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Inspection par diffraction en temps de vol par ultrasons (TOFD) des soudages bout à bout des systèmes en polyéthylène haute densité (PEHD)


Contexte

En raison de sa résistance exceptionnelle à la corrosion et à l’érosion, le polyéthylène haute densité (PEHD) est utilisé en remplacement de l’acier par les industries de la pétrochimie, de la production d’énergie et des mines. Plus récemment, le PEHD a également été utilisé pour l’installation des canalisations d’eau de refroidissement dans le cadre d’applications liées à la sûreté nucléaire. Les exigences en matière d’assurance de la qualité dans le secteur nucléaire requièrent une garantie indiquant que les soudages bout à bout sont tout à fait solides. L’inspection par diffraction en temps de vol (TOFD) des soudages bout à bout constitue un outil de contrôle non destructif facile à utiliser et qui peut fournir l’assurance supplémentaire de l’intégrité de la fusion pour ce type de joints.

Problème

Le processus de soudage bout à bout des systèmes en PEHD produit généralement les discontinuités suivantes : manque de fusion, fusion froide (adhérence partielle), inclusions (intégrées) et vides. Il n’existe à l’heure actuelle aucun consensus de l’industrie quant à la nature ou à la taille des discontinuités à rejeter; toutefois, le contrôle non destructif est une méthode souvent exigée pour détecter ce type d’indications.

Le matériau PEHD présente certaines caractéristiques précises qui ne facilitent pas l’inspection. Son impédance acoustique et sa vitesse de propagation sont semblables à celles des matériaux courants utilisés pour fabriquer les sabots à ultrasons, ce qui complexifie la réfraction adéquate du son à l’interface. En outre, le couplage est difficile entre les sabots Rexolite et le matériau. De plus, le PEHD est très atténuateur en comparaison des métaux, ce qui empêche souvent l’utilisation de fréquences ultrasonores élevées. Sans compter qu’il présente aussi une tendance naturelle à filtrer les hautes fréquences. Pour remédier à ces obstacles, il faut utiliser des sondes à basse fréquence fixées à des sabots TOFD à colonne d’eau.

Coupe transversale d’une soudure bout à bout d’un système en PEHD
Coupe transversale d’une soudure bout à bout d’un système en PEHD

Équipement requis

Ce type d’inspection exige l’équipement suivant :

  • Appareil OmniScan équipé d’un module TOFD
  • Sondes Centrascan C542-SM ou C546-SM d’Olympus (diamètre de l’élément : 6,25 mm ; fréquences : 2,25 MHz et 3,5 MHz)
  • Sabots sur colonne d’eau TOFD (ST1) 60L
  • 1 scanner CHAIN semi-automatique
  • 1 pompe à eau portable électrique CFU-03, ou semblable

Équipement optionnel

  • Préamplificateur Olympus Modèle 5682 (500 kHz-30 MHz/30 dB)

Installation de l’équipement d’inspection OmniScan MXU
Installation de l’équipement d’inspection
Sabot à colonne d’eauSabot à colonne d’eauSabot à colonne d’eau
Sabots à colonne d’eau

Procédure typique

Pour l’inspection des joints PEHD, on utilise une procédure TOFD classique, selon les spécifications suivantes :

  • La séparation centrale de la sonde (PCS) est configurée de manière à régler la profondeur de focalisation à 66 % de l’épaisseur de la pièce. D’autres types de configuration sont recommandés pour augmenter la capacité de détection des discontinuités à proximité du diamètre externe ou interne de la surface des tuyaux à paroi épaisse.
  • L’assemblage de la sonde est fixé sur le scanner CHAIN.
  • Le gain électronique sur l’OmniScan est configuré de manière à régler le signal des ondes latérales à 60 %.
  • Le scanner CHAIN est installé sur le tuyau et l’inspection est réalisée en une seule passe rotative.

Modèle d’inspection TOFD (diffraction en temps de vol) d’une soudure bout à bout d’un système en PEHD

Modèle d’inspection TOFD d’une soudure bout à bout d’un système en PEHD

Résultats

Ci-dessous, la capture d’écran du A-scan et du B-scan circonférentiel montre les résultats provenant d’une pièce en PEHD d’une épaisseur de 25 mm avec des encoches pour l’étalonnage du diamètre intérieur d’une profondeur variant entre 11,6 mm et 2,9 mm. Les trois encoches détectées apparaissent clairement à l’écran avec un bon rapport signal sur bruit.

Affichage A-Scan

La capture d’écran suivante montre clairement la présence de vides ou de contaminants dans une soudure bout à bout d’un tuyau en PEHD d’un diamètre de 150 mm.

Présence de vides dans une soudure bout à bout d’un système en PEHD

Cette image révèle un manque de fusion de la paroi interne sur presque tout le diamètre dans une soudure bout à bout d’un tuyau en PEHD d’un diamètre de 450 mm.

Image du manque de fusion

Conclusion

L’utilisation de la technique TOFD, de l’OmniScan et d’autres outils connexes appropriés s’avère une méthode efficace pour effectuer l’inspection non destructive des soudages bout à bout des systèmes en PEHD. L’industrie nucléaire continue sa progression relativement à la détection d’indications à rejeter; par conséquent les études et les essais se poursuivent aussi dans le domaine des ultrasons multiéléments.

Olympus IMS

Produits utilisés pour cette application
Chaque appareil de la série OmniScan™ X3 constitue en lui-même un coffre à outils complet pour l’inspection multiélément. Des capacités TFM innovantes et PA avancées vous aident à identifier les défauts en toute confiance, tandis que des outils logiciels puissants et des flux de travail simples améliorent votre productivité.
Les sondes à ultrasons sont utilisées pour des applications aussi diverses que la recherche de défauts, la mesure d’épaisseur, la recherche sur les matériaux et les diagnostics médicaux. Il existe plus de 5000 types de sondes à ultrasons de différents styles offrant différents diamètres d’éléments, fréquences et connecteurs.
Les sondes et sabots à diffraction en temps de vol génèrent des ondes longitudinales de diffraction dans l’acier. Elles sont utilisées pour des applications de dimensionnement des fissures à l’aide de la technique de diffraction en temps de vol.
Les unités CFU-03 et CFU-05 sont de pratiques pompes électriques portables qui servent à assurer durant les inspections par ultrasons l’approvisionnement continu des sabots en couplant.
De conception compacte et légère, l’OmniScan SX effectue des inspections économiques à un seul groupe en plus d’offrir une nouvelle interface utilisateur simplifiée sur écran de 8,4 po. L’appareil est offert en deux modèles distincts : SX PA et SX UT. Le modèle SX PA est une unité multiélément 16:64PR et, tout comme le modèle SX UT, il est équipé d’un canal UT conventionnel pour les inspections TOFD, par réflexion ou par émission-réception séparées.
L’OmniScan MX2 offre un module à ultrasons multiéléments (PA2) muni d’un canal UT, un module à ultrasons conventionnels à deux canaux (UT2) qui peut être utilisé en mode TOFD, ainsi que des logiciels qui permettent d’accroître l’efficacité de cette populaire plateforme d’inspection.
Le ChainSCANNER offre une solution d’inspection manuelle des tuyaux d’un diamètre extérieur de 1,75 po à 38 po. Soutenu par des maillons de chaîne plutôt que par des roues magnétiques, ce scanner est bien adapté pour inspecter les soudures ou de la corrosion sur différents types de matériaux. Ultrasons (UT), diffraction en temps de vol et ultrasons multiéléments (PA).
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