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4/ - CONTROLES PAR ULTRASONS. Le rayonnement ultrasonore est d'un usage très répandu, car ses propriétés
sont très intéressantes : son amortissement dans les métaux est
généralement faible, ce qui implique une bonne pénétration, et sa longueur
d'onde, liée au pouvoir séparateur de la détection, est de l'ordre de
grandeur des hétérogénéités à découvrir. De plus, la technologie des
appareils bénéficie pour une grande part de l'électronique mise au point
pour les techniques voisines, fort développées, du radar, du sonar et du
traitement de l'information. La propagation ultrasonore Le point essentiel de la propagation ultrasonore dans les solides massifs
est l'existence de deux modes de vibrations (longitudinale et transversale)
qui se propagent à des vitesses différentes. Dans le mode longitudinal, les
atomes métalliques vibrent parallèlement à la direction de propagation,
alors que dans le mode transversal la vibration est perpendiculaire à la
propagation. Pour fixer les idées, dans l'acier la vitesse des ondes
longitudinales est de 5 940 m.s-1 et dans l'aluminium de 6 320 m.s-1. Pour
les mêmes métaux, la vitesse des ondes transversales est, respectivement,
de 3 220 et 3 100 m.s-1. Ces vitesses dépendent des constantes élastiques
des matériaux. Elles sont donc différentes d'un matériau à l'autre. La
fréquence des ondes ultrasonores utilisées en contrôle non destructif peut
s'étendre de 0,1 à 50 MHz, la bande 2-10 MHz étant la plus usitée. La
longueur d'onde, dans cette bande, et pour les vibrations longitudinales,
est donc comprise pratiquement, pour l'acier ou l'aluminium, entre 3 et
0,6 mm.
Production et détection des ultrasons en contrôle non destructif Les ultrasons, dans ce cas particulier des appareils de contrôle non
destructif, sont produits ou détectés par des « traducteurs » posés sur la
pièce en examen et couplés acoustiquement à la surface par un liquide (eau,
huile, par exemple) ou une pâte (graisse, mastic). Le traducteur transforme
l'énergie électrique alternative qu'on lui envoie en énergie mécanique et,
inversement, l'énergie mécanique qui lui parvient de la pièce en énergie
électrique. C'est un convertisseur d'énergie. Il est formé d'une pastille
piézoélectrique (quartz) ou ferroélectrique (céramique : titanate de
baryum, zirconate de plomb, niobate de lithium, etc.) métallisée sur ses
deux faces. Le diamètre de la pastille, si elle est circulaire, est
habituellement compris entre 5 et 50 mm, avec 20 mm comme valeur la plus
fréquente. Méthodes d'examen Les méthodes d'examen ultrasonore non destructives sont nombreuses : par
absorption, par réflexion, par résonance, suivant le phénomène acoustique
mis en ?uvre. Elles peuvent également se distinguer par la forme de
l'énergie acoustique : continue ou impulsionnelle.
Les méthodes par absorption ou réflexion d'une énergie acoustique
continue ne sont pratiquement plus utilisées, car elles n'indiquent pas la
position de l'hétérogénéité dans l'épaisseur de la pièce, ne permettent pas
de connaître un couplage défectueux des traducteurs et sont sensibles aux
parcours parasites des ultrasons.
Les méthodes par résonance sont utilisées surtout pour la mesure des
épaisseurs de parois dont une face seulement est accessible (conduites,
tubes, réservoirs, etc.). Elle consiste à connaître, par un indicateur
approprié, la fréquence ultrasonore pour laquelle la paroi vibre, sous le
traducteur, en demi-longueur d'onde. La mesure peut être très précise sur
des plaques possédant un bon état de surface. Elle est dégradée par des
irrégularités, telles que des couches diverses (peintures, dépôts), des
plages de corrosion ou un usinage grossier.
La méthode actuellement la plus utilisée est celle par réflexion
d'impulsions ultrasonores, car elle permet de connaître la distance à la
surface de l'hétérogénéité, d'avoir une idée de sa forme et de son étendue.
Elle permet aussi d'être averti des conditions défectueuses qui perturbent
l'examen. Réalisation des appareils Certains appareils ne pèsent que quelques kilogrammes avec leur batterie
d'alimentation. Ils peuvent donc être utilisés commodément dans les
chantiers les plus divers, loin de toute source d'électricité.
Les traducteurs sont les pièces les plus critiques de l'appareil.
Actuellement, de gros efforts de recherche et de fabrication tendent à
assurer, pour un type donné, une reproductibilité des caractéristiques
(énergie ultrasonore délivrée, fréquence, bande passante, forme de pinceau)
qui souvent laisse à désirer.
L'électronique fait aussi l'objet de travaux de définition des
caractéristiques minimales à respecter, telles la linéarité des bases de
temps, la linéarité de l'amplificateur, sa bande passante.