Imagerie ultrasonore multivues par cohérence de phase pour la détection et la caractérisation de défauts dans les soudures

Résumé

Les méthodes de contrôle non destructif (CND, traduction de nondestructive testing - NDT) par ultrasons sont largement utilisées dans l’industrie pour la détection et la caractérisation de défauts sur tous types de structures et à des cadences parfois élevées. C’est par exemple le cas pour l’inspection des soudures circonférentielles réalisées lors de la fabrication de pipelines. Lorsqu’il s’agit de réaliser une image de la pièce inspectée à l’aide de sondes multiéléments, l’image produite n’est en réalité qu’une représentation indirecte de la de la géométrie et des propriétés matériaux qu’il convient de bien interpréter afin d’en déduire la présence d’éventuels défauts. Les dernières avancées en termes d’électronique permettent aujourd’hui d’utiliser la méthode de focalisation en tout point (FTP, traduction de total focusing method - TFM) en temps réel afin de réaliser une image présentant une résolution accrue des différentes régions d’intérêt de la pièce. Cependant, cette méthode, bien que plus précise, présente certains inconvénients comme le fait d’être moins sensible que les méthodes conventionnelles à certains petits réflecteurs et de générer une quantité importante de données. De plus, l’utilisation grandissante de l’imagerie multivues, dérivée de la méthode TFM et qui ne considère par uniquement le chemin direct pour la reconstruction de l’image, est un fardeau supplémentaire pour l’inspecteur qui doit maintenant traiter un nombre très important de paramètres. Cependant, des méthodes d’imagerie reposant sur l’exploitation du contenu de la phase du signal ont été proposées ces dernières années et pourraient s’avérer utiles pour compenser les inconvénients associés à la méthode TFM. À travers ce travail, les propriétés du facteur de cohérence vectorielle (VCF), reposant sur l’analyse des composantes en phase et en quadrature du signal mesuré, sont exploitées dans le but de générer des images de la région d’intérêt. L’imagerie VCF repose sur la même catégorie d’algorithmes de formation de faisceaux de type délai et somme que la méthode TFM. Cependant, elle présente l’avantage de ne pas dépendre de l’amplitude du signal, d’être particulièrement sensible aux défauts diffractifs comme l’extrémité des soudures, et permet une combinaison facile des images issues des méthodes multivues. Dans cette étude, l’imagerie VCF est d’abord évaluée sur ses capacités à dimensionner des défauts, et comparée à la méthode de diffraction par temps de vol (TOFD) mais aussi à l’imagerie TFM. Ensuite, et puisque l’imagerie VCF repose sur l’exploitation de la phase du signal uniquement, la réduction de la quantité de données à acquérir pour générer une image de qualité est étudiée. Enfin, la fusion des différentes images issues de l’imagerie VCF multivues est étudiée et un seuil statistique est défini permettant de filtrer le bruit de fond. Des essais expérimentaux ont été menés sur deux configurations. La première est composée de deux plaques d’acier de ¾" d’épaisseur avec des encoches (centrées ou débouchantes) réalisées par électroérosion à plusieurs angles. La seconde est une plaque d’acier de 20 mm d’épaisseur avec des trous à fond plat (FBH : Flat Bottom Holes) usinés sur son bord imitant les réflecteurs utilisés pour l’étalonnage d’un appareil d’inspection de soudures circonférentielles. Une sonde multiéléments linéraire de 60 éléments, ayant une fréquence centrale de 7.5 MHz et montée sur un sabot en Rexolite de 36° a principalement été utilisée pour les différentes acquisitions. Finalement, il est montré que : 1- l’imagerie VCF présente des performances de dimensionnement similaires à la TOFD et meilleures que la TFM pour des encoches ayant un angle de 70° ou plus par rapport au plan horizontal; 2- il est possible de réduire de près de cinquante fois la quantité de données nécessaires à la formation des images VCF en exploitant uniquement les fronts montants ou descendants du signal; 3- l’imagerie VCF se prête très bien à la fusion simple des images issues des différentes vues, tout en conservant un rapport contraste à bruit de plus de 30 dB, et permettant de définir un seuil statistique qui permet de filtrer une grande partie du bruit de fond de l’image fusionnée.

Date	21 nov. 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))