FR2825800A1

FR2825800A1 - Procede et systeme pour determiner et quantifier les defauts dus a la corrosion sur et dans les composants metalliques

Info

Publication number: FR2825800A1
Application number: FR0207199A
Authority: FR
Inventors: Michael R Collingwood; Steven G Keener
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: US6933718B2; FR2825800B1; US20030025497A1

Abstract

La présente invention propose un procédé destiné à détecter un défaut ou un vice matériel dans une sous-surface à l'intérieur d'un substrat métallique comprenant les étapes consistant à : induire des champs de courants de Foucault de fréquence supérieure et de fréquence inférieure dans un substrat de test;mesurer à la surface du substrat l'amplitude des courants de Foucault produits dans le substrat; etsoustraire le champ des courants de Foucault de fréquence supérieure du champ des courants de Foucault de fréquence inférieure, de manière à permettre au moins la détection d'un défaut.

Description

1-1 PROCÉDÉ ET SYSTÈME POUR DETERMINER ET OUANTIFIER LES DEFAUTS DUS A LA CORROSION SUR ET DANS LES COMPOSANTS
METALLIOUES
La présente invention concerne un procédé pour déterminer les défauts ou les vices sur les composants métalliques dus à la corrosion ou autres dommages. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé d'évaluation de la corrosion sur et en dessous de la surface d'inspection en utilisant des signaux de courants de Foucault à double fréquence.

Les dommages engendrés par la corrosion représentent une menace significative pour le fonctionnement sûr des aéronefs commerciaux comme militaires. Les défauts de détection et de quantification des dommages engendrés par la corrosion peuvent provoquer la défaillance de différents composants d'aéronefs. Les dommages engendrés par la corrosion sont un problème d'autant plus significatif avec les aéronefs militaires en raison de l'environnement extrême dans lequel ils doivent fonctionner.

Des systèmes pour déterminer les dommages occasionnés aux structures métalliques sont connus de l'homme de l'art. L'un de ces systèmes comprend un système de thermographie pour détecter la corrosion exfoliante sur le revêtement des aéronefs. Toutefois, cette technique se limite à des surfaces plates et ne présente que des images qui sont comparées avec les surfaces environnantes.

Des techniques classiques de plan d'impédance de courants de Foucault sont également utilisées pour évaluer les dommages provoqués par la corrosion et la perte de volume en matériau sur les revêtements d'aéronefs. La réponse des courants de Foucault d'un échantillon de test est comparée à la réponse des courants de Foucault d'une norme de référence.

Le résultat est une évaluation subjective du fait que l'échantillon de test est meilleur ou plus mauvais que la norme de référence. La technique est limitée par l'impossibilité de produire des normes de référence de corrosion avec des défauts quantifiables. En conséquence, l'estimation du dommage occasionné par la corrosion dans la structure métallique d'un aéronef nécessite une compréhension approfondie de la physique impliquée et la grande expérience d'un homme de l'art pour des techniques d'inspection complexes et longues actuellement à disposition de la profession. En d'autres termes, l'estimation des dommages provoqués par la corrosion a été hautement subjective et sa qualité dépend largement de la personne effectuant l'évaluation.

Les procédés d'inspection par courants de Foucault sont connus de l'homme de l'art pour détecter les fissures et les vices dans le revêtement métallique d'un aéronef entourant immédiatement les rivets sans nécessiter le démontage des rivets ou une exploration manuelle. De tels procédés comprennent la mise en position d'une sonde concentriquement autour du rivet. Dans de tels procédés, la sonde d'inspection fournit soit un résultat nul, correspondant à l'absence de fissure ou de vices, soit un résultat non nul correspondant à une ou plusieurs fissures ou vices sur la surface. Aussi, les systèmes connus de l'homme de l'art, ne détectent-ils que les anomalies bidimensionnelles, telles que les fissures dans la surface autour du rivet (voir le brevet US 5 510 709).

D'autres systèmes connus des hommes de l'art détectent la corrosion superficielle sur les structures métalliques qui sont isolées par un revêtement ou une couche ou recouvertes par des salissures marines. De tels systèmes proposent d'alterner des champs magnétiques pour induire des courants de Foucault (voir le brevet US 5,491, 409).

En outre, le brevet américain accordé conjointement US 6,285, 183 propose des procédés et des appareils pour déterminer la corrosion et la perte de volume en matériau à la surface ou en dessous de la surface à une profondeur allant jusqu'à 2,54mm (0,100 pouce) en utilisant le principe des courants de Foucault, la totalité de la teneur de ce document étant incorporée en référence et fait partie de la présente demande de brevet.

La grande majorité des dommages occasionnés aux éléments structurels par la corrosion provient de dommages corrosifs dans les trous de fixation et en dessous de la surface à des surfaces de contact. Si certains des procédés indiqués cidessus et dispositifs sont applicables pour évaluer la corrosion juste en dessous de la surface à des surfaces de contact, un système plus précis pour déterminer la corrosion interne plus profonde et/ou la perte de volume en matériau est souhaitable.

Selon un mode de réalisation, la présente invention propose un procédé pour la mesure directe et la quantification de la perte de volume le long de la surface et sous la surface d'un substrat et qui permette ainsi plus précisément de décrire le profil de surface et interne d'un substrat que les procédés classiques qui ne peuvent fournir que des mesures comparatives du profil de surface ou des anomalies bidimensionnelles sur une surface de test. En outre, le procédé de la présente invention peut être utilisé avec différent types de matériaux et peut être employé pour mesurer les pertes de volume même de surfaces non planes telles qu'autour de fixations ou à l'intérieur de trous de fixation où les défauts provoqués par la corrosion débutent souvent. Le procédé de la présente invention permet la production d'un contour ou d'une carte tridimensionnelle de

la surface du substrat représentant la perte en matériau due à la corrosion ou aux dommages. Plus avantageusement encore, le procédé de la présente invention permet de déterminer à un stade avancé la perte de métal due à la corrosion et aux dommages permettant ainsi le remplacement ou la réparation du substrat testé avant une défaillance du substrat.

Dans un autre mode de réalisation, un procédé de la présente invention comprend l'induction d'une pluralité de courants de Foucault dans un substrat de test, la mesure de l'amplitude des courants de Foucault à l'intérieur du substrat à une pluralité d'emplacements sur la surface et à l'intérieur du substrat de test et la conversion des amplitudes des courants de Foucault aux emplacements en pertes de volume correspondantes sur la surface et à l'intérieur du substrat en utilisant les mesures de l'amplitude des courants de Foucault d'un substrat de référence présentant des défauts de perte de volume prédéterminés. Les mesures de l'amplitude des courants de Foucault sur le substrat de test sont converties en multipliant une amplitude normalisée des courants de Foucault pour un secteur sur la surface du substrat de test à la fois par un facteur de calibrage prédéterminé (Cr) représentant le volume de l'amplitude des courants de Foucault par unité de surface et la superficie du secteur pour fournir des mesures volumétriques de la perte de métal dans le secteur. Le facteur de calibrage (Cr) est déterminé en mesurant l'amplitude des courants de Foucault produit pour une pluralité de défauts présentant des pertes de volume prédéterminées sur la surface d'un substrat de référence.

Dans un mode de réalisation du procédé de la présente invention, la perte de volume à la surface et à l'intérieur d'un substrat métallique de test est mesurée en calibrant tout d'abord le système en utilisant un substrat de référence

et, ensuite, en utilisant le système pour tester la surface du substrat. Le calibrage du substrat comprend la génération de courants de Foucault dans un substrat de référence présentant une surface comprenant une pluralité de secteurs d'une superficie prédéterminée et d'une perte de volume prédéterminée de manière à ce qu'au moins une partie des secteurs ait une perte de volume positive. L'amplitude des courants de Foucault produits dans le substrat de référence est mesurée sur la surface du substrat à une pluralité d'emplacements à l'intérieur de chaque secteur et on fait la moyenne des amplitudes des courants de Foucault mesurées pour les emplacements dans les secteurs ne présentant aucune perte de volume, ou une perte de volume minimale, pour fournir un niveau de seuil (T). Le niveau de seuil (T) est ensuite soustrait des amplitudes mesurées pour les emplacements dans les secteurs présentant une perte de volume positive pour fournir une amplitude normalisée des courants de Foucault pour chaque emplacement. De préférence, les amplitudes normalisées des courants de Foucault mesurées à chaque emplacement dans le secteur ayant la perte de volume la plus importante sont sensées fournir une amplitude normalisée des courants de Foucault pour le secteur de perte de volume supérieure. Le volume prédéterminé du secteur de la plus grande perte de volume est ensuite divisé par, à la fois, l'ampleur des courants de Foucault pour le secteur de perte de volume maximale et la superficie du secteur de perte de volume maximale pour produire un facteur de calibrage (Cr) représentant le volume mesuré d'amplitude des courants de Foucault par unité de surface.

Une fois le procédé calibré, une surface est testée en générant des courants de Foucault dans le substrat de test et en mesurant l'amplitude des courants de Foucault produit à l'intérieur du substrat sur la surface du substrat à une

pluralité d'emplacements à l'intérieur de secteurs d'une superficie prédéterminée. Comme dans le processus de calibrage, on fait la moyenne aux emplacements dépourvus de perte de volume, ou avec une perte de volume minimale, pour produire une valeur de seuil (Trest). Les amplitudes des courants de Foucault mesurées aux emplacements sont diminuées de la valeur de seuil (Ttest) pour produire des amplitudes normalisées de courants de Foucault pour chaque secteur. De même, les amplitudes normalisées des courants de Foucault pour chaque secteur sont multipliées par le facteur de calibrage (Cr) et par la superficie du secteur pour fournir des mesures quantitatives de la perte de volume pour les secteurs et fournir ainsi un profil de surface de perte de volume sur la surface de test.

La présente invention comprend également un système destiné à produire un profil de surface de la perte de volume le long de la surface et de la partie interne du substrat métallique comprenant des inducteurs de courants de Foucault pour induire une pluralité de courants de Foucault dans le substrat de test, un dispositif de mesure pour mesurer l'amplitude des courants de Foucault à l'intérieur du substrat à une pluralité d'emplacements sur la surface du substrat et un convertisseur pour convertir les amplitudes mesurées aux emplacements en pertes de volume correspondantes sur la surface de test. De préférence, les inducteurs et le dispositif de mesure comprennent une sonde d'inspection de courants de Foucault présentant une surface d'inspection qui corresponde à la surface de test.

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, de la présente invention deviendront plus évidents aux hommes de l'art à la lecture de la description détaillée suivante qui décrit les deux modes de réalisation préférés de la

présente invention et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente la proportion de deux volumes de champ de courants de Foucault (VF1, VF2) en relation au volume présentant un défaut ou une corrosion ; - la figure 2 représente la différence AVF entre les champs des couants de Foucault, VF1-VF2.

- la figure 3 représente un standard de référence utilisé pour le calibrage.

- la figure 4 représente le résultat cartographié de la corrosion ; - la figure 5 représente les volumes calculés des défauts de corrosion simulés ; - la figure 6 représente le résultat cartographie représentant la perte de volume en matériau due à la corrosion ;

- la figure 7 est un organigramme représentant le calibrage et les séquences de test de la présente invention ; - la figure 8 est un dessin schématique du système de mesure de volume utilisé selon la présente invention ; - la figure 9 est un graphique tridimensionnel représentant les volumes calculés des défauts qui simule la piqûre de corrosion selon un standard de référence ; et - la figure 10 représente la réponse réelle des courants de Foucault obtenue des volumes des défauts représentés sur la figure 9 à partir du standard de référence.

La présente invention va maintenant être décrite plus amplement en référence aux dessins annexés, dans lesquels les modes de réalisation préférés de la présente invention sont représentés. La présente invention peut toutefois être réalisée sous de multiples et différentes formes et ne doit

pas être interprétée comme limitée au seuls modes de réalisation présentés ci-dessous, car ces modes de réalisation ne sont présentés qu'afin d'exposer la présente invention en détails et dans son ensemble et de traduire pleinement pour l'homme de l'art le domaine de la présente invention.

La présente invention résout les problèmes associés à la détection et à l'évaluation de la corrosion qui est à une profondeur supérieure à 2,54mm (0,100 pouce) de la surface d'inspection. Les limites associées aux systèmes d'inspection classiques avec des courants de Foucault, sont supprimées par les procédés et les appareils de la présente invention. Les systèmes de détection de la corrosion par les courants de Foucault sont incapables de détecter la corrosion interne en raison du fait que le champ des courants de Foucault utilisé ne peut pas pénétrer dans le matériau inspecté. Une pénétration plus profonde du champ des courants de Foucault a été tentée en abaissant la fréquence de fonctionnement, mais cela a conduit à une réduction de la sensibilité du système.

La sensibilité est perdue en raison du fait que le volume du champ des courants de Foucault devient bien plus important que le volume de la corrosion cible détectée. Plus la proportion du volume du champ des courants de Foucault au volume de la défectuosité est élevée, plus la sensibilité résultante obtenue est faible. Comme le montre la figure 1, les fréquences de fonctionnement F1 et F2 des sondes de courants de Foucault 10,11, respectivement, créent des champs de courants de Foucault VF1 et VF2, pour détecter une défectuosité 12. Dans une variante de réalisation définitif, non représentée, il est entendu qu'une sonde unique peut être substituée à des sondes multiples pour obtenir le même résultat.

La présente invention pallie ce problème. Le procédé présenté ci-dessous en détails peut mesurer précisément les dommages de corrosion à des profondeurs allant de 2,54mm (0,100 pouce) à plus de 6,35mm (0,250 pouce) y compris la corrosion à l'opposé de la surface d'inspection. Le procédé peut potentiellement mesurer la corrosion sur des surfaces allant jusqu'à 19mm (0,750 pouce) de la surface d'inspection.

Les substrats métalliques ou autres peuvent être inspectés avec un grand degré de précision et à des niveaux de détection jusqu'alors inconnus des procédés décrits ici.

Les procédés et appareils de la présente invention peuvent mesurer avec précision les dommages dus à la corrosion à des profondeurs dans la fourchette d'environ 2,54mm (0,100 pouce) à environ 6,35mm (0,250 pouce) ou plus. La corrosion sur la surface opposée à la surface d'inspection peut être mesurée précisément à une distance allant jusqu'à 19mm (0,750 pouce) de la surface inspectée.

La présente invention résout les limitations de profondeur précitées grâce à un procédé connu des hommes de l'art sous le nom de mélange de fréquence ou glissement de fréquence, moyennant quoi une pluralité de champs de courants de Foucault sont induits en tandem de manière à ce qu'ils surviennent dans le matériau du substrat simultanément durant l'acquisition des données. Le brevet US 6,285, 183 propose l'utilisation d'un signal de courants de Foucault à fréquence unique fonctionnant dans une gamme de fréquences allant de 180,0 à 200,0 KHz. La gamme de fréquences est reconnue normalement comme celle fournissant la plus grande profondeur de pénétration dans l'aluminium ordinaire tout en conservant un niveau de sensibilité acceptable.

Le procédé et les appareils de la présente invention utilisent des signaux de courants de Foucault à fréquences multiples fonctionnant ensemble à des fréquences inférieures

à celles utilisées antérieurement. Deux fréquences FI et F2, travaillent ensemble pour obtenir une plus grande profondeur de pénétration tout en maintenant un niveau de sensibilité acceptable. La corrosion qui survient profondément dans l'échantillon ou sur une surface éloignée ou opposée, peut être interrogée par le champ de courants de Foucault fonctionnant à une très basse fréquence FI. C'est particulièrement avantageux dans la mesure où les surfaces opposées, après montage, sont le plus souvent inaccessibles à une inspection visuelle ou physique. Comme le montre la figure 2, le champ VFl de courants de Foucault, créé par la sonde 10 à la fréquence F1 est quelque peu affecté par la présence de la corrosion et l'effet est négligeable étant donné la relative ampleur du volume résultant 20 du champ de courants de Foucault VF1. Un second champ de courants de Foucault est crée par une seconde sonde de courants de Foucault 11 fonctionnant à une fréquence F2. Les deux fréquences FI et F2 agissent dans les bobines des sondes soit simultanément ou soit par multiplexage. De préférence, la fréquence F2 est supérieure à la fréquence FI et, de ce fait, ne pénètre pas aussi profondément dans l'échantillon. Il en résulte que le champ de courants de Foucault VF2 crée par la sonde de courants de Foucault 11 fonctionnant à la fréquence F2 produit un volume 22 relativement plus faible.

Le procédé de la présente invention fonctionne en calculant la différence eve entre le champ 22 de courants de Foucault VF2 et le champ 20 de courants de Foucault VF1. La différence est un volume de champ de courants de Foucault qui est égal à l'enveloppe la plus extérieure du champ de courants de Foucault VF1. Le volume restant 24, est plus petit en comparaison de celui d'origine 20, et est plus sensible de manière significative à la corrosion survenant

dans les régions les plus profondes de l'échantillon atteintes par le champ de courants de Foucault VF1.

Une fois les données acquises avec une précision améliorée, elles sont ensuite soumise à la même analyse que celle proposée par le brevet américain US 6,285, 183. Le volume de la perte en matériau est ensuite calculé. Pour obtenir des données d'une précision accrue, les étapes détaillées suivantes sont nécessaires. Premièrement, on utilise tout instrument à courants de Foucault à fréquences multiples capable de faire circuler deux signaux de fréquence ou plus au travers d'une bobine à courants de Foucault unique, comme le comprendra facilement l'homme de l'art versé dans la mesure volumétrique de champ. Le champ de courants de Foucault VF1 créé par la fréquence d'origine FI est déterminé par calcul ou par référence à des tables de références de profondeur de pénétration standards. La fréquence désirée est l'unique fréquence qui établira une profondeur de pénétration égale à l'épaisseur du matériau ou la limite inférieure de profondeur à laquelle la corrosion doit être mesurée. Le second champ de courants de Foucault VF2 est crée par une seconde fréquence F2 déterminée soit en sélectionnant un multiple supérieur de FI (par ex. Fl=2KHz et F2=8KHz) soit en calculant la fréquence requise pour obtenir une profondeur de pénétration égale à la limite supérieure de la corrosion à mesurer. Le choix de F2 peut être limité par les capacités de l'instrument utilisé. Comme indiqué ci-dessus entre parenthèses, l'instrument sélectionné présentait un multiple de quatre (4) résultant des variations de fréquences. L'instrument est calibré en utilisant tout d'abord FI en établissant le gain et la rotation de phase qui fournissent le signal optimal pour la surface arrière ou la profondeur la plus grande. L'instrument est ensuite calibré pour F2 en réglant le gain et la rotation de phase pour optimiser le

signal à partir d'une faible profondeur. Les sorties des deux fréquences F1 et F2 sont ensuite mélangées pour obtenir la plus grande différence supérieure entre elles en réponse à une corrosion de référence à la profondeur désirée. L'étape finale du calibrage consiste à faire parcourir la bobine de courants de Foucault sur une norme de référence 30, du type présenté sur la figure 3, ayant des niveaux simulés de corrosion sur le côté le plus éloigné de la bobine de courants de Foucault. Le résultat est une cartographie de corrosion telle que celle présentée sur la figure 4.

Le procédé de calibrage utilisé dans le cadre de la présente invention est représenté dans l'organigramme illustré à la figure 7. Dans le procédé de la présente invention, un substrat de référence, présentant des défauts de surface ou des défaillances d'un volume connu est tout d'abord sélectionné et présentant la même composition chimique et les mêmes propriétés mécaniques, telles que la dureté, que le composant ou le substrat à tester. Par exemple, comme le montre la figure 9, les volumes pour une série de défauts de surface sont calculés pour un substrat de référence. Les défauts de surface du substrat de référence sont sélectionnés pour refléter les piqûres de corrosion et consistent en une série de trous de profondeurs variables en pouces comme illustré le long de l'axe X de la figure 9 et de diamètres variables mesurés en pouces le long de l'axe Y de la figure 9. Le substrat de référence est de préférence divisé en secteurs de superficie prédéterminée, chaque secteur ne contenant pas plus d'un défaut. Sur la figure 5, les volumes calculés sur la base des caractéristiques dimensionnelles pour les défauts dans chaque secteur apparaissent le long de l'axe Z et sont tracés en pouces cubes x 10-6. La figure 6 est une représentation réelle de type C des volumes calculés sur la figure 5 contenus dans la

plaque de calibrage 30de norme de référence (voir figure 3). La représentation de type C des courants de Foucault (figure 6) montre qu'il existe une bonne similarité avec les volumes calculés de la figure 5. Sur la figure 6, les amplitudes relatives des défauts de corrosion ou vices sont représentés suivant l'axe Z et indiquent la validité de la représentation de type C avec les valeurs calculées de la norme de référence. En outre, le substrat de référence présente normalement des secteurs dépourvus de perte de volume pour faciliter le calibrage du système décrit ici.

Les procédés de la présente invention mesurent avec précision les dommages de corrosion survenant à une profondeur dépassant 2,54mm (0,100 pouce), et de préférence d'environ 2,54mm (0,100 pouce) à environ 6,35mm (0,250 pouce) et, dans certains conditions des profondeurs supérieures à 6,35mm (0,250 pouce). En outre, la corrosion peut être mesurée avec précision sur les surfaces opposées à la surface d'inspection, de préférence jusqu'à une profondeur d'environ 19mm (0,750 pouce).

Le substrat de référence est tout d'abord testé en 110 dans l'organigramme représenté sur la figure 7 en induisant des courants de Foucault dans le substrat de référence. De préférence, les moyens pour induire les courants de Foucault sont une sonde d'inspection à courants de Foucault 140 (figure 8) telle qu'une sonde DT20P fabriquée par Zetec Inc (Tsuaquah, État de Washington, Etats-Unis), qui est également utilisée pour mesurer les réponses de courants de Foucault produites comme décrit plus en détails ci-dessous. La sonde d'inspection à courants de Foucault 140 est constituée d'une bobine de référence et d'une bobine de test. Un courant électrique alternatif, tel qu'un courant alternatif de 200 KHz, passe par les bobines pour produire un champ électromagnétique primaire. La bobine de test est située à

proximité du substrat de manière à ce que le champ électromagnétique primaire généré par la bobine de test pénètre dans le substrat et induise des courants de Foucault à l'intérieur du substrat. L'amplitude des courants de Foucault produits est directement proportionnelle à la quantité de métal présente à l'intérieur du champ électromagnétique primaire et donc inversement proportionnelle à la perte de volume dans ce champ. En d'autres termes, plus la quantité de métal est grande à proximité du champ primaire, plus les courants de Foucault sont importants et donc l'ampleur de la réponse des courants de Foucault. Les courants de Foucault génèrent un second champ magnétique, qui comprend la bobine de test et présente un effet soit négatif, soit complémentaire sur le courant électrique alternatif passant dans la bobine de test. La réponse des courants de Foucault peut être décrite comme un facteur de remplissage ou d'élévation qui peut se traduire par un pourcentage du champ primaire qui pénètre l'échantillon métallique de telle manière qu'un facteur de remplissage de 100% équivaudrait à l'absence de perte de volume à l'emplacement mesuré. Le courant en résultant passant par la bobine de test peut alors être comparé au courant dans la bobine de référence pour déterminer la réponse des courants de Foucault. Comme le comprendront les hommes de l'art, le courant passant par la bobine de référence n'est pas affecté par les courants de Foucault et la différence dans entre le courant passant par la bobine de référence et celui de la bobine de test fournit une mesure d'amplitude des courants de Foucault et, ultérieurement une mesure de la quantité de métal présente dans le champ électromagnétique primaire.

Les réponses réelles des courants de Foucault pour une pluralité d'emplacements dans chaque secteur de la surface du

substrat de référence sont mesurées en utilisant un dispositif de mesure tel que la sonde d'inspection à courants de Foucault décrite ci-dessus. De préférence, la sonde d'inspection à courants de Foucault est conçue pour posséder une surface de mesure correspondant à la surface du substrat de référence. Par exemple, une sonde ayant une surface de mesure circulaire peut être utilisée pour mesurer les réponses des courants de Foucault produites par un trou de fixation. La sonde d'inspection à courants de Foucault 140 peut mesurer la réponse réelle des courants de Foucault, mais elle mesure de préférence la différence entre l'amplitude des courants de Foucault de la bobine de référence équivalente au facteur de remplissage de 100% et l'amplitude des courants de Foucault de la bobine de test relative à l'amplitude réelle des courants de Foucault à un certain emplacement, comme décrit ci-dessus.

La réponse des courants de Foucault est normalement mesurée à une pluralité d'emplacements à intervalles réguliers le long de l'axe X et de l'axe Y de la surface de manière à ce que le secteur sur la surface du substrat de référence contienne le même nombre de mesures. On prend la moyenne des mesures des amplitudes des courants de Foucault dans les secteurs ne contenant pas de vice ou de défaut (à savoir, aucune perte de volume) pour chaque emplacement pour obtenir un seuil ou niveau de bruit de fond (T) indiqué en 114. Cette valeur devient la valeur ou seuil de décalage pour normaliser les données restantes à une référence zéro. Le niveau de seuil (T) est ensuite soustrait de chacune des mesures dans les secteurs contenant des défauts ou des vices pour normaliser les amplitudes de courants de Foucault pour les emplacements à l'intérieur de ces secteurs comme indiqué en 116. Les amplitudes normalisées des courants de Foucault sont ensuite ajoutées pour chaque emplacement dans chaque

secteur pour obtenir les courants de Foucault normalisés pour le secteur, comme indiqué en 118.

À titre illustratif, la figure 10 représente une surface de balayage ou d'exploration de 63, 5mm (2,5 pouces) par 63,5mm (2,5 pouces) obtenue par l'exploration d'une surface standard de référence présentant des pertes volumiques positives, comme sur la figure 9. Afin d'obtenir le contour ou la représentation de type C illustrée sur la figure 10 du substrat de référence de la figure 3, un contrôleur 142 (figure 8) commande le dispositif de mesure qui explore ou balaye la surface de référence dans la direction X et relève les valeurs de courants de Foucault aux emplacements 144 tous les 1, 27mm (0,050 pouce). Lorsque la fin de la surface d'échantillon est atteinte, le dispositif de mesure est déplacé de 1, 27mm (0,050 pouce) dans la direction Y et se déplace à nouveau sur la surface dans la direction X. Ce processus de balayage est répété jusqu'à ce que les amplitudes des réponses des courants de Foucault sur l'ensemble de la surface balayée aient été mesurées. Si la surface de test a été explorée de cette manière, d'autres procédés d'exploration telles que des explorations hélicoïdales ou tramées peuvent être utilisés si tant est que la superficie de test soit entièrement explorée. Les amplitudes des courants de Foucault pour chaque secteur 146 (figure 8) ont été ensuite mesurées en additionnant les mesures normalisées pour chaque emplacement dans le secteur 118 (organigramme de la figure 7) et la réponse des courants de Foucault pour chaque secteur a été traduite en graphique sur la figure 10. La direction Z de la figure 10 indique le pourcentage de l'échelle totale dans laquelle 100% indique le secteur présentant la plus grande perte de volume.

Les valeurs de la figure 10 peuvent être ensuite utilisées pour lier les volumes prédéterminés et les

superficies prédéterminées pour les secteurs aux amplitudes normalisées des courants de Foucault pour les secteurs. Un procédé préféré pour fournir cette relation consiste à utiliser les mesures pour le secteur présentant les plus grandes pertes volumiques. Le volume prédéterminé pour le secteur présentant les plus grandes pertes volumiques est divisé par la réponse normalisée des courants de Foucault pour le secteur et la superficie du secteur pour produire un facteur de calibrage (Cr) représentant le volume de réponse des courants de Foucault par unité de surface 120. Le facteur de calibrage (Cr) peut alors être utilisé pour tester d'autres surfaces. Bien que ce soit le procédé préféré pour le calibrage, un ou plusieurs secteurs peuvent être utilisés comme décrit ci-dessus pour obtenir le facteur de calibrage (Cr).

Une fois le système calibré, des courants de Foucault sont induits dans la surface de test de la même manière que celle décrite pour le calibrage et indiquée en 122.

L'amplitude de la réponse des courants de Foucault dans le substrat de test est ensuite mesurée sur la surface de test à une pluralité d'emplacements à intervalles réguliers en utilisant un dispositif de mesure présentant une surface de mesure correspondant à la surface de test comme indiqué en 124. Afin de fournir des mesures volumétriques précises, les intervalles auxquels les amplitudes des courants de Foucault sont mesurées sont les mêmes que ceux utilisés dans la séquence de calibrage. Une valeur de seuil (Ttest) est ensuite déterminée pour le substrat de test comme indiqué en 126 en faisant la moyenne des réponses des courants de Foucault pour les emplacements dépourvus de perte de volume. Les amplitudes des courants de Foucault à chaque emplacement sont normalisées par soustraction de la valeur de seuil Ttest indiquée en 128. La surface de test est divisée en secteurs

de superficie prédéterminée et les amplitudes normalisées des courants de Foucault pour les emplacements dans chaque secteur sont additionnées pour fournir une réponse normalisée de courants de Foucault pour le secteur, comme indiqué en 130. La réponse normalisée des courants de Foucault et la superficie sont ensuite multipliées par le facteur de calibrage (Cr) 120 pour obtenir la perte de volume réelle dans le secteur en pouces cube comme indiqué en 132. Les mesures de perte de volume sur la surface de test sont déterminées en utilisant des moyens de conversion appropriés (tel un microprocesseur) et peuvent être ensuite tracées pour produire une cartographie de contour ou une représentation de type C de la surface de test. La représentation de type C fournit une mesure quantitative vraie de la perte de volume due à la corrosion ou aux dommages sur la surface de test et permet d'exprimer en pouces cube le volume réel de la perte métallique pour chaque secteur.

La corrélation entre le facteur de forme et la quantité de perte métallique due à la corrosion dans l'échantillon permet la mesure directe et la quantification de la quantité de perte de métal due à l'activité de la corrosion. En calibrant correctement la réponse des courants de Foucault à des volumes connus de références standards, la perte de métal résultant de la corrosion détectée peut être quantifiée avec précision. Une fois une perte de métal détectée, et la quantité de perte de métal quantifiée avec précision, l'action à prendre quant à la pièce de test, à savoir le remplacement ou la réparation, si nécessaire, peut être déterminée.

La présente invention propose un procédé de mesure directe et de quantification tridimensionnelle de la perte de volume sur la surface et le profil interne d'un substrat et dépeint avec plus de précision le profil d'un substrat que

les procédées classiques qui ne peuvent fournir des mesures comparatives du profil d'une surface (voir figure 4). Le procédé de la présente invention permet ainsi de déterminer une cartographie de contour de la surface représentant la perte en matériau due à la corrosion, aux dommages ou autre anomalies (voir les figures 6 et 10).

L'étude des données obtenues de l'inspection des surfaces de contact des spécimens de test ont indiqué que les niveaux de corrosion résultant mesurés pour les surfaces de contact des composants étaient inférieurs de manière significative aux défaillances associées avec la plaque standard de référence (voir tableau 1 ci-dessous). Les niveaux de corrosion sont présentés dans le tableau 1 par une valeur d'indice de corrosion et représenté également graphiquement par un axe vertical sur la figure 6. On doit rappeler qu'en étudiant ces comparaisons, les modules de corrosion mesurés des spécimens de test étaient d'une amplitude extrêmement faible en comparaison des plaques standard de référence. Cela a corroboré la constatation faite au cours d'un examen visuel et microscopique indépendant qu'il y avait une évidence minimale d'activité corrosive des plaques de test. La technique de quantification par courants de Foucault selon la présente invention a été en fait suffisamment sensible pour enregistrer des discontinuités et des imperfections dans le substrat métallique lui-même qui étaient de l'ordre de ou inférieur aux tailles de défaillance du standard de référence. Les tests ont comparé différents procédés de protection contre la corrosion. Le procédé d'étanchéité humide se rapporte à l'application d'un agent d'étanchéité humide aux surfaces de contact d'un composant au moment de l'assemblage ou après. En revanche, l'agent d'étanchéité pré-revêtu se rapporte au procédé par lequel les composants sont revêtus avant leur assemblage.

Tableau 1 Mesure de corrosion volumétrique des surfaces de contact de composants

<tb>
<tb> Identité <SEP> Assemblage <SEP> Protection <SEP> Valeur
<tb> Spécimen <SEP> de <SEP> test <SEP> contre <SEP> la'Indice'de
<tb> corrosion <SEP> corrosion,
<tb> XIO' <SEP> pouces
<tb> A1A <SEP> humide <SEP> 4,14
<tb> A3A <SEP> pré-revêtu <SEP> 3,61
<tb> AllA <SEP> humide <SEP> 3,56
<tb> A12A <SEP> pré-revêtu <SEP> 4,04
<tb> 0,006 <SEP> x0, <SEP> 018 <SEP> x0, <SEP> 250 <SEP> Ref <SEP> N/A <SEP> 28,5
<tb> <SEP> defaut <SEP>
<tb> 0,006 <SEP> x0, <SEP> 018 <SEP> x0, <SEP> 188 <SEP> Ref <SEP> N/A <SEP> 20,9
<tb> <SEP> defaut <SEP>
<tb> 0,006 <SEP> OxO, <SEP> 188 <SEP> <SEP> Ref <SEP> N/A <SEP> 0,28
<tb> <SEP> défauts
<tb>

Plus avantageusement encore, le procédé de la présente invention permet une détermination précoce de la perte de métal due à la corrosion et aux dommages ce qui permet de déterminer le remplacement ou la réparation potentielle d'un substrat de test avant la défaillance du substrat. Le procédé de la présente invention peut être utilisé sur différents types de matériaux et peut être employé pour mesurer les pertes de volume même sur les incisions et les saillies telles que celles autour des rivets et autres fixations. En outre, des données historiques peuvent être compilées pour des articles de test spécifiques ainsi que la publication de rapports. La compilation de données historiques permet la constitution de programmes de test pour différents types d'informations telles que les calendriers de test à venir, les données statistiques d'erreurs concernant des articles défaillants qui peuvent être associées à de régions spécifiques sur le plan X-Y de l'article de test, telle une aile d'aéronef ou des surfaces de commande.

De nombreuses modifications et autres modes de réalisation de la présente invention apparaîtront à l'homme

de l'art au domaine duquel la présente invention appartient en tirant bénéfice des enseignements présentés dans les descriptions précédentes et les dessins annexés. Il est donc entendu que la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation spécifiques présentés et que des modifications et autres modes de réalisation de celle-ci sont sensés tombés dans le domaine de protection de l'invention.

Bien que des termes spécifiques aient été ici employés, ils ne sont utilisés que dans un sens générique et descriptif et non à titre limitatif.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé destiné à détecter un défaut ou un vice matériel dans une sous-surface à l'intérieur d'un substrat métallique comprenant les étapes consistant à : induire des champs de courants de Foucault de fréquence supérieure et de fréquence inférieure dans un substrat de test ; mesurer à la surface du substrat l'amplitude des courants de Foucault produits dans le substrat ; et soustraire le champ des courants de Foucault de fréquence supérieure du champ des courants de Foucault de fréquence inférieure, de manière à permettre au moins la détection d'un défaut.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure est faite à une pluralité d'emplacements de la surface du substrat.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'amplitude des courants de Foucault pour un secteur du substrat est la somme des amplitudes des courants de Foucault des emplacements situés à l'intérieur du secteur.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les champs des courants de Foucault sont induits sensiblement simultanément.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sous-surface du substrat comprend une surface opposée.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vice matériel de la sous-surface du substrat est situé à plus d'environ 2,54mm (0,100 pouce) de la surface du substrat.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le vice matériel de la sous-surface du substrat est situé à une distance de la surface d'environ 2,54 mm à environ 19mm.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à : induire des courants de Foucault dans un substrat de référence ; mesurer l'amplitude du courants de Foucault produit à l'intérieur du substrat à une pluralité d'emplacements de perte de volume connue sur la surface du substrat ; et déterminer un facteur de calibrage (Cr) sur la base des amplitudes mesurées aux emplacements du substrat de référence ;

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape pour déterminer le facteur de calibrage (Cr) consiste à : sélectionner un secteur de perte de volume prédéterminé ; ajouter des mesures de courants de Foucault pour des emplacements dans le secteur ; fournir une amplitude de courants de Foucault pour le secteur ; et diviser la perte de volume prédéterminée du secteur par l'amplitude des courants de Foucault pour le secteur et la superficie du secteur pour produire le facteur de calibrage (Cr).

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à : induire des courants de Foucault dans un substrat de référence présentant une surface comprenant une pluralité de secteurs d'une superficie prédéterminée et une perte de volume prédéterminée de manière à ce qu'au moins une partie des secteurs présente une perte de volume minimale et au moins une partie des secteurs présente une perte de volume positive ;

mesurer l'amplitude des courants de Foucault produits à l'intérieur du substrat de référence à une pluralité d'emplacements dans chaque secteur ; faire la moyenne des amplitudes de courants de Foucault mesurées pour l'emplacement présentant la perte de volume minimale pour fournir un niveau de seuil (T) ; normaliser les amplitudes de courants de Foucault pour les emplacements dans les secteurs ayant une perte de volume positive en soustrayant le niveau de seuil (T) des amplitudes mesurées aux emplacements ; additionner les amplitudes de courants de Foucault normalisées mesurées à chaque emplacement dans un secteur pour fournir une amplitude de courants de Foucault normalisée pour le secteur ; et déterminer un facteur de calibrage (Cr) représentant le volume mesuré par amplitude de courants de Foucault par unité de surface en divisant la perte de volume prédéterminée du secteur, par l'amplitude normalisée des courants de Foucault pour le secteur et la surface du secteur.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que au moins une partie des secteurs ne présente aucune perte de volume.

12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les courants de Foucault sont induits sensiblement simultanément.

13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la sous-surface du substrat comprend une surface opposée.

14. Procédé de mesure de la perte de volume d'une soussurface d'un substrat métallique comprenant les étapes consistant à : induire des champs de courants de Foucault de haute et basse fréquences sensiblement simultanément à la sous-surface

d'un substrat métallique de référence présentant une soussurface et comprenant une pluralité de secteurs d'une superficie prédéterminée et une perte de volume prédéterminée de manière à ce qu'au moins une partie des secteurs aient une perte de volume minimale et au moins une partie des secteurs ait une perte de volume positive ; mesurer l'amplitude des champs de courants de Foucault produits à l'intérieur du substrat de référence à une pluralité d'emplacements dans chaque secteur ; faire la moyenne des amplitudes de champ de courants de Foucault mesurées aux emplacements dans les secteurs ayant la perte de volume minimale pour fournir un niveau de seuil (T) ; soustraire le niveau de seuil (T) des amplitudes mesurées pour les emplacements dans les secteurs possédant une perte de volume positive pour fournir une amplitude de champ de courant de Foucault normalisée pour chaque emplacement ; additionner les amplitudes des courants de Foucault mesurées à chaque emplacement dans le secteur ayant la perte de volume la plus importante pour fournir une amplitude normalisée de champ de courants de Foucault pour le secteur à perte de volume la plus importante : diviser le volume prédéterminé de secteur de perte de volume la plus importante par l'amplitude normalisée des courants de Foucault pour le secteur de perte de volume la plus importante et la superficie du secteur de perte de volume la plus importante pour produite un facteur de calibrage (Cr) représentant le volume mesuré d'amplitude de courants de Foucault par unité de surface ; induire les champs des courants de Foucault de haute et basse fréquence dans un substrat métallique de test ;

soustraire le champ des courants de Foucault de haute fréquence du champ des courants de Foucault de basse fréquence pour obtenir un champ de courants de Foucault résultant ; mesurer l'amplitude du champ des courants de Foucault résultant produit à l'intérieur du substrat de test à une pluralité d'emplacements internes dans des secteurs de superficie prédéterminée : soustraire le champ des courants de Foucault résultant aux emplacements de la valeur de seuil (T) pour produire des amplitudes normalisées des courants de Foucault aux emplacements ; additionner les amplitudes normalisées des courants de Foucault pour les emplacements dans chaque secteur pour produire une amplitude normalisée des courants de Foucault pour chaque secteur ; et multiplier les amplitudes normalisées des courants de Foucault pour chaque secteur par le facteur de calibrage (Cr) et par la superficie du secteur pour fournir des mesures volumiques de la perte de volume aux emplacements et fournir ainsi un profil de surface de perte de volume sur la surface de test.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que une partie des secteurs ne présente aucune perte de volume.

16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que la sous-surface du substrat comprend une surface opposée.

17. Système pour la production d'un profil de perte de volume le long d'une surface d'un substrat métallique comprenant : une pluralité d'inducteurs des courants de Foucault placés sur une première surface pour induire simultanément un

champ des courants de Foucault présentant différentes fréquences en dessous de la surface d'un substrat de test ; un dispositif de mesure pour mesurer l'amplitude des champs de courants de Foucault produits en dessous de la surface du substrat ; et un dispositif de conversion pour convertir les amplitudes mesurées aux emplacements en pertes de volume correspondantes sur une seconde surface.

18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit dispositif de mesure est une sonde d'inspection des courants de Foucault présentant une surface d'inspection qui corresponde à la surface de test.

19. Système selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que l'inducteur des courants de Foucault génère un champ magnétique primaire dans le substrat de test.

20. Système selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisé en ce que la surface de test comprend des secteurs de superficie prédéterminée et le dispositif de conversion comprend : un normalisateur de courants de Foucault pour normaliser les amplitudes mesurées sur la surface du substrat ; des moyens pour additionner les amplitudes des courants de Foucault normalisées dans un secteur pour fournir une amplitude normalisée des courants de Foucault pour le secteur ; et des moyens pou multiplier l'amplitude normalisée des courants de Foucault du secteur par la superficie du secteur et un facteur de calibrage (Cr) représentant le volume d'amplitude des courants de Foucault par unité de surface pour calculer la perte de volume réelle sur la surface du substrat à l'intérieur de chaque secteur.

21. Système selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisé en ce que la seconde surface est une surface opposée.

22. Système selon l'une des revendications 17 à 21, caractérisé en ce que la pluralité des champs de courants de Foucault est induite sensiblement simultanément.