Contrôle par ultrasons

Le contrôle par ultrasons est un procédé de contrôle non destructif qui peut être utilisé pour détecter des défauts et des non-homogénéités dans un matériau. Des ondes acoustiques sont utilisées pour cela. Leur fréquence se situe au-dessus de la plage audible pour l'homme (> 16 kHz) et elles sont appelées ondes ultrasonores. La génération de ces ondes ultrasonores peut se dérouler de différentes manières.

Effet piézoélectrique

La génération d'ondes ultrasonores à l'aide de l'effet piézoélectrique est la méthode la plus répandue. La propriété de certains matériaux, qui modifient leurs dimensions géométriques en cas d'application d'une tension électrique, est exploitée pour ce faire.

Le matériau dit « piézoélectrique » est stimulé périodiquement avec une tension alternative, permettant ainsi la génération d'ondes ultrasonores.

L'élément piézoélectrique représente la pièce maîtresse d'une tête à ultrasons. Pour le contrôle ultrasonore, l'ultrason généré dans la tête de contrôle doit être transporté vers le matériau qui doit être contrôlé. L'air n'étant pas adapté, un fluide de couplage, tel que de l'eau, de l'huile ou du gel, comme d'usage en médecine, est utilisé pour ce faire.

Autre méthode de génération d'ondes ultrasonores : le procédé EMAT, au cours duquel l'ultrason est directement généré de manière électrodynamique dans le matériau à contrôler. En conséquence de quoi, aucun fluide de couplage n'est nécessaire. Le procédé EMAT est abordé plus précisément à la fin de cette page.

Méthode en réflexion

La méthode en réflexion revêt une importance particulière dans le contrôle par ultrasons. Dans ce cadre, une courte impulsion ultrasonore est générée, elle est couplée dans le matériau testé, puis l'écho de cette impulsion est attendu. La réception de l'écho peut se produire avec le même élément piézoélectrique que celui utilisé pour la génération de l'impulsion ultrasonore. Il est également possible d'utiliser ce que l'on appelle des têtes de contrôle SE, sur lesquelles deux éléments piézoélectriques (élément récepteur et élément émetteur) sont intégrés dans un boîtier.

En présence d'un balayage vertical, des échos des ondes ultrasonores apparaissent en raison des réflexions sur la paroi arrière d'une tôle, d'un tube ou d'un rail, par exemple. Ce que l'on appelle la vue A-Scan présente l'amplitude de l'onde ultrasonore enregistrée par l'élément récepteur sur un tracé chronologique. Dans le cas décrit, elle se compose de l'impulsion émettrice, ainsi que d'une suite d'échos décroissante provenant de la paroi arrière. Elle est créée grâce au mouvement de va-et-vient de l'impulsion ultrasonore entre la paroi arrière et la surface de la tôle ou du tube, par exemple, à l'instar d'une balle de ping-pong, et à son amortissement.

La position des échos de la paroi arrière peut être utilisée pour déterminer l'épaisseur de la paroi du tube ou l'épaisseur de la tôle. Si le matériau présente des défauts, comme des délaminages, des inclusions ou des précipités, cela peut occasionner une réflexion supplémentaire des ultrasons. Sur la vue A-Scan, un autre écho apparaît et peut être utilisé pour la détection des défauts.

Mode de fonctionnement EMAT

1. Tout d'abord, des courants de Foucault sont
générés à l'aide d'une bobine d'excitation, en
présence d'un champ magnétique approprié. 
2. Ainsi, des forces de Lorentz apparaissent.
3. Des courants de Foucault périodiques
génèrent des forces de Lorentz
périodiques.
4. Les forces de Lorentz périodiques génèrent
des ondes acoustiques de fréquence identique
(ultrasons).
 
5. Les ondes acoustiques sont reflétées sur la
paroi arrière.
6. Les échos provenant de la paroi arrière
induisent un signal dans la bobine réceptrice.
L'épaisseur de paroi peut être déterminée à partir
de la durée de l'écho provenant de la
paroi arrière.