Conception Innovante de Sonde Semi-Flexible
Pour les petits rotors et disques de turbine, les sondes UT conventionnelles (généralement 2 MHz, Ø 24 mm ou 0,9 pouce) sont utilisées pour l'inspection par faisceau droit. Cependant, lorsque la longueur du trajet d'inspection augmente, ces sondes standard ne répondent plus aux exigences du code en raison de leur rapport signal/bruit (RSB) inadéquat. Cela est principalement dû à la surface active relativement petite de la sonde, qui limite l'énergie acoustique transmise dans la pièce inspectée et entraîne une plus grande divergence du faisceau acoustique.
En augmentant l'ouverture active de la sonde UT, une plus grande quantité d'énergie acoustique interagira avec le réflecteur. En effet, une ouverture plus large réduit la divergence du faisceau UT, ce qui permet de transmettre plus d'énergie à travers l'échantillon inspecté.
L'utilisation de la technologie UT multi-éléments au lieu d'une sonde UT conventionnelle présente l'avantage supplémentaire de pouvoir concentrer l'énergie acoustique à différentes profondeurs et d'orienter le faisceau acoustique. Il s'agit d'un avantage important, car les rotors de turbine comportent généralement des sections ou des étages de différentes tailles. Une seule sonde multi-éléments peut être utilisée sur toute la longueur du rotor et la profondeur focale peut être optimisée pour chaque section. De plus, les normes applicables exigent une inspection sous différents angles afin d'augmenter la probabilité d'une réflexion spéculaire « parfaite » sur un défaut donné. Une seule sonde UT multi-éléments peut être utilisée pour générer ces différents angles au lieu de plusieurs sondes conventionnelles montées sur des sabots.
Figure 1: Assemblage de la sonde QUAD semi-flexible
Sur la base des considérations ci-dessus, Eddyfi Technologies a développé un nouveau concept, la sonde matricielle 2D semi-flexible, composée de quatre matrices individuelles de 8 x 4 éléments et d'une ouverture de 16mm x 64mm (0,6in x 2,5in). Les quatre matrices sont reliées mécaniquement et sont utilisées comme un seul réseau (voir figure 1). Grâce à la liaison mécanique, l'ensemble de sondes 2M8x4E16-64-QUAD permet un couplage direct adéquat sur des diamètres de 250 mm et plus, ce qui permet de réaliser une inspection efficace d'un rotor complet à étapes multiples. Il offre également l'avantage de focaliser mécaniquement l'énergie acoustique vers le centre de courbure des échantillons inspectés.
La figure 2 montre la surface active de 64 mm x 64 mm de la sonde QUAD, environ neuf fois plus grande que la sonde UT conventionnelle typique utilisée pour cette application. La section transversale à -6 dB du faisceau acoustique sur un trajet sonore de 2 000 mm a été mesurée à environ 60 mm pour la sonde QUAD, contre 190 mm pour la sonde UT classique, ce qui illustre la focalisation supérieure de l'énergie acoustique sur les réflecteurs.
Figure 2: Sonde QUAD par rapport à la sonde UT standard : Comparaison de l'ouverture active et de la section transversale du faisceau acoustique
La conception a été validée expérimentalement sur plusieurs échantillons représentatifs. La figure 3 compare les signaux obtenus avec la sonde 2M8x4E16-64-QUAD et la sonde UT conventionnelle standard sur un échantillon comportant un trou à fond plat (FBH) de 1,6 mm de diamètre sur un trajet acoustique d'environ 1 800 mm. Une amélioration considérable du rapport signal/bruit (15 dB) peut être observée en faveur de la nouvelle conception de la sonde semi-flexible.
Figure 3: Réponse de la sonde QUAD semi-flexible (à gauche) et de la sonde UT standard (à droite) sur un réflecteur de 1,6 mm de diamètre à une profondeur de 1 800 mm dans une éprouvette représentative.
Même avec la très grande ouverture active, il a été confirmé que la taille de l'élément de la sonde QUAD semi-flexible permet toujours d'orienter le faisceau acoustique de 0 à 35°LW sur des spécimens de 250 mm de diamètre extérieur jusqu'à des spécimens plats. La figure 4 illustre la capacité d'orientation de la sonde QUAD semi-flexible (128 éléments au total) et de la sonde TRI semi-flexible (63 éléments au total), conçues pour des tailles de rotor plus petites.
Figure 4: Les sondes QUAD et TRI semi-flexibles de 2 MHz permettent d'orienter le faisceau jusqu'à plus de 35°LW
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Innovation Logicielle
Le logiciel UltraVision Classique d'Eddyfi Technologies est un logiciel d'inspection complet qui gère toutes les phases du processus d'inspection, depuis la conception et la validation de la sonde jusqu'à l'acquisition des signaux ultrasonores avec imagerie en temps réel des signaux, et enfin l'analyse des données en ligne ainsi que hors ligne, l'évaluation et la production de rapports. Compte tenu de la quantité de données enregistrées lors d'une inspection efficace sur des rotors et des disques de grande taille, le fait que le logiciel puisse gérer des fichiers de données de taille illimitée en fait un outil parfaitement adapté à ce type de travail.
UltraVision nous permet de concevoir, d'effectuer des simulations de faisceaux acoustiques et de contrôler des réseaux personnalisés à écartements multiples comme les sondes semi-flexibles QUAD et TRI. L'outil de simulation du diagramme de dimensionnement DGS permet de générer et de stocker des courbes DGS pour les sondes UT conventionnelles, ainsi que pour les sondes UT multi-éléments rigides et semi-flexibles. Dès que l'ensemble approprié de lois focales a été préparé, l'interface utilisateur permet à l'opérateur de définir les paramètres de la simulation de la courbe DGS : diamètres FBH requis, portée du trajet du son et nombre de points le long de l'axe du trajet du son. L'ensemble des courbes DGS simulées peut être visualisé dans le calculateur avancé (voir figure 5).
Figure 5: Vues 2D et 3D des résultats de la simulation du faisceau acoustique (à gauche) et de la simulation de la courbe DGS (à droite) pour la sonde TRI semi-flexible sur la platine du rotor avec OD = 1 000 mm.
Pendant la calibration et l'inspection, les courbes DGS pour chaque loi focale peuvent être affichées sur les vues A-Scan correspondantes, et un ensemble dédié de champs d'information peut être visualisé pour une indication ultrasonore donnée, afin de quantifier et d'évaluer les résultats de l'inspection conformément à la méthode de la taille équivalente du réflecteur (ERS) (voir Figure 6).
Figure 6: Signaux UT provenant d'un FBH de Ø 6 mm à une profondeur de 300 mm avec courbes DGS et évaluation ERS
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Conclusion
Les avantages de la solution innovante d'Eddyfi Technologies pour l'inspection de fabrication des rotors lourds peuvent être résumés comme suit :
- Les grandes sondes semi-flexibles à réseau 2D offrent des performances supérieures pour l'inspection des grandes pièces forgées des rotors, par rapport aux sondes UT conventionnelles standard et aux sondes PAUT rigides. Cela est dû à une plus grande énergie acoustique transmise dans l'échantillon (ouverture active), à une meilleure focalisation et à un couplage plus efficace.
- Il a été validé expérimentalement qu'une seule sonde PAUT peut être configurée pour répondre aux exigences de détectabilité des codes applicables à la fois pour l'examen par faisceau droit et l'examen par faisceau d'angle ; cela se traduit par une réduction drastique du nombre de séquences de balayage requises, et donc du temps total d'inspection.
- L'instrument à ultrasons multi-éléments haute performance d'Eddyfi Technologies, piloté par UltraVision Classique, permet une application efficace de cette technique d'inspection améliorée dans des conditions industrielles.
- UltraVision Classique permet de concevoir et de contrôler les sondes PAUT semi-flexibles, de générer les courbes DGS pour toutes les lois focales, puis d'enregistrer les données ultrasoniques et enfin d'analyser les résultats d'inspection conformément aux exigences du code.
Pour plus d'informations, contactez notre équipe d'experts qui pourra vous conseiller pour votre prochaine campagne d'inspection. Et n'oubliez pas de vous abonner à notre blog pour rester au-delà des courants!