimantation de la couche

La mesure de rsistance

. Le courant peut alors up et celui des lectrons

ntations sont parallles, es R fortes. La rsistance

quation II-4

chaque courant traverse

quation II-5

en fonction du champ

du champ magntique


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Mme si les GMR sont avant touelle sont aussi utilises dans le d ceux des GMI, mais la recPour une dimension active de qumesur Son amplitude doi

les aimantations des deux couche

II.5.3.Les Magnto-Impd

Une magnto-impdance est undu champ magntique qui lui esen fonction des proprits mde la mise en uvre d un capteur

Figure II-5.Exemple dun fil

L lment MI est parcouruet de frquence suffisamment leDans ce cas, la valeur de l impd

= (

Dans le cas des matriaux ferrdu champ magntique, l impda mesurer.Les capteurs bass sur l effetles rubans et les films minces.d une bobine. La figure II-6 prs


t connues en tant que tte de lecture dans tomaine du CND. Les premires GMR off raie

herche sur ce type de capteur est trselques dizaines de micromtres, un champ mt tre infrieure une valeur m

s ferromagntiques seront opposes

nces (MI)

capteur de champ magntique dont l impappliqu. Le phnomne mis en jeu est li

agntiques d un matriau ferromagntiquMI filaire est donn en Figure II-5.

GMI aliment par un courant alternatif, iac, emagntique extrieur, Hexc.

par un courant d excitation longitudinalves pour que l paisseur de peau soit plusance peut tre donne par l quation suivant

+ ). = ( + ). . . . .

omagntiques, o la permabilit magntiqce de l lment sensible dpendra directeme

MI peuvent se prsenter sous diffrentesLes structures de type micro-ls peuven

ente des schmas de diffrentes configuratio


20

s les disques durs actuels nt des rsultats infrieurs

ctive depuis vingt ans. agntique faible peut tre

ximale pour laquelle

dance varie en fonction l effet de peau variable e. Le principe gnral

t soumis un champ

alternatif d amplitude aible que le rayon du fil.

quation II-6

ue dpend de l intensit nt du champ magntique

formes : les micro-ls,

t tre places au milieu s des capteurs GMI. (16)


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27/42



II.7.1.Capteur caractrisII.7.1.1. capteurs encercl

Cette disposition est destine aumodeste tels que les fils, barres

dans une pice moule dont l ald obtenir un coefficient de rempl pour avoir une bonne sensibilitapportant une dgradation du rap

II.7.1.2. Sonde interneC est un capteur qui est destinde mesure entourent l axe de tra(9)

Figure

II.7.1.3. Le palpeur ou la

C est un capteur destin lexse dplacer avec deux degrsou proximit de la surface de ltransversale. Elle permet doncdaccs rputes difficiles. Dansmthodique de la surface de la pi


ar sa positionnt

contrle au dfil des produits longs de foret tubes (Figure III-8). Les bobines sont i

sage doit tre de diamtre trs peu suprieissage le plus voisin possible de l unit. Cett

de dtection sans avoir utiliser un taux port signal/bruit. (4) (5)

l examen d un produit creux par l intrienslation. Ils oprent soit avec ou sans noya

II-9. Bobine interne glissante avec noyau (10).

bobine ponctuelle:

men local de la pice partir de Sa surfde libert. Il sagit dune petite bobine qa pice. Elle analyse une zone quasiment ne inspection locale de la pice et elle ple cas dexamen dune surface importante, ece. (1) (18) (10)

Figure II-8. Capteur encerclant.


22

e simple et de diamtre mobilises et protges

r celui du produit, afin e condition est ncessaire

d amplification trop fort

r, dont les enroulements (Figure III-9),. (13) (6)

ace sur laquelle il peut ui peut tre place sur, ale laire de Sa section

ut atteindre des rgions lle ncessite un balayage


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Figure II-1

II.7.1.4. Sonde plate

De la mme manire que la bob

d action est plus large figure II-

II.7.1.5. Sonde interne to

Dans ce cas, le capteur tourne a perpendiculaire l axe du tube.interne du tube Figure II-12. (9)


0..Bobine interne glissante avec noyau (6) (9)

ine ponctuelle, ce capteur opre sur les Vu

1. (13) (6) (9) (10)

Figure II-11.Bobine plate.

rnante

tour de l axe de translation. Il en rsulte aloCe capteur permet de localiser le dfaut ave(10)

igure II-12. Capteur interne tournant.


23

13).

e sa gomtrie, sa zone

rs un champ magntique c prcision sur la surface


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II.7.2.Capteur caractris

Le capteur peut tre caractris pfonction et capteur fonction sp

II.7.2.1. Capteurs doubl

il est constitu d une seule bobqui la parcourt et subit des varsa signal de sortie Figure II-13. (

Figu

II.7.2.2. Capteurs foncti

Dans ce cas, le capteur contienalternatif et une autre bobine ode la pice examine. Dans lelectromotrice (f.e.m) induite au

Fig


ar sa fonction

ar sa fonction. On distingue deux types de cares.

e fonctions

ine mettrice-rceptrice qui cre le flux aliations d impdance que l on peut dtecter e) (1) (10) (11)

e II-13. Capteur double fonction. (6) (9).

ons spares

au moins deux lments, une bobine pouun capteur de champ magntique pour la

as o le rcepteur est une bobine la grand bornes de celle-ci. (13) (11)

ure II-14. Capteur fonction spare (6).


24

pteurs : capteur double

ernatif grce au courant n mesurant trs finement

r l mission d un champ rception de la rponse

eur mesure est la force


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II.7.3. Capteur caractris

En fonction de l intensit du c identifier ou contrle et des p

II.7.3.1. Capteur mode

Un capteur absolu est destin par rapport une rfrence fixau signal mis. C est pourquocomparative. La mthode absocomparaison du signal reu une

Ce mode de mesure permet(par exemple la temprature qui

du matriau tester) (10) (13) (1II.7.3.2. Capteur mesur

Ce mode de mesure est, par des variations locales dedus aux discontinuits lors du ddes perturbations lentes telles qest constitu d au moins deuxde mesures ralises conjointemest idalement nul lorsque la pic

Cette mthode est essentiellemedes dfauts mtallurgiques et les

L avantage de ce mode de mestelles que les variations dimensio


par le mode de contrle

amp , qui dpend de caractristique lectrerturbations ventuelles , on compte deux m

bsolu

mesurer la valeur effective des caractristiqe. Le signal rcupr par la bobine est tri on utilise, en contrle par courants due utilise un capteur double fonctionrfrence artificielle lectronique.

d accder simultanment aux grandeursfait varier la permabilit magntique et l

e diffrentielle

opposition un capteur mesure absoll objet inspecter. Il permet de d

placement du capteur le long du produit exue la variation du lift-off, conductivit... Tlments voisins. Cette approche revientnt sur les deux lments. Le signal fourni pe est saine, . (13) (1) (10) (11)

Figure II-15. Mode diffrentiel.

nt utilise en contrle de sant. Elle permvariations dimensionnelles brutales telles qu

re rside dans la suppression de tout signalnnelles ou les fluctuations de temprature ou


25

omagntique de la pice des de mesure : (18)

e du produit examiner s faible en comparaison

Foucault, une mesure t la mesure se fait par

utiles et perturbatrices a conductivit lectrique

e, sensible uniquement ecter les changements

amin en se dbarrassant ypiquement, le rcepteur effectuer la diffrence ar un capteur diffrentiel

t de mettre en vidence des fissures.

d a des variations lentes de conductivit (18)


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II.8. Plan dimpdanceII.8.1.DfinitionLe diagramme dimpdance edenroulement. Les parties rell

variations des paramtres rles paramtres influents dans le pappele le diagramme normalidenroulement sont la conductividimperfections, (5)

II.8.2.LimpdanceL impdance lectrique mesure lsinusodale. Elle peut tre re

la rsistance) plus une partie imaDans notre dispositif, limpdadu champ magntique traversantmtallique qui induit cette vadimpdance partir de ces phn

Figure II-16. Variation


normalis

st une reprsentation dans un plan coes et imaginaires de cette impdance son

issant la construction dune sonde. Lelan de limpdance peuvent tre normalises dimpdance. Les diffrents paramtrest lectrique, la frquence, la permabilit,

opposition d un circuit lectrique au passarsente comme la somme d une partie

ginaire (partie ractive, la ractance). ce de la source qui est une bobine, est

ses spires. Cest la cration des courants deriation. Lorganigramme de la Figure II.16mnes. (10)

impdance d une bobine en prsence de cou


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mplexe de limpdance fonction de diffrentes

s courbes reprsentant dans une courbe standard

influenant limpdance lpaisseur et la prsence

e d un courant alternatif relle (partie rsistive,

odifie par la variation

oucault au sein de lobjet . schmatise la variation

ants de Foucault.


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II.8.3.Impdance du capteurPlusieurs formules existaient pour le calcul de l impdance d un capteur (4)

II.8.3.1. Impdance normaliseLe capteur inductif est toujours de bobinage de N spires, de formes varies. Il est caractris par deuxgrandeurs : la composante rsistive (R) qui englobe les pertes par courants de Foucault dues la pntration du champ dans la cible et les pertes internes du bobinage d excitation,et le terme inductif (X) qui reprsente la ractance du bobinage d excitation, lie la topologiedes lignes du champ magntique mises par le capteur. (4) la rsistance normalise (13) (10)

= quation II-7la ractance normalise, (13) (10)

= quation II-8Alors l impdance normalise est,

= + quation II-9

=

quation II-10

OVet sont les grandeurs complexes associes la tension et au courant d excitation. Sachant quela tension V et le courant s expriment en fonction de la rluctance complexe du circuitmagntique l aide des relations :

. = . et = quation II-11L impdance s crit donc :

= = + quation II-12Pour ne conserver dans l expression de l impdance que les variations dues la prsence de la cibleon introduit traditionnellement la notion d impdance normalise. Cette impdance normalise Znse dduit de Z l aide de l expression :

= + = quation II-13

= et = quation II-14(6)

Avec Z0 = R0 + jX0 est l impdance du capteur vide (sans cible).Et Z = R + jX est l impdance du capteur en charge (impdance avec cible).En procdant cette normalisation, la mesure devient indpendante de certaines caractristiques propres de la bobine excitatrice (nombre de spires, pertes vide) et de la croissance de la ractanceen fonction de la frquence. Elle dpend uniquement des paramtres de structure que sont la frquenced excitation et la gomtrie de la sonde, et des paramtres de la cible savoir sa gomtrie,sa conductivit lectrique , sa permabilit magntique et la distance ca pteurcible (lift-off). L tudedes variations de Zn s effectue dans le plan d impdances normalises en traant Xn en fonction de R n.Pour un capteur donn, toute variation de l un des paramtres de la pice induit un dplacementdu point reprsentatif de Zn dans le plan d impdances normalises.


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La Figure II.17, illustre l allur pour des variations de la conduct

Figure II-17. Influence de la c

En prsence d un dfaut dans lacause par la dviation des coura

:L impdance qui cre parUn changement de caractristiqu

suivant une trajectoire que l on a

Figure II-18.Eff

ConclusionLes capteurs magntiques haet demande un choix judicieux

demande une connaissance pralmultiphysic pour ces nombreux a


e des trajectoires que dcrit le point de livit lectrique et de la distance capteur-ci

nductivit et du lift-off sur le diagramme d i

pice, une variation supplmentaire due lnts de Foucault affecte l impdance de la bo

= =

dfaut e physique de la pice contrle fait varier le

pelle signature,

et du dfaut sur la valeur de l impdance de l

te sensibilit sont nombreux, et leurs perfo pour l adapt au contrle par CF. la mo

able du logiciel de simulation, ntre choixvantages(multi-domaines), ce qui fera l obje


28

impdance de la sonde le

pdances normalises.

a modification du champ ine qui devient, (13)

quation II-15

point de fonctionnement

bobine.

rmances sont trs varies lisation de ce contrle

est port sur COMSOL t du chapitre suivant.


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Chapitre III. Introduction linterface utilisateur de COMSOL 4.3 29

III. Introduction l interface utilisateur de COMSOL 4.3L interface de COMSOL peut tre spare en quatre parties. A gauche, on retrouve le Model Buildero il est possible de dfinir des variables et autres paramtres du problme (Parameters),le modle (Model) o se retrouvent la gomtrie (Geometry), les proprits des matriaux formant

la gomtrie, le ou les modles de physique s appliquant au problme tudi et les paramtresde maillage (Mesh). Le Model Builder comporte aussi le type de problmes et les paramtresde solveur (Study) et les options d affichage et de post traitement des donnes (Results).La colonne directement droite comporte les options relatives ce qui est slectionn dans le ModelBuilder, par exemple, les dimensions d un objet qui vient d tre cr dans Geometry. C est auss cet endroit que les paramtres initiaux de la simulation et les modles physiques ncessairessont choisis.En haut droite, la fentre d affichage graphique (Graphics) permet de visualiser la gomtrie,le maillage ou les rsultats. Au haut de cette fentre se retrouvent diverses options permettantde changer le grossissement de l affichage, l orientation d un objet tridimensionnel, etc. Les optio permettant de slectionner des objets, des domaines, des frontires ou des points se retrouvent aussiau haut de cette fentre.Finalement, au-dessous de la fentre d affichage graphique, il y a une fentre permettant de visualiseles messages d erreurs, le progrs des simulations, la liste des oprations effectues lors du calculde la solution ainsi que des rsultats numriques calculs une fois la simulation termine.Les diffrents lments de l interface utilisateur de COMSOL 4.3 sont prsents la figure III-1

Figure III-1 Interface utilisateur de COMSOL 4.3.

III.1.Cration du modle de simulationOuvrez une nouvelle simulation COMSOL, choisissez le modle spatial en 2D, cliquez sur Next( ).Vous devez par la suite choisir le modle physique appropri. Slectionnez le modle magnetic

fields (mf) dans la catgorie AC/DC. Une fois la slection du modle effectu, vous devez slectionnerle type d tude dsir. Sous Preset Studies, choisissez le cas d tude en rgime permanent (frequencdomain), puis cliquez sur Finish ( ). Sauvegardez la simulation dans votre rpertoire personnel.


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Dans le Model Builder, faites apparatre le menu contextuel (clic droit de la souris) de Geometryet cliquez sur rectangle (voir Figure III-2).Vous pouvez maintenant entrer les diffrentes dmentionsrelatives au problme :

Figure III-2 Les tapes pour dessin un carr.

Dans ntre exemple on a besoins 5 rectangle (le domaine d tude et les 1 rectangle pour la bobinediffrentielle) avec le dmentions suivantes :

Hauteur de pice : 50 mmLargeur de pice : 30 mmLa position du pice x, y :(0,0)Hauteur de dfaut1 : 2 mmLargeur de dfaut1 : 5 mmLa position du dfaut1 x, y :(15,25)Hauteur de dfaut2 : 2 mmLargeur de dfaut2 : 2 mmLa position du dfaut2 x, y :(30,28)Hauteur de domaine : 50 mmLargeur de domaine : 80 mmLa position du domaine d tude x, y :(0,0)Hauteur de bobine : 50 mmLargeur de bobine : 2 mmLa position du bobine d tude x, y :(0,30.5)Pour entrer ces dmentions cliqu sur rectangulaire (voir la figure III.3).


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Figure III-3 Les dmentions du rectangle.

Dans le Model Builder, faites apparatre le menu contextuel (clic droit de la souris) de Geometryet cliquez sur booleane oprations et choisir diffrent pour faire le dfaut dan cette DomainAprs cette opration cliquez sur Build All ( ) dans la fentre d affichage graphique voustrouvez (voir la figure III-4)

Figure III-4.Affichage du demain d tude.

III.1.1. Ajout des proprits du matriel composant la plaqueFaites apparatre le menu contextuel de Materials dans le Model Builder puis slectionnez OpenMaterial Browser. Choisissez Air aluminioum et Capper sous l onglet Built-In puisajoutez-le au modle.Pour les nombres des spires et la valeur du courant d alimentation dans le Model Builder (clic droide la souris) de Magnetic Field (mf) et cliquez sur Mult-Turn Coil Domain pour les deux bobinesAprs cette opration dans la partie Multi-Turn Coil Domain slectionnez sur les deux petits carrs

et vous trouverez les cases pour remplir le nombre de spires (10 spire par dfaut) et la valeur du courant d alimentation (1 [A] par dfaut).


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III.1.2. MaillageCliquez sur Mesh et choisissez comme taille de maillage fine, laissez le maillage dfini en tant quePhysics-controlled mesh. Cliquez sur Build All, il est maintenant possible de voir le maillage

triangulaire (option par dfaut). Il est possible de dfinir manuellement les paramtres de maillage (clicdroit de la souris) sur Mesh.A ce stade, ntre modle devrait ressembler celui prsent la figure III-5

Figure III-5 La mthodologie du maillage.

III.2.Simulation et traitement des rsultatsPour effectuer la simulation, cliquez sur Study dans le Model Builder puis sur Frequency Domainon pose un frquence 100 Hz puis cic sur Campute. COMSOL se chargera de choisir les paramtres du solveur en fonction des modles physiques choisis. Si vous dsirez changer les paramtres du solveur, ces derniers sont accessibles partir de l onglet Study, mais cela n est pancessaire dans le cadre de ce tutoriel.Le rsultat que vous devriez obtenir est prsent la figure III-6.

Figure III-6. Rsultat de simulation pour l induction normal.


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Figure III-7. Profil du la densit magntique normal.

Figure III-8 Profil de la densit magntique sur l axe x.

Figure III-9 Profil de la partie imaginaire de la densit magntique sur l axe x.


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Figure III-10 Profil de la partie absolu de la densit magntique sur l axe x.

ConclusionPour une premier essai de simulation, les rsultats obtenus dans le cas d une pice en aluminiumcontenant deux dfauts sont reprsent par un l ensemble des figures ci-dessus.

La figure (III-6) montre la variation de la densit magntique de flux en fonction de la longueur de la pice

La figure (III-7) montre la variation de la densit magntique de flux le long de la pice,

Les figures (III-8 III-10) reprsentes la variation du flux magntique selon l axe x, la partie relle puis la partie imaginaire et enfin la partie absolu de la densit magntique de flux en fonctionde longueur de la pice au niveau des dfauts

on constat, pour les diffrentes courbes, une variation soit du champs ou densit du flux magntiqueau voisinage des dfauts, d o dtection de dfauts.

Une tude et des simulations plus pousses ferons l objectif de ntre travail..


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Conclusion 35

Conclusion gnraleLe travail prsent dans ce rapport avait pour objectif l tude et l analyse des performancesdes systmes de CND par CF mettant en uvre des capteurs magntiques haute sensibilit. Nous avons rappel brivement la dfinition et le but du contrle non destructif (CND), les diffrents

types de dfauts dtects en CND, le principe de dtection d un ventuel dfaut et les bases physiquesqui rgissent les procds de contrle. Nous avons ensuite dcrit les principes des principalestechniques de contrle non destructif les plus utilises dans le secteur industriel savoir : l examenvisuel, le ressuage, les ultrasonores, la radiographie, le contrle par magntoscopie, la thermographie,et enfin le procd la technique des courants de Foucault. Pour chaque technique d inspection nousavons voqu les avantages et les inconvnients. C est l examen par les courants de Foucault quconstitue le sujet de ce travail. Le choix d un tel contrle est justifi par sa simplicit, ralisation pratique non coteuse. Dans le deuxime partie, nous rappelons les notions de basesur les capteurs magntique utiliss dans le contrle non destructif par courants de Foucaultet les diffrente types des capteurs : Capteur caractris par sa position , Capteur caractris par sa fonction et Capteur caractris par le mode de contrle. et diffrents mode de fonctionnements .Dans ce travaille, nous trait des problmes de CND_CF prsentant des dfauts de faible ouverture(fissures).La dtection des fissures permet de prvenir la destruction des pices en fonctionnementet d augmenter la fiabilit des produits industriels. C est dans ce contexte qu un modlesera par la suite, dvelopp pour faciliter la modlisation de ce type de dfauts.


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Bibliographie 36

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Abstract of bibliographic report of the MM projectThis work relates to the study of the Non Destructive Testing (NDT) and her Mechanisms;its prominent role in the detection of surface errors. For the realization of this study we, initially, presented this technology, the various topologies of used ,the pros and cons of each of them

separately. and the equipments necessary to the installation,Areas and methods of use.In a second place, a theoretical part of the non destructive testing (NDT) by eddy current(basedon variation in impedance sensor part) asa fundamental principle in this study. Also did not failto mention the pros and cons this method, and defining the sensors and include different types of thistechnology (sensors) in NDT byeddy current, and in the end, we gave a brief overviewof thesoftware used, the COMSOL multiphysisc , and a first simulation step of this control.Index Terms: Non-destructive testing (NDT), eddy currents, sensors

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. : , ,

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multiphysiscLCOMSO

Rsum du rapport bibliographique du projet de MDMLe contrle non destructif (CND) a pour but d valuer l intgrit d une pice sans la dtriorer.Cette tape du processus industriel est destine garantir la scurit d utilisation des picescontrles. Elle joue aussi un rle conomique non ngligeable, dans le sens o elle permetune gestion optimise de la maintenance. A ces deux titres, le contrle non destructif est trsimportant pour l industrie et particulirement utilis, par exemple dans l industrie automobile, ptrolire, navale, aronautique et nuclaire.L objectif vis par ce travail, en premier lieu, est de prsent les principales mthodes de CNDet en particulier celle des courants de Foucault, ensuite faire une description rapide des capteurs courants de Foucault, principalement les capteurs magntiques haut sensibilits, les plusutiliss,. et en fin , on donn un bref aperu du logiciel utilis , le COMSOL multiphysisc ainsiquun premier pas de simulation de ce contrle.

Mots cls :Le control non destructif (CND), courant de Foucault, capteur,

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