Feasibility of ultrasonic phased array inspection on as-forged components

Résumé

Dans le cadre de l'inspection par ultrasons de composants de moteurs d'avions, ce travail étudie la faisabilité d'effectuer des contrôles non destructifs par ultrasons sur des pièces forgées. En partenariat avec Pratt and Whitney Canada (P&WC), une étude a été proposée sur les cas de ces pièces que nécessitant un niveau d'inspection extrêmement élevée. Par conséquent, le défi de l'inspection par ultrasons de pièces aux géométries complexes a été étudié et développé dans trois travaux. Tout d'abord, la fiabilité de la total focusing method (TFM) a été étudiée en termes de distance de sonde quand appliquée aux pièces avec des profils concaves et convexes. Des artefacts se sont produits à certaines combinaisons profil-position de sonde, provoquant la réduction de l’amplitude et de la résolution de l’image. Ainsi, une méthode d'optimisation de la position de sonde (PSOM) a été introduite pour atténuer ces effets. En conséquence, des améliorations considérables de la TFM ont été démontrées à la position optimale. L'image TFM d'un spécimen convexe démontrée un indicateur array performance indicator (API) amélioré et le signal-to-artifact ratio (SAR) a gagné jusqu'à 13 dB. Enfin, l'image sous une surface concave a gagné jusqu'à 33 dB en SAR. La deuxième étude visait à optimiser l'imagerie des défauts sous les pièces à surfaces concaves. Une stratégie de beamforming a été proposée pour atténuer le problème de mauvaise pénétration des ultrasons. Dans cette méthode, la réfraction était compensée en focalisant le faisceau ultrasonore sur des points à la surface de l'échantillon. En utilisant moins de transmissions, le calcul du faisceau a montré un gain de 12 dB par transmission, et l'imagerie d'un trou de 1 mm a présenté une amélioration d'environ 11 dB du signal-to-noise ratio. Le troisième article présente un nouveau TFM global (gTFM) pour scanner un spécimen complexe représentant une maquette de forgeage de disque aérospatial. Ce spécimen contenait 30 trous percés latéralement comme cibles de sensibilité et une géométrie de profil composée de multiples surfaces concaves et convexes. Cette étude a combiné les deux travaux précédents à travers un modèle numérique de l'inspection afin d'optimiser le scan plan. De plus, la sonde multiélément à ultrasons a été balayée autour de l'échantillon à l'aide d'un bras robotisé, et toutes les acquisitions ont été combinées pour générer les images TFM globales. La comparaison de différents plans de balayage a montré que le plan optimal, avec la position de la sonde adaptée au profil de surface, entraînait la meilleure image des SDH. Cela représente une augmentation de 40 % du rapport contraste/bruit moyen (CNR), une réduction de 70 % de l'erreur de position (seulement 0,1 mm) et une réduction de 33 % d’API. La couverture d'inspection était efficace, avec seulement sept positions de sonde nécessaires pour représenter la section transversale complète de l'échantillon. Enfin, les résultats de la recherche sur les pièces forgées de P&WC sont présentés. L'alliage de Ni a été caractérisé et évalué à l'aide de tests par ultrasons standard et multiéléments. Ensuite, une inspection d'alésage à l'aide de TFM a été proposée et validée comme alternative pour augmenter la sensibilité de l'inspection. Un défaut causé lors de la fabrication a été évalué et dimensionné à l'aide d'un CT-scan, d'un test par ultrasons standard et d'un TFM. Ce dernier a présenté les meilleurs résultats avec une erreur de taille inférieure à 10 %. Pour compléter l'étude, une expérience de comparaison de sensibilité a été conçue pour P&WC.

Date	5 déc. 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))