Trous Génératrice
Trous Génératrice à différentes profondeurs
Dans cette page, des trous génératrice (TG) de Ø2mm à différentes profondeurs seront inspectés par différents capteurs :
- Capteurs mono-élément en immersion
- Capteurs mono-élément au contact
- Capteurs multi-éléments au contact
Les résultats présentent en général un bon accord. On peut toutefois noter que Civa sous-estime généralement l’amplitude des échos en champ très proche (moins de 4dB de différence).
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Trous Génératrice et capteurs mono-élément en immersion
Vue globale :
| CAPTEURS IMMERSION | 2,0MHz Ø19mm | 2,25MHz Ø12,7mm | 2,25MHz Ø6,35mm | 2,4MHz Ø20mm | 4,5MHz Ø12,7mm | 4,7MHz Ø6,35mm |
|---|---|---|---|---|---|---|
| L0° | Traité | Traité | Traité | Traité | ||
| L45° | Traité | Traité | ||||
| L60° | Traité | Traité | ||||
| T45° | Traité | Traité | Traité | Traité | ||
| T50° | Traité | Traité | ||||
| T55° | Traité | Traité | ||||
| T60° | Traité | Traité |
Configuration
Des mesures expérimentales ont été réalisées sur une pièce plane en acier contenant des TG de Ø2 mm entre 4 et 60mm de profondeur par pas de 4mm. Pour rappel, les paramètres de l’acier sont : densité de 7,9, vitesses des ondes L : 5900m/s et des ondes T : 3230m/s. Les TG étant inspectés perpendiculairement à leur axe, le modèle d’interaction SOV a été utilisé.
Voici la maquette qui a été utilisée.
Après un balayage le long de la surface de la pièce, le B-scan suivant est affiché :
Pour cette configuration, 6 capteurs en immersion différents ont été utilisés en mode Pulse Echo. Tous les capteurs sont circulaires et ont une surface plane (pas de focalisation) :
| Fréquence | Pastille | Mode | Hauteur d’eau | Profondeur d’étalonnage |
|---|---|---|---|---|
| 2,0MHz | Ø19mm | L0° | 50mm | 20mm |
| 2,25MHz | Ø12,7mm | L0° | 50mm | 12mm |
| Ø6,35mm | T45°, L0° | 20mm | 12mm (L0°-20mm) | |
| 2,4MHz | Ø20mm | T45°, T60°, L45°, L60°, L0° | 50mm | 32mm (T45°) |
| 4,5MHz | Ø12,7mm | T45° to T60° | 20mm | 32mm (T45°) |
| 4,7MHz | Ø6,35mm | L and T, from 45° to 60° | 25mm | 4mm (L45°) |
Cliquer sur les dimensions de la pastille pour accéder aux résultats.
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Résultats
Pour chaque capteur, le résultat de la simulation du champ L et / ou T rayonné dans la pièce et dans le plan d’incidence est affiché. La profondeur à laquelle l’amplitude du champ rayonné est maximale est mesurée sur ce champ simulé. Elle est également indiquée par la ligne pointillée bleue sur les courbes d’amplitude maximale en fonction de la profondeur de TG.
L’amplitude relative maximale est relevée pour chacun des échos ; les courbes relatives aux échos expérimentaux et simulés en fonction de la profondeur des TG sont superposées sur les figures suivantes.
Capteur en immersion mono-élément de Ø19mm à 2,0MHz
Pour le capteur en immersion circulaire de Ø19mm à 2MHz avec une hauteur d’eau de 50mm, l’inspection est réalisée avec le mode L0°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 60% et une phase de 0°.
La profondeur focale acoustique est de 19mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 20mm de profondeur.
L’accord est bon entre les résultats expérimentaux et les résultats simulés par Civa. L’écart est toujours inférieur à 1dB.
Capteur en immersion mono-élément de Ø12,7mm à 2,25MHz
Pour le capteur en immersion circulaire de Ø12,7mm à 2,25MHz avec une hauteur d’eau de 50mm, l’inspection est réalisée avec le mode L0°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 60% et une phase de 0°.
Le faisceau acoustique est illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 12mm de profondeur.
L’accord est bon entre les résultats expérimentaux et les résultats simulés par Civa.
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Capteur en immersion mono-élément de Ø6,35mm à 2,25MHz
Pour le capteur en immersion circulaire de Ø6,35mm à 2,25MHz avec une hauteur d’eau de 20mm, l’inspection est réalisée avec les modes L0° et T45°. Pour le mode L0°, le signal d’entrée est expérimental, il correspond à l’écho spéculaire en mode T45° généré par un TFP de Ø3mm incliné de 45° à 10mm de profondeur. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 64% et une phase de 290° pour le mode T45°.
Le faisceau acoustique est illustré ci-dessous pour le mode L0°.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 8mm de profondeur.
L’accord est bon entre les résultats expérimentaux et les résultats simulés par Civa. L’écart maximal est de 1dB pour le mode L0° et de 2dB pour le mode T45°.
Capteur en immersion mono-élément de Ø20mm à 2,4MHz
Pour le capteur en immersion circulaire de Ø20mm à 2,4MHz avec une hauteur d’eau de 20mm, l’inspection est réalisée avec les modes T45°, T60°, L45°, L60° et L0°. On peut remarquer que pour les modes L45° et L60°, un mode T associé est également rayonné, à 22° et 26° respectivement. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,4MHz, une bande passante de 53% et une phase de 170°. La profondeur focale acoustique est de 32mm pour le mode T45°, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 32mm de profondeur inspecté en mode T45°.
Sur les 5 figures, l’accord est bon entre les résultats expérimentaux et les résultats obtenus avec Civa. Il apparait que l’amplitude de l’écho principal est bien estimé avec un écart inférieur à 2dB dans le pire des cas pour la plupart des configurations étudiées.
Un seul cas présente des différences plus marquées, il correspond au mode T26° associé avec le mode L60°. L’écart atteint 4dB dans le champ proche. Ceci est dû à une division du mode T au niveau de l’interface eau/acier, qui n’est pas observée expérimentalement. Cette division du mode T est liée aux limitations du modèle. La forte variation du coefficient de transmission à proximité de l’angle critique génère cette division du faisceau T incident. Certaines ondes n’étant pas prises en compte, cela réduit l’amplitude de l’écho T simulé.
Division du faisceau T pour un capteur au contact de Ø12,7mm générant des ondes L45°.
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Capteur en immersion mono-élément de Ø12,7mm à 4,5MHz
Pour le capteur en immersion circulaire de Ø12,7mm à 4,5MHz avec une hauteur d’eau de 20mm, l’inspection est réalisée avec les modes T45° à T60°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,5MHz, une bande passante de 73% et une phase de 270°.
La profondeur focale acoustique est de 26mm pour le mode T45°, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 32mm de profondeur inspecté en mode T45°.
L’accord est bon entre les résultats expérimentaux et les résultats simulés par Civa. On peut simplement remarquer que Civa surestime d’environ 2dB les échos en champ très proche.
Mono-element immersion probe 4,7MHz, Ø6,35mm
Pour le capteur en immersion circulaire de Ø6,35mm à 4,7MHz, l’inspection est réalisée avec différents modes (L et T de 45° à 60°). La hauteur d’eau est de 25mm sauf dans un cas où elle est de 10mm. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,7MHz, une bande passante de 56% et une phase de 255°.
Le faisceau acoustique est illustré ci-dessous pour le mode L45° avec 25mm de hauteur d’eau.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 4mm de profondeur inspecté en mode L45° avec 25mm de hauteur d’eau.
Quels que soient l’angle d’incidence et la hauteur d’eau, les résultats issus de la simulation ont moins de 2dB d’écart avec les résultats expérimentaux.
On peut noter que pour cette pastille utilisée en mode T45° les écarts tendent à augmenter aux grandes profondeurs ; ce point avait déjà été relevé pour une pastille de même dimension utilisée à 2,25MHz.
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Conclusion
Les résultats montrent un bon accord avec généralement moins de 2dB d’écart pour tous les capteurs mono-éléments en immersion.
En champ proche les écarts sont légèrement plus importants. Ceci est dû à des limitations du modèle et sera expliqué plus en détails pour les capteurs rectangulaires au contact.
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Trous Génératrice et capteurs mono-élément au contact
Vue globale :
| CAPTEURS CONTACT | 2,0MHz 20*22mm | 2,0MHz Ø12,7mm | 2,25MHz Ø12,7mm | 2,25MHZ Ø6,35mm | 4,35MHz Ø12,7mm | 4,8MHz Ø6,35mm | 5,0MHz Ø6,35mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P45° | Traité | Traité | |||||
| P60° | Traité | ||||||
| T45° | Traité | Traité | Traité | Traité | Traité | ||
| T60° | Traité |
Configuration
Des comparaisons ont également été menées entre des résultats expérimentaux et simulés pour des inspections de la pièce contenant des TG avec des capteurs mono-éléments au contact. C’est une pièce plane en acier contenant des TG de Ø2 mm entre 4 et 60mm de profondeur par pas de 4mm. Pour rappel, les paramètres de l’acier sont : densité de 7,9, vitesses des ondes L : 5900m/s et des ondes T : 3230m/s. Les TG étant inspectés perpendiculairement à leur axe, le modèle d’interaction SOV a été utilisé.
Voici la maquette utilisée pour cette configuration.
Les capteurs au contact suivants ont été utilisés en mode Pulse Echo :
| Fréquence | Pastille | Mode | Profondeur d’étalonnage |
|---|---|---|---|
| 2,0MHz | 20*22mm | T45° | 52mm |
| 20*22mm | T60° | 32mm | |
| Ø12,7mm | T45° | 20mm | |
| 2,25MHz | Ø12,7mm | L45° | 8mm |
| Ø12,7mm | L60° | 4mm | |
| Ø6,35mm | T45° | 4mm | |
| 4,35MHz | Ø12,7mm | T45° | 36mm |
| 4,8MHz | Ø6,35mm | T45° | 8mm |
| 5,0MHz | Ø6,35mm | L45° | 4mm |
Cliquer sur les dimensions de la pastille pour accéder aux résultats.
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Résultats
Pour chaque capteur, le résultat de la simulation du champ L et/ou T rayonné dans la pièce et dans le plan d’incidence est affiché. L’étalonnage est réalisé sur le TG le plus proche de la profondeur focale mesurée sur ce champ simulé.
L’amplitude relative maximale est relevée pour chacun des échos ; les courbes relatives aux échos expérimentaux et simulés en fonction de la profondeur des TG sont superposées sur les figures suivantes.
Capteur T45° mono-élément au contact de 20*22mm à 2,0MHz
Pour le capteur au contact rectangulaire de 20*22mm à 2,0MHz, l’inspection est réalisée en mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 41% et une phase de 75°.
La profondeur focale acoustique est de 53mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 52mm de profondeur.
Capteur T60° mono-élément au contact de 20*22mm à 2,0MHz
Pour le capteur au contact rectangulaire de 20*22mm à 2,0MHz, l’inspection est réalisée en mode T60°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 40% et une phase de 0°.
La profondeur focale acoustique est de 32mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 32mm de profondeur.
Pour ces deux capteurs, les courbes montrent un très bon accord entre simulation et expérience en champ lointain, et moins de 2dB d’écart pour des profondeurs de TG comprises entre 0,5 et 1 fois la profondeur focale.
L’écart est un peu plus élevé en champ proche.
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Capteur mono-élément au contact de Ø12,7mm à 2,25MHz
Pour le capteur au contact circulaire de Ø12,7mm à 2,25MHz, l’inspection est réalisée en modes L45°, L60° et T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 50% et une phase de 280° pour les ondes L. Pour le mode T45°, le signal d’entrée est expérimental, il correspond à l’écho spéculaire en mode L45° généré par un TFP de Ø3mm incliné de 45° à 30mm de profondeur. Les modes L sont associés à des modes T de moindre incidence : T22° pour L45° et T26° pour L60°.
Les profondeurs focales acoustiques sont de 8mm, 26mm, 3mm, 15mm et 17mm respectivement pour les modes L45°, T22°, L60°, T26° et T45°, déduites des faisceaux simulés illustrés ci-dessous.
| L45° | L60° | |||
 |
 |
|||
T22° |
T26° |
|||
 |
 |
|||
T45° |
||||
|
||||
Les résultats sont respectivement étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 8mm, 4mm et 20mm de profondeur pour les modes L45°, L60° et T45°.
Les amplitudes des échos issus des ondes L sont bien prédits, l’écart maximal étant inférieur à 2dB. L’amplitude des échos issus des ondes T présente de plus fortes différences en champ proche (moins de 5dB) mais est souvent correctement estimée.
Capteur mono-élément au contact de Ø6,35mm à 2,25MHz
Pour le capteur au contact circulaire de Ø6,35mm à 2,25MHz, l’inspection est réalisée en mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 44% et une phase de 147°.
La profondeur focale acoustique est de 3mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm SDH à 4mm de profondeur.
L’écart entre simulation et expérience augmente avec la profondeur des TG mais est toujours inférieur à 3dB, ce qui reste assez bien prédit.
Capteur mono-élément au contact de Ø12,7mm à 4,35MHz
Pour le capteur au contact circulaire de Ø12,7mm à 4,35MHz, l’inspection est réalisée en mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,35MHz, une bande passante de 71% et une phase de 330°.
La profondeur focale acoustique est de 31mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 36mm de profondeur.
On peut remarquer que la courbe des amplitudes simulées est plus lisse que la courbe des amplitudes expérimentales, ce qui révèle probablement une petite incertitude dans les mesures. Malgré tout, l’accord est bon, l’écart maximal étant de moins de 2dB, et même de moins de 1dB entre 20 et 60mm de profondeur.
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Capteur mono-élément au contact de Ø6,35mm à 4,8MHz
Pour le capteur au contact circulaire de Ø6,35mm à 4,8MHz, l’inspection est réalisée en mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,8MHz, une bande passante de 45% et une phase de 90°.
La profondeur focale acoustique est de 8mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 8mm de profondeur.
L’écart est, toujours inférieur à 2dB, ce qui montre un bon accord global.
Capteur mono-élément au contact de Ø6,35mm à 5,0MHz
Pour le capteur au contact circulaire de Ø6,35mm à 5MHz, l’inspection est réalisée en mode L45°. Le signal d’entrée est expérimental, il correspond à l’opposé de l’écho spéculaire en mode L45° généré par un TFP de Ø2mm incliné de 45° à 8mm de profondeur.
La profondeur focale acoustique est de 3mm pour le mode L45° et de 12mm pour le mode T22°, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
| L45° | T22° | |||
 |
 |
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 4mm de profondeur.
L’écart est inférieur à 2dB pour le faisceau à 45° en champ lointain, l’accord est bon. Dans la zone du champ proche, le mode T associé avec le mode L45° est sous-estimé par Civa de 2 à 4dB.
A 32 et 36mm les deux échos expérimentaux T22° et L45° sont légèrement sous-estimés car ces TG sont abîmés par la rouille. Cette cale a d’ailleurs été remplacée pour les cas de validation expérimentale.
Conclusion
Les résultats montrent un bon accord avec généralement moins de 2dB d’écart pour tous les capteurs mono-éléments au contact. Pour un capteur donné, un écho de TG obtenu pour un mode donné peut être utilisé comme écho d’étalonnage en amplitude pour tous les autres modes générés par le même capteur. Et les amplitudes relatives de ces échos spéculaires L et T des TG aux différentes profondeurs sont en très bon accord.
En champ proche les écarts sont légèrement plus importants. Ceci est dû à des limitations du modèle et sera expliqué plus en détails pour les capteurs rectangulaires au contact.
L’hypothèse de forme d’onde non déformée par le défaut, utilisée par les modèles de Civa, est généralement valable en champ lointain ou dans la zone focale, mais beaucoup moins en champ proche, ce qui conduit à des divergences (moins de 5dB) lorsque l’on considère des TG en champ proche voire très proche (de 0 à 50% de la profondeur focale).
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Trous Génératrice et capteurs multi-éléments au contact
Des comparaisons ont également été menées entre des résultats expérimentaux et simulés pour des inspections de la pièce contenant des TG de Ø2mm avec des capteurs multi-éléments au contact.
Vue globale :
| 5MHz, 20*0,7mm | 5MHz, 28*0,7mm | |
|---|---|---|
| L45° déviation angulaire | Traité | |
| T45° focalisation en différentes profondeurs | Traité | |
| T45° à T60° focalisé à 20mm | Traité |
Configuration
Ces cas de validation concernent également des TG de Ø2mm à différentes profondeurs. La maquette est une pièce plane en acier contenant des TG entre 4 et 60mm de profondeur par pas de 4mm. Pour rappel, les paramètres de l’acier sont : densité de 7,9, vitesses des ondes L : 5900m/s et des ondes T : 3230m/s. Les TG étant inspectés perpendiculairement à leur axe, le modèle d’interaction SOV a été utilisé.
Voici la configuration étudiée :
Les 2 capteurs multi-éléments utilisés en mode Pulse Echo sont :
| Fréquence | Elements | Pitch | Angle d’incidence du sabot | Lois de retard |
|---|---|---|---|---|
| 5MHz | 28 | 0,7mm | 21° (Réfracté L66° et T30°) |
Balayage angle et profondeut – T |
| Focalisation différentes profondeurs – T45° | ||||
| 20 | 0,7mm | 21° (Réfracté L66° et T30°) |
Déviation angulaire – P45° |
Cliquer sur le nombre d’éléments du capteur pour accéder aux résultats.
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Résultats
Capteur multi-éléments de 28 éléments avec un pitch de 0,7mm à 5,0MHz
Pour le capteur multi-éléments à 5MHz, l’inspection est avec différentes lois de retard en modes T avec 28 éléments actifs sur 48. La première partie concerne une focalisation à 20mm de profondeur pour différents angles de 45° à 60°. La seconde partie utilise une déviation angulaire en mode T 45° associée à une focalisation en différentes profondeurs de 4 à 24mm par pas de 4mm.
La profondeur focale acoustique est de 20mm pour le mode T45° focalisé à 20mm de profondeur, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.
Les résultats de la première partie montrent l’influence de l’orientation du faisceau ultrasonore.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 20mm de profondeur inspecté en mode T45° focalisé à 20mm de profondeur.
Quel que soit l’angle, l’amplitude des échos est bien estimée, avec mois de 2dB d’écart.
Les résultats de la première partie montrent l’influence de l’orientation de la profondeur de focalisation.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 20mm de profondeur inspecté en mode T45° focalisé à 20mm de profondeur.
Avec ces lois de retard focalisant à différentes profondeurs, on observe un bon accord. L’écart maximal est de 3dB pour le TG à 8mm de profondeur pour une focalisation à 20mm de profondeur, et de moins de 2dB dans tous les autres cas.
Capteur multi-éléments de 20 éléments avec un pitch de 0,7mm à 5,0MHz
Ce capteur est utilisé pour générer d’un faisceau L45° à 5MHz avec 20 éléments actifs sur 48. La profondeur focale est de 20mm déduite du faisceau simulé ci-dessous.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 20mm de profondeur.
Avec moins de 1dB d’écart, on observe un très bon accord entre simulation et expérience
Conclusion
Les résultats montrent un bon accord avec généralement moins de 2dB d’écart pour les deux capteurs multi-éléments au contact.
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