Edouard RAYMOND Chargé d’affaires MISTRAS

Présentation DefiSON le 08/02/2018

Contrôle Non-Destructif ultrasonore et émission acoustique : Applications et

usages

PRESENTATION DU GROUPE MISTRAS : CHIFFRES CLES

Présence Locale, Portée Globale

IMPLANTATION MONDIALE CHIFFRES CLÉS COLLABORATEURS

5 continents

90 bureaux

15 pays

1978: création

2009: le groupe rejoint le

750 M$ : Chiffre d’affaires (2016)

735 M$ : Market Cap. (2016)

6000 collaborateurs

1500 en Europe

5000 clients

60 pays

PRESENTATION DU GROUPE MISTRAS : Localisations

Un acteur majeur dans le domaine du CND depuis plus de 30 ans. 400 collaborateurs

MISTRAS (44)

MISTRAS Normandie

(76)

MISTRAS Nord Littoral

(59) MISTRAS Group,

SAS Siège Social (94)

MISTRAS SOLSI-TEC

(57)

ASCOT CH (71)

ASCOT LC (71)

MISTRAS Rhône-Alpes

(69) MISTRAS

Méditerranée (13)

EUROSONIC (13)

CIE (13) MISTRAS

(64)

PRESENTATION DU GROUPE MISTRAS : OPERATIONS FRANCE

AGENCES MG-SAS

MISTRAS (33)

MISTRAS-ASCOT Prestataire de service en inspection et CND

Pôle d’excellence européen en Aéronautique, spécialistes dans le domaine Nucléaire

MISTRAS-CIE

Spécialisé en Radiographie, inspection visuelle et

télévisuelle, inspection sur corde

MISTRAS-EUROSONIC Pôle d’excellence européen en CND

ultrasons

MISTRAS Group, SAS : siège social (Sucy-en-Brie)

MISTRAS Normandie MISTRAS Méditerranée MISTRAS Rhône-Alpes

MISTRAS Solsi-Tec MISTRAS Nord-Littoral

Radiographie • 6 Installations gamma & radiographie X • 1 225kV X-ray • 1 Anodes longues • 2 320kV X-ray • 2 320kV X-ray and Ir192 source

Soudure et Polissage • Contrôle géométrique et dimensionnel

Soudage TIG • Sablage • Polissage

PRESENTATION DU GROUPE MISTRAS : PRESTATION EN ATELIER Le Creusot – Pau – Toulouse - Nantes

Ultrasons immersion • 8 Cuves motorisées

Ressuage • 1 Ligne Immersion • 2 Lignes Electrostatique

Macrographie et Micrographie Examen metallographique: • Répliques & photos • Cotation taille de grain

Nickel / Cobalt line • FeCl3 / HCl • HF / HNO3 • Turco 4181

Titanium line • HF / HNO3 • NH4HF2 • H2SiF6 / HNO3

PRESENTATION DU GROUPE MISTRAS : PRESTATION EN ATELIER Le Creusot – Pau – Toulouse - Nantes

Magnétoscopie • 3 bancs fixes

Expertise • Expertise de pièces

Machine à mesurer tridimensionnel

• 2 Machines à mesurer tridimensionnel

PRESENTATION DU GROUPE MISTRAS : PRESTATION EN ATELIER Le Creusot – Pau – Toulouse - Nantes

MISTRAS : CENTRE DE FORMATION CND

• Ressuage / Magnétoscopie • Ultrasons &TOFD • Phased Array • RT : Argentique &

Numérique • Formation Matériaux

• Formation du Niveau I à Niveau III

• Consulting Niveau III

+ + +

CIFM &

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains…) • Recherche couple de serrage • Contrôle par résonance • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

1.1) Principe général

Définition :

L’ultrason est une onde mécanique et élastique qui se propage dans différents milieux : Fluides, Solides, Gazeux ou liquides. Gamme de fréquences : Production d’Ultrasons :

• Générateur Piézoélectrique • Emetteurs Magnétostrictifs • Emetteur Electrostrictifs

1.1) Principe général

Effet Piézoélectrique:

Transformation d’une énergie électrique en énergie mécanique ou réciproquement

(Effet piézoélectrique inverse).

Pourquoi l ’effet Piézoélectrique ?

Les traducteurs Ultrasonores sont composés d’élément piézoélectrique afin de générer une onde dans le matériaux.

1.1) Principe général

Type d’ondes : • Ondes longitudinales

OL : Onde avec variation de volume Onde de compression, c’est le mode le plus rapide.

• Ondes transversales

OT : Onde sans variation de volume Onde de cisaillement vertical

1.1) Principe général

Les angles critiques :

• Autres types d’ondes

Mode de Rayleigh : A utiliser sur des surfaces propres, lisses, avec un bon état de surface. Peuvent suivre les rayons et les gradins. Utiles en expertise, levers de doutes, zones difficiles d’accès en maintenance. Peu utilisées car méthodes surfaciques souvent plus adaptées

1.1) Principe général

R

E

Focalisation du faisceau :

Différents types de focalisation • Mécanique (Lentilles ou piézo mis en forme) • Electronique (Phased Array)

1.1) Principe général

Intérêt : Meilleure sensibilité

(Détection meilleure que λ/2)

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains…) • Recherche couple de serrage • Contrôle par résonance • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

Les ultrasons est une méthode par comparaison :

Etape 1 : Réalisation cale étalon (TFP/Insert)

représentative

Etape 2 : Etalonnage matériel d’inspection : Maximisation du TFP/Insert.

Etape 3 : Inspection des pièces recherche du défaut « artificiel »

+

=

Réflexion : Contrôle à l’aide d’un traducteur, cette méthode permet détecter, dimensionner et localiser les indications. C’est la plus utilisée.

Technique par contact (réflexion et transmission)

E/R

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

Transmission : Contrôle à l’aide de 2 traducteurs, un émetteur, l’autre récepteur. Travail sur l’écho de transmission, on recherche sa disparition ou son atténuation. Utiliser des traducteurs ayant des caractéristiques similaires (longueur d’onde)

Technique par contact (réflexion et transmission)

E R

Très utile lorsque l’atténuation du matériau limite le parcours sonore en aller-retour puisqu’on ne travers la pièce qu’une seule fois dans cette technique (ex : Nida).

Ce qui fait la force de cette technique est aussi sa faiblesse car les variations d’atténuation faibles sont moins bien détectées.

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

Double transmission : On fait de la transmission avec un seul traducteur en utilisant un miroir derrière la pièce. Technique imposant l’immersion. Focalisation à la surface du miroir.

Double transmission : Technique très utile sur les plaques composites fines. Il est souvent délicat de distinguer les échos d’entrée et de fond mais on ne peut pas augmenter la fréquence car ces matériaux sont trop hétérogènes.

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

Technique par immersion

Reproductibilité / Traçabilité Travail en focalisé / miroir Sensibilité / Résolution / Dimensionnement Cadences de contrôle Suivis de contour Plus de problèmes de couplage Probabilités de détection

Investissement lourd Spécialisation du personnel Transport sur chantier Calcul de vitesse et test dynamique

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

• Visualisation de type A, B, C d’une pièce

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

• Visualisation de type A, B

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

• Visualisation de type A, C amp, C TOF

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains…) • Recherche couple de serrage • Contrôle par résonance • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

• Contrôle des tubes :

Tube épais Tube fin

OT OT OT OT OT OT

Contrôle OT & OL

OL

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Contrôle par résonance • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

Connaissant la vitesse d’un matériau, on peut en déduire son épaisseur et inversement. Travailler avec la fréquence d’échantillonnage la plus élevée possible. Mesure d’épaisseur : Etalonnage en vitesse selon la vitesse connue. Réglage du zéro grâce à 2 échos de fond choisis arbitrairement Le 2ème doit être affiché au double du premier. Prendre les mesures sur le premier écho de fond ou réaliser une mesure entre 2 échos de fond consécutifs.

Mesure d’épaisseurs

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains…) • Recherche couple de serrage • Contrôle par résonance • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

Evaluation de taille de grains par ultrasons : Réalisation d’un tri selon le niveau de bruit de fond et classement des pièces selon ce niveau. Couper la pièce avec le niveau de bruit de fond le plus élevé et réaliser une micro. Si la taille de grain est bonne, on valide le lot. Sinon, on coupe la suivante

Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains…)

Coefficient de Poisson : Mis en évidence par Siméon Denis Poisson, le coefficient de Poisson permet de caractériser la contraction de la matière perpendiculairement à la direction de l'effort appliqué. Module de Young (E): Constante élastique qui, pour un matériau homogène isotrope, lie la contrainte à la déformation. Mesures de caractéristiques physiques (Module d’Young, coefficient de Poisson) On mesure la masse et le volume d’une pièce puis on fait une mesure de vitesse des OL 0° et des OT 0°sur le même échantillon. On en déduit des formules des vitesse les coefficients de Poisson et Young.

Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains…)

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains…) • Recherche couple de serrage • Contrôle par résonance • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

• Mesures de couple de serrage

Tension (daN) = K*Allongement UT (ns) K est un coefficient qui dépend de la configuration (abaques) et qui prends en compte les chutes de vitesse par la contrainte et l’allongement.

Tension (daN) = K*Allongement UT (ns)

Allongement en ns

Tension en daN

Mesure entre 2 échos ou 1 seul. Possibilité de laisser le traducteur à

demeure.

Recherche couple de serrage

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Tap-test, Contrôle par résonnance. • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

• Tap-test :

Contrôle à l’aide d’un petit marteau doux, ce contrôle permet en « écoutant » le son émis par le choc sur la pièce de déterminer la présence de délaminage ou décollages importants.

Méthode moyennement fiable directement basée sur l’expérience de l’opérateur

• On peut aussi utiliser un woodpecker : Tap-test électronique C’est un petit système électronique qui va mesurer le rebond d’un petit marteau sur la pièce. Selon le rebond engendrer, il va indiquer ou non la présence d’un défaut.

Tap-test, Contrôle par résonnance.

• Bond-testing / Contrôle par résonnance

Pitch and catch L’énergie acoustique (quelques kHz) est perdue dans la structure. Lorsqu’un délaminage apparaît, l’énergie reçue est plus importante

Tap-test, Contrôle par résonnance.

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Tap-test, Contrôle par résonnance. • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

Rack 32 voies Ultrasons en parallèle Connexion Ethernet ou USB 3.

Système SAMBA pour intégration dans engin de contrôle rapide de voies

Applications Industrielles: Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

Vitesse d’avance du camion en contrôle max : 30km/h Contrôle du Champignon, Ame, Patin.

Camion géo-localisé permettant de « recaler » le contrôle à postériori

IHM déportée

Bac de départ

Plateau CB

Armoire Electrique

Poste Opérateur

Zone Protégée Cuve 3 Axes

Grillage

Amélioration de la productivité:

• Amélioration C-Scan : ‒ Cuve US Automatisée (Retrofit

ou équipement neuf) ‒ Qualification client et

documentation pilotée par nos Cosac niveau III

• Amélioration A-Scan : ‒ Equipement développé pour les

besoins de votre production

• Amélioration procédés : ‒ Organisation Lean ‒ Automatisation de la traçabilité

(lecteurs Flash code / QR code) ‒ PlugIn client au niveau du

contrôle ‒ Automatisation des rapports

Applications Industrielles: Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

Pre-Machining

Ultrasonic Testing

Macro Etching

Destructive Testing

MISTRAS Solutions

+

+

+

Concurrence

Application s Industrielles

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Tap-test, Contrôle par résonnance. • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

DEFINITION:

Phénomène de création d’ondes élastiques transitoires résultant de micro déplacements locaux internes aux matériaux (20 kHz à 1 MHz)

Salve

Contrainte Contrainte

Evènement Localisé (x, y, z)

Ondes Elastiques

Evènement (Physique) Matériau

σ σ Salve

Principe général

EVENEMENT / EVENT Apparition d’un micro-déplacement engendrant des ondes élastiques transitoires

SOURCE Lieu où apparaît des évènements d’Emission Acoustique. SALVE / HIT Signal de forme transitoire caractérisé par une montée rapide de l’amplitude des oscillations à partir d’un niveau de référence initial puis par une décroissance, généralement plus lente jusqu’à une valeur proche du niveau initial.

Principe d’irréversibilité : Effet KAISER

Effet Kaiser : Lors de la sollicitation d’un matériau : absence d’Emission Acoustique jusqu’à ce que le niveau de sollicitation précédemment atteint ne soit dépassé.

Principe général

Capteur Pré-amplificateurs (Amplification, conditionnement + Filtre)

Carte d’acquisition

Disque dur

PC

Interface opérateur

Post-traitement

Affichage

Chaine complète d’Emission Acoustique

Acquisition / Stockage / Traitement Liaison Conditionnement Détection

Principe général

Source de HSU-NIELSEN La rupture de mine de crayon Norme NF EN 1330-9. • Vérification des systèmes d’Emission Acoustique (Couplage, capteur, connexion, système….) • Mesure de l’atténuation du signal en fonction de la distance • Définition de la zone surveillée par un capteur (Sensibilité) lors des essais de structure.

Dureté de la mine : 2H Diamètre de la mine : 0,5mm Longueur de la mine : 3 mm

Principe général

• Mécaniques

• Déformations plastiques, • Ruptures, Impacts, • Transformations de phases • Frottements, • Fuites, Cavitation, Ebullition…

• Physico-Chimiques

• Corrosion, • Fragilisation H2 • Dégagement gazeux, • Croissance et ruptures d’oxydes…

Principe général

Sources d’emission Acoustique

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Tap-test, Contrôle par résonnance. • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

Recherche de corrosion / fissuration

Mécanisme de CSC aciers Inoxydables : Etape 1 : Etape 2 :

Etape 3:

Formation du film

Stress

Stress Rupture fragile

Environnement

Stress

Stress

Plastification en fond de fissure

Recherche de corrosion / fissuration

Suivi de Corrosion : Identification des phases transitoires de propagation de corrosion localisée : Exemple : 2 Réservoirs à fond plat

• Matériau : Acier Inox (316Ti/19-25 Hmo ST9) • Milieu non Corrosif • T° 90°-100°C

CORPAC :

• 1996 : CORPAC : Peu d’activité Conclusion: Pas de propagation de corrosion • 1997 : CORPAC Forte activité localisée à l’interface Liquide/Gaz Analyse de la production Rupture d’un sécheur 1 mois auparavant (Eau dans le produit) • 1998 : CORPAC : Faible activité Conclusion : Réduction importante de la vitesse de corrosion.

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Tap-test, Contrôle par résonnance. • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

Recherche de fuites

• Les pertes de gaz en raffinerie se chiffrent entre 100 000 et 4 millions d’euros par an et par site

• Des centaines voir des milliers de vannes peuvent être à l’origine de ces pertes.

• L’identification et la quantification de chaque fuite sont nécessaire à la prise de décision appropriée.

• Une vanne fuyarde peut perdre plus de 100 Litres Minutes !

• Les fuite inférieures à 1 litre/minute sont détectable

Partenariat entre MISTRAS & British Petroleum : VPAC

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Tap-test, Contrôle par résonnance. • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Application Aéronautique

Monitoring

Réacteur neuf (Liquéfacteur) : Inspection périodique par EA (GDF Montoire) Elimination des arrêts Remplace l’inspection visuelle Environnement : Taille : 8m x 3,5m Volume 100m3 Matériaux : Acier Inox (Z3CN1810) Isolation : Multi-Parois Pression Max : 12 Bars Température : -138°C

Post traitement des données non négligeable

SOMMAIRE

1) Ultrasons (méthode active) 1.1) Principe général

1.2) Techniques & Représentations des ultrasons

1.3) Applications tous matériaux :

• Contrôle OT & OL • Mesure d’épaisseurs • Mesures (vitesse, module de Young, Coefficient de poisson, Taille de grains …) • Recherche couple de serrage • Tap-test, Contrôle par résonnance. • Application Industrielle : Ferroviaire, Aéronautique, Nucléaire…

2) Émission Acoustique (méthode passive)

2.1) Principe général

2.2) Applications tous matériaux :

• Recherche de corrosion / fissuration • Recherche de fuites • Monitoring • Applications Aéronautique

Aile équipée de capteurs EA

Première mondiale de la surveillance "formage à froid automatisé" (LFA) à l'aide d'AE

Intégration du capteur AE dans la LFA:

Détection des anomalies de formation (propagation des dommages). Création de base de données permettant de retirer la phase de Ressuage

Applications Aéronautique

Bilan

QUESTIONS ? MERCI DE VOTRE ATTENTION