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1 RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT S

1 RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUEUNIVERSITÉ CONSTANTINE 1 FACULTÉ DES SCIENCES DE LA TECHNOLOGIE 1 CND PAR ULTRASO N PROF ;ACHOUR 1M MI :Par :seif eddine kadri Gomri amine 2 Résumé Une étude bibliographique des méthodes de contrôle non destructif de solides par ultrasons et de l'émission ultrasonore d'un traducteur de dimension finie est tout d'abord présentée. Puis le principe de deux méthodes de con-trôle non destructif par ultrasons est vérifié expérimentalement. Celles-ci devraient permettre la mesure de divers para-mètres physiques des solides et la détection d'inhomogénéités locales. La première méthode fait appel à l'analyse du signal ultrasonore (amplitude et phase) ayant traversé un échan-tillon métallique d'épaisseur constante. L'analyse de ce signal permet d'atteindre les variations d'atténuation et de vi-tesse de propagation des ultrasons dans l'échantillon. Une grande résolution spatiale est obtenue par l'utilisation de sondes de un millimètre de diamètre. La seconde méthode permet, grâce à l'utilisation d'un banc équipé de traducteurs électrostatiques a large bande de fréquence, de connaître la loi d'atténuation d'échantillons en fonction de la fréquence (gamme actuelle de 5 à 15 MHz) et d'en déduire un classement de ces échantillons en fonction de leur granulomëtrre. 3 Sommairé Introduction …………………………………………………8 CHAP1 Fonctionnement d’un appareil à ultras……………9 I-1 Caractéristiques desblocsd’étalonnage de type Bet V2……….10 I-2-Ondes acoustiques……………………………………..12 I-3 Principe de la méthode………………………………….13 I-3-1Examen par transmission………………………………..13 I-3-2Examen par réflexion……………………………………..14 CONCLUSION ………………………………………………16 CHAP 2 Types d’ondes ultrasonores…………………………..17 II- 1 Ondes longitudinales…………………………………..18 II-2 Ondes transversales……………………………………..19 II-3 Puissance et impédance acoustique………………………..20 II-3-1 Milieux de couplage…………………………………………22 II-3-2Vitesse de propagation des ondes longitudinales…………..22 II-3-3Ondes transversales ou de cisaillement……………………..24 II-4 Production des vibrations ultrasonores………………………..25 II-4-1 Piézo-électricité……………………………………………..25 II-4-2Électrostriction…………………………………………………28 II-4-3Constantes piézoélectriques…………………………………..29 II-5Éléments constitutifs d’un palpeur d’ondes longitudinales(Palpeur mono-élément)…………………………………………………………..31 II-5-1Propagation des ondes ultrason ………………………..32 4 II-6 Puissance ultrasonore: cas d’ondes entretenues……………33 Conclusions……………………………………….36 CONCLUSION FINALE………………………………………………36 Références bibliographique……………………………………….37. 5 6 LISTE DE TABLEAUX TAB 1 : Dimensions des blocs de référence V1 et V2 (en mm)…11 TAB 2 : Nature du milieu de couplage…………………………….22 TAB 3 : Vitesse de propagation des ondes longitudinales et Transversales…………………………………………………23 TAB 4 : Coefficient de transmission…………………………………..31 LISTE DE FUGURE FUG1 : Caractéristiques desblocsd’étalonnage de type Bet V2…….11 FUG2, 3,4 : Visualisation des échos réfléchis par les discontinuités dans le matériau……………………………………………………….12 FUG5 : Visulisation de la pièce sans défaut et avec défaut……….16 FUG6 : Onde transversale……………………………………………20 FUG7 : Mesure d’épaisseur et Mesure d’épaisseur et localisation de de défaut et Localisation de défaut dans la soudure……………….24 FUG 8 : Contrôle de soudure………………………………………24 FUG9 : Fissure interne d’un tube………………………………….24 FUG10 : MoléculesSiO2………………………………………………………………………26 FUG11 : Représentation schématique desmoléculesSiO2……………26. FUG12 : Molécule SiO2en compression……………………………26 FUG13 : Molécule SiO2en traction…………………………………26 FUG14 : État libre et Influence du champ électrique…………………29 FUG15 : Éléments constitutifs d’un palpeur d’ondes longitudinales(Palpeur mono-élément)………………………………32 7 FUG16 : Coupe longitudinale d’un faisceau ultrasonore…………..33 FUG17 : Onde plane diffractée par une ouverture circulaire, perturbation près de l’ouverture………………………………………33 8 CONTROLE NON DESTRUCTIF PAR ULTRASON SND(UT) Introduction Le contrôle non destructif par ultrasons est unprocédé de recherche du manque de matière (défaut) dans un matériau. Il permet de localiser et de dimensionner les discontinuités (défauts) à l’aide d’ondes acoustiques.Le contrôle US consiste à observer les échos produits par un manque de matière lors de la propagation d’une vibration de très haute fréquence et de très courte durée dans le matériau. La vibration est transmise et reçue par un même capteur appelé traducteur qui comporte un élément piézoélectrique apte à transformer un signal électrique en vibration mécanique et inversement.L’impulsion acoustique émise se propage dans tout le matériau et est réfléchie par tout obstacle se trouvant sur son parcours.Le parcours de l’onde ultrasonore définit le faisceau acoustique: il est directif et limité dans l’espace.Il peut être utilisé sur pratiquement tout type de matériau. Le contrôle de toute la pièce oblige l’opérateur à déplacer le traducteur qui est un dispositif électronique appelé aussi transducteur sur toute la surface de la pièce à contrôler. Pour effectuer un examen ultrasonore d’une pièce mécanique l’opérateur doit fournir un certain nombre de choix: -Matériels utilisés (appareil, traducteur, bloc de référence ...) -L’exploration (balayage du traducteur) -Sensibilité du contrôle -Critères d’acceptation Le matériel utilisé en contrôle par ultrason est léger et portable.Le contrôle par ultrasons peut être facilement mis en œuvre sur le site de production. 9  Les avantages du contrôle par ultrasons sont: -Il est rapide -Les résultats sont immédiats. -Il est utilisable sur la plus part des matériaux. -Il n’est pas nécessaire d’avoir accès aux deux cotés de la pièce.  Les inconvénients du contrôle par ultrasons sont: -Un produit de couplage est exigé. -Les défauts parallèles aux ondes ultrasonores sont difficiles à décelés. -L’opérateur doit suivre une formation pour interpréter l’affichage de manière précise. -Le matériel doit être étalonné de façon régulière pour chaque épaisseur et chaque type de matériau. CHAP 1 :Fonctionnement d’un appareil à ultrasons Un générateur envoie des impulsions avec une fréquence de répétition de quelques centaines de hertzgrâce à une horloge qui exciteun palpeur piézoélectrique sous des tensions de plusieurs centaines de volts. La réception, signal provoqué par l’écho, est très faible (quelques millivolts); elle s’effectue entre deux impulsions. Le signal de l’écho de retour est visualisé sur un écran par un système d’amplification performant (gain de 100 dB) à large bande pour diminuer le bruit. L’horloge commande une base de temps synchronisée par l’émetteur. Au niveau du palpeur, le signal est instantanément transformé en une onde ultrasonore. Lorsque le faisceau ultrasonore rencontre la face opposée de la pièce, il y a réflexion si un défaut se trouve sur le parcours du faisceau ultrasonore.Unepartie des ultrasons 10 est immédiatement réfléchie vers le palpeur, avant que la partie complémentaire n’est atteint le fond de la pièce. Sur l’écran, on observe un écho intermédiaire qui révèle sa position et dont l’amplitude est fonction de la dimension et de l’orientation du défaut. Le contrôle par ultrasons utilise généralement les blocs d’étalonnage V1 et V2. Les normes NF A 09-310 et NF A 09-315 ont respectivement pour objet de définir les caractéristiqueset de décrire les méthodes d’utilisation des blocs d’étalonnage A et B. I-1 Caractéristiques desblocsd’étalonnage de type Bet V2. C’est un acier non allié dont la teneur en carbone est inférieure à 0.15%. L’indice de grosseur du grain ferritique Gdoit être supérieur ou égal à 8 et les vitesses de propagation des ondes ultrasonores longitudinales et transversales sont respectivement de 5920 et 3255 m.s-1. L’écrouissage après usinage doit être minimale et la rugosité Ra inferieure à 3.2 μm. Le bloc d’étalonnage V1 est le plus complet. Il existe un modèle réduit et léger appelé V2 pour les applications sur chantier. 11 Avant tout contrôle d’une pièce, il est nécessaire d’étalonner la base de temps du générateur à ultrasons et les caractéristiques du palpeur. Les blocs d’étalonnage sont utilisés pour déterminer le point d’émergence du traducteur, l’angle de réfraction. Le réglage est plus précis lorsque le matériau à contrôlerne diffère pas de celui du bloc (acier ferritique faiblement allié) . 12 Visualisation des échos réfléchis par les discontinuités dans le matériau: Pièce sans défaut Pièce avec défaut Toute réflexion supplémentaire indique la présence d’un défaut. I-2-Ondes acoustiques. 13 Les ondes acoustiques sont des vibrations mécaniques qui se propagent dans les milieux gazeux,liquides ou solides (pas de propagation dans le vide).Ces ondes résultent d’un ébranlement mécanique engendré par une source de vibration qui le communique au milieu considéré. Les ondes ultrasonores se déplacent difficilementdans l’air, un très bon contact doit être réalisé entre le transducteur et la surface de la pièce. On emploie un produit de couplage comme l’eau, l’huile ou de la glycérine. La déformation qui accompagne ce mouvement est de nature élastique et les particules constituant le corps entrent en vibration autour de leur position d’équilibre.Les ondes ultrasonores constituent la partie supérieure du spectre des ondes acoustiques à partir du seuil d’audibilité (15 à 25 kHz) pour l’espèce humaine.Dans la pratique du contrôle des matériauxmétalliques,les domaines de fréquences sont comprisentre 1 et 15 MHz. Le plus petit défaut décelable est de l’ordre de la demi-longueur d’onde; un hertz représente un cycle par seconde. Problématique: -Produire des vibrations. -Mise en mouvement des particules dans le matériau. -Propagation. -Détection. I-3 Principe de la méthode. Il consiste à balayer une pièce par un faisceau pour déceler les défauts de discontinuité géométrique Il existe deux types de procédures d’analyse: -Méthode par transmission -Méthode par réflexion I-3-1Examen par transmission. 14 Il nécessite l’utilisation de deux palpeurs: l’un émetteur et l’autre récepteur qui reçoit la quasi-totalité de l’énergie acoustique émise.Si un défaut se trouve dans le parcours du faisceau ultrasonore, l’énergie est partiellement ou totalement occultée. I-3-2Examen par réflexion. -La méthode est très utilisée,un seul palpeur joue le rôle d’émetteur et de récepteur. Les ondes ultrasonores sont émises de façon discontinue (impulsions brèves) pendant de très coutes périodes de temps comprises entre un et trois millionièmes de seconde (microsecondes). Entre deux impulsions le palpeur reçoit les ondes réfléchies qui sont discriminées de l’émission dans le temps. 15 -Lorsquel’émission est modulée par impulsions,les signaux réfléchis par différents obstacles peuvent être séparés . -La méthode permet de détecter un défaut à condition qu’il uploads/Litterature/ controle-non-destructif-par-ultrason-enregistre-automatiquement.pdf