Les soudures de métaux dissemblables (DM) joignent généralement deux ou plusieurs matériaux différents et concernent principalement les alliages Inconel. Elles sont souvent utilisées dans la conception des centrales nucléaires pour raccorder des cuves en acier au carbone revêtues à des tuyauteries en acier inoxydable.
Les soudures DM sont des configurations très difficiles pour les contrôles par ultrasons multi-éléments (PAUT). La structure anisotrope à gros grains de la soudure austénitique entraîne un comportement spécifique des faisceaux ultrasonores lorsqu'ils se propagent dans le matériau : forte atténuation, bruit de grain élevé, réorientation et distorsion du faisceau, et effet de filtre passe-bas bloquant les ondes à haute fréquence.
De plus, les soudures de métaux dissemblables joignent généralement deux ou plusieurs matériaux différents, de sorte que de multiples interfaces acoustiques sont présentes, ainsi qu'une géométrie parfois très complexe, y compris des buses et des cônes (voir Figure 1).
Figure 1: Configuration typique d'une soudure de DM nucléaire
Pour les soudures austénitiques complexes, les combinaisons standards de sondes multi-éléments et de sabots n'offrent pas la capacité d'inspection nécessaire pour obtenir les résultats souhaités. Les techniques d'inspection par ultrasons multi-éléments efficaces pour les soudures de métaux dissemblables sont généralement basées sur des sondes DMA à basse fréquence (1,5 à 3,5 MHz). Ces sondes peuvent être utilisées pour générer soit des ondes de cisaillement pour l'inspection du matériau de base, soit des ondes longitudinales pour une meilleure propagation dans le matériau de soudure austénitique à gros grain et les interfaces acoustiques successives. La configuration double émission/réception offre une meilleure sensibilité et un meilleur rapport signal/bruit (RSB) grâce à la « convolution » des faisceaux de l'émetteur et du récepteur et évite les « échos fantômes » causés par les réflexions internes des sabots. Eddyfi Technologies développe et fabrique les sondes DMA dans ses installations de State College (PA). Consultez notre catalogue complet de sondes ici.
L'imagerie par ondes planes (PWI) est une technique de tir avancée qui utilise une ouverture à plusieurs éléments pour la diffusion d'impulsions au lieu de tirer chaque élément individuellement comme dans le cas de la capture matricielle complète (FMC). La réception se fait individuellement avec chaque élément. La séquence de tir se compose généralement de plusieurs lois focales, avec des angles et/ou des ouvertures variables. Tout comme pour le tir FMC, l'imagerie TFM peut être générée à partir des signaux bruts du balayage A en direct pendant l'inspection.
L'acquisition de données PWI présente plusieurs avantages par rapport à l'enregistrement de données FMC. L'impulsion émise par l'ouverture complète a plus d'énergie et est plus directionnelle que l'excitation d'un seul élément. Elle offre une plus grande sensibilité et un excellent rapport signal/bruit à une vitesse de balayage plus élevée en raison d'une séquence d'allumage beaucoup plus courte. En examinant des fissures ramifiées simulées dans un matériau de base en acier inoxydable, vous pouvez voir sur la figure 2 que les multiples facettes des fissures sont bien résolues dans les images TFM obtenues à la fois par les tirs PWI et FMC. Mais la vitesse d'acquisition maximale pour la séquence de cuisson PWI est deux fois plus élevée, ce qui permet une inspection deux fois plus rapide.
Figure 2: Bloc de référence en acier austénitique avec fissures ramifiées simulées. Au milieu : Imagerie par ondes planes/TFM avec enveloppe. À droite : Capture de la matrice complète/TFM avec enveloppe.
La figure 3 montre un plan de balayage dans le logiciel UltraVision® Classic pour l'inspection d'une soudure en métal dissemblable de 25 millimètres (mm) ou 1 pouce (in) d'épaisseur avec une séquence de balayage à lignes multiples avec tir PWI et imagerie TFM. Une sonde DMA de 1,5 MHz est utilisée avec des sabots pour la génération d'ondes longitudinales.
Figure 3: Plan de balayage dans UltraVision pour un balayage à lignes multiples avec la technique d'inspection PWI-TFM à la recherche de défauts circonférentiels dans une soudure de métal dissemblable.
En utilisant le système industriel compact PAUT et TFM Emerald d'Eddyfi Technologies contrôlé par UltraVision, une vitesse de balayage de plus de 100 mm ou 4 pouces par seconde peut être atteinte pour cette inspection. La capacité de détection de la technique est clairement illustrée dans les figures suivantes. La figure 4 montre l'image d'une véritable fissure de fatigue thermique dans l'interface entre le revêtement en Inconel et la buse en acier au carbone. Le tir de PWI à haute énergie à travers la soudure austénitique et les matériaux de revêtement permet de résoudre clairement les signaux de la pointe et du coin de la fissure dans l'image TFM. La figure 5 montre le résultat de l'examen des défauts axiaux sur la même maquette de soudure : une fissure de fatigue mécanique dans le matériau de la buse et trois encoches au milieu de la soudure sont détectées de manière fiable et positionnées avec précision dans la vue polaire.
Figure 4: Image d'une fissure de fatigue thermique circonférentielle dans une soudure en métal dissemblable, détectée avec la technique PWI-TFM en utilisant les ondes L de la sonde DMA de 1,5 MHz ; les échos de pointe et de coin peuvent être résolus pour le dimensionnement.
Figure 5: Image d'une fissure de fatigue mécanique axiale et de trois entailles axiales dans une soudure en métal dissemblable, détectée avec la technique PWI-TFM en utilisant les ondes L d'une sonde DMA de 1,5 MHz.
L'Emerald d’ Eddyfi Technologies (voir figure 6) est un instrument de contrôle ultrasonique compact multi-élément qui comprend toutes les méthodes avancées évoquées, offre des performances rapides et des résultats intelligents, et se caractérise par une qualité de signal exceptionnelle, ce qui signifie qu'il peut atteindre une amplification élevée sans distorsion du signal. Grâce au traitement en temps réel de la méthode de focalisation totale à bord et hors ligne, combiné à ses fonctions d'acquisition de données par capture matricielle et imagerie à ondes planes, le système Emerald à multi-éléments peut produire des résultats d'inspection plus rapides et plus détaillés que la plupart des instruments disponibles sur le marché. Compte tenu de ses capacités avancées, il s'agit de la solution idéale pour l'inspection des soudures en acier inoxydable et en métaux dissemblables.
Figure 6: Instrument UT compact EMERALD à ultrasons multi-éléments
La procédure d'examen codé avec les techniques d'inspection PWI-TFM présentées a été qualifiée avec succès lors de l'IPD (Initiative de démonstration des performances) par Curtiss-Wright Nuclear Division/LMT, un fournisseur d'inspection CND basé aux États-Unis, au cours de l'été 2024, et a été déployée sur site lors d'un arrêt d'automne dans une centrale nucléaire immédiatement après. La procédure comprend la détection des défauts, la longueur et le dimensionnement à travers la paroi, et couvre une gamme allant des buses de petit diamètre jusqu'à l'extrémité de sécurité à paroi épaisse aux soudures de buses qui relient les générateurs de vapeur à la tuyauterie principale de refroidissement.
Comment pouvons-nous vous aider à optimiser votre prochaine campagne d'inspection? Contactez notre équipe d'experts en CND pour le savoir ! Et pour recevoir le prochain blog directement sur votre email et rester Au-delà des Courants, assurez-vous de vous abonner à nos posts.