Compte-rendu TP Contrôles non destructifs 3 PDF

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Compte-rendu de travaux pratiques : Courants de Foucault et DRX.
Description des techniques utilisées, des pièces étudiées et théorie appliquée ...

Description

TP3 CND : Courants de Foucault et DRX MATHURINA Arnaud, BRABANT Quentin, JAMET Baptiste

TP3 CND : COURANTS DE FOUCAULT ET DRX

Table des matières 1. Intr Introd od oducti ucti uction on 2. Prin Princip cip cipe e 2.1 ffra ctio n de yon 2.1.. Di Diffra ffractio ction dess ra rayon yonss X 2.2.. Co Contr ntrôle par ouran rants oucau cault 2.2 ntr ôle p ar ccou ou ran ts de FFou ou cau lt

2 2 2 2

3. Ma Manip nip nipula ula ulation tion tionss 3.1 ffra ctio n de yon 3.1.. Di Diffra ffractio ction dess ra rayon yonss X

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3.1.1. Index dexation d’un diffr iffractog actogram ramme 3.1. 1. In dex ation d’ un d iffr actog ram me ..................................................................................................... 3 3.1. 2. Dé pou ille men e dif frac togra mm es à l’aid e du logicie ighsc ore ................................................... 3 3.1.2. Dépou pouille illemen mentt d de diffrac fractogra togramm mmes l’aide logiciell H Highsc ighscore

3.2 ura nts d e Fo uc au lt 3.2.. Co Coura urants de Fouc ucau ault

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3.2. 1. Vis ual isat ion de d éfau ts calibr és en m od e abs olu ............................................................................. 5 3.2.1. Visual ualisat isation défau éfauts calibrés mod ode absolu 3.2. 2. Dé tec tion de d éf auts et d ’ob jets een nm od e di ffér entie 3.2.2. Détec tection déf éfauts d’ob ’objets mod ode différ fférentie entiell ...................................................................... 5 3.2.3. Mesure de conductivit uctivité électriq ectrique 3.2. 3. Mesur ed e la cond uctivit é él ectriq ue ................................................................................................ 8

4. Con Conclu clu clusio sio sion n

Année 2017-2018

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LPro Analyse des Matériaux

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1. Intr Introd od oducti ucti uction on Les CND consistent à déterminer l’intégrité d’un matériau en utilisant des techniques non invasives. L’avantage est de pouvoir faire des contrôles en installation. Lors de ce TP, nous allons analyser par courants de Foucault des cales, tubes et barreaux. Puis, nous allons caractériser 8 matériaux par diffraction des rayons X (DRX). Nous tenterons de déterminer la structure cristalline et la nature de chacun d’eux.

2. Pri Princip ncip ncipe e 2.1 ffra ctio n de yon 2.1.. Di Diffra ffractio ction dess ra rayon yonss X Des électrons produits par chauffage d’un filament de Tungstène bombardent une plaque métallique de Cuivre (anode). Il y a ensuite une émission d’électrons. Ces électrons sont remplacés par des autres électrons de la couche supérieure qui vont émettre un rayonnement X d’énergie hν en descendant dans la couche laissée vide. On obtient un faisceau de RX conique qui va être focalisé par des fentes sur l’échantillon.

2.2.. Co Contr ntrôle par ouran rants oucau cault 2.2 ntr ôle p ar ccou ou ran ts de FFou ou cau lt Sur des métaux, le contrôle par courants de Foucault permet de détecter des défauts de surface (fissures…) ou proches de la surface, faire du tri de matière, mesurer des épaisseurs de dépôts. Les courants de Foucault sont des courants induits dans un matériau conducteur soumis à un champs magnétique variable (AC). a. Une source de tension produit un courant sinusoïdal qui est appliqué à une bobine (sonde) pour créer un champ magnétique primaire ; b. Ce flux magnétique primaire induit des courants de Foucault dans le matériau métallique en contact avec la sonde ; c. Les courants de Foucault génèrent à leur tour un champs magnétique secondaire opposé au champ primaire qui sera alors affaibli. Cela provoque une variation du courant d’excitation magnétique ou de l’impédance aux bornes de la bobine. La variation d’impédance est ensuite mesurée.

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3. Ma Manip nip nipula ula ulatio tio tions ns 3.1 ffra ctio n de yon 3.1.. Di Diffra ffractio ction dess ra rayon yonss X Index dexation diffra iffractog ctogram ramme 3.1. 3.1.1. 1. In dex ation d’un d iffra ctog ram me Plans Angles 2 θ Phase γ degré Phase α Angles 2 θ Phase γ radian Phase α d cc d cfc

111 42,95

110

44,71 0,74961891 0 0 0,78033671 2,10573631 2,02684873

200 220 211 311 50,02 73,44 89,03 65,08 99,04 82,41 0,87301369 1,2817698 0 1,55386663 1,13586028 1,72857409 1,43832584 0 1,82342234 1,2893353 1,09956416 1,43319725 1,01349848 1,17023759

Certaines familles de plans ne diffractent pas car elles respectent les conditions d’extinction : •

Phase gamma : h,k et l sont de parité différentes

•

Phase alpha : la somme des h, k et l est impaire

ille men frac togr am mes à ll’’ai de d u lo gicie hsc ore épouille illemen mentt de dif diffrac fractogr togram ammes aide du logicie giciell Hig Highsc hscore 3.1. 3.1.2. 2. Dépou Nous allons dépouiller 8 diffractogrammes à l’aide du logiciel Highscore.

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Pré-traitement au début : soustraction du background qui dépend de l’appareil pour n’avoir uniquement le signal provenant du matériau. Puis on enlève les raies 𝐾∝2 car les raies alpha1 (1,540598 A) et alpha2 (1,544426 A) sont indissociables donc on n’en garde qu’une. On fait une recherche des pics (position, intensité, distance d…) : Treatment → Search peaks On compare les diffractogrammes avec la base de données : Analysis → Search and match On regarde ensuite la proposition qui correspond le mieux au diffractogramme. Echantillon

Structure cristalline

Nature probable

A

CC

Tungstene

B

Monoclinique

Cadmium Antimony

C

Hexagonal

Niobium titanium

D

Cubique

Fer Cobalt

E

Cubique

Lithium Deuteride

F

CFC

Nitrure de Fer

H

Hexagonal

Iron germanium

I

Hexagonal

Cobalt Molybdene

J

Cubique

Yttrium

Figure 1 : Matériaux classés dans l'ordre de J à A

La DRX permet de faire une analyse globale de l’échantillon (non localisée) en identifiant les phases en présence dans le matériau. C’est une technique plutôt rapide. En revanche, on ne peut analyser que des échantillons cristallins de manière qualitative et non quantitative. L’interprétation des graphes peut être difficile pour des échantillons complexes.

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3.2 ura nts d e Fo ucau lt 3.2.. Co Coura urants de Foucau ucault 3.2. 3.2.1. 1. Vis ualis ati on d ed éfau ts ccalib alib rés en m ode abs olu Visualis ualisati ation de défau éfauts alibrés mode absolu A l’aide de la sonde absolue, nous allons voir quelle est l’influence de la profondeur de défauts sur deux cales de matériaux différents (aluminium et acier). Il faut placer la sonde à un endroit où il n’y a pas de défaut et appuyer sur « balance » puis déplacer la sonde sur les défauts. Les gains verticaux et horizontaux ainsi que la phase pourront être réglés au besoin. Le lift off est défini comme l’augmentation de l’impédance au contact du matériau. Il a une phase opposée à celle des signaux de défauts. Sur la cale d’aluminium, on remarque que la longueur de la trace augmente avec la profondeur. Plus le défaut est profond plus l’amplitude est grande. En effet, celle-ci est liée au volume de matière affecté et à sa profondeur. En revanche, la phase reste identique car on observe le même type de défauts. Lors du passage sur un défaut, il y a variation d’impédance car la distance entre la sonde et le matériau varie. On observe donc un « retour » de la courbe. On observe les mêmes phénomènes sur l’acier.

tion de défau ts eett d ets een nm ode dif féren tiel 3.2. 3.2.2. 2. Détec étection défauts d’’obj objets mode différen férentiel On utilise tout d’abord la sonde soudure qui est composée de deux bobines placées à 90° l’une de l’autre. Les échantillons analysés sont deux plaques d’alliages ferromagnétiques. On déplace la sonde à gauche et à droite le long du cordon de soudure et on obtient les défauts renseignés sur les figures suivantes :

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Ce mode de détection n’est pas pertinent car on n’arrive pas bien à distinguer les défauts.

On utilise maintenant la sonde différentielle encerclante dans laquelle on fait passer des barreaux et tubes d’aluminium et de cuivre. Après passage des tube et barreau d’aluminium, on observe un signal symétrique. Il n’y a pas de différence entre le signal du tube et du barreau pour l’aluminium (Figure 4).

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Figure 2 : Tube d'aluminium

Figure 3 : Barreau d'aluminium

Figure 4 : Superposition des signaux du tube et du barreau d'aluminium

On passe maintenant les tubes du cuivre de diamètre 14 et 16 mm. Le diamètre joue sur l’amplitude du signal : l’amplitude augmente avec le diamètre.

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Figure 5 : Tube de cuivre 14 mm

Figure 6 : Tube de cuivre 16 mm

Enfin, on va comparer les signaux des tube, barreau d’aluminium et tube de cuivre insérés chacun dans le tube de cuivre de diamètre 16mm. A partir du réglage initial, on ne peut pas différentier les trois objets.

esure de conduct uctivit ivité électriq ectrique 3.2. 3.2.3. 3. Mesu re d e la cond uct ivit é él ectriq ue On revient à la sonde absolue. On règle la phase à 330° afin d’avoir le signal orienté à -90° et le « graticule spot y » à 100% afin d’avoir un signal sur 5 carreaux. Plus le signal est orienté vers le bas et a une grande amplitude, plus il est conducteur ().

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4. Co Conclu nclu nclusio sio sion n Au cours de ce TP, nous avons pu nous familiariser à deux techniques de contrôle non destructif que sont les courants de Foucault et la diffraction des rayons X. Les courants de Foucault permettent de déterminer la conductivité d’un échantillon ainsi que la profondeur d’un défaut. Il existe différentes sondes (différentielle soudure et encerclante, droite absolue) adaptées aux formes des pièces (tube, cale…) et aux types de défauts. La DRX permet de faire une analyse rapide et qualitative d’un échantillon cristallin.

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