Paul Hayes, propriétaire de Sinewave Solutions, compte plus de 25 années d'expérience dans le domaine des essais non destructifs au sein des secteurs nucléaire, de la production d'énergie, aérospatial et d’autres industries critiques pour la sécurité. S'appuyant sur sa vaste expérience sur le terrain et son travail avec des techniques ultrasonores avancées, Paul partage son point de vue sur la façon dont les ultrasons multiéléments et les instruments à grand nombre de canaux, tels que le détecteur de défauts OmniScan™ X4 128:128PR*, ont remodelé la façon dont les inspections complexes sont effectuées.

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Q. : Paul, pouvez-vous nous expliquer comment la technologie d'inspection par ultrasons a évolué au cours de votre carrière et quel incidence ces changements ont eu sur les secteurs que vous servez ?

R : Je travaille dans le secteur des centrales nucléaires et d'autres industries critiques depuis le milieu des années 1990. Mon premier poste dans le nucléaire était à Nine Mile Point en 1996, où tout était réalisé avec des équipements A-scan conventionnels. Avec le recul, il est étonnant de voir tout ce que nous avons pu accomplir avec des outils aussi limités, et tout ce que nous ne pouvions tout simplement pas voir.

L'évolution des équipements A-scan vers les réseaux à transducteurs phasés, et maintenant vers des plateformes puissantes 128:128 comme le OmniScan X4 128:128PR, a radicalement transformé notre approche des inspections les plus exigeantes dans le nucléaire, la production d'énergie, l'aérospatiale et même la fabrication additive.

Aujourd’hui, je ne voudrais pas m’attaquer à ces mêmes applications sans ce type de puissance d’imagerie.

De la « méthode artisanale » à l’imagerie : Résolution de l’IGSCC avec les ultrasons multiéléments

L'un des premiers grands défis de ma carrière a été la fissuration intergranulaire par corrosion sous contrainte IGSSS). Ces défauts sont notoirement difficiles à détecter, surtout avec les anciens appareils A-scan.

Sur un A-scan, une indication d'IGSCC est un signal net et étroit pouvant être confondu avec la géométrie. Les fissures se trouvent généralement juste à la racine ou à proximité de la racine de la soudure dans l’acier inoxydable 304/316, où l’on observe déjà des signaux forts provenant de la racine elle-même. Vous auriez donc une réponse importante de la racine, et le seul indice qu'il pourrait y avoir une fissure serait un léger décalage dans ce signal. Peut-être que l’écho s’est légèrement déplacé, peut-être que la forme a juste un peu changé.

Nous avons raté beaucoup. Tout le monde l’a fait.

Lorsque nous sommes passés aux antennes à commande de phase, nous avons constaté une amélioration significative de la détection. Au lieu de fixer une seule trace A-scan et d'essayer d'interpréter un petit signal, nous pouvions réellement voir le volume de soudure dans une image. Ce léger décalage de la racine, que l’on pourrait complètement négliger sur une trace A-scan, apparaissait soudainement à l’écran comme « quelque chose qui ne devrait pas s’y trouver ».

L'autre facteur important était la plage dynamique. Les premiers systèmes multiéléments avaient encore des limites, généralement avec des plages d'amplitude de 100 % ou 200 % qui saturaient sur les racines à fort signal. Vous ne pouviez pas suffisamment baisser le niveau du signal pour voir ce qui se passait. Avec les systèmes 16 bits actuels et des plages d’amplitude étendues jusqu’à 800 %, comme sur les plateformes OmniScan modernes, vous pouvez enfin contrôler ces signaux de grande amplitude :

• Réduisez la géométrie bruyante à l'écran

• Évitez la saturation

• Ouvrez la vue autour de la racine pour voir le défaut réel

Pour l’IGSCC, cette combinaison de plage dynamique élevée et d’imagerie réelle a transformé l’une des inspections les plus difficiles du nucléaire en quelque chose de répétable, de défendable et de beaucoup moins dépendant de « l’art » et de l’instinct.

Soudures de métaux dissemblables et revêtements de soudure : Là où le 128:128 brille vraiment

Si vous me demandez quels ont été les contrôles les plus difficiles de toute ma carrière, les soudures de métaux dissemblables (DMW) et les revêtements de soudure sont tout en haut de la liste.

Dans une soudure typique de métaux dissemblables en nucléaire, on peut retrouver les éléments suivants :

• Tuyau en acier inoxydable

• Couche de beurrage Inconel 182

• Métal de soudure Inconel

• Davantage de beurrage

• Puis de l'acier au carbone

Chaque interface peut courber le faisceau, le disperser ou produire des réflexions qui ressemblent exactement à des fissures. Au début, nous utilisions des systèmes A-scan automatisés sur certaines de ces soudures. Les données apparaissaient pixélisées et bruitées. Nous savions que « quelque chose » était là, mais à moins que ce ne soit évident, il était presque impossible d'avoir confiance en ce que nous voyions.

Je me souviens d’un cas où, lors d’une inspection pendant une période d’arrêt, les données semblaient douteuses, et nous sommes partis en pensant qu’il y avait peut-être quelque chose, ou peut-être pas. Lors du prochain arrêt, cette soudure fuyait sur le sol. Nous avons réalisé que ce que nous pensions pouvoir n'être rien était en fait une fissure.

C'est une expérience qui rend humble.

C’est là que le la technologie multiélément moderne fait toute la différence :

• Vous pouvez focaliser à l’aide de sondes plus grandes, à plus basse fréquence pour traverser plusieurs interfaces et l’Inconel bruyant.

• Être capable de focaliser le son plus efficacement en profondeur, en améliorant la sensibilité à la pointe de la fissure, même lorsqu’elle est enfouie sous un revêtement et plusieurs couches de soudure et de beurrage.

• Vous pouvez lancer plusieurs groupes simultanément à différentes profondeurs focales, à différents angles, voire à différents angles de gisement, sans avoir à rescanner.

En ce qui concerne les rechargements de soudure, les choses deviennent encore plus intéressantes. La solution pour les DMW présentant des fuites dans de nombreuses centrales a simplement été de les recouvrir : Déposer une épaisse couche de soudure Inconel sur la soudure et le tuyau d'origine. Cela fonctionne structurellement, mais d'un point de vue ultrasonore, vous venez de rendre le problème plus difficile. La pointe de la fissure peut maintenant atteindre une profondeur de 1,5 pouce ou plus, à travers un matériau très atténuant, avec des interfaces complexes.

Encore une fois, c’est là que les canaux supplémentaires et les grandes ouvertures d’un système comme l’OmniScan X4 128:128PR prennent toute leur importance :

• Vous pouvez alimenter de grandes ouvertures à de basses fréquences avec assez d'énergie pour traverser les superpositions et voir encore la pointe de la fissure.

• Vous pouvez configurer des groupes inclinés et focalisés pour détecter les fissures qui sont hors axe ou qui présentent des orientations inhabituelles.

• Vous pouvez effectuer l’inspection automatisée des superpositions à l’aide de la technologie multiélément plutôt que par des méthodes manuelles, une pratique de plus en plus adoptée par les centrales.

De nos jours, de nombreuses centrales nucléaires n'envisagent même plus l'inspection manuelle des superpositions. C’est automatisé et en réseau phasé, car l’imagerie et la couverture sont nettement meilleures.

Angles de biais : Distinguer la géométrie des fissures en temps réel

L'une des capacités les plus sous-estimées qui devient vraiment puissante avec davantage de canaux d'émission, comme offre l’OmniScan X4 128:128PR, est les angles de biais.

Lors du contrôle des soudures, nous sommes confrontés à de nombreuses géométries qui peuvent imiter une fissure. Pour faire la différence et discriminer ce qui est réel ou non, nous avons un ensemble de règles, presque comme un diagramme de flux : d’abord, pouvez-vous le voir des deux côtés de la soudure ? Ensuite, cela se situe-t-il à un emplacement suspect ? Présente-t-il une profondeur traversante et un « cheminement » ? Peut-on le voir sous différents angles ? Conserve-t-il un angle de déviation ? Le fait de disposer d’un angle de déviation défini, issu d’une matrice, à plus ou moins un angle fixe, devient un outil de confirmation important. Un plus grand nombre d'éléments dans l'axe passif permet d'obtenir une plage d'orientation plus étendue. Plus d'éléments nécessitent également plus de canaux. Ces capacités d'inclinaison sur l'axe passif peuvent aider avec :

• Racines bruyantes

• Alésages cylindriques (étapes d'usinage internes au niveau du diamètre intérieur)

• Désalignements entre les tuyaux

• Anneaux de support / plaques de support

Du point de vue uniquement orienté droit devant la sonde, toutes ces caractéristiques peuvent produire des réflecteurs forts et nets exactement là où vous recherchez des fissures, en particulier au niveau du diamètre intérieur. De nombreuses canalisations ont été découpées au fil des ans parce qu’une racine ou un lamage bruyant « ressemblait » à une fissure avec les méthodes conventionnelles.

Les angles de biais changent la donne.

Avec les angles de biais, vous ne dirigez pas seulement le faisceau dans la direction principale ; vous le dirigez aussi latéralement. Sur une unité à réseau phasé avec un nombre élevé de canaux d'impulsion, vous pouvez :

• Concevoir des sondes plus larges dans le sens passif (plus d'éléments latéralement)

• Maintenir la couverture axiale et la couverture en angle incliné simultanément

• Effectuer un balayage à l’angle zéro (vers l’avant), ainsi qu’aux angles de biais positifs et négatifs en tant que groupes séparés dans un seul balayage.

Voici pourquoi c'est important :

• La géométrie (contre-alésages, désalignements, anneaux de support) est très dépendante de l'orientation. Lorsqu'on effectue un balayage avec un angle oblique, le faisceau a tendance à ricocher sur ces surfaces et à ne pas renvoyer un signal fort.

• Les fissures, en revanche, ont des facettes dans de nombreuses directions. Lorsque vous effectuez un balayage avec un angle oblique, l’un de ces angles peut accrocher la facette et vous donner une réponse forte et caractéristique. Une fissure réelle produira assurément une réponse détectable à un angle oblique

Ainsi, si vous avez un signal suspect en regardant vers l’avant, mais rien à vos angles obliques, il s'agit probablement d'un artefact géométrique.

Si vous observez une réponse en regardant vers l’avant et des réponses fortes et cohérentes dans un ou plusieurs angles de biais, vous êtes alors face à un phénomène qui se comporte comme une fissure.

Ce que le 128:128 vous apporte, c’est le nombre de canaux pour exécuter ces groupes de faisceaux inclinés sans compromis. Vous n'avez pas à changer de configuration, recharger les paramètres ou rescanner la soudure. Vous pouvez effectuer une comparaison en direct et en temps réel entre :

• Différents angles

• Différentes profondeurs focales

• Différentes fréquences

• Différentes directions de déviation.

Le tout en une seule passe.

Fatigue thermique et fissures hors axe : Une fiabilité sur laquelle vous pouvez compter

Un autre problème difficile à détecter est la fatigue thermique. Ces fissures peuvent apparaître selon des orientations inhabituelles car elles sont provoquées par une combinaison de cycles thermiques et de contraintes mécaniques. Elles sont généralement toujours raccordées en surface au niveau diamètre intérieur, mais elles ne sont pas toujours parallèles ou perpendiculaires à la canalisation. Elles peuvent courir hors axe dans des directions étranges.

Avec un balayage conventionnel utilisant un scanner X-Y typique et une seule direction de faisceau, il est facile de passer directement au-dessus d'une fissure de fatigue thermique sans jamais la voir. Si par hasard le faisceau tombe exactement au bon endroit, vous obtenez une réponse. Sinon, vous ne le détectez pas.

Avec l’inclinaison et plusieurs profondeurs focales sur un système comme l’OmniScan X4 128:128PR, vous pouvez :

• Couvrir les orientations hors axe de manière beaucoup plus efficace.

• Utilisez des angles obliques pour « balayer » le volume et repérer les fissures qui ne sont pas alignées avec votre faisceau principal.

• Ajustez précisément vos profondeurs de focalisation pour éviter la sur-focalisation ou la sous-focalisation selon l’épaisseur de paroi.

Ce ne sont pas seulement plus de données ; ce sont des données dont on peut être sûr. Après avoir travaillé un certain temps avec des groupes obliques et plusieurs profondeurs de champ, on commence à avoir confiance que si quelque chose est présent, l'un de ces angles le détectera.

Aérospatiale, fabrication additive et matériaux à fort bruit

En dehors du nucléaire, j'ai aussi travaillé avec des composites aérospatiaux destinés à des noyaux complexes, à des structures en nid d'abeille et à la fabrication additive. Le point commun ? Matériaux bruyants, atténuants et inhabituels.

Certains de ces matériaux ont une âme en mousse ou en nid d'abeille. À première vue, on pourrait penser que les ultrasons ne sont pas faits pour traverser ce matériau. Mais avec une conception de sonde appropriée et suffisamment d'énergie, il est possible d'obtenir des données utiles.

Voici un autre domaine où avoir 128 canaux à votre disposition s'avère payant :

• Vous pouvez concevoir des sondes plus larges et continuer à les piloter pleinement.

• Vous pouvez choisir des fréquences plus basses pour la pénétration sans sacrifier complètement la résolution.

• Vous pouvez couvrir une plus grande surface par passage, ce qui est crucial dans l'aérospatiale où les composants comme les structures d'ailes sont longs et les distances de balayage énormes.

J'ai vu des situations où le scan d'un longeron d'aile ou d'une section de rayon nécessitait plusieurs quarts de travail, avec des petits pas d'acquisition et des configurations conventionnelles. En passant à un large réseau piloté par un puissant instrument multiélément, nous pouvons réduire les temps d’inspection et passer de :

• Quatre quarts de travail

• À quelques heures de pure inspection permettant de terminer avant le déjeuner.

Il ne s'agit pas seulement d'une amélioration technique; il s'agit d'une révolution en matière de débit pour la production.

Certains de ces matériaux restent encore particulièrement difficiles à inspecter et nécessitent significativement plus d'énergie. C’est pourquoi j’ai conçu le T-800 qui est compatible avec l’OmniScan. Mais c'est un autre sujet pour une autre fois !

Durée de l'arrêt, vitesse et impact réel sur l'activité

Dans le nucléaire, le temps d'arrêt, c'est de l'argent, beaucoup d'argent. Au début de ma carrière, un arrêt moyen avec des examens UT typiques pouvait nous retenir sur site pendant environ un mois. Lorsque la technologie multiélément est devenue la norme, ces mêmes tâches ont pu être réalisées en 10 à 14 jours.

La vitesse en est la principale raison :

• La technologie multiélément permet de couvrir le volume de la soudure beaucoup plus rapidement qu’avec un balayage A-scan conventionnel.

• La technologie multiélément automatisée permet de réduire le nombre de passes manuelles et de réinterprétations.

J’ai vu des sections de soudure individuelles qui prenaient de 30 à 40 minutes être désormais scannées en environ 60 secondes. Au début, les techniciens craignaient qu’une telle vitesse ne leur fasse perdre leur emploi. En réalité, il n’y a toujours pas de pénurie de travail, mais désormais les centrales terminent leurs arrêts plus rapidement, se remettent en service plus tôt, avec des données de meilleure qualité et moins de surprises.

Pourquoi davantage de pulseurs est important

Au final, un principe est demeuré vrai tout au long de ma carrière :

La bonne sonde répond à l’application, mais il vous faut le bon instrument pour alimenter cette sonde.

Un instrument comme l’OmniScan X4 128:128PR vous offre :

• La puissance et les canaux pour piloter les sondes dont vous avez réellement besoin pour les matériaux les plus durs : Acier inoxydable, Inconel, revêtements, pièces coulées et fabrication additive.

• La flexibilité d'exécuter simultanément plusieurs profondeurs focales, angles, fréquences et groupes d'inclinaison pour une comparaison en direct.

• La couverture et la rapidité permettant de réaliser des inspections qui prenaient plusieurs quarts de travail en quelques minutes et d'aider les sites à réduire la durée des arrêts sans compromettre la sécurité.

• Un plus grand nombre de canaux disponibles multiplie également les capacités de la sonde.

Si je pouvais revenir en arrière et refaire les inspections les plus difficiles de ma carrière (IGSCC dans de vieux tuyaux en acier inoxydable, soudures de métaux dissemblables qui ont ensuite fui, revêtements avec des fissures enfouies, noyaux bruyants dans l'aérospatiale et pièces additives atténuantes), je voudrais certainement apporter les outils multiéléments les plus récents et un OmniScan X4 128:128PR avec moi à chaque fois.

Les systèmes multiéléments modernes n’ont pas seulement facilité les inspections.
Ils les ont rendues plus fiables, plus rapides, et dans de nombreux cas, véritablement possibles pour la première fois.

— Paul Hayes, propriétaire de Sinewave Solutions