UT - TOFD : Résultats sur des Trous Génératrices

Avant de présenter les réponses expérimentales et simulées obtenues sur des TG, nous commencerons par quelques généralités décrivant la configuration étudiée.

 

La pièce inspectée dans cette partie est une pièce parallélépipédique de 30 mm d’épaisseur. Elle contient 6 TG de différents diamètres, en voici une illustration :

 

 

Les TG, de diamètre différents (Ø0,5, Ø0,7, Ø1, Ø1,5, Ø2 et Ø3 mm), sont tous situés à 20 mm de profondeur.

L’inspection TOFDT a été réalisée en faisant varier le PCS de 40 mm à 80 mm.
La position du point de croisement change en fonction de sa valeur. Ainsi, plus le PCS augmente, plus le point de croisement des axes L est profond. Il est d’abord au-dessus des TG puis passe en dessous de 20 mm de profondeur. Le point de croisement se situe à la profondeur des TG lorsque le PCS est égal à 70 mm environ. Les axes L théoriques, ainsi que les angles d’incidence, sont représentés sur la figure suivante :

 

 

Exemples d'échos de TG obtenus pour différents PCS

Les A-scans ci-dessous correspondent aux différentes réponses obtenues, avec le capteur L60 à 5 MHz, pour différents PCS :

 

 

 

On voit sur les Ascans ci-dessus deux échos légèrement décalés temporellement. Le premier correspond à la réflexion spéculaire sur le TG, tandis que le second est associé à la contribution de l’onde rasante se propageant le long de la circonférence du TG. On constate aussi que:

• Lorsque le point de croisement des axes L est au-dessus du TG, c’est le premier écho qui est le plus important. L’amplitude du deuxième écho diminue dans un premier temps (cas des PCS 50 mm et 60 mm) puis on ne distingue plus qu’un seul écho (cas du PCS 40 mm).
• Lorsque le point de croisement des axes L est sur le TG, ces deux contributions sont bien distinctes, d’amplitude comparable et en opposition de phase.
• Si le point de croisement des axes L est en-dessous du TG, c’est la seconde contribution qui devient plus importante. L’amplitude du premier écho diminue jusqu’à ne distinguer plus qu’un seul écho étalé dans le temps (cas des PCS 80 mm et 90 mm).

Le fait que l’amplitude de l’onde rasante augmente relativement à celle de l’onde spéculaire quand le PCS augmente pourrait s’expliquer par son parcours autour du TG qui est moins long pour les grands PCS que pour les petits correspondant ainsi à une perte d’énergie par irradiation le long de ce parcours plus faible (cf. figure ci-dessous).

 

 

De plus, l’amplitude de l’écho spéculaire décroît lorsque l’angle d’incidence « apparent » augmente (avec l’augmentation du PCS).

 

Pour les différents PCS utilisés, les angles d’incidence sur le centre d’un TG situé à 20 mm de profondeur en fonction des PCS sont les suivants (cf. tableau ci-dessous).

 

 

 

Quand le PCS augmente, les axes L théoriques des deux capteurs se croisent au-dessus puis au-dessous des TG de différents diamètres situés à 20 mm de profondeur. Le point de croisement est à la profondeur des TG quand le PCS est de 70 mm environ (voir figure ci-dessous).

 

 

Comparaison d'amplitudes pour le capteur L60

L’évolution des amplitudes maximales des échos des TG de 0,5 mm à 2 mm de diamètre et situés à 20 mm de profondeur est présentée en fonction du PCS. Les résultats expérimentaux sont comparés aux simulations réalisées avec CIVA 10.
L’amplitude de référence d’étalonnage correspond à celle mesurée sur l’écho du TG de diamètre Ø2 mm et situé à 20 mm de profondeur et détecté avec un PCS de 70 mm. Le trait bleu pointillé indique le PCS pour lequel la profondeur du point de croisement des axes L est de 20 mm (profondeur des TG).

 

 

 

L’évolution de l’amplitude de l’écho des différents diamètres de TG en fonction du PCS est bien prédite par CIVA, on obtient un très bon accord entre la simulation et l’expérience pour l’ensemble des diamètres de TG. Les écarts maximums entre la simulation et l’expérience sont de 2,8 dB. Le tableau ci-dessous synthétise les écarts obtenus entre simulation et mesure. Ces résultats mettent en évidence que les écarts les plus grands entre simulation et expérience sont obtenus pour le plus petit (45 mm) et pour le plus grand PCS (80 mm).

 

 

 

B-scans et courbes échodynamiques avec le capteur L60

Les courbes expérimentales échodynamiques obtenues pour les PCS de 40 mm et 45 mm sont très bruitées (les résultats expérimentaux obtenus pour le PCS de 40 mm n’ont pas été utilisés lors de la comparaison des amplitudes mesurées et simulées avec CIVA).

Plus le PCS augmente plus les courbes échodynamiques s’étalent autour de l’amplitude maximale (correspondant à une position des capteurs en balayage pour laquelle le point de croisement des faisceaux se trouve à l’aplomb du TG). Cet étalement est lié à celui du champ du fait de la distance capteur-TG qui augmente avec le PCS. Les figures ci-dessous présentent la comparaison entre simulations et mesures pour les différents PCS.

 

 

Comparaison de A-scans pour le capteur L60

Les superpositions des Ascans expérimentaux et simulés des TG de 0,5 à 2 mm de diamètre au PCS de 70 mm (croisement des rayons théoriques) sont présentées ci-dessous. Un offset temporel d’environ 0,4 µs a été appliqué lors de la superposition des Ascans mesurés et simulés. Ce recalage temporel est acceptable car de l’ordre de l’incertitude de mesure.

 

 

Comme nous l’avons vu précédemment, lorsque le diamètre du TG augmente, la réponse du TG se dédouble en 2 contributions distinctes. Ce phénomène est bien prédit par CIVA aussi bien pour la forme du signal global que pour l’amplitude relative des 2 échos.

Les superpositions des Ascans mesurés et simulés avec CIVA10 pour le TG de Ø2 mm situé à 20 mm de profondeur sont également représentés pour différents PCS. On a appliqué lors de la superposition des Ascans un offset temporel d’environ 0,25 µs pour le PCS de 50 mm et d’environ 0,4 µs pour les autres PCS. Encore une fois, ce recalage temporel est acceptable car de l’ordre de l’incertitude de mesure.

 

 

Comme précédemment, CIVA simule bien les 2 échos générés par le TG. Cependant, leurs amplitudes relatives ne sont pas toujours correctes : dans le cas des PCS de 50 mm et 60 mm (point de croisement des axes L au-dessus du TG) le deuxième écho est surestimé par CIVA. Quand la profondeur du point de croisement coïncide avec celle du TG, les amplitudes des 2 échos (qui sont semblables) sont bien prédites.

Les amplitudes obtenues avec CIVA10 pour le TG de Ø2 mm de diamètre en fonction du PCS sont en bon accord avec celles obtenues expérimentalement. Elles restent correctes même lorsque l’amplitude du deuxième écho est mal prédite. Cette dernière, inférieure à celle du premier écho, n’affecte pas la mesure de l’amplitude maximale de l’écho du TG.

 

Pour les différents PCS utilisés, les angles d’incidence sur le centre d’un TG situé à 20 mm de profondeur en fonction des PCS sont les suivants (cf. tableau ci-dessous). Cet angle d’incidence est supérieur à 45° pour un PCS supérieur à 40 mm.

 

 

 

Les axes L théoriques des deux capteurs se croisent au niveau des TG de différents diamètres situés à 20 mm de profondeur lorsque le PCS est autour de 40 mm. La figure ci-dessous illustre ces axes.

 

 

 

Comparaison d'amplitudes pour le capteur L45

L’évolution des amplitudes maximales des échos des TG de 0,5 mm à 3 mm de diamètre situés à 20 mm de profondeur est présentée en fonction du PCS. Les résultats expérimentaux sont comparés aux simulations réalisées avec CIVA 10.

La référence d’étalonnage en amplitude correspond à l’écho du TG de Ø2 mm situé à la profondeur de 20 mm obtenu lors de l’inspection avec le PCS de 40 mm. Le trait bleu pointillé indique le PCS pour laquelle la profondeur du point de croisement des axes L est de 20 mm (profondeur des TG).

 

 

Le tableau ci-dessous synthétise les écarts obtenus entre simulation et mesure.

 

 

 

L’évolution de l’amplitude de l’écho en fonction du diamètre des TG et du PCS est bien prédite par CIVA. On obtient un très bon accord entre la simulation et l’expérience pour l’ensemble des diamètres. Les écarts maximums entre la simulation et l’expérience sont de 2,2  dB. Quelque soit le diamètre, l’écho maximal (expérimental ou simulé) est obtenu pour le PCS de 35  mm qui correspond au point de croisement des axes L situé au-dessus du sommet des TG.

 

Comparaison de A-scans pour le capteur L45

Les superpositions des Ascans expérimentaux et simulés des TG de 0,5 à 3  mm de diamètre au PCS de 40 mm sont présentées ci-dessous. Un offset temporel d’environ 0,2 µs a été appliqué lors de la superposition des Ascans mesurés et simulés. Cet offset est inférieur à l'incertitude de mesure.

 

 

Comme nous l’avons vu précédemment, lorsque le diamètre du TG augmente, la réponse du TG se dédouble en 2 contributions distinctes. Ce phénomène est bien prédit par CIVA aussi bien pour la forme du signal global que pour l’amplitude relative des 2 échos.

Le but de cette étude était de valider les prédictions de CIVA pour des inspections TOFD au contact.

Le processus de validation a commencé par la validation des réponses de Trous Génératrices dont les amplitudes sont généralement utilisées comme référence.

La validation a été effectuée sur des TG de différents diamètres et sur des entailles de différentes hauteurs. Les résultats TOFD expérimentaux et simulés ont été obtenus avec des capteurs au contact fonctionnant à la fréquence de 5 MHz et générant des ondes L45, L60 et L70. Il est à noter que ces capteurs possèdent tous une bande passante standard de 66%. Cette remarque est importante car les résultats présentés dans cette page ne sont pas valables pour des capteurs dont la bande passante excède 80%. Bien que les temps de vol prédits par CIVA soient corrects, les amplitudes données par CIVA ne sont plus corrélées à celles obtenues expérimentalement pour des capteurs dont le signal est très amorti.

L’étude de validation a montré que, pour les TG, les résultats expérimentaux (amplitudes et temps de vol) sont cohérents avec ceux fournis par CIVA.