FR2468122A1 - Transducteur electromagnetique generateur et recepteur d'ultra-sons pour inspection de tubes - Google Patents

Abstract

L'invention concerne des transducteurs électromagnétiques destinés à exciter des modes choisis de vibration ultrasonore dans un corps tubulaire. Le transducteur comporte plusieurs rangées 22 d'aimants permanents ayant des polarités opposées, et une bobine placée autour des aimants de manière qu'un courant soit conduit dans les champs magnétiques. Les rangées d'aimants sont placées dans des cadres qui sont repoussés élastiquement contre la face interne du corps tubulaire en cours d'inspection. Application à la recherche des défauts dans les tubes.

Description

La présente invention concerne de façon géné-

rale des transducteurs par exemple utilisés dans les

installations d'inspection par ultrasons et plus préci-

sément un transducteur ultrasonore destiné à l'inspec-

tion non destructive des dispositifs tubulaires. L'inspection des tubes de transmission d'eau et de vapeur d'eau des chaudières et des générateurs

de vapeur sous pression est essentielle à un fonction-

nement sir et fiable des centrales d'énergie. Un cer-

tain nombre des techniques non destructives sont connues pour la détermination,dans les tubes de transmission, de

défauts tels que les fissures, les brèches et les piqû-

res qui peuvent provoquer une panne de construction sous

l'action prolongée de charges en cours de fonctionne-

ment.

Dans les installations d'essais ultrasonores, une onde est introduite dans la structure inspectée et les ondes réfléchies par les défauts de la structure

sont détectées. La dimension et l'emplacement des dé-

fauts peuvent être déterminés par analyse des ondes réfléchies. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 127 035 décrit un transducteur électromagnétique

destiné à appliquer et recevoir des ondes ultrasonores.

Le transducteur comporte une rangée d'aimants perma-

nents destinés à établir un champ magnétique périodique

près d'une matière conductrice, et une bobine est pla-

cée dans ce champ périodique si bien qu'un courant cir-

culant dans la bobine crée une onde ultrasonore élas-

tique dans la matière conductrice.

Cependant, l'inspection ultrasonore des structures tubulaires est compliquée car plusieurs

modes, à la fois radiaux et circonférentiels, peu-

vent être excités simultanément et les signaux réflé-

chis correspondant à plusieurs modes peuvent interfé-

rer et moduler les signaux réfléchis par un défaut si bien que la difficulté de l'analyse des signaux en vue

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de la détection des défauts est accrue.

L'invention concerne un transducteur perfec-

tionné destiné à l'inspection ultrasonore des produits tubulaires. Elle concerne aussi un tel transducteur ca-

pable d'exciter des modes choisis dans des corps tubu-

laires.

Selon une caractéristique de l'invention, plu-

sieurs segments régulièrement répartis, destinés à créer une onde ou à en recevoir une, dans le transducteur, comportent chacun un dispositif destiné à établir un champ magnétique périodique et un dispositif destiné à transmettre un courant dans une direction passant par

le champ magnétique.

Plus précisément, l'invention concerne un transducteur destiné aux essais ultrasonores d'un corps tubulaire, ce transducteur comprenant plusieurs dispositifs destinés à créer des champs magnétiques

périodiques régulièrement répartis autour de la sur-

2.0 face interne du corps tubulaire. Un dispositif trans-

met un courant pratiquement dans la même direction

dans les champs magnétiques si bien que des modes choi-

sis de vibration sont établis dans le corps tubulaire.

Chacun des dispositifs d'établissement d'un champ ma-

gnétique comporte avantageusement une rangée d'aimants permanentsayant des polarités qui alternent, et le dispositif destiné à conduire un courant comporte une bobine disposée autour des aimants. La bobine

peut avantageusement comprendre une plaquette de cir-

cuit impriméesur ses deux faces.

Les rangées d'aimants sont portées par plu-

sieurs cadres montés sur un support afin qu'ils puissent se déplacer dans le corps tubulaire. De préférence, un dispositif est destiné à rappeler élastiquement les

cadres vers leur position de coopération avec la sur-

face interne du corps tubulaire si bien que le cadre et la rangée d'aimants peuvent se déplacer au-dessus

des irrégularités de la surface interne du corps tubu-

laire. D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront mieux de la description qui

va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique d'une partie de tube ayant un appareil d'inspection

ultrasonore comprenant des transducteurs électromagné-

tiques selon l'invention; - la figure 2 est une perspective d'un mode de réalisation de transducteur électromagnétique selon l'invention;

- la figure 3 est une coupe en élévation la-

térale du transducteur de la figure 2;

- la figure 4 est une vue en plan d'une par-

tie du corps du transducteur de la figure 2; - la figure 5 est une vue en plan d'un cadre de support d'aimants du transducteur de la figure 2; - la figure 6 est une perspective des aimants et des bobines du transducteur de la figure 2; - la figure 7 est un schéma représentant la circulation du courant dans les bobines de la figure 6; et - la figure 8 est une vue de bout des aimants

de la figure 6, représentant la circulation du courant.

La figure 1 est une coupe schématique par-

tielle d'une partie de tube métallique 10 dans lequel est placé un appareil d'inspection ultrasonore. Cet

appareil comporte un émetteur ultrasonore 12 et un ré-

cepteur ultrasonore 14 qui sont tirés dans le tube 10

afin que le tronçon de tube soit inspecté. Le fonction-

nement d'un tel appareil, lors de l'inspection ultra-

sonore des défauts éventuellement présents dans un corps, est tel que des ondes réfléchies sont additionnées afin que le rapport signal/bruit soit accru et que l'analyse des signaux et la détection des signaux dans le tube

soient facilitées.

Comme indiqué précédemment, plusieurs modes de

vibration ultrasonore sont possibles dans un tube et, lors-

qu'un certain nombre de modes de vibration sont présents, l'addition cohérente des signaux reçus afin qu'ils soient accentués est rendue de plus en plus difficile. Selon

l'invention, un transducteur supprime les modes indé-

sirables de vibration dans une structure telle qu'un

tube. La figure 2 est une perspective d'un mode de ré-

alisation d'un tel transducteur qui porte la référence

générale 20 et qui comprend plusieurs rangées 22 d'ai-

mants ayant des polarités alternées, afin qu'un champ magnétique périodique soit établi, à la surface interne du corps tubulaire. La sonde 20 à transducteur est fixée par un coupleur convenable 24 à un tube (non représenté)

de "Nylon" contenant des cables coaxiaux 26 et 28 des-

tinés à la transmission des signaux électriques du transducteur à l'appareillage extérieur. Un coupleur

analogue 30 est placé à l'extrémité opposée de la son-

de 20 et permet le couplage à l'émetteur 12 de la fi-

gure 1. Les rangées d'aimants sont régulièrement ré-

parties à la périphérie de la sonde. Par exemple,

quatre rangées d'aimants sont disposées à des interval-

les de 90 .

La figure 3 est une coupe en élévation laté-

rale de la sonde 20 de la figure 2 dans laquelle la

rangée supérieure d'aimants 22 est portée par un ca-

dre 32 alors que la rangée inférieure est portée par un cadre 34. Les cadres 32 et 34 sont disposés dans

un corps externe 36 de la sonde de manière que les ca-

dres 32 et 34 puissent s'écarter élastiquement d'une tige centrale 38 de support, sous la commande d'aimants

40. Le cadre supérieur 32 est représenté dans sa posi-

tion en retrait, dans laquelle il est en butée contre la tige centrale 38 alors que le cadre 34 est repoussé dans sa position écartée au maximum de la tige 38 sous

la commande du champ antagoniste des aimants 40. Le tra-

jet des cadres 32 et 34 vers l'extérieur peut être li-

mité par le corps externe 36 de la sonde ou par des butées mécaniques convenables, mais cette limitation n'est pas primordiale selon l'invention. Comme les cadres sont repoussés élastiquement, le transducteur peut se déplacer dans un tube dont le diamètre interne varie du fait de la présence de défauts tels que des bosses.

La figure 4 est une vue en plan du corps ex-

terne 36. Ce corps a une forme cylindrique et comporte plusieurs fenêtres destinées au passage des cadres 32,

etc. Par exemple, un cadre comprenant une rangée d'ai-

mants dépasse par la fenêtre 42. Une partie d'extrémité du corps 36 loge le coupleur représenté sur les figures 2 et 3, assurant le raccordement du boîtier extérieur

au corps principal de la sonde.

La figure 5 est une vue en plan d'un cadre magnétique 32 et comprend une cavité centrale portant la référence générale 44 et destinée à loger plusieurs

2.0 aimants de forme rectangulaire. Dans ce mode de réali-

sation, douze aimants peuvent être logés et peuvent être fixés par une colle époxyde dans le cadre 32, leursdimensions étant telles qu'ils peuvent passer avec le cadre 32 dans la fenêtre 42 du corps externe

36 représenté sur la figure 4.

La figure 6 est une perspective représentant l'arrangement des rangées d'aimants dans la sonde. La bobine électrique associée à la rangée d'aimants est formée par des plaquettes 50 de circuit imprimé à deux couches minces, fixées aux faces externes des aimants

par une colle convenable, isolante de l'électricité.

Des bandes analogues formées de plaquettes de circuit imprimé sont placées près des surfaces de chacune des autres rangées d'aimants et entre les rangées d'aimants afin que l'arrangement forme une bobine du type représenté schématiquement sur la figure 7. On note ainsi que les rangées d'aimants ont des polarités

parallèles Nord et Sud.

Ainsi, le courant qui circule dans la bobine

a le même sens relatif pour chaque rangée d'aimants.

Dans une variante, la polarité des aimants des rangées adjacentes peut être opposée et dans ce cas, les sens

des courants associés à des rangées adjacentes d'ai-

mants sont opposés.

La figure 8 est une vue de bout des aimants de la figure 6, montrant le sens du courant, un point représentant un courant dans un sens et une croix un courant dans l'autre sens. Comme indiqué précédemment, la bobine comprend deux spires formées par la plaquette

de circuit imprimé à deux couches.

Dans le mode de réalisation représenté, la sonde comporte quatre segments ou rangées d'aimants placés à intervalles réguliers autour du tube. Dans ce mode de réalisation, un mode sur quatre est excité et les autres modes sont supprimés. Un mode particulier peut alors être excité par sélection convenable de la fréquence de pilotage. Il faut noter que d'autres modes peuvent être excités le cas échéant par utilisation

d'un nombre différent de segments magnétiques.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir

de son cadre.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Transducteur destiné à l'inspection ultraso-

nore d'un produit tubulaire, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs (22) destinés à établir

des champs magnétiques périodiques régulièrement répar-

tis autour de la surface interne d'un corps tubulaire, et

un dispositif (50) destiné à conduire un cou-

rant dans les champs magnétiques de manière que des mo-

des choisis de vibration s'établissent dans le corps tubulaire.

2. Transducteur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que chacun des dispositifs (22) d'établis-

sement de champs magnétiques comporte une rangée d'ai-

mants permanents ayant des polarités alternées.

3. Transducteur selon l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif (50) des-

tiné à conduire un courant comprend une bobine placée autour des dispositifs (22) d'établissement de champs

magnétiques périodiques.

4. Transducteur selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que la bobine est sous forme de plaquettes

de circuit imprimées sur les deux faces.

5. Transducteur selon la revendication 2, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs cadres (32, 34) de logement des rangées d'aimants, et un

support (36) des cadres.

6. Transducteur selon la revendication 5, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (40) destiné à repousser élastiquement les cadres (32, 34) et les rangées d'aimants vers la surface

interne d'un corps tubulaire en cours d'inspection.