Inspection de tube avec une bobine encerclante

Ce cas de validation est issu des travaux d'un groupe de travail de la COFREND (Confédération Française pour les Essais Non Destructifs). Ce groupe "modélisation des courants de Foucault" a pour objectif de proposer des benchmarks regroupant des résultats de simulations et d'expériences permettant de valider des codes de simulation des courants de Foucault.

Pièce

Un tube en acier inoxydable, de conductivité 1.43 MS/m et perméabilité relative de 1, est inspecté avec une bobine encerclante. Le tube a un diamètre externe de 32 mm et une épaisseur de 8 mm.

Tube en inox inspecté avec une bobine encerclante

Sonde

La sonde fonctionne en émission et réception séparées. Elle est constituée d’une bobine encerclante émettrice et de deux bobines encerclantes réceptrices séparées de 2 mm, dont les propriétés géométriques sont rassemblées sur la figure ci-dessous, représentant le panneau dans CIVA qui permet de définir ces propriétés. L’acquisition est faite à une fréquence de 50 kHz, avec 1mA d’injection et une réception  en mode différentiel.

Propriétés géométriques de la sonde, panneau de gauche : bobine émettrice , panneau de droite : bobines réceptrices.

Dans cette étude, deux configurations d'inspection sont impliquées. Dans le premier cas le tube est correctement centré dans la bobine, ce qui correspond à la configuration optimale d'inspection. Dans le 2ème cas, l'axe de la bobine est décentré de 2 mm par rapport à l'axe du tube, comme on peut le voir ci-dessous. Ce décentrement est généralement causé par les vibrations du tube.

Bobines décentrées par rapport à l'axe du tube

Défaut

La pièce contient 4 trous à fond plats (TFP) de diamètre 3,5 mm et de profondeurs différentes, comme schématisé sur la figure ci-dessous, le dernier TFP étant traversant.

TFP  à différentes profondeurs dans le tube inspecté.

Comparaisons Expérience/Simulation

Les simulations sont étalonnées à partir du TFP de 3 mm de profondeur. Nous présentons donc les résultats de comparaison entre CIVA et expérience des TFP 2, 5 et 8 (traversant).

Tableau de résultats de comparaison entre CIVA et l'expérience dans les cas où la sonde est centrée
 
 

Les courbes de Lissajous CIVA et de l'expérience sont tracées et superposées ci-dessous pour chaque TFP :

Superposition des Lissajous obtenues avec CIVA et l'expérience 

Ces courbes de Lissajous confirment le bon accord CIVA/expérience observé dans le tableau de comparaisons.

Comparaisons entre codes

Les résultats de simulation CIVA ont également été comparés avec les résultats du code éléments finis Flux 3D, développé par Altair. Les différences d'amplitude et de phase sont données par rapport aux résultats expérimentaux.

Tableau de résultats de comparaison entre CIVA et Flux dans les cas où la sonde est centrée

Les résultats obtenus avec la bobine décentrée par rapport à l'axe du tube sont rassemblés dans le tableau ci-dessous. Dans ce cas les seuls les codes CIVA et Flux sont comparés, il n'y pas de références expérimentales mais les résultats précédents montrent que les résultats de simulations sont fiables par rapport à l'expérience.

Tableau de résultats de comparaison entre CIVA et Flux dans les cas où la sonde est décentrée

Ces résultats montrent que CIVA et Flux sont en accord, avec un maximum de 3 % de différence en amplitude et 2,5° en phase.

Ces résultats ont été publiés lors du congrès ECNDT en 2014 dans l'article Working Group COFREND "Eddy Current NDT modeling": Benchmarks for validation and improving simulation codes acceptation.

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