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Méthodes avancées en contrôle non destructif ultrasonore pour la détection et le dimensionnement de fissures de fatigue*

  • S. Mahaut, S. Chatillon, P. Bredif and C. Poidevin

Abstract

Les phénomènes de fatigue thermique ou mécanique de matériaux conduisent à l’altération des structures, allant jusqu’à la création de fissures. L’objectif du contrôle non destructif (CND) est de détecter ces fissures et déterminer leurs dimensions, données permettant de statuer sur leurs nocivités et l’endommagement de la structure. Parmi les différentes méthodes de CND, les ultrasons offrent en outre un examen volumique de l’ensemble de la structure, avec une mise en œuvre relativement aisée et non contraignante en termes de sécurité et règlementation. L’interaction entre les ondes ultrasonores et les discontinuités ou fissures présentes au sein de la structure conduit à des échos observés en réception, lesquels après interprétation permettent de dimensionner voire caractériser les défauts à l’origine de ces échos. Selon la nature de l’endommagement (fissure isolée ou réseau de défauts, par exemple dans le cas d’un faïençage thermique, fissure ouverte ou partiellement fermée) et la technique de contrôle utilisée, des phénomènes plus ou moins complexes sont mis en jeu : interaction entre une fissure et un réseau de faïençage proche, contacts partiels entre les faces de la fissure sous l’effet de contraintes … Ces phénomènes peuvent limiter les capacités de dimensionnement, voire même de détection des fissures. Dans cet article, différentes applications menées par le CEA LIST, dans le domaine nucléaire, sont discutées. Ces techniques reposent sur l’utilisation de capteurs multi-éléments ultrasonres, permettant de maîtriser l’orientation et la focalisation du faisceau ultrasonore rayonné dans la pièce, de façon à optimiser la détection et le dimensionnement de défauts. Différents défauts ont été étudiés : fissure de fatigue mécanique inspectée par ultrasons sous contrainte ou hors contrainte, fissure de fatigue thermique, en présence ou non d’un réseau de faïençage. Ces techniques sont optimisées à partir des outils de simulation disponibles au sein de laplateforme logicielle multi-techniques (ultrasons, courants de Foucault, radiographie) CIVA, permettant de prédire les résultats des inspections et ainsi de concevoir et/ou optimiser des techniques de contrôle. Les performances de ces différentes techniques sont évaluées expérimentalement et confrontées aux simulations.

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[1] Un ensemble d’articles liés à la modélisation du CND dans CIVA est accessible sur le site http://wwwciva.cea.fr
[2] O. Dupond, P. Brédif, C. Poidevin, N. De Mathan, “Advanced Phased Array for Closed Crack Tip Diffraction”, Procedings of the 4th Int. Conf. on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised components, edited by M. Bièth, J. Whittle, DG JRC Institute of Energy, London, UK, 2004, pp. 724-733
[3] P. Brédif, O. Dupond, C. Poidevin, “Improvement of Crack Characterization using Phased Array Techniques”, Procedings of the 5th I Int. Conf. on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised components, edited by M. Bièth, J. Whittle, DG JRC Institute of Energy, San Diego, USA, 2006, pp. 616-624
[4] C. Poidevin, L. de Roumilly, G. Cattiaux, T. Sollier, “Simulation de la réponse ultrasonore de défauts réalistes dans CIVA”, Actes du congrès COFREND, Toulouse, 2008
[5] N. Leymarie, P. Calmon, Th. Fouquet, A. Schumm, “A semi-analytical-FEM hybrid model for ultrasonic simulation of complicated wave-defect interactions”, Procedings of the 5th I Int. Conf. on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised components, edited by M. Bièth, J. Whittle, DG JRC Institute of Energy, San Diego, USA, 2006, pp. 554-562

Méthodes avancées en contrôle non destructif ultrasonore pour la détection et le dimensionnement de fissures de fatigue*

  • S. Mahaut, S. Chatillon, P. Bredif and C. Poidevin

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