EXTENDE

Généralités

Dans toutes les configurations suivantes, les inspections sont réalisées à l’aide d’un capteur générant des ondes T45° ou L45° dans des pièces planes comportant des entailles droites débouchant en fond de pièce. Un balayage est pratiqué selon les axes X et Y.

On enregistre l’amplitude maximale des échos de coin rectifiés ainsi que le C-scan global. L’amplitude maximale des échos de diffraction n’est pas affichée.

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Les expériences suivantes utilisent différentes pièces planes. Le but est d’étudier l’influence de quelques paramètres.

• Analyse des échos provenant d’une entaille inspectée par des ondes L générées par un traducteur au contact
• Entailles de différentes hauteurs inspectées avec des ondes T45° générées par un capteur au contact (1 longueur)
• Entailles de différentes hauteurs inspectées avec des ondes T45° générées par un capteur au contact (2 longueurs)
• Entailles de différentes longueurs inspectées par des ondes T45° générées par des capteurs en immersion
• Entailles de différentes longueurs inspectées par des ondes L45° générées par des capteurs en immersion
• Entailles de différentes longueurs inspectées par des ondes L60° générées par des capteurs en immersion
• Entailles de différentes dimensions inspectées par des ondes T45° générées par des capteurs en immersion

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Analyse des échos provenant d’une entaille inspectée par des ondes L générées par un traducteur au contact

Configuration

Afin d’évaluer les échos réfléchis par une entaille en fond de pièce inspectée par des ondes L générées par un traducteur au contact, cette expérience est réalisée sur une pièce plane en acier inoxydable de 37mm de haut contenant des entailles de 10mm et 20mm de haut débouchant en fond de pièce.

Ces expériences sont menées avec un traducteur au contact. Celle-ci est circulaire, de Ø12,7mm de diamètre et génère des ondes L45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 50% et une phase de 280°.

Résultats

Le B-scan est affiché pour les résultats des simulations et des expériences :

Les échos de coin liés au mode L, au mode T et aux modes convertis sont observés. Les échos de coin associés aux modes convertis sont parfois également appelés échos de coin mixtes. Les échos de diffraction direct et indirect sont également identifiables.

Le B-scan peut-être reconstruit selon le trajet des ondes L ou des ondes T :

Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm à 37mm de profondeur.

Un bon accord simulation/expérience est observable pour les amplitudes des échos de coin des modes L, T et convertis.

L’écho de coin du mode T est légèrement surestimé et présente deux contributions principales dans le B-scan. Une étude plus approfondie a été menée.

Cliquer ici pour plus de détails.

La principale contribution concernant les échos de coin en conversion de mode est, comme attendu, l’écho de coin associé au trajet suivant à partir de la surface de la pièce : L-défaut-L-fond-T. En effet, le trajet aller-retour capteur-défaut-capteur pour ce mode est très favorable (cf figure ci-dessous où est tracé le rayon central (issu du centre du capteur) associé à ce mode) et l’amplitude du champ TL (c’est à dire du champ revenant en onde L au capteur après rebond sur le fond de la pièce du champ en onde T incident est très forte).
L’écho de coin associé au trajet T-défaut-T-fond-L contribue aussi à l’écho de coin en conversion de mode, mais avec une amplitude moindre (inférieure d’environ -8dB relativement à l’écho de coin décrit précédemment L-défaut-L-fond-T). Le trajet associé à cet écho est représenté ci-dessous.


Voici les trajets associés à chacune des contributions :





Le faisceau correspondant à chaque mode a été calculé séparément, en incluant un rebond en fond de pièce (rb) :





Le champ T simulé est séparé en 2 contributions, la seconde n’étant pas observées expérimentalement.
La division du faisceau T est due à des limitations du modèle. La forte variation du coefficient de transmission à l’interface à proximité de l’angle critique entraîne une division du faisceau, observée à la fois pour les faisceaux transmis et réfléchis en mode L. Cependant il est à noter que ceci n’a pas d’effet sur la composante principale puisque l’écart n’est que de 2dB et que l’écho est bien positionné en temps et balayage.


L’équipe de développement de Civa travaille sur la transmission des modes autour de l’angle critique de manière à améliorer les modèles déjà implémentés dans Civa.

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Entailles de différentes hauteurs inspectées avec des sondes T45° générées par un capteur au contact (1 longueur)

Configuration

Ensuite, le cas d’entailles de différentes hauteurs mais de mêmes longueur et profondeur a été traité. Les pièces sont des blocs plans de 30mm de haut contenant des entailles débouchant en fond de pièce de 40mm de long. L’entaille mesure 10mm de haut dans le premier bloc et 3,2mm dans le second.

L’inspection est réalisée avec un capteur au contact circulaire de Ø6,35mm générant des ondes T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 44% et une phase de 147°.

Résultats

Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm et de 40mm de long à 28mm de profondeur.

La comparaison montre un bon accord, l’écart maximal étant de 1,5dB.


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Entailles de différentes hauteurs inspectées avec des ondes T45° générées par un capteur au contact (2 longueurs)

Configuration

Dans ce cas, des entailles de différentes hauteurs et de 2 longueurs différentes sont inspectées. La pièce est un bloc plan en acier inoxydable contenant des entailles débouchant en fond de pièce de hauteur 2mm, 5mm, 10mm et 20mm pour des longueurs de 40mm et 5mm. Un TG additionnel de Ø2mm de diamètre et de 60mm de long est situé à 30mm de profondeur, il sera utilisé pour l’étalonnage.

Deux capteurs mono-élément au contact sont utilisés :

Cliquer sur les dimensions d’un capteur pour atteindre les résultats correspondants.

Résultats

Pour le capteur au contact rectangulaire de 20*22mm à 2,0MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 41% et une phase de 75°.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 30mm de profondeur.

L’accord est bon.

Pour le capteur au contact circulaire de Ø 6,35mm à 2,25MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 44% et une phase de 147°. Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 30mm de profondeur.

L’accord est globalement bon.

Les courbes font apparaître des écarts de moins de 2dB, sauf pour les petites entailles avec ce capteur circulaire. L’écart maximal atteint 4dB. Puisque la dimension de l’entaille (2mm) est proche de la longueur d’onde (λ = 1,6mm), c’est cohérent avec les limitations bien connues de l’approximation de Kirchhoff utilisée par Civa, qui est une approximation à haute fréquence.


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Entailles de différentes longueurs inspectées par des ondes T45° générées par des capteurs en immersion

Configuration

Dans la configuration suivante, la pièce est un bloc plan d’acier de 20mm de haut contenant 4 entailles débouchant en fond de pièce : 3 entailles de 20mm de haut et de 2mm, 5mm et 15mm de long et une entaille de 6mm de haut et de 15mm de long.

Deux capteurs en immersion sont utilisés :

Résultats

On associe un numéro à chaque entaille pour faciliter l’affichage des résultats :

Pour le capteur circulaire Ø6,35mm en immersion à 2,25MHz avec 20mm de hauteur d’eau, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz avec une bande passante de 64% et une phase de 290°.
Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm de diamètre et de 40mm de long à 20mm de profondeur.

L’accord est bon, l’écart est de moins de 2dB.

Pour le capteur circulaire Ø12,7mm en immersion à 4,5MHz avec 20mm de hauteur d’eau, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,5MHz avec une bande passante de 73% et une phase de 270°.
Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm de diamètre et de 40mm de long à 15mm de profondeur.

L’accord est très bon, l’écart est toujours inférieur à 0,5dB.

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Entailles de différentes longueurs inspectées par des ondes L45° générées par des capteurs en immersion

Configuration

Afin d’évaluer les échos créés par une entaille débouchant en fond de pièce inspectée avec un capteur générant des ondes L45°, cette expérience est menée sur un bloc d’acier plan contenant 4 entailles débouchant en fond de pièce : 3 entailles de 20mm de haut et de 2mm, 5mm et 15mm de long et une entaille de 6mm de haut et de 15mm de long.

L’expérience est pratiquée avec un capteur en immersion. Ce capteur circulaire de Ø6,35mm utilise une hauteur d’eau de 25mm pour générer des ondes L45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,7MHz avec une bande passante de 56% et une phase de 255°.

Résultats

Le B-scan est enregistré pour les résultats simulés et expérimentaux. Il peut aussi être reconstruit selon les trajets des modes L ou T. Ces illustrations proviennent de l’inspection de l’entaille de 6*15mm.

Les échos de coin relatifs aux modes L, T et convertis sont observables. Les échos de diffraction direct et indirect sont également identifiables.

On associe un numéro à chaque entaille pour faciliter l’affichage des résultats :

Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm à 5mm de profondeur.

Un bon accord simulation/expérience est observable pour l’amplitude des échos de coin des modes L et T.

L’observation de l’écho T simulé faite lors de l’analyse des échos de coin concernant la division en deux contributions est toujours valide. Cette division de l’écho de coin en T simulé est observée pour toutes les entailles. Comme pour le capteur précédent, la division est présente dans le faisceau incident et dans le faisceau après rebond en fond de pièce (bw).

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Entailles de différentes longueurs inspectées par des ondes L60° générées par des capteurs en immersion

Configuration

Afin d’évaluer les échos créés par une entaille débouchant en fond de pièce inspectée avec un capteur générant des ondes L60°, cette expérience est menée sur un bloc d’acier plan contenant 4 entailles débouchant en fond de pièce : 3 entailles de 20mm de haut et de 2mm, 5mm et 15mm de long et une entaille de 6mm de haut et de 15mm de long.

L’expérience est pratiquée avec un capteur en immersion. Ce capteur circulaire de Ø6,35mm utilise une hauteur d’eau de 25mm pour générer des ondes L60°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,7MHz avec une bande passante de 56% et une phase de 255°.

Résultats

Le B-scan est enregistré pour les résultats des simulations et des expériences. Il peut aussi être reconstruit selon les trajets des modes L ou T. Ces illustrations proviennent de l’inspection de l’entaille de 6*15mm.

Les échos de coin relatifs aux modes L, T et convertis sont observables comme pour le capteur générant le mode L45°. Les échos de diffraction direct et indirect sont également identifiables.

Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm à 5mm de profondeur.

Pour toutes les entailles, l’amplitude de l’écho de coin du mode L présente un très bon accord simulation/expérience. L’accord est également bon pour l’écho de coin du mode converti avec moins de 3dB d’écart.
Mais des écarts importants (jusqu’à 12dB) apparaissent entre les amplitudes expérimentales et simulées des échos de coin T pour toutes les entailles. Ce phénomène semble être similaire à celui décrit précédemment pour les ondes L45°. Cette configuration semble y être plus sensible car elle est plus proche de l’angle critique.

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Entailles de différentes dimensions inspectées par des ondes T45° générées par des capteurs en immersion

Configuration

L’expérience suivante étudie l’influence de la hauteur d’entaille pour différentes longueurs. La pièce, un bloc d’acier plan de 5mm de haut, contient des entailles de 0,5mm, 1,5mm, et 2,5mm de haut pour 2mm, 5mm et 15mm de long.

Les mesures sont réalisées avec deux capteurs en immersion circulaires de Ø6,35mm.

Résultats

Pour le capteur en immersion circulaire de Ø6,35mm à 2,25MHz avec 20mm de hauteur d’eau, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 64% et une phase de 290°.
Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm de diamètre et de 40mm de long à 4mm de profondeur.

Pour le capteur en immersion circulaire de Ø6,35mm à 4,7MHz avec 10mm de hauteur d’eau, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,7MHz, une bande passante de 56% et une phase de 255°.
Les résultats sont étalonnés par rapport à un TG de Ø2mm de diamètre et de 40mm de long à 15mm de profondeur.

L’accord est très bon dans tous les cas avec le capteur à 4,7MHz et pour les deux plus grandes entailles avec le capteur à 2,25MHz (moins de 2dB d’écart).
Pour les plus petites entailles inspectées à 2,25MHz, on observe un écart entre les résultats simulés et expérimentaux mais cet écart reste acceptable (moins de 4dB). Puisque la dimension des défauts se rapproche de la longueur d’onde, on s’attend à ce que les résultats soient moins précis.


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Conclusion concernant les échos de coin

Un très bon accord est observé entre les résultats des expériences et ceux des simulations concernant les échos de coin provenant des ondes T : l’écart entre expérience et simulation de l’amplitude maximale des échos dépasse très rarement les 2dB dans la plupart des configurations étudiées.

Quelques écarts (jusqu’à 4dB) sont observés lorsque les entailles sont petites par rapport à la longueur d’onde, notamment dans les cas suivants :

• des écarts simulation/expérience entre 2 et 4dB sont observés pour des entailles de 2mm de haut avec un capteur au contact à 2,25MHz (longueur d’onde λ = 1,4mm) mais pas pour les entailles plus hautes
• des écarts simulation/expérience d’environ 4dB sont observés pour de petites entailles (0,5mm de haut) avec un capteur en immersion à 2,25MHz (longueur d’onde λ = 1,4mm). L’écart entre simulation et expérience augmente lorsque la taille de l’entaille se rapproche de la longueur d’onde. Cela est cohérent avec les limites connues de l’approximation de Kirchhoff utilisée lors du calcul des échos dans CIVA, qui est une approximation haute fréquence.

Un très bon accord est également observé entre les expériences et les simulations concernant les échos de coin provenant des ondes L : l’écart entre expérience et simulation de l’amplitude maximale des échos dépasse très rarement les 2dB dans la plupart des configurations étudiées.

L’écho de coin des modes T associés à des modes L est parfois assez mal estimé par Civa, surtout lorsque l’angle d’incidence est proche de l’angle critique. Ceci est dû à une division du faisceau en deux contributions comme expliqué ici.

Des études vont continuer sur ce sujet.


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