Facteurs ayant une influence sur la mesure précise de l’épaisseur
Les mesureurs d’épaisseur ultrasons de qualité peuvent offrir des résultats très précis sur les métaux, les plastiques et d’autres matériaux. Cependant, plusieurs facteurs peuvent influencer le niveau de précision obtenu dans une application donnée notamment ceux relatifs au matériau testé, à l’équipement utilisé, à la géométrie de la pièce inspectée, ainsi qu’aux compétences de l’utilisateur et au soin qu’il prend pour effectuer la mesure. Lisez ce qui suit pour connaître les facteurs qui peuvent influencer les résultats des mesures d’épaisseur par ultrasons.
Facteurs relatifs au matériau
Les propriétés physiques du matériau inspecté constituent un facteur influençant la plage de mesure et la précision obtenue au moyen d’un mesureur d’épaisseur à ultrasons. Cela inclut à la fois des facteurs acoustiques et de géométrie de la pièce inspectée.
1. Propriétés acoustiques
Plusieurs conditions trouvées dans certains matériaux industriels peuvent limiter la précision et l’étendue des mesures d’épaisseur par ultrasons :
- Diffusion acoustique : Dans l’acier inoxydable moulé, la fonte, la fibre de verre et les matériaux composites, l’énergie sonore se dispersera à partir des joints de grains individuels dans les pièces moulées ou des joints entre les fibres et la matrice dans la fibre de verre ou le composite. La porosité peut avoir le même effet dans n’importe quel matériau. Assurez-vous de régler la sensibilité de l’appareil de façon à supprimer la détection des signaux parasites causés par la diffusion du son. Cette compensation peut, en retour, limiter la capacité du mesureur de détecter un écho de retour valide provenant du fond du matériau, restreignant ainsi l’étendue de mesure.
- Atténuation ou absorption acoustique : Dans de nombreux polymères, comme les plastiques de faible densité et dans la plupart des types de caoutchouc, l’énergie sonore est atténuée très rapidement aux fréquences utilisées pour le contrôle par ultrasons. Cette atténuation augmente avec la température. L’épaisseur maximale mesurable dans ces matériaux est souvent limitée par l’atténuation.
- Variation de la vitesse de propagation des ondes sonores dans le matériau : La mesure d’épaisseur par ultrasons est précise uniquement si la vitesse de propagation de l’onde ultrasonore dans le matériau correspond à celle qui a été étalonnée dans l’appareil. Certains matériaux affichent des variations importantes de la vitesse de propagation de l’onde ultrasonore d’un point à un autre. Cela se produit dans certains métaux coulés en raison des modifications de la structure des grains résultant de la variation des vitesses de refroidissement et de l’anisotropie de la vitesse du son en fonction de la structure des grains. La fibre de verre peut présenter des variations de vitesse localisées dues à des changements dans le ratio résine/fibre. De nombreux plastiques et caoutchoucs présentent un changement rapide de la vitesse de propagation en fonction de la température, ce qui oblige les opérateurs à effectuer un étalonnage de la vitesse à la même température à laquelle la mesure est effectuée.
- Inversion ou déformation de phase : La phase ou la polarité d’un écho de retour est déterminée par l’impédance acoustique relative (densité × vitesse) des matériaux limitrophes. Les mesureurs d’épaisseur considèrent une situation typique où la pièce à inspecter est supportée par l’air ou le liquide, lesquels ont une impédance acoustique inférieure à celle des métaux, des céramiques et des plastiques. Cependant, dans certains cas particuliers, comme la mesure de revêtements en verre ou en plastique sur du métal, ou encore de revêtements en cuivre sur de l’acier, cette relation d’impédance est inversée et l’écho apparaît en phase inversée. En pareil cas, pour vous assurer de maintenir la précision, prenez soin de changer la polarité de détection d’écho appropriée. Une situation encore plus complexe peut se produire dans le cas de matériaux anisotropes ou homogènes, comme les pièces de fonte à gros grains ou certains composites, où les conditions matérielles entraînent des parcours sonores multiples dans la zone du faisceau. Dans ces cas, la déformation de phase peut créer un écho ni tout à fait positif, ni tout à fait négatif. Pour ces cas, une expérimentation minutieuse au moyen de blocs étalons est nécessaire pour déterminer les effets sur la précision de la mesure.
2. Propriétés physiques du matériau inspecté
La taille, la forme et la finition de surface de la pièce inspectée doivent également être prises en compte pour établir les limites de la plage de mesure et de la précision.
- Rugosité de surface de la pièce inspectée : La meilleure précision de mesure est obtenue lorsque les surfaces avant et arrière de la pièce à inspecter sont lisses. Si la surface de contact est rugueuse, l’épaisseur minimale qui peut être mesurée sera augmentée en raison de la réverbération du son dans l’épaisseur accrue de la couche de couplant. Un couplage inefficace peut réduire
l’amplitude d’écho. En outre, si la surface supérieure ou inférieure de la pièce est rugueuse, elle peut provoquer une distorsion de l’écho de retour en raison des multiples parcours sonores légèrement différents vus par la sonde, ce qui entraîne des inexactitudes dans la mesure.
Dans le cas de mesure de la corrosion, la rouille, la corrosion ou les dépôts qui s’écaillent ou encore la saleté sur la surface extérieure de la pièce inspectée sont susceptibles de parasiter le transfert de l’énergie sonore entre la sonde et le matériau. Pour cette raison, il faut nettoyer tous les débris sur la pièce inspectée à l’aide d’une brosse métallique ou d’une lime avant d’effectuer la mesure. Généralement, il est possible de faire l’inspection au travers de fines couches de rouille lisses qui adhèrent parfaitement au métal. Gardez à l’esprit que certaines surfaces très rugueuses ou corrodées peuvent nécessiter d’être limées ou poncées pour assurer un couplage sonore correct. Il peut aussi être nécessaire de retirer les couches de peinture qui s’écaillent.
- Courbure de la pièce inspectée : L’adaptation de la sonde avec la pièce à inspecter constitue également un autre problème. Lorsque vous effectuez des mesures sur une surface courbe, il est important de placer la sonde sur la ligne centrale de la pièce et de la tenir appuyée aussi fermement que possible sur la surface. Dans certains cas, un manipulateur de bloc en V à ressort peut être utile pour maintenir la position. En général, lorsque le rayon de courbure diminue, la taille de la sonde doit être réduite et l’alignement de celle-ci devient progressivement plus critique. Pour des rayons très petits, une approche à l’aide d’une sonde d’immersion focalisée est nécessaire. Dans certains cas, il peut être utile de visualiser le A-scan pour faciliter le maintien d’un alignement optimal. De plus, sur les surfaces courbes, il est important de n’utiliser que la quantité de couplant requise pour effectuer une mesure. L’excès de couplant formera un raccordement entre la sonde et la surface sur lequel le son pourrait se réverbérer et créer des signaux parasites susceptibles de déclencher de fausses lectures.
- Conicité ou excentricité : Si la surface de contact et les surfaces arrières de la pièce à tester sont coniques, excentriques, ou autrement inclinées ou désalignées l’une par rapport à l’autre, l’écho de retour sera réduit en amplitude et pourrait être déformé en raison de la variation du parcours sonore sur la largeur du faisceau, réduisant ainsi la précision de la mesure. Typiquement, l’épaisseur mesurée représentera une moyenne intégrée approximative des épaisseurs changeantes dans le diamètre du faisceau. Dans le cas d’un désalignement important, la mesure est impossible, car le faisceau réfléchi forme un parcours en V qui s’éloigne de la sonde et ne peut être reçu. Cet effet devient plus important à mesure que l’épaisseur du matériau augmente.
Facteurs relatifs aux compétences de l’inspecteur
Étalonnage : La précision de toute mesure par ultrasons dépend de la précision et du soin apporté à l’étalonnage. Dans tous les cas, il est essentiel d’effectuer les étalonnages de la vitesse de propagation et du zéro décrits à la Section 4 lors d’un changement de sonde ou de matériau. Nous recommandons également d’effectuer des contrôles périodiques au moyen d’étalons de référence connus pour vérifier que le mesureur fonctionne correctement.
- Alignement du faisceau : Maintenez toujours la sonde à plat lorsque vous effectuez des tests sur des surfaces plates, et perpendiculairement au rayon de courbure lorsque vous effectuez des tests sur des surfaces courbes. Lors de tests sur des surfaces courbes, centrez toujours la sonde sur la courbe. Un mauvais alignement entraînera une distorsion de l’écho, ce qui aura un effet négatif sur la précision.
- Technique de couplage : Lors de mesures effectuées en mode 1 à l’aide de sondes de contact, l’épaisseur de la couche de couplant est comprise dans la mesure et elle est compensée par une partie du décalage du zéro. Pour obtenir une précision maximale, la technique de couplage doit être uniforme. Pour des mesures uniformes, n’utilisez que la quantité suffisante de couplant pour obtenir une lecture
stable et appliquez une pression uniforme sur la sonde. L’expérience vous dictera le niveau de pression permettant d’obtenir des mesures reproductibles. De plus, ne frottez ni ne traînez jamais les sondes sur les surfaces rugueuses. En général, les sondes de petit diamètre nécessitent moins de force de couplage pour évacuer l’excès de couplant que celles de plus grand diamètre. Dans tous les modes, le fait d’incliner la
sonde déforme les échos et entraîne des mesures imprécises.
Pour la mesure de la corrosion sur des tuyaux et des tubes de petit diamètre, tenez la sonde de manière à ce que l’isolant acoustique visible sur la face de la sonde soit aligné perpendiculairement à l’axe central du tuyau, comme illustré ci-dessous.
Facteurs liés à l’équipement
Alors que les facteurs de conception, comme le taux d’acquisition numérique, fixent les limites de la portée et de la précision d’un mesureur d’épaisseur à ultrasons, la portée et la précision d’une application donnée sont en fin de compte déterminées par la combinaison du mesureur, de la sonde et de la configuration de mesure, ainsi que par des facteurs liés au matériau. Pour davantage d’informations sur les matériaux et les plages d’épaisseur typiques pouvant être mesurés au moyen de mesureurs d’épaisseur à ultrasons en utilisant des sondes particulières et des réglages appropriés, consultez la section 9.0 Appendices – Tableaux des étendues de fréquence des sondes
Notez que les mesureurs d’épaisseur de précision utilisant des sondes monoéléments ont généralement une précision inhérente plus élevée que les mesureurs de corrosion utilisant des sondes à émission-réception séparées.
