Département Maintenance Industrielle MEMOIRE DE MASTER

République Algérienne Démocratique et populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université M’HAMED BOUGARA BOUMERDES

Faculté des Sciences de l’Ingénieur

Département Maintenance Industrielle

MEMOIRE DE MASTEREn vue de l’obtention du diplôme de Master en Filière Génie Mécanique.

Option : Mécatronique.

THEME :

Contrôle des joints de soudure

des pipelines par ultrasons

Présenté par :

Belacel bahe eddine.

Bouchria soufyane.Promoteur :

M. Pr. M.O. SI CHAIB.

Encadreur :

M. Chafiq KHENFERPromotion :

2016/2017

Remerciements

On remercie tout d’abord dieu de nous avoir permis d’arriverà ce stade de nos vies

Particulièrement dans nos études.

Nous adressons nos sincères remerciements à notre promoteuret enseignant m. Pr. m.o . si chaib de nous avoir orienté etconseillé le long de notre travail.

Nous tenons à remercier notre encadreur m. khenfer chafiqqui nous a encadré lors de notre stage et qui a aussi nousorienté au cours de notre travail.

Nous remercions aussi les personnels de départementinspection/corrosion qui nous aident par leurs conseils etinformations scientifiques et professionnelles.

Mes remerciements particuliers aux personnels de ENGTP dem’avoir accueillit au sein de laboratoire des essais destructif etnon destructifs.

DédicacesAu nom d’Allah le Miséricordieux le très Miséricordieux

Je dédie très fièrement mon projet comme épreuve dereconnaissance :

À mes très chers parents qui ont toujours été là pour moi,et qui m'ont donné un modèle exemplaire de labeur et depersévérance.

À mes chers frères: salah, djamel, mohammed et machère et unique sœur zineb avec ses enfants et mon beau frèrehamza.

à mes grandes mères et mes tantes nadjet et safiya , pourleur soutien, patience et tendresse.

À mon cousin : «nacer eddine ». et mes meilleurs amis« djallal, aghilas, et faress ».

à tous mes amis et à qui je n’ai pas cité involontairementoubliés dans l’écrit mais présent dans le cœur et l’esprit.

« Bahe eddine ».

je dédie ce modeste travail :À ceux qui m’ont donné la vieÀ ceux qui sont la source de mon inspiration et moncourageÀ mon cher pèreÀ ma très chère mèreÀ mes freres omar, ali et mohamedÀ mes chères sœursÀ mes chers beaux frèresÀ tous mes amis ( bilal, hicham, imad, et esif eddine …)À tout le groupe MMTR15« soufyane bouchria ».

SOMMAIREIntroduction générale …………………………………………........................1

Chapitre I : Généralité sur la technologie des pipelines.Introduction …………………………………………………………………..3I.1. la technologie des pipelines ..........................................................................31.1 Caractéristiques des tubes ……………………………………………………….31.2 Méthodes de fabrications des tubes ……………………………………………..4I.2 Assemblage des pipelines …………………………………………................62.1 Le chanfreinage des tubes………………………………………………………..62.2 Le soudage………………………………………………………………………7

2.2.1. Procédés de soudage………………………………………………...............72.2.2. Soudage à l’arc électrique…………………………………………...............8

2.3 Caractéristiques de la soudure ………………………………………………….9I.3 les défauts de soudage………………………………………………..............10I.4 conclusion……………………………………………………………………....12

Chapitre II : Eléments sur les méthodes de contrôle non destructif(CND).

Introduction………………………………………………………………………...13II.1. Généralités sur le contrôle non destructif …………………………….....13II.2 examen visuel ………………………………………………………………....142.1 Principe du contrôle……………………………………………………………....142.2 Mise en œuvre du contrôle………………………………………………………..14II.3 contrôle par ressuage ………………………………………………………...153.1 Principe du contrôle……………………………………………………………….153.2 Méthode de contrôle……………………………………………………………....163.3 Procédure de contrôle……………………………………………………………..16II.4 contrôle par magnétoscopie ………………………………………………...174.1 Principe de contrôle……………………………………………………………….174.2 Méthode de contrôle (Méthode de magnétisation)………………………………184.3 Défauts détectables……………………………………………………………….184.5 Produits révélateurs……………………………………………………………….184.6 Démagnétisation…………………………………………………………………...194.7 Procédure de contrôle……………………………………………………………...19II.5 CONTROLE PAR RAYONS IONISANTS (Radiographie)……………205.1 Principe du contrôle………………………………………………………………..205.2 Obtention des rayons X et γ………………………………………………..............205.3 Méthode de contrôle………………………………………………………………..21II.6 conclusion …………………………………………………………………….....23

Chapitre III : Apport sur les méthodes ultrasonores pour l’inspectiondes matériaux.

Introduction …………………………………………………………………………24III.1. Nature des ultrasons ………………………………………………………...241.2. Production des ultrasons de fréquence élevés……………………………………..24III.2 propriétés des ultrasons ……………………………………………………..252.1 L’onde ultrasonore ………………………………………………………………...252.2 La pression et l’impédance acoustique ……………………………………………252.3 Propagation de l’onde ultrasonore…………………………………………………262.4 Transmission entre milieux………………………………………………………...282.5 Le faisceau ultrasonore (acoustique)……………………………………………….312.6 Atténuation des ultrasons…………………………………………………………..32III.3. le contrôle par ultrason……………………………………………………..323.1 Émission et réception des ultrasons………………………………………………..323.2 Technologie des palpeurs…………………………………………………………..34

3.2.1 Les type des palpeurs…………………………………………………………..343.2.1.1 Palpeurs droits ou normaux……………………………………………….353.2.1.2. Palpeurs doubles monoblocs………………………………………………353.2.1.3. Palpeurs d’angle…………………………………………………………..35

3.2.2 Le choix du palpeur…………………………………………………………….353.3. Méthodes de contrôle……………………………………………………………...35

3.3.1. Méthodes par réflexion ou par écho…………………………………………..353.3.2 Méthode par transmission………………………………………………………363.3.3 Méthode par émersion…………………………………………………………..36

3.4. Les condition du contrôle…………………………………………………………..373.4.1. Les informations requises avant l’examen……………………………………..373.4.2. Le niveau d’examen……………………………………………………………373.4.3. Conditions à remplir par le personnel, l’appareillage et les traducteurs ………37

3.5. Vérification des appareillages……………………………………………………..373.5.1. Choix du milieu de couplage…………………………………………………...383.5.2. Etalonnage et bloc d’étalonnage………………………………………………..383.5.3. Bloc de référence……………………………………………………………….393.5.4. Principe de trace d’une Courbe Amplitude-Distance (CAD)…………………39

3.5.5. Paramètres à régler avant l’examen…………………………………………….403.6. Evaluation des indications…………………………………………………………40III.4 conclusion……………………………………………………………………….41

Chapitre IV : Etudes expérimentale appliquée sur un joint soudé.Introduction…………………………………………………………………………..42IV.1. cadre de contrôle ...............................................................................................421.1 Caractéristiques de tube utilisé:……………………………………………………..421.2 La réalisation du cordon de soudure………………………………………………...431.3 La création du défaut………………………………………………………………..441.4 Les procédés de soudage utilisés……………………………………………………44IV.2 préparation du contrôle………………………………………………………442.1 Le choix de la méthode d’évaluation……………………………………………….442.2 La méthode de cascade……………………………………………………………..462.3 L’étalonnage de l’appareillage …………………………………………………….48

2.3.1 Le matériel utilisé………………………………………………………………48

2.3.2 Étalonnage de la base du temps………………………………………………482.3.3 Vérification du pouvoir de résolution………………………………………...492.3.4 Vérification de la linéarité horizontale et verticale…………………………...502.3.5 Vérification des caractéristiques des palpeurs………………………………..512.3.6 Traçage de la courbe amplitude distance……………………………………..542.3.7 Correction du transfert………………………………………………………..54

IV.3 exécution du contrôle……………………………………………………….553.1.évaluation du pouvoir réfléchissant ……………………………………………..563.2 Localisation du défaut……………………………………………………………573.3 Dimensionnement du défaut……………………………………………………...58IV.4 Conclusion ……………………………………………………………………59Conclusion générale …………………………………………………………….60Références bibliographiques………………………………………………….61

Annexe 1 : présentation de l’entreprise………………………………………62Annexe 2 : spécification API 5L……………………………………………..66Annexe 3 : propriétés des ultrasons…………………………………………..67Annexe 4 : blocs d’étalonnage et de références………………………………69

IntroductionGénérale

Introduction générale

1

Introduction générale :L’augmentation de la demande d’énergies telles que le gaz et le pétrole nécessite deplus en plus la construction de nouvelles lignes de pipelines. En effet, ces derniers,sont devenus, durant les 50 dernières années le moyen d’acheminement le moinscoûteux et le plus sûr pour de grandes quantités d’énergies et sur de longues distances(plusieurs centaines voire plusieurs milliers de kilomètres).Pour la fabrication des tubes, un grand nombre de matériaux peut être utilisé : acier,fonte, plastique, résines armées, etc... Le choix du matériau est fonction de la nature etde l’état des produits qu’elle doit acheminer.Dans ce cas, on considère l’application de l’acier dans la fabrication, des tubes, pièceset matériaux qui satisfont aux exigences les plus sévères de l’industrie gazière.Le type et le nom d'une canalisation dépendent des caractéristiques physiques et desConditions d'acheminement du produit à déplacer.Pour le gaz naturel, on parle de gazoduc.

Pour le pétrole, on parle d'oléoduc.L’assemblage des pipelines est effectué par le procédé de soudage à l’arc électrique, ils’agit d’un type de soudage le plus répandu, et il occupe une place importante dansl’industrie pétrolière et gazière.La capacité portante des joints de soudure de pipeline diminue d'avantage en

présence de concentration de contraintes et des déformations qui dépendent à leur tourde l'existence des défauts technologiques d'assemblage et de forme du cordon.En cesens, le contrôle non destructif (CND) apparaît comme l’élément majeur du contrôlede la qualité des joints de soudure.On regroupe sous le vocable essais non destructifs ou encore le contrôle non destructifl’ensemble des techniques et procédés aptes à fournir des informations sur la santéd’une pièce ou d’une structure sans qu’il en résulte des altérations préjudiciables àleur utilisation ultérieure.Mais il existe plusieurs types de défauts présents dans les cordons. Il faut alors savoirquelle méthode de contrôle sera utilisée.La présente étude sur « le contrôle des joints d soudure des pipelines par ultrasons »,pour ce faire, on a réalisé un échantillon d’un joint soudé dans lequel on a introduitvolontairement un défaut de type inclusion solide. Pour montrer l’efficacité de ladétection en CND de ce genre du défaut on a fait recours aux ultrasons en vue delocalisation, dimensionnement et identification la nature de cette anomalie.Alors on a développé l’étude théorique des méthodes ultrasonores par un stagepratique au niveau de l’entreprise SONATRACH, HASSI R’MEL dans laboratoiredes essais non destructifs du département inspection/corrosion.Le développement de sujet est scindé en quatre chapitres :

Introduction générale

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Chapitre I : généralité sur la technologie des pipelines.Ce chapitre est consacré sur la technologie des pipelines, et les procédés de soudageles plus utilisés pour leur assemblage, et on a montré quelques types de défaut desoudage.

Chapitre II : éléments sur les méthodes de contrôle non destructif(CND).Dans ce chapitre on a présenté les principes de contrôle de quatre méthodes decontrôle non destructif.

Chapitre III : apport sur les méthodes ultrasonore pour l’inspectiondes matériaux.Ce chapitre concerne l’étude théorique du contrôle par ultrason, son application dansl’industrie et les étapes à suivre pour le réaliser.

Chapitre IV : étude expérimentale appliquée sur les joints soudés.Dans ce chapitre on présente le rapport de l’étude pratique qui était sur un joint soudé,à l’intérieur duquel on a crée un défaut, on a appliqué le contrôle par ultrason et a lafin la présentation des résultats obtenus.

2

Chapitre I :

Généralités sur laTechnologie des pipelines.

Chapitre I : Généralités sur la technologie des pipelines

3

Introduction :Les pipelines tiennent une place importante dans les industries gazières et pétrolière,celles-ci sont le plus souvent en acier. Bien que le plastique et l'aluminium soientparfois utilisés pour les réseaux de distribution de gaz naturelParmi les procédés d’assemblage des pipes, le soudage est l’opération qui assure lacontinuité entre les bords des tubes.Les soudures sont susceptibles de présenter des défauts, dont on peut classer selon desordres divers.

I.1. la technologie des pipelines :Une canalisation ou pipeline, est une conduite destinée à l’acheminement de matièregazeuse ou liquide, la plupart des pipelines sont faits d’acier, en soudant des courtessections de tuyaux les uns aux autres. [6].

Figure. I.1 pipeline.

1.1 Caractéristiques des tubes :Un tube est essentiellement définit par son diamètre, son épaisseur et la nature dumatériau qui le compose [16] :

1.1.1. Diamètre : est défini de manière différente suivant les normes defabrications américaines et françaises :

Normes américaines : ANSILe diamètre était encore repéré par un nombre appelé NOMILAL PIPE SIZE ou NPSou le diamètre nominale exprimé en pouce (‘‘). Diamètre nominale (nominal pipe size NPS). Le diamètre extérieur (DE). Le diamètre intérieur (DI).

Figure. I.2 diamètre des tubes.

DI DE


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Normes françaises : AFNORDans la norme AFNOR comme la norme ISO, les tubes est repéré par la valeur réel deson diamètre extérieur exprimé en mm.

1.1.2. Epaisseur : comme le diamètre, l’épaisseur des tubes est expriméedifféremment suivant les normes américaines et les normes françaises.

Normes américaines :L’épaisseur est définit par un nombre repère appelé SCHEDULE. Il estnécessaire de consulter un catalogue ou une norme pour trouver la valeurréelle de l’épaisseur du tube en fonction du diamètre nominal de SCHEDULE.Pour un tube en aciers au carbone la valeur de son SCHEDULE := 100

OuP : pression intérieur sollicitant le tube.S : contrainte admissible par l’acier à la température maximaled’utilisation (même unité pour P et S).

Normes françaises :L’épaisseur d’un tube est exprimée en millimètres. Des gammes d’épaisseurssont proposées en fonction du diamètre extérieur du tube et du numéro de lanorme qui identifie le type du tube et ses conditions d’utilisation et delivraison.

1.1.3. Matériaux constituant les tubes :L’acier est le matériau le plus utilisé pour élaboration des tubes.Les qualités d’acier couramment utilisées dans la construction des tubes sontdéfinies dans deux spécifications de l’API dénommées 5Lpour les qualitésnormales et 5LX pour les qualités à haute résistance. [12], [16].Les conditions maximales d’utilisations (pression et température) et le degré decorrosivité des fluides véhiculés influent sur le choix de l’acier.-la pression intervient pour déterminer l’épaisseur des tubes.-la température influe sur la résistance mécanique des aciers.-la corrosivité contraint à choisir un matériau de résistance chimique adapté.Selon leur utilisation on distingue : acier au carbone non alliée. Les aciers faiblement alliées. Les aciers fortement alliées ou inoxydable et les super alliages.

A coté des aciers on rencontre de plus en plus, notamment dans l’industrie chimique,des tubes en matériau plastiques ou matériaux composites. [6],[12].

1.2 Méthodes de fabrications des tubes :Les tubes en acier au carbone peuvent être fabriqués en utilisant plusieurs techniquesdifférentes. [6]:


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1.2.1. fabrication des tubes sans soudure :Le tube sans soudure est formé en perçant une tige d’acier solide, presque-fondue,appelée billette, avec un mandrin pour produire un tube n’ayant pas de joints ousoudure.

Figure. I.3 fabrication des tubes sans soudure.

1.2.2. les tubes soudés bout à bout :Le tube soudé bout à bout est formé par l’alimentation d’une tôle en acier chaude àtravers des laminoirs à forme, qui le rouleront dans une forme circulaire creuse. Leserrage forcé des deux extrémités de la tôle de se joindre, puis une machine assure unesoudure en continue.

Figure. I.4 formage sous forme U.

Figure. I.5 formage sous forme O.1.2.3. les tubes soudés en spirale :Les tubes soudés en spirale sont fait avec inclinaison de l’angle d’introduction d’unebande de métal en forme de spirale, puis les bords sont joints puis soudés, ce qui formeun cordon de soudure spirale.

Figure. I.6 soudage en spirale d’un tube.


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I.2 Assemblage des pipelines :Les assemblages des pipelines sont réalisés par l’opération de soudage pour assurerune continuité du métal entre les tubes à assembler.Dans l’industrie de sonatrach les assemblages de canalisation de gaz sontpréférentiellement effectués par le procédé à l’arc électrique, il s’agit de type desoudage le plus répandu.

2.1. Le chanfreinage des tubes:Est l’opération de création d’une surface abattue à l’extrémité du tube. L’ouverturecréée par l’opération de chanfreinage permet au soudeur d’accéder à la totalité del’épaisseur du tube, ceci afin de pouvoir réaliser une soudure uniforme qui assure lacontinuité mécanique de l’assemblage. [17].Les différents types des chanfreins utilisés :

Figure. I.7 chanfrein en V. Figure. I.8 chanfrein en X

Figure. I.9 chanfrein en V avec méplat. Figure. I.10 chanfrein en demi V.

Figure. I.11 chanfrein en U. Figure. I.12 chanfrein en double U.

Figure. I.13 chanfrin en tulipe.


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2.2 Le soudage :C’est une opération consistant à réunir deux ou plusieurs parties constitues d’unassemblage, de manière à assurer la continuité entre les parties à assembler (continuitéde la matière des matériaux assemblés : matériaux métallique, matière plastique, etc.),soit par chauffage, soit par intervention de pression, soit par l’un et l’autre, avec ousans emploi d’un produit d’apport dont la température de fusion est de même ordre degrandeur que celle du matériau de base.Pour l’assemblage des pipelines on utilise uniquement les procédés de soudureélectriques, plus rapides et plus faciles à contrôler, les électrodes doivent êtresélectionnées en fonction de la qualité du métal de tube pour obtenir un dépôt d’unenuance équivalente et résistance au moins égale au métal du tube ; l’enrobage doit êtreégalement choisi de façon à obtenir une protection convenable de l’arc pendant lasoudure et éviter ainsi toute oxydation.La soudure est effectuée en plusieurs passes : la première passe : est effectuée pour fixer bout à bout les éléments de tube

maintenus, pendant l’opération, par des colliers soit intérieurs, soit extérieurs.Cette passe est effectuée en générale en descendant, avec un dépôt rapide(intensité supérieur à 200A) ; une de ces qualités est essentielles est unepénétration correcte évitant d’une part les gouttes de soudure en relief àl’intérieur de la canalisation, d’autre part au contraire des insuffisances quidiminueraient la résistance de l’ouvrage.

La deuxième passe : est effectuée encore avec un dépôt rapide en sechevauchant le long de la canalisation assemblée.

La troisième : si nécessaire la quatrième, cinquième passes sont des passes deremplissage plus larges, effectuées généralement à une cadence de dépôt unpeu plus lent (180 A) ; le chanfrein doit se trouver finalement rempli, mais ladernière passe ne doit faire qu’un bourrelet aussi régulier et aussi peu épis quepossible pour éviter des difficultés au moment de l’application durevêtement.[12].

2.3 Soudage à l’arc électrique :2.3.1 Soudage avec l’électrode enrobée: Le soudage à l'arc à l'électrodeenrobée (SMAW) est réalisé à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre l'âmemétallique de l'électrode et la pièce à souder. L'énergie calorifique de l'arc fait fondrelocalement la pièce à assembler et l'âme métallique de l'électrode pour constituer lebain de fusion et après refroidissement le cordon de soudure recouvert d'un laitierprotecteur. Un générateur électrique fournit le courant continu ou alternatif avec uneintensité variant de 30 à 400 ampères en fonction de différents paramètres comme lediamètre de l'électrode, la nature de l'enrobage, la position de soudage, le typed'assemblage, la dimension et la nuance des pièces à assembler. La tension à vide dugénérateur (Uo) doit être supérieure à la tension d'amorçage (surtout en courantalternatif). Sa valeur doit être comprise entre 40 et 80 volts.[17].


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Figure. I.14 soudage à l’électrode enrobée.2.3.2 Soudage sous gaz inerte avec l’électrode réfractaire (TIG) :Le soudage à l'arc sous protection de gaz inerte ou non actif avec fil électrode fusible(GMAW) est réalisé à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre le fil d'apport(de Ø 0,6 mm à Ø 2,4 mm) à dévidage continu et à vitesse constante (de 2 à 20mètres/minutes environ) et la pièce à souder. La vitesse de dévidage du fil déterminel'intensité de soudage. L'énergie calorifique de l'arc fait fondre localement la pièce àassembler et le fil métallique pour constituer le bain de fusion et après refroidissementle cordon de soudure. Le bain de fusion est protégé de l'atmosphère externe par uncône invisible de gaz (de 10 à 30 litres/minute de gaz) de protection inerte ou non actif(Argon pur, Argon + CO2, Argon + CO2 + H2) . Un générateur électrique fournit lecourant exclusivement continu avec une intensité variant de 40 à 700 ampères enfonction de différents paramètres comme le diamètre du fil électrode, la position desoudage, le type d'assemblage, la dimension et la nuance des pièces à assembler. Lapolarité du fil électrode est toujours positive.[17].

Figure. I.15 soudage avec l’électrode réfractaire.

2.3.3. Le soudage semi-automatique sous protection gazeuse :MIG ou MAG(GMAW: Gas Metal Arc Welding / FCAW: Flux Core Arc Welding):

Avec le procédé GMAW, la fusion est obtenue grâce à un arc électrique s’établissantentre le fil-électrode, continu et fusible, et le métal de base. Un gaz ou un mélange degaz provenant d’une source externe assure la protection du bain de fusion et l’arccontre la contamination atmosphérique durant le soudage.La chaleur que dégage l’arc provoque la fusion de l’extrémité du fil-électrode et dumétal de base. Différentes formes de gouttelettes de métal fondu, projetées du fil-électrode vers le bain de fusion où elles se solidifient, produisent la soudure désirée.


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Le fil-électrode, généralement de petit diamètre, est continuellement amené à l’arc desoudage, par un mécanisme de dévidage. Où il fond sous l’effet de la chaleur qui y estgénérée.Les procédés de soudage semi-automatiques ont en commun l’usage d’un fil-

électrode comme métal d’apport, fil qui est dévidé automatiquement par un dévidoirintégré à la soudeuse ou indépendant. La distinction entre ces procédés provient dutype de fil-électrode utilisé.Ainsi, les procédés de soudage semi automatiques se divisent en deux :Le procédé GMAW (gas metal arc welding), qui utilise un fil-électrode plein.Le procédé FCAW (flux core arc welding), qui emploie un fil tubulaire (filfourré).[17].

Figure. I.16 principe de soudage GMAW.

2.4 Caractéristiques de la soudure :Le soudage est le procédé qui permet de reconstituer la continuité métallique entre lessurfaces des éléments à assembler pour activer les surfaces, la fusion est une méthodetrès efficace qui permet également le nettoyage de surface afin d’assurer l’installationde la liaison métallique. On obtient ainsi après solidification un joint homogène demême dans le cas de métaux différents.Quel que soit le procédé de soudage par fusion, la structure d’une soudure typiqued’un alliage est composée de 6 zones principales.[7].

Figure. I.17 caractéristiques de la soudure.

(ZF) la zone de fusion : est la région chauffée au dessus de températureliquidus. Le bain de fusion est similaire à un système de fonderie ou le métal de baseest considéré comme un moule.


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(ZNM) la zone non mélangée : est la zone étroite à l’extrémité du bain defusion, dans cette zone, les forces de convection étant inferieurs aux forces de frictiondes fluides.La composition chimique est identique à celle du métal de base. (ZFP) la zone partiellement fondue : est directement adjacente à l’interfacede la soudure.Le cycle thermique de soudage s’opère dans cette zone à des températures compriseentre le liqudus et le solidus de l’alliage. (ZF/ZFP) la surface formant clairement la frontière entre le métal de base nonfusionnée et le métal de soudure solidifiée. (ZAT) la zone affectée thermiquement : est la zone ou la température estcomprise entre la température du solidus et une température plus basse maissuffisamment élevée pour permettre des réactions ou des transformations à l’étatsolide, en modifiant la structure du métal de base. (MB) le métal de base : est la partie du matériau qui ne subit pas demodifications microstructurales. Bien que métallurgiquement inchangé.

I.3 les défauts de soudage :.Types dedéfauts

Descriptions Illustration.

Fissurations. Les fissures sont desdiscontinuités de typefracture caractériséespar une extrémité en

pointe et à hautrapport de longueur

/largeur.Les fissures peuventêtre décrites commeétant longitudinalesou transversales, en

fonction de leurorientation.

-Fissure longitudinale.

-Fissure transversale.


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Manque defusion

C’est unediscontinuité de

métal, avec manquede liaison entre la

soudure et une facedu chanfrein (collage)ou entre deux passes

-Manque de fusion des bords ou collage.

-Manque de fusion entre passe.

Manque depénétration.

C’est l’absence dumétal à la racine du

chanfrein.

-Manque de pénétration.

-Manque d’interprétation.

Types dedéfauts

Descriptions Illustration

Inclusionsgazeuses.

Les inclusionsgazeuses peuvent se

présenter sous forme :-Des soufflures

sphériques.-Des souffluresvermiculaires se

disposant les unes ala suite des autres.

-Soufflures sphériques.

-Soufflures vermiculaires.


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Inclusionssolides

Restes de laitier oud’autres matières

étrangères au joint.

-Inclusion de laitier.

-Inclusion métallique.

Défauts desurfaces

Un creux irrégulier àla surface du cordonjuste au contact du

métal d’apport et dumétal de base.

-caniveau. - Morsure.

-caniveau a la racine. -Excès de pénétration.

-Surépaisseur excessive.

Tableau. I.1 : types de défauts des joints soudés.[17].

I.4 conclusion :Dans la première partie de ce chapitre on a présenté une vue générale sur latechnologie des pipelines.Dans une deuxième vue, pour l’assemblage des pipelines, le soudage s’apparaitcomme l’opération qui occupe une place importante dans l’industrie gazière etpétrolière.Les défauts de soudage peuvent être causés par de nombreux facteurs, dont la vitessed’avance ou l’intensité du courant. Dans bien des cas, les défauts peuvent être détectéset corrigés en cours de soudage.

Chapitre II :

Éléments sur les méthodes de contrôlenon destructif (CND).

Chapitre II : éléments sur les méthodes de contrôle non destructif (CND)

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Introduction :Le contrôle non destructif est un ensemble de méthodes qui permettent de caractériser l'étatd'intégrité de structures ou de matériaux, sans les dégrader, soit au cours de la production,soit en cours d'utilisation, soit dans le cadre de maintenances. On parle aussi d'essais nondestructifs (END) ou d'examens non destructifs.Comme il existe plusieurs méthodes de contrôle non destructif nous allons parler desquatre les plus utilisées avec la méthode des ultrasons qui sera détaillée dans le prochainchapitre.

II.1. Généralités sur le contrôle non destructif :Le contrôle non destructif (CND) consiste à rechercher la présence éventuelle de défautsau sein des matériaux constituant les objets ou parties d'objets à tester par l'utilisation detechniques diverses, sans attenter à l'intégrité de ceux-ci.La mise en œuvre d'un contrôle non destructif demande la connaissance :• Des possibilités et limites des procédés utilisables,• De l'histoire de la pièce (forme et mode de fabrication),• Des défauts recherchés (nature, position, dimensions,...),• Des propriétés physiques du matériau contrôlé.Ces connaissances permettent de choisir :• La méthode de contrôle la mieux adaptée,• La procédure permettant : D’observer les défauts recherchés avec le maximum de chances de détection, De quantifier de façon la plus fidèle ces défauts.

Mise en œuvre des contrôles non destructifs :La mise en ouvre correcte de contrôles non destructifs comporte trois volets : La qualification des opérateurs, Le choix des équipements, La définition des modes opératoires.

Principaux contrôles non destructifs :Les contrôles non destructifs peuvent se classer en trois catégories : Les méthodes dites de surface pour lesquelles l'anomalie est localisée, soit ensurface, soit dans une zone proche de la surface (Examen visuel, le ressuage, lamagnétoscopie, les courants induits), Les méthodes dites volumiques pour lesquelles l'anomalie est localisée dans levolume de la pièce (Ultrasons, rayonnements ionisants), Les méthodes complémentaires (Etanchéité, thermographie, émission acoustique).


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PROCEDE DEFAUTS DE CIBLLES AVANTAGES LIMITES

Examen visuelle

-défauts de surface(manque de pénétration,caniveaux)-forme de cordon incorrect

-contrôlepermanent pendantle soudage-peu couteux

-défauts de surface-pas de documents

Ressuage-défauts de surfaceinvisibles à l’œil (fissuresdébouchantes)

-simple d’emploi-peu couteux

- défauts de surface-pas de documentsd’archive-interprétation délicate-non utilisable surmatériaux poreux

Magnétoscopie-défauts de surface(fissures, manque depénétration,…)

-méthode sensibleet simple-peu couteux

-défauts de surface-interprétation délicate-utilisable que surmatériauxferromagnétiques

Rayons ionisants-défauts volumiquesporosité, inclusions,manque de pénétration,

-détection dedéfauts internes-résultatsarchivables

-matériel couteux-opérateur qualifié-sensibilité fonction del’orientation du défaut

Tableau. II.1 principaux contrôle non destructifs.

II.2 examen visuel :

2.1 Principe du contrôle :L’examen visuel est le premier des procédés de contrôle, le plus simple et le plus généralpuisque c’est aussi le point final de la majorité des autres procédés non destructifs.L’examen visuel direct des pièces peut constituer un contrôle suffisant pour la détection desdéfauts débouchant en surface et surtout des hétérogénéités locales et superficielles(taches de différentes natures) constituant des défauts d’aspect rédhibitoires pour desproduits plats du types tôles, tissus, verre, etc. Toutefois l’examen purement visuel présentedes limitations de différentes natures. [9].

2.2 Mise en œuvre du contrôle :

Eclairage :Dans tous les cas d’observation d’un objet, les conditions d’éclairage sontessentielles pour la fiabilité du contrôle optique. Il s’agit d’abord de se placer dansles conditions énergétiques, luminosité et longueur d’onde permettant à l’œil detravailler avec la meilleure acuité ; ainsi un éclairement de plus de 300 lux enlumière vert-jaune à 0,55 μm est optimal. Il s’agit ensuite d’adapter le type etl’orientation de l’éclairage à la nature des défauts en vue d’améliorer le contraste.L’éclairage diffus, fourni par exemple par un ensemble de sources lumineusesplacées derrière un écran dépoli, est utilisé dans la recherche de défauts variés, sansorientation définie.


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Figure. II.1 examen par éclairage.

L’œil et ses limitations :L’œil est un capteur optique certes remarquable à bien des points de vue maispossédant toutefois des limitations dont il faut tenir compte en contrôle nondestructif.

II.3 contrôle par ressuage :Le contrôle par ressuage est limité à la détection de défauts débouchant à la surface des

pièces. Il consiste à révéler le défaut à l'aide d'un liquide pénétrant et d'un révélateur.Son efficacité est fonction de la taille du défaut recherché. Plus celui-ci est fin plus ladétection est difficile. [15].

3.1 Principe du contrôle :Le ressuage comprend trois phases illustrées sur la « figure II.2 » :Application du pénétrant suivie d’un temps d’imprégnation, élimination de l’excès dupénétrant sur la surface de la pièce, ressuage du pénétrant par disposition d’une couche de« Révélateur » sur la surface. À la suite de quoi, l’image des défauts apparaîtra àl’observateur dans la mesure où l’étalement du pénétrant sur le révélateur conduit à unenette variation de couleur ou de luminance.[9]. [10].

Figure. II.2 contrôle par ressuage.


16

3.2 Méthode de contrôle : le dégraissage : par solvants chlorés en phase vapeur, par alcalins ou encore au jet

d’eau chaude, s’effectue dans des installations adaptées et est complété, sinécessaire, par une opération de séchage.

la déposition du pénétrant : peut se faire par trois techniques correspondant bienentendu à du matériel différent : immersion dans une cuve adaptée à la taille despièces ou des paniers de pièces, installation de pulvérisation électrostatique(technique très intéressante en particulier pour l’économie de produit qu’elleentraîne), installation de pulvérisation conventionnelle.

l’élimination de l’excès de pénétrant : correspondant à un rinçage, qui peut sefaire en cuve avec agitation d’eau par air comprimé, en cuve avec pulvérisation parrangées de buses ou en pulvérisation par pistolet air-eau ; on adjoint à l’équipementde rinçage une lampe à ultraviolets de façon à pouvoir contrôler l’efficacité del’opération.

le séchage intermédiaire : s’effectue en étuve à circulation d’air réglée entre 65 et80 ° C

l’application du révélateur : se fait dans une enceinte appropriée lorsqu’il s’agitd’un révélateur sec se présentant sous forme d’une poudre qu’il faut agiter, ou dansune cuve chauffée lorsqu’il s’agit d’un révélateur en suspension aqueuse.

le poste d’inspection visuelle : doit être conçu pour répondre aux meilleuresconditions d’observation en lumière blanche ou en fluorescence UV. Dans lepremier cas, il faut réunir deux facteurs : un contraste maximum et un éclairementcorrect, les normes indiquant un minimum de 350 lux pour ce paramètre qui devraêtre vérifié avec un luxmètre. Pour l’examen sous rayonnement ultraviolet, le posted’inspection doit être isolé de la lumière blanche ; il doit être très propre et exemptde surfaces réfléchissantes, moyennant quoi l’œil sera attiré par les petites sourcesde fluorescence pour lesquelles on choisit d’ailleurs la zone spectrale la plusappropriée, le jaunevert à 555 nm. Le rayonnement UV d’excitation se situe vers365 nm, raie intense de la décharge dans la vapeur de mercure. L’intensité des tubesluminescents UV à basse pression est insuffisante pour fournir la densitéénergétique requise de 8 W/m2 minimum (15 W/m2 souhaitable) à la surface de lapièce. Il faut donc utiliser un projecteur à vapeur de mercure à haute intensité, munid’un filtre incorporé à la source pour arrêter les UV courts et la lumière visible.

3.3 Procédure de contrôle :La mise au point d'un contrôle par ressuage réclame la détermination précise:• Des conditions de préparation de la pièce,• De la nature des produits de ressuage,• Des conditions d'application du pénétrant,• Des conditions de nettoyage,• Des conditions d'application du révélateur,• Des conditions d'examen.Pour chaque contrôle, il existe un cahier des charges ou une norme à respecter. Le lecteurse reportera aux normes NF A 09-120, NF A 09-122, NF A 09-123, NF A 09-130.


17

II.4 contrôle par magnétoscopie :La magnétoscopie existe depuis longtemps, mais ce n’est qu’assez récemment que l’ons’est réellement préoccupé de définir et de maîtriser les conditions magnétiques les mieuxadaptées à un contrôle sensible et fiable. La sensibilité de détection des défauts dépend eneffet de la nature, de la direction et de l’intensité de la magnétisation de la pièce, qui doitbien entendu être elle-même ferromagnétique. [9].

4.1 Principe de contrôle :La théorie des circuits magnétiques indique que la présence d’un entrefer correspond à un

fort accroissement local de la réluctance du circuit et donc de la différence de potentielmagnétique (d.p.m.), constituant ainsi un obstacle au flux magnétique dont les lignes deforce doivent alors s’épanouir latéralement selon un flux de fuite comme l’indique la figureII.3 . Cet effet de dispersion des lignes de flux s’exerce même pour un entrefer minime,dans la mesure où le rapport des réluctances entre l’entrefer et le circuit est inversementproportionnel à la perméabilité relative de celui-ci,Cet effet de dispersion d’un flux magnétique hors d’une pièce ferromagnétique, au droitd’une fissure débouchante ou sous-cutanée (ou toute autre hétérogénéité nonferromagnétique se comportant comme un entrefer), est à la base d’une gamme de procédésmagnétiques de détection des défauts de surface dans les aciers dont le plus connu et le plusemployé est la magnétoscopie. [9].[10].

Figure. II.3 contrôle par magnétoscopie.


18

4.2 Méthode de contrôle (Méthode de magnétisation)La nature et l’orientation générale du champ magnétique vont dépendre de celles ducourant électrique utilisé pour le produire soit par magnétisation directe à l’aide d’unélectroaimant, soit par le passage du courant lui-même dans la pièce à contrôler (délivrantun champ circonférentiel). Un courant continu produira un champ magnétique continufavorable à la détection des défauts sous-cutanés. En pratique, on cherche à utiliser desgénérateurs économiques, et cela conduit à l’emploi de courants alternatifs redressés surune ou deux alternances. L’utilisation d’un courant, donc d’un champ magnétiquealternatif, est fréquente ; dans ce cas, la présence d’un effet de peau renforce le champmagnétique à la surface de la pièce et accroît, toutes choses égales par ailleurs, le pouvoirde détection des très fines fissures débouchantes. En magnétoscopie, on utilise la fréquenceindustrielle de 50 Hz, alors que certains procédés de flux de fuite utilisent des fréquencesnettement plus élevées, de quelques milliers de hertz. [9].

La nature du champ magnétiqueLes formes de courants utilisés sont les suivantes :• Monophasé sinusoïdal,• Monophasé redressé une ou deux alternances,• Triphasé redressé une ou deux alternances.La forme d'onde agit sur la pénétration des courants (Effet de peau en courant alternatif).Plus on se rapproche du courant continu, plus la pénétration est importante.

L'intensité du champ magnétiqueUne valeur trop importante provoque la saturation du matériau. La direction du champ magnétiqueOn peut utiliser une magnétisation longitudinale, transversale ou oscillante de façon às'adapter à l'orientation des défauts.

4.3 Défauts détectables :Les défauts détectables sont ceux qui introduisent suffisamment de perturbation dans

le champ magnétique. Pour cela il faut prendre en compte.

La géométrie du défautLes défauts doivent introduire une variation de section de passage suffisante.

Sa position dans la pièceLe défaut doit être proche de la surface. Plus il sera proche de la surface, plus l'indicationdonnée par le révélateur sera nette.

Son orientation par rapport au champ magnétiqueSeules les anomalies orientées presque perpendiculairement (Au moins 45° et plusefficacement au dessus de 60°) aux flux seront décelables.

4.5 Produits révélateurs :Les caractéristiques de base de ces produits sont :

• Ils doivent pouvoir être facilement attirés par les fuites magnétiques.• Ils doivent être suffisamment fins et légers pour ne pas nécessiter de grandes forcesd'attraction.• Ils doivent être suffisamment mobiles pour circuler sur toute la pièce.


19

Pour améliorer la visibilité, la poudre et la pièce pourront être colorées de façon à obtenirun contraste maximum suffisant. Des poudres à base de produits fluorescents sont utiliséespour un examen en "lumière noire". On distingue :

La voie sècheLa poudre est appliquée au cours de la magnétisation par saupoudrage manuel ou

mécanique ou soufflage. Après application on enlève l'excès de poudre par un légersoufflage.

La voie humide

On utilise un porteur de poudre qui peut être un produit pétrolier ou de l'eau. Outre lespropriétés de viscosité de ce liquide, la qualité du contrôle est conditionnée par lagranulométrie et la concentration de la poudre.La voie sèche permet des contrôles à des températures plus élevées et les indicationsapparaissent plus nettement tandis que la voie humide est d'usage plus facile et permet desimages plus fines.L'information donnée par l'image magnétique peut être conservée :• Sous forme de clichés photographiques,• Sous forme de prélèvements à l'aide de papiers adhésifs ou produits pelliculaires.

4.6 Démagnétisation :Le magnétisme résiduel, conservé par les pièces, peut présenter des inconvénients pour les

phases ultérieures d'élaboration (usinage, soudage,...) ou pour l'utilisation (piècesmobiles,...).Il convient dans ce cas de démagnétiser les pièces. Le principe consiste à soumettre lapièce à un champ magnétique dont on diminue très progressivement l'intensité en inversantà chaque fois son sens. On parcourt ainsi des cycles d'hystérésis de plus en plus petits.Cette opération peut se faire avec l'appareil de magnétisation ou dans un tunnel.

4.7 Procédure de contrôle :La mise au point d'un contrôle magnétoscopique réclame la détermination précise :

• Des conditions de préparation de la pièce.• Des conditions d'aimantation• Des conditions d'application du révélateur• des conditions d'examen• Des conditionnements des pièces après contrôlePour chaque contrôle, il existe un cahier des charges ou une norme à respecter.Le lecteur se reportera aux normes NF A 09-125, NF A 04-121, NF A 09-130, NF A 09-170.


20

II.5 Contrôle par rayons ionisants (Radiographie) :L’examen de la structure ou de la santé interne d’un objet par radiographie consiste à lefaire traverser par un rayonnement électromagnétique de très courte longueur d’onde(rayons X ou γ ) et à recueillir les modulations d’intensité du faisceau sous forme d’uneimage sur un récepteur approprié, un film dans la plupart des cas, comme l’illustre la figureII.4 . Selon le même principe, on peut obtenir des images en utilisant d’autres particulesque les photons et ainsi mettre en œuvre des techniques. [9]

Figure. II.4 contrôle par radiographie.

5.1 Principe du contrôle :Le contrôle par rayonnements ionisants est le suivant :

• La pièce est soumise à l'action d'une source de rayonnement. Le rayonnement sortant dela pièce est fonction de l'épaisseur traversée. Au droit d'un défaut, l'intensité transmise seraplus élevée ou plus faible.• Une image se forme sur le film après exposition pendant un temps donné fonction dumatériau, de l'épaisseur et de la puissance de la source, de la qualité du rayonnement.• Le film est développé et interprété sous un éclairage adapté. [9], [10].

5.2 Obtention des rayons X et γ : Les rayons X :

Ils sont produits par un tube radiogène (figure II.9) qui est constitué d'une enceintedans laquelle on a fait le vide et qui contient principalement deux électrodes :• L’une négative (cathode) constituée d'un filament qui porté à incandescence émet desélectrons,• L’autre positive (anode) qui reçoit les électrons accélérés par une différence de potentiel.Ce bombardement électronique produit de la chaleur (99% de l'énergie à 200 kV) et desrayons X.Les caractéristiques d'un générateur sont :• La tension d'accélération qui détermine la vitesse des électrons


21

(elle varie entre 200 et 400 kV),• Le courant cathodique, qui conditionne la production des électrons

(il varie de 5 à 20 mA),• Les dimensions de la tache focale (partie active de l'anode),• Le temps d'utilisation lié aux problèmes de refroidissement de l'anode.

Figure. II. 5 obtentions des rayons X.

Les rayons γ :Ils sont obtenus à partir de sources radioactives. Le tableau II.2 donne quelques sources

utilisées.

NATURE PERIODE Epaisseur de deci-transmissionCésium 137 30 ans 8.4 mm de PbCobalt 60 5.3 ans 13 mm de Pb

Iridium 192 74 jours 2.8 mm de PbTableau. II.2 Rayons γ

5.3 Méthode de contrôle :Le contrôle détecte la différence d'absorption provoquée par la présence du défaut par

rapport au reste de la pièce. Cette différence peut être mise en évidence par :• L’impression de films photographiques,• L’utilisation d'écrans fluorescents et caméras de télévision,• L’utilisation de détecteurs de rayonnements.Par la suite, nous ne traiterons que le cas de la radiographie. Pour chaque contrôle, il existeun cahier des charges ou une norme à respecter. Le lecteur se reportera aux normesNF EN 444, NF EN 462-1, NF EN 462-2, NF A 89-550, NF A 89-551, NF A 89-552, NFA 89-562, NF A 89- 565.


22

Le film radiographiqueLes films sont constitués d'un support plastique recouvert sur les deux faces d'une

émulsion de sels d'halogénures d'argent dans une couche de gélatine. Une descaractéristiques des films est la taille du grain. Les films à gros grains sont plus rapides queles films à grains fins, mais la définition des images est plus faible.

Visibilité des défauts :Cette visibilité des défauts est déterminée par les facteurs suivants :

• La nature et l'épaisseur traversée par le rayonnement du défaut,• Les facteurs géométriques (distance du foyer de la source au film par exemple)

qui vont conditionner la netteté des contours du défaut (problème de flou),• Les propriétés du film (granulation, voile de base, présence d'écrans filtrants et

(ou) de renforçateurs),• La qualité du rayonnement utilisé.

Qualité du contrôle :Pour apprécier la qualité de l'image radiographique, il faut la traduire sous forme

numérique. Pour cela, on utilise des indicateurs de qualité d'image (IQI). Ils sont placés aucontact de la pièce face à la source de rayonnement. L'image de l'IQI sur le film traduira laqualité de l'image.Les principaux IQI utilisés sont les suivants:• Indicateurs à fils (utilisé dans la plupart des pays européens),• Indicateurs à gradins percés (utilisé surtout en France),• Indicateurs à plaquettes percées (utilisé aux USA).

Figure. II.6 Exemple d’indicateur de qualité d’image (IQI). Protection :L'emploi de source de rayonnement demande le respect des réglementations sur la sécurité

des opérateurs de contrôle.


23

II.6 conclusion :Les méthodes de contrôle non destructif sont appliquées souvent sur les joints de souduresQuel que soit le procédé de soudage utilisé, les contrôles non destructifs sont nécessairespour qualifier les pièces à assembler.

Chapitre III :

Apport sur les méthodes ultrasonorespour l’inspection des matériaux.

Chapitre III : apport sur les méthodes ultrasonores pour l’inspection des matériaux.

24

Introduction :L'ultrason est une onde mécanique et élastique, qui se propage au travers de supportsfluides, solides, gazeux ou liquides. La gamme de fréquences des ultrasons se situeentre 20 000 et 10 000 000 Hertz, trop élevées pour être perçues par l'oreille humaine.Le contrôle par ultrason est appliqué aux fabrications, aux demi-produits etéventuellement aux produits finis, en petite ou grande série, il est capable de mettre enévidence les défauts en préservant l’intégrité des produits contrôlés.

III.1. Nature des ultrasons :Les ultrasons sont des vibrations élastiques d’origine mécaniques qui se propagentdans un milieu matériel.Les ultrasons sont de même nature que le son mais de fréquence plus élevé.

Figure.III.1 nature des ultrasons.1. Domaine des infrasons, (inaudible) de 0 à 16 Hz2. Domaine des sons, (audible) de 16 à 16.103. Domaine des ultrasons, (inaudible)4. Domaine des hyper son, (inaudible)En CND on utilise la bonde de 0.5 à 25 MHz

1.2. Production des ultrasons de fréquence élevés :On part par des oscillations électriques pour les traduire ensuite en vibrationsmécanique, la piézoélectricité est pratiquement la seule méthode utilisée dansl’industrie. [2] principe de la piézoélectricité :

Effet direct : une action mécanique provoque l’apparition d’un dipôle électrique danschaque maille cristalline d’un matériau, par déplacement des centres des chargespositives et négatives.

Effet inverse : l’application d’une certaine tension entre les faces métallisées ducristal le dilate ou le contracte suivant le sens de la tension appliquée.

Une tension de 500 volts par exemple provoque une contraction d’une lame dequartz.


25

substances piézoélectriques : naturels :

Ces substances ne peuvent fournir que de faibles puissances à l’émission, maisprésentent par contre une bonne sensibilité électrique et mécanique dans le temps, ontrouve des éléments naturels tel que :Quartz, sel de rochelle,

artificielles :Les chercheurs ont obtenus des propriétés piézoélectriques analogues à celles desmonocristaux, en utilisant des (céramiques artificielles) élaborés à partir d’agrégats demicrocristaux ferroélectriques poly domaines.Les éléments chimiques qu’on trouve : sulfate de lithium, titane de baryum, phosphated’ammonium des hydrogéné.

III.2. propriétés des ultrasons :

2.1. L’onde ultrasonore : Une onde est le lieu géométrique des particules dans le même état vibratoire. Tout mouvement ondulatoire répond à l’équation périodique suivante. [2]

sin( )u A tAvec : U : élongation instantané,

A : élongation maximal, : Pulsation de mouvement.

t : temps.

Figure. III.2 onde ultrasonore. Le temps nécessaire à une oscillation est la période T [s].

Le nombre d’oscillations par seconde est la fréquence f [Hz].

La distance parcourue par l’onde pendant une période s’appelle la longueur d’onde

[m] tel que : =C

f.

Avec C : Vitesse de propagation de l’onde [m/s].

f : Fréquence d’oscillation [Hz].

2.2. La pression et l’impédance acoustique : Le déplacement des particules entraine dans le milieu de propagation desaugmentations et diminuions successives de pression P.La pression dépend des caractéristiques de l’onde ainsi que celles du milieu depropagation.[2]


26

L’impédance acoustique Z est une grandeur caractérisant le milieu et reliant lapression acoustique a la vitesse de vibration des particules.Soit :

P C Ou P Z tel que : Z CAvec :

Z : Impédance acoustique [kg/m2.s]. : Masse volumique [kg/m3].

C : Célérité du son [m/s].

: Déplacement des particules [m].

: Pulsation cyclique [rad/s] ou 2 f f : Fréquence de l’onde [Hz].

Ainsi la densité de puissance acoustique ‘ J ’ soit :21

2

PJ

Z En Watt [W].

Avec :P : Pression [Pa].Z : impédance acoustique [kg/m2.s].

2.3. Propagation de l’onde ultrasonore :Le mode de propagation des ondes acoustiques se détermine par les propriétésélastique du milieu et par le type d’impulsion, on peut motionner quatre types depropagation des ondes ultrasonores. [2], [3].

Onde longitudinale (ou de compression) :Une onde est dite longitudinale lorsque la direction de propagation est parallèle à la direction

de vibration des particules.

Figure. III.3 propagation d’une onde longitudinale.

Mouvementdes particules.


27

La vitesse de propagation de l’onde longitudinale « VL » :

VL =1

(1 )(1 2 )

E

ou VL=

2

Avec : : Masse volumique [kg/m3]

E : Module d’Young [Pa] : Coefficient de poisson [sans unité]

, : Constantes de LAME [Pa].

Onde transversale (ou de cisaillement) :Une onde est dite transversale lorsque la direction de propagation de l’onde estperpendiculaire au sens de vibration des particules.

Figure. III.4 propagation d’une onde transversale.

La vitesse de l’onde transversale « VT » :

VT =1

2(1 )

E

ou VT=

Avec : : Masse volumique [kg/m3]

E : Module d’Young [Pa] : Coefficient de poisson [sans unité] : Module de cisaillement [Pa].

Mouvementdes particules.


28

Onde de surface (ou de Rayleigh) :On obtient une onde de surface lorsque on superpose une onde de mode longitudinaleet une onde de mode transversale de même direction parallèle a la surface d’un solide.

Figure. III.5 propagation d’une onde de surface.La vitesse de l’onde de surface est « VS » :

VS =0.87 1.12

1

1

2(1 )

E

Pour les métaux : VS=0.9VT

Onde de plaque (ou de Lamb) :Lorsqu’une plaque d’épaisseur voisine de la longueur d’onde est soumise à une ondede surface, cette dernière disparait en faisant apparaitre deux type d’ondes platesappelées onde de Lamb symétrique et antisymétrique.Dans le mode symétrique, les particules sure les deux faces de la pièce vibrent enopposition de phase en décrivant des ellipses. Sur l’axe neutre de la plaque lemouvement vibratoire des particules est longitudinal.Dans le mode antisymétrique, les particules sur les deux faces de la pièce vibrent enphase, en décrivant des ellipses. Sur l’axe neutre de la plaque, le mouvementvibratoire des particules est transversal.

Figure. III.6 propagation d’une onde Figure. III.7 propagation d’une ondeDe plaque symétrique. De plaque antisymétrique.

La vitesse de propagation de l’onde de plaque « Vp »est déterminé par :VP= e ƒAvec : « e » : l’épaisseur de la plaque, « f » : la fréquence de l’onde.

2.4. Transmission entre milieux :Quand une onde ultrasonore traversant un matériau rencontre la limite d’un matériaudifférent perpendiculaire aux ondes, une partie de l’énergie des ondes est réfléchievers la source et l’autre partie poursuit son parcours. Le pourcentage de réflexion parrapport à la transmission est lié à l’impédance acoustique relative des deux matériaux[2],[11].


29

tel que : Z CAvec : La masse volumique du milieu [kg/m3].

C : La vitesse de son dans ce milieu [m/s]L’incidence de l’onde peut se faire de deux manières :

2.4.1. Incidence normale :Lorsqu’une onde longitudinale Ui arrive perpendiculairement à l’interface de deuxmilieux (1) et (2) d’impédance acoustique Z1 et Z2, avec une vitesse V1, une partieUr de l’onde incidente est réfléchie vers le milieu (1) avec une vitesse V1 l’autrepartie Ut est transmisse dans le milieu (2) avec une vitesse V2.

Figure. III.8 incidence normal.

Le rapport entre la pression acoustique de l’onde réfléchi Pr. et la pression acoustique del’onde incidente Pi est appelé le coefficient de réflexion R.

2 1

2 1

r

i

P Z ZR

P Z Z

Avec : Z1 : impédance acoustique du milieu 1

Z2 : impédance acoustique du milieu 2

Le rapport entre la pression acoustique de l’onde transmise Pt et celle de l’onde incidente Pi

est appelé coefficient de transmission T.

2

2 1

2t

i

P ZT

P Z Z

Avec : Z1 : impédance acoustique du milieu 1

Z2 : impédance acoustique du milieu 2


30

2.4.2. Incidence oblique :Lorsqu’une onde ultrasonore incidente arrive obliquement sur l’interface de deux

milieux, trois phénomènes apparaissent : réflexion, réfraction et transformation demode.La réflexion est la partie d’énergie réfléchie par le milieu 2 dans le milieu 1, ainsil’onde transmise subit des changements brusques de direction si les vitesses depropagation sont différentes dans les deux milieux, c’est la réfraction.Selon la nature des deux milieux et de l’angle d’incidence, l’onde incidente peutsubir d’une transformation de mode en onde longitudinale, transversale ou de surface.

Figure. III.9 incidence oblique.Les angles de réflexion et de réfraction de chaque mode d’onde peuvent se déterminerpar la loi de Snell –Descartes :

1 1 2 2

1 1 1 2 2

ˆ ˆˆ ˆˆ s i n s i n s i n s i ns i n L T L T

L L T L T

i i R Ri

V V V V V

Avec : VL1,2 et VT1,2 Vitesses de propagation des ondes.Dans ce mode d’incidence il est important de citer les deux angles d’incidence limitesexistant qui sont : un angle limite d’onde longitudinale et un angle limite d’ondetransversale.

Le premier angle limite est calculé en mettant : 2ˆsin LR =1 (à la disparition de

l’onde longitudinale) ce qui donne :

11

2

ˆ arcsin LC

L

Vi

V


31

2.5. Le faisceau ultrasonore (acoustique) :Les sources ultrasonores présentent une caractéristique directionnelle fortement

marquée, les valeurs nominales des amplitudes de pression ne peuvent être détectéesque dans un faible secteur de l’espace.[2].La partie la plus importante du champ acoustique, présentant une signification pour

le contrôle, se limite à un faible secteur du champ que l’on décrit par le faisceauacoustique. On peut décomposer ce faisceau en deux zones :

Figure. III.10 les zones du faisceau acoustique.

le champ proche (ou zone de Fresnel) :

Le champ proche est la zone près de la sonde où la pression acoustique passe par unesérie de maximums et de minimums. Il se termine au dernier maximum sur l’axe àune distance N de la face de la sonde. La distance N du champ proche représente lecentre naturel de la sonde.[2].

2

4

DN

Avec : D : diamètre du cristal piézoélectrique.

: Longueur d’onde dans le matériau.

Champ éloigné :Le champ éloigné est la zone au-delà de la valeur N où la pression sonore diminueprogressivement jusqu’à zéro à mesure que le diamètre du faisceau se dilate et queson énergie se dissipe.

s i nK

D

Avec : D : diamètre du cristal.

: Longueur d’onde.K : constante dépend de la géométrie de la source.α : demi-angle du cône.


32

2.6 Atténuation des ultrasons :Est une perte supplémentaire d’énergie en fonction des milieux dans lesquelles sepropage l’onde, la décroissance d’énergie émise suit une loi exponentielle de laforme :

U = U0 exp(- x)Avec :

U : énergie à la distance X.U0 : énergie initiale émise. : Coefficient d’atténuation.

Le coefficient d’atténuation α est la somme de deux termes, le premier termereprésente la perte par l’absorption et l’autre représente la perte par diffusion.

α est extrêmement important dans certains plastique, mais faible dans les métaux.

Milieu detransmission

α (dB/m) Milieu detransmission

α (dB/m)

AcierAluminiumEauFonteGraisse

5 - 501 - 5

120 - 500100 - 500

LaitonPlexiglasOs

50 - 200500

5000 – 20000

Tableau. III.1 Coefficient d’atténuation à 2MHz (ondes longitudinales) de quelquesmilieux.[11].L’atténuation est due à trois phénomènes :

La divergence :Le faisceau diverge à partir de son émission et la pression acoustique, par unité desurface diminue.

L’absorption :Toute onde se propageant dans un matériau cède de son énergie à celui-ci cetteénergie est transformée en chaleur par le milieu. La diffusion : l’atténuation due à la diffusion des ondes provient d’unedissipation de l’énergie dans toute les directions par suite de l’anisotropie et de la nonhomogénéité du matériau.

III.3. le contrôle par ultrasons :

3.1. Émission et réception des ultrasons :L’émission doit se faire par impulsions pour que la réception puisse être effectuée

entre deux impulsions. Pour cela un appareil à ultrason est utilisé, qui permet devisualiser sur un écran, le parcours des ultrasons entre deux impulsions successives.Les appareils à ultrason sont deux types principaux, [3] :


33

Appareils de chantier : qui possèdent un faible encombrement, un faiblepoids et des possibilités réduite. Appareils de laboratoire : lourds, encombrement, complexes. Et quipermettent grâce à leur multiples de possibilités la mise au point de méthodes derecherches.

La chaîne de mesure qui englobe les différentes parties d’un appareil doitcomporter : Un élément d’excitation ou de commande :Pour fixer le déroulement du cycle de contrôle, à quel moment émettre et à quel

moment écouter (recevoir et évaluer). Un générateur d’impulsions :

Il délivre l’impulsion grâce à laquelle le palpeur sera excité pour engendrer lesoscillations mécaniques.

Un palpeur (ou des palpeurs) :Il transforme les impulsions électriques d’excitation en oscillations mécaniques

(ultrasons) et, à l’inverse, les oscillations ultrasonores en impulsions électriques.Les palpeurs peuvent être au même temps émetteur-récepteur ou séparés. Un amplificateur :A la réception, le signal provoqué par l’écho est très faible (0.01V) pour êtrevisualisé sur l’écran, il faut l’amplifier et filtrer, alors l’amplificateur lui associe avecun gain suffisant pour la visualisation. Un tube cathodique (ou écran de visualisation) :Après le traitement du signal, les résultats sont affichés sur un écran d’un tube

cathodique, les distances et les amplitudes des échos sont obtenues grâce à unbalayage horizontal et vertical.

Figure. III. 11 chaines de mesure de contrôle par ultrason.


34

3.2. Technologie des palpeurs :Un palpeur est un dispositif permettant d’émettre et/ou de recevoir des ultrasons. Il estprincipalement constitué par le transducteur et qui est l’élément piézoélectrique.Un palpeur est constitué principalement de quatre éléments [13] :

La pastille piézoélectrique :Le choix de la nature des pastilles piézoélectriques est déterminé par des

critères des prix, de fragilité de sensibilité, de tension d’excitation, de coefficient decouplage piézoélectrique et de résistance à la température.

Actuellement les matériaux les plus utilisés pour réaliser industriellement leséléments sensibles sont à la base de zirconate-titanate de plomb et de titanate debaryum. On joint à ces deux matériaux de base des produits qui améliorent leursensibilité.

L’amortisseur :L’amortisseur à pour but de supprimer la transmission, il permet d’obtenir un signal

bref, son impédance acoustique étant égale à celle de la pastille, la vibration est trèsrapidement amortie (pas de réflexion sur la face arrière).

Les connections électriques :Les faces de l’élément sensible sont métallisées pour permettre un bon couplage

électrique avec les fils de connexion à l’aide de soudure, colles conductrices,ressorts…

Le boîtier :Le boîtier permet une manipulation simple et des montages spécifiques, il protège la

pastille, assure l’étanchéité et la résistance à l’usure

Figure. III.12 élément des palpeurs.

3.2.1. Les type des palpeurs :L’utilisation des ultrasons pour le contrôle des pièces de formes complexes nécessite

la conception de palpeurs parfaitement adaptés.[13].


35

3.2.1.1. Palpeurs droits ou normaux :Les palpeurs droits sont ceux qui émettent des ondes de compression (longitudinale)

dont l’axe du faisceau est perpendiculaire à la surface d’émission. Ce sont les palpeursles plus couramment utilisés, ils offrent une gamme étendue de fréquence, de diamètreet d’amortissement ; le prix est relativement peu élevé.Ce type de palpeurs est utilisé dans les méthodes d’examen par réflexion en jouantsuccessivement le rôle d’émetteur et de récepteur ou dans la technique detransmission soit comme émetteur soit comme récepteur.

3.2.1.2. Palpeurs doubles monoblocs :Les palpeurs doubles ou « émetteur-récepteur » sont constitués de deux palpeursjumelés dans un seul bloc support ; les cristaux sont inclinés afin de permettre parchevauchement des zones déterminées au sein de la pièce en examen.Toutefois, il faut mentionner que la sensibilité de ces palpeurs est maximale au pointd’intersection ou foyer des faisceaux et il est impossible de définir les notions duchamp proche et du champ éloigne. L’utilité de ces palpeurs s’étend, pour un palpeurdéterminé, sur une profondeur relativement courte.

3.2.1.3. Palpeurs d’angle :Les palpeurs d’angle produisent des ondes transversales dans les matériaux en

envoyant une onde longitudinale incidente entre le 1er et le 2ème angle critique. Enpratique, on construit des palpeurs d’angle avec des valeurs angulaires de réfractiondans l’acier de 350, 450, 600, 700 et 800.

3.2.2. Le choix du palpeur :Il est guide par son utilisation ultérieure, et les Considérations essentielles sont :

type de palpeur et son élément actif.

Selon les modalités du contrôle et le type et l’orientation des défauts recherchés,nous prenons un des palpeurs décrits déjà (palpeur droit, palpeur d’angle) enconsidérant son fonctionnement en émission et/ou en réception.

choix de la fréquence.

La fréquence du palpeur est subordonnée au contrôle à effectuer : pour les épaisseurs faibles ou les défauts très fins on utilise les fréquences élevées. pour les matériaux à gros grains, on choisi les fréquences faibles pour éviter le phénomène de

diffusion.

3.3. Méthodes de contrôle :

3.3.1. Méthodes par réflexion ou par écho :En utilisant un appareil ultrasonore contient un palpeur (E/R) relié avec un tube

cathodique muni d’une base de temps, on peut chercher un défaut dans une pièce àcontrôler avec un balayage d’une surface par contact.

Le positionnement de l’écho réfléchi par rapport à l’écho émis sur la base de tempspeut indiquer sa position par rapport à la surface balayée, et son amplitude comparéeavec l’écho émis indique son importance. [1], [2].


36

Le contrôle par réflexion peut s’effectuer par un simple palpeur ou par un palpeurdouble.

Figure. III.13 méthode de contrôle par réflexion. La visualisation de type A (A Scan) : où le défaut est représenté par un écho sur

l’écran, C’est une méthode fréquemment utilisée. La visualisation de type B (B Scan): où une coupe de défaut est visualisée sur un plan

(x, y). La visualisation de type C (C Scan) : où on obtient une image projetée des défauts sur

un plan à la surface de sondage, l’image est similaire au cliché en radiographie.

3.3.2. Méthode par transmission :Cette méthode est appliquée sur les plaques de faible épaisseur, elle nécessite deuxcapteurs ultrasonores (un émetteur et un récepteur).La diminution du signal transmis par rapport au signal émis indique la présence d’undéfaut, or sa position est impossible à détecter.

3.3.3. Méthode par émersion :La pièce à contrôler est immergée dans un liquide de couplage le plus souvent del’eau parfois du pétrole plus rarement de l’huile. Le palpeur n’étant pas en contactavec la pièce à contrôler la hauteur du fluide intervient dans le trajet parcouru par lesultrasons. Le contrôle par immersion peut s’effectuer selon la position de la pièce detrois manières :

Immersion totale. Immersion locale. Méthode par jets.

Figure. III.14 méthode de contrôle par émersion.


37

3.4. Les conditions du contrôle :Avant chaque examen de contrôle, il faut respecter quelques conditions, parmi eux onpeut citer [1], [2] :3.4.1. Les informations requises avant l’examen :

Points convenus pendant la négociation du contrat : Méthode de définition du niveau de référence. Méthode d’évaluation des indications. Critères d’acceptation. Niveau d’examen. Stade d’examen. Qualification du personnel.

Renseignements requis avant l’examen : Procédure écrite, si requise. Métal de base (moulé, forgé, laminé …). Etat de surface, dimensions … Procédé de soudage.

3.4.2. Le niveau d’examen :Les contrôles par ultrasons peuvent s’effectuer sur quatre niveaux d’examen selon la

précision voulue pour le contrôle des assemblages.Niveau 1 : Niveau économique conférant une probabilité modérée de détection.Niveau 2 : Niveau moyen maie de détection élevée.Niveau 2 : Niveau élevé d’examen assurant le taux de détection le plus élevé.Niveau 4 : Non défini et doit faire l’objet d’un mode opératoire écrit.

3.4.3. Conditions à remplir par le personnel, l’appareillage et les traducteurs : Le personnel :

Il doit être certifié niveau 1,2 ou 3 CONFREND ou équivalant (NF EN 473),Pour l’interprétation au minimum niveau 2.

L’appareil à ultrason : l’appareillage doit contenir : Un écran à graduations horizontales et verticales permanentes. Fonctionne en mono ou double traducteur. Permet l’utilisation de traducteurs de fréquence de 2à 5 MHz. Base de temps à gamme étendue de parcours. Commandes retard ou calage horizontal signal départ. Puissance réglable. Amplification suffisante. Commande de seuil. Traducteurs : Ils sont de fréquence de 2 à 5 MHz. En onde transversale, l’angle d’incidence sur la face opposée est compris entre 350 et 700 (en

dehors, il y a changement de mode).

3.5. Vérification des appareillages :Un appareil de contrôle par ultrason doit être vérifié et réglé avant chaque examen àcause de ses caractéristiques qui peuvent être changées et selon les conditions exigéespar l’examen.


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3.5.1. Choix du milieu de couplage :Une matière de couplage doit être existée entre le palpeur et la pièce à contrôler et :

Elle doit avoir de bonnes propriétés de mouillage. Ses caractéristiques doivent rester constantes de l’étalonnage à la fin de l’examen. Elle doit être compatible avec la position de travail et la température de la pièce. Après l’examen, elle doit être éliminée.

Les couplants les plus utilisés : Huiles. Graisses. Pâtes de contact. Colles additionnées d’eau. Gel thixotropique. Eau additionnée ou non d’agent mouillant

3.5.2. Etalonnage et bloc d’étalonnage :Pour utiliser rationnellement un matériel de contrôle par ultrasons, il est

nécessaire à la fois de connaître de manière aussi précise que possible lescaractéristiques de ce matériel et de vérifier les réglages mis en jeu au cours desdivers examens.

Ceci rend indispensable l’usage des dispositifs d’étalonnage constitués par desblocs de forme normalisée permettant de :

Contrôler l’appareillage et les palpeurs, afin de définir leurs caractéristiques propres. Reproduire les conditions de réglages antérieurement utilisés. Comparer éventuellement les possibilités de différents matériels en vue d’une opération

donnée. [1],[2]. Caractéristiques du bloc d’étalonnage :a) Nature du matériau :

Le matériau utilisé pour la fabrication des blocs d’étalonnage doit répondre auxconditions suivantes :

Acier non allié (C% 0.15 %).

Indice conventionnel de grosseur de grains 8.

Vitesses de propagation des ondes ultrasonores longitudinales et transversales sont

respectivement (5920 et 3255 m/s).

D’autres matériaux peuvent utiliser en fonctions des applications (tenir compte des vitesses de

propagation des ondes ultrasonores).

b) Contrôle du matériau :

Avant usinage du bloc, il convient de s’assurer de leur bonne homogénéité et de

l’absence des défauts.


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c) Tolérances :

Les tolérances admises sur les différentes dimensions sont les suivants :

Angle de découlement circulaire 10.

Emmanchement du cylindre en polyacrylate de méthyle H8-n7.

Toutes les autres dimensions : 0.1 mm.

d) Mode opératoire :

Pour l’étalonnage, on doit effectuer :

A l’appareil :

Correction du point zéro.

Etalonnage de l’échelle de mesure par réglage de la base de temps.

Contrôle de la linéarité horizontale et la linéarité verticale.

Réglage de la sensibilité relative.

Aux palpeurs droits :

Contrôle de la zone de silence.

Contrôle du pouvoir de résolution.

Aux palpeurs d’angles :

Contrôle du pouvoir de résolution.

Détermination de point d’incidence (ou d’émergence).

Vérification de l’angle de réfraction.

3.5.3. Bloc de référence :

Le bloc de référence est constitué d’une pièce métallique de forme et de

dimensions normalisées. Ce bloc contient des trous de diamètres et de positions bien

définis.

Le bloc de référence est utilisé pour tracer les courbes Amplitude-Distance

(CAD) avant l’examen.

3.5.4. Principe de trace d’une Courbe Amplitude-Distance (CAD) :

La CAD est une courbe qui donne les amplitudes des échos [dB] en fonction de la

distance [mm].

Après le choix du bloc de référence, on trace une CAD de chaque palpeur

utilisable pendant le contrôle.

Sur le bloc de référence, on peut utiliser plusieurs trous par un palpeur donné qui

nous donnent des échos à des amplitudes et des distances différentes. [1]. [2].


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La courbe est tracée en jointant les différents sommets des échos, ceci est fait en

ajustant le premier écho maximal observé à 80% de la hauteur de l’écran.

Le nombre des points reliés dépend de l’épaisseur de la pièce à contrôler, si la

courbe est descendue sous la ligne de 25%, on doit refaire l’ajustement une autre fois ;

ainsi l’évaluation des défauts sera basée sur cette courbe tracée.

Si le matériau à contrôler est différent de celui du bloc de référence, on doit

effectuer une correction de transfert.

3.5.5. Paramètres à régler avant l’examen :

a) Détermination de l’axe de soudure :

Pour repérer les distances utilisées pendant l’examen, il faut déterminer un repère,

souvent l’axe des soudures.

b) Volume à contrôler :

C’est la zone incluant le métal fondu et le métal de base thermiquement

affecté (ou la ZAT à 10 mm de part et d’autre du joint de soudure).

Figure. III.15 le volume à contrôler.

c) Préparation des surfaces d’examen :

Elles doivent être assez larges pour couvrir le volume à contrôler, lisses, exemptes

d’impuretés susceptibles de perturber le couplage du traducteur ou de gêner le

déplacement du palpeur.

3.6. Evaluation des indications :

Lors de l’examen, pour chaque indication égale ou dépassant le seuil de

notation, on doit effectuer :

La détermination du pouvoir réfléchissant maximum.

La localisation.

L’évaluation de la longueur.

La classification en indication volumique ou non volumique.

L’appréciation de la hauteur (si requise).


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III.4. conclusion :Le contrôle par ultrasons est une méthode technologique efficace, parmi sespropriétés, la détection d’un nombre important des irrégularités dans le matériau oudans un assemblage, ceci dépend de la performance des équipements de contrôle.

Chapitre IV :

Etudes expérimentale appliquée surun joint soudé.

Chapitre IV : étude expérimentale appliquée sur un joint soudé.

42

Introduction :Le contrôle par ultrasons est un procédé de contrôle non destructif consistant àengendrer une impulsion ultrasonore dans le matériau et à observer les échos éventuelsréfléchis par les discontinuités rencontrées.La connaissance de ce procédé implique les analyses suivantes : Etude de la propagation des ondes ultrasonores, Etudes de l’appareillage permettant l’émission d’impulsions ultrasonores, laréception et l’observation des échos, Etudes des principes généraux du contrôle par ultrasons, Etudes des principes particuliers propres aux différents types de produitsindustriels. Ce travail pratique consiste à détecter, mesurer et identifier un défaut àl’intérieur d’un cordon de soudure d’une canalisation en acier au carbone en utilisantle contrôle par ultrasons.

Figure. IV.1. la vue en coupe de la pièce.

Figure. IV.2 la vue en dessus de la pièce.

IV.1. cadre de contrôle :1.1 Caractéristiques de tube utilisé: désignation : un tube métallique en acier au carbone X60, de diamètre : 24pouces, et d’épaisseur : 29mm, en coupant un tançant de longueur : 398 mm, et delargeur 288mm.

Le cordon desoudure

Un morceau detungstène


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nuance : API5L X60 propriétés mécaniques : limite élastique minimum : 413Mpa résistance a la traction minimum : 517Mpa élongation minimum : 19% composition chimique % (1). carbone : 0.26 manganèse : 1.20 phosphore : 0.030 soufre : 0.030

Figure. IV.3 tube métallique en acier au carbone.

1.2 La réalisation du cordon de soudure :Le chanfrein a été crée en utilisant une meule électrique, afin de faire une ouverture dans lecorps du tube en forme V.

Figure. IV.4. le croquis du chanfrein.

Ecartement des bords : 4mm Angle du chanfrein : 40° Talon : 3 mm.

Figure. IV.5 préparation du chanfrein.


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1.3 La création du défaut :Pour la création d’une hétérogénéité (Discontinuité) à l’intérieur de la soudure, nousavons mis un morceau de tungstène comme il est montré dans les figures (IV.1, IV.).

1.4 Les procédés du soudage utilisés :Pour remplir le chanfrein crée, nous avons utilisé deux procédés de soudage : TIG (Tungsten Inert Gas) : ce procédé est utilisé pour le soudage de la 1ère passe et

pour couvrir le morceau de tungstène. SMAW (Shielded Metal Arc Welding) : Ce procédé est utilisé pour le soudage des

autres passes (Bourrage et Finition).

Figure. IV.6. le procédé TIG. Figure. IV.7. le procédé SMAW.

IV.2 préparation du contrôle :- avant d’entamer le contrôle il faut bien choisir la procédure de contrôle, ellesexistent plusieurs procédures selon le type de contrôle et le niveau d’inspection et lecritère d’acceptation.- notre procédure dans ce travail pratique consiste à décrire les étapes suivantes : Le choix de la méthode d’évaluation. L’adoption de la méthode cascade pour le déroulement de contrôle. L’étalonnage de l’appareillage. Les critères du pouvoir réfléchissant. Méthode de dimensionnement.

2.1 Le choix de la méthode d’évaluation :- Pour le présent travail nous allons exposer trois méthodes d’évaluation, chacunedonne une probabilité différente de détection des défauts. [11].


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- Ces méthodes permettent l’évaluation des défauts vis-à-vis des critères d’acceptationpar l’une des techniques suivantes :a) Evaluation basée sur l’amplitude du signal de l’indication et sur sa largeur.b) Evaluation basée sur l’amplitude du signal de l’indication, sa classification(Volumique, Non volumique) et sa largeur.c) Dans le cas particulier par exemple de l’application de l’aptitude à l’emploi, ladeuxième technique sera complétée par une appréciation de la hauteur du défaut sicelui-ci a été classé non volumique.- Ces trois méthodes sont schématisées par l’organigramme IV.1- Pour notre travail, nous avons adopté la deuxième méthode.

- Organigramme. VI.1 choix de la méthode d’évaluation.


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2.2. La méthode de cascade :La classification effectuée résulte de l’application en cascade de plusieurs critèresdiscriminatoires [11] :

Pouvoir réfléchissant. Réflectivité directionnelle.

Allure de l’écho (A-SCAN). Comportement dynamique de l’écho. La procédure « cascade » est interrompue dès que l’un des critères est satisfait.A contrario, lorsque l’un des critères n’est pas satisfait, on passe à l’étape suivante. Les angles nominaux des traducteurs utilisés pour la classification sont à prioriles mêmes que ceux spécifiés pour la détection. La procédure cascade codifie une approche industrielle et définit des valeursseuils en décibels (dB), soit par rapport à la courbe amplitude distance (CAD), soitentre différentes incidence de contrôle. Le niveau d’évaluation ainsi que le diamètre du trou du bloc de référence àutiliser sont définis par avance. Les valeurs seuils à utiliser dépendent du diamètre du trou des blocs deréférence. Dans notre cas nous avons utilisé un bloc de référence dont le diamètre detrou ø = 1,5 mm, dont on utilisera les valeurs seuils mentionnées sur« l’organigramme IV.2 » La procédure cascade comporte cinq étapes ayant chacune un rôle bien défini :

1ère étape : Eviter de prendre en considération les indications peuréfléchissantes. 2ème étape : Toutes les indications fortement réfléchissantes sont considéréescomme des défauts non volumiques. 3ème étape : Caractérisation préférentielle des manques de fusion sur chanfrein,entre passes ou collage inclusionnaire.

4ème étape : Caractérisation préférentielle de certaines inclusions. 5ème étape : Caractérisation référentielle des fissures.Note : Les défauts « hybrides », c'est-à-dire résultant de l’association d’un manque defusion et d’une inclusion sont caractérisés en défaut non volumiques par la procédurecascade. On note |S4| la valeur absolue de S4.


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Organigramme. IV.2 synoptique de la procédure cascade .a) (S1 = niveau d’évaluation) : le niveau d’évaluation est fixé généralement avantd’entamer le contrôle, c'est-à-dire qu’il n’y a as de classification si l’amplitude de l’écho esten dessous de cette valeur (sauf spécification contraire dans la procédure).b) (S2=CAD+8dB) : si l’écho de défaut est deux fois et demi plus réfléchissantque la CAD prise comme référence, le défaut est classé non volumique.c) (S3=CAD – 2dB) : si le pouvoir réfléchissant atteint au moins 80% de la CADprise comme référence et s’il existe un déséquilibre de réflectivité égal au moins à S4alors le défaut est classé non volumique Avec S4 = 9 dB pour les ondes transversales à 4 MHz. Avec S4 = 15 dB entre une incidence en ondes transversales et une incidenceen ondes longitudinales Les incidences i de contrôle utilisées sont séparées d’au moins 10°. Lescomparaisons doivent être effectuées sensiblement dans la même zone du défaut.d) Prise en compte des comportements les plus pénalisants. Le diagnostic doitêtre redondant pour au moins 2 incidences de contrôle.e) Si l’écho dynamique n’est pas VARIAL, le défaut est classé volumique, ledéfaut est classé volumique (VAROUL, CLOCHE).

Nota importante : les valeurs mentionnées sur la présente figure sont à utiliserlorsque les échos de référence sont obtenus sur des génératrices d’un diamètre de 1,5mm.

S1 S2 S3 |S4| Echo dynamiqueNiveau

d’évaluationCAD

+ 8 dBCAD-2 dB

∆Hd = 9 dB∆Hd = 15 dB

VARIAL


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2.3 L’étalonnage de l’appareillage :En métrologie, l'étalonnage est une opération qui concerne les appareils de mesure oude restitution de données. Deux appareils différents — de conception différente, maisaussi deux appareils de la même gamme (même marque, même modèle) ne réagissentpas exactement de la même manière. Il faut donc une procédure permettant d'obtenirle même résultat à partir de la même situation initiale. [1].

2.3.1 Le matériel utilisé : Appareil à ultrasons : USN 52 numérique.Producteur : krautkramer branson « Allemagne ». Traducteurs : -palpeur droit « OL », Ø10, 4MHz.

-palpeur à angle « OT », « 45°, 60°, 70° », 4MHz, 8×9 Blocs d’étalonnages : V1 type B. Blocs de référence : ce sont des blocs réalisés dans un matériau présentant descaractéristiques acoustiques voisines, qui présentent des réflecteurs artificiels tels que :

-des trous cylindriques à fond plat,-des génératrices de trous cylindriques,-des rainures ou entailles.

Figure. IV.7 matériel utilisé.

2.3.2. L’étalonnage de la base du temps:L’étalonnage de la base de temps de l’appareil de contrôle à pour but d’établir unecorrespondance entre la position d’un écho en nombre de carreaux sur l’écran et leparcours (en mm) de l’onde ultrasonore entre le point d’entrée dans la pièce et leréflecteur qui est à l’origine de l’écho. (Aller simple).L’étalonnage prend en compte un « aller simple » de l’onde dans la pièce pourfaciliter l’interprétation et le positionnement ultérieur, mais en réalité l’onde fait un« aller-retour », c’est-à-dire le double parcours. [13]


49

Il y a deux réglage successifs sont à prévoir pour l’étalonnage de la base du temps :1. Réglage qui prend en compte les caractéristiques du matériau et l’échellechoisie : ce réglage permet d’étaler plus ou moins l’échelle horizontale pour aboutir àune échelle représentative en mm par carreau.2. Réglage qui prend en compte les caractéristiques du traducteur et couplage : ceréglage permet de compenser le temps de parcours préliminaire dans le traducteur afinque la position zéro corresponde à un parcours sonore (PS) nul (entrée de l’onde dansle matériau).

Figure. IV.8 l’écho de fond à l’extrémité Figure. IV.9 l’écho répétitif de l’échoDroite de l’écran de fond à l’extrémité droite de l’écran.

2.3.3. Vérification du pouvoir de résolution :Le pouvoir de résolution est relié non pas au palpeur simplement mais à l’appareillageà ultrason tout entier (à la chaine de contrôle : appareil, câble, palpeur). Unappareillage à ultrason possède un bon pouvoir de résolution si l’on peut observer surl’écran deux échos nets et bien séparés correspondants à deux obstacles proches l’unde l’autre sur l’axe du faisceau.La position « H » du palpeur sur le bloc d’étalonnage N°1 sert au contrôle du pouvoirde résolution lequel est d’autant meilleur que les trois échos obtenus sont nettementséparés les uns des autres.[1],[13].

Figure. IV.10 vérification du pouvoir de résolution.


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Selon la norme : (NF A 09 320) : échelle : 100 mm (Acier), 2ème et 3ème écho à 80%de la hauteur de l’écran et mesure de la largeur du 1er écho à 20% de la hauteur. Si lalargeur ≤ 6mm (acier), alors le, pouvoir de résolution est bon, sinon nous avons unmauvais pouvoir de résolution.

Figure. IV.11 résolution obtenue par un palpeur droit.

2.3.4. Vérification de la linéarité horizontale et verticale : Linéarité horizontale : Les échos de fonds répétitifs sont équidistants sur lesgraduations correspondantes théoriquement avec une tolérance maximale de 1% de lalongueur graduée de l’écran.

Figure. IV.12 vérification de la linéarité horizontale. Linéarité verticale : Prenant un écho quelconque et on l’amplifie par + 6 dB,si le pourcentage de son amplitude se double sur l’écran avec une tolérance de 2%,c'est-à-dire nous avons une bonne linéarité verticale.

Figure. IV.13 vérification de la linéarité verticale.


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2.3.5 Vérification des caractéristiques des palpeurs : Palpeur droit :A. Détermination de la zone de silence ou la zone morte :La plus petite distance au dessus de laquelle un réflecteur donné ne fournit plus unécho net est bien séparé, de l’impulsion initiale détermine (zone morte).Pour déterminer la zone morte de notre palpeur droit nous avons utilisé une cale àgradins.« t » correspond à la durée de l’émission. Pendant ce temps, tout écho correspondant àun défaut ne sera pas visualisé, donc non détecté, puisque son écho sera superposé àcelui de l’émission.« ZM » la zone morte (ou zone de silence) peut être assimilée à une distance.La détermination de cette zone est donc nécessaire avant tout contrôle avec un« palpeur droit », afin de connaitre avec précision l’étendue du contrôle.Il suffit de mettre le palpeur sur une position « P » de la cale à gradins correspondanteà une épaisseur « e », puis voir si l’écho de ce réflecteur est séparé du signald’émission, on déplace le palpeur sur une position « P’ » correspondante à uneépaisseur « e’ » inférieur à « e » et ainsi de suite jusqu’à une position correspondante àune épaisseur minimum où l’écho du réflecteur arrive presque à toucher le signald’émission. Et on dit que la zone de silence est égale à cette épaisseur minimum.NB : Si un contrôle à 100% de la pièce est exigé, c’est un examen prés de la surfacedoit être effectué alors un « relais » peut être adapté au palpeur ou la technique parimmersion doit être adoptée. [1], [13].

Figure. IV.14 détermination de la zone morte.


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Pour notre palpeur la zone de silence égal à 4mm.

Figure. IV.15 détermination de la zone morte de notre palpeur. Palpeur à angle :

A. Détermination du point d’émergence (ou d’incidence) :Lorsque l’écho atteint son maximum d’amplitudes, le « point d’émergence » dufaisceau ultrasonore coïncide avec le centre de l’arrondi de (rayon=100mm)exactement. [13].On peut lire la graduation qui correspond sur face latérale du palpeur.

Figure. IV.16 détermination du point d’émergence.

Dans notre cas nous avons trouvé les points d’émergences suivantes :Palpeur (OT 45°) : PE=8.5mm.Palpeur (OT 60°) : PE=9mm.Palpeur (OT 70°) : PE=12mm.Avec : « PE » : le point d’émergence.

B. Détermination de l’angle de réfraction :Lorsque l’écho atteint son maximum d’amplitude le prolongement de l’axe dufaisceau passe exactement par le centre de l’arrondi de diamètre (d=50mm).[13].

Figure. IV.17 détermination de l’angle de réfraction.


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L’angle de réfraction peut être calculée à l’aide de la formule : tan = , car

la lecture directe sur la cale est souvent imprécise puisque les graduations sontinscrites de 5° en 5°. (D est mesuré à l’aide d’un réglet, B = D – 35 ; A = 30).Palpeur (OT 45°) : d=67mm, B=32mm, α=46.84°Palpeur (OT 60°) : d=84mm, B=49, α=58.93°Palpeur (OT 70°) : d=118mm, B=83mm, α=70.12°C. Vérification de l’angle de bigle :

Ce contrôle à pour but de vérifier que l’axe du faisceau US est dans le plan médianvertical du traducteur. Palpeur placé en position montrée dans la figure – sur le bloc d’étalonnageN°1.

Face avant du palpeur dirigée vers le trou de diamètre 1,5mm. Recherche de la réflexion maximale du coin du trou.

En l’absence de « Bigle » l’axe du traducteur passe par le centre du trou. L’angle maximal de « Bigle » formé par l’axe du traducteur et la droite quijoint le point d’incidence au centre du trou de diamètre 1,5 mm ne doit pasdépasser 2° [13].

Figure. IV.18 vérification de l’angle de bigle.


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2.3.6 Traçage de la courbe amplitude distance (CAD) :

La courbe de correction amplitude-distance (DAC) sert à tracer la variationd’amplitude des réflecteurs de la même taille situés à des distances différentes de lasonde. Ces réflecteurs créent des échos dont l’amplitude dans le champ lointaindiminue avec la distance en raison de l’atténuation et de la divergence du faisceaupendant son trajet à travers la pièce inspectée. La courbe DAC compensentgraphiquement l’atténuation du matériau, les effets du champ proche et la divergencedu faisceau. Dans une configuration DAC, l’amplitude des échos provenant deréflecteurs de la même taille que les réflecteurs utilisés pour l’étalonnagecorrespondra à la hauteur de la courbe, peu importe la profondeur ou la distance. Dela même manière, les réflecteurs plus petits ou plus grands que les réflecteurs utiliséspour l’étalonnage généreront des échos au-dessous ou au-dessus de la courbe.

Dans notre cas nous avons utilisé un réflecteur de 1.5mm de diamètre percé dans lebloc d’étalonnage pour tracer la CAD en utilisant 05 parcours sonores différents afinde tracer 05 points. [1], [2]

Figure. IV.19 traçage de la CAD.Palpeur (OT 70°) :G=46dbAvec :« G » la valeur du gain en décibel.

2.3.7 Correction du transfert :La CAD ne peut être utilisé lors du contrôle d’une pièce que celle-ci atténue lesultrasons de même façon que la pièce de référence. Ce point doit être vérifié.La correction de transfert fait appel à deux traducteurs d’angle identiques à celuiutilisé pour tracer la CAD initiale, l’un travaillant en émetteur l’autre en récepteur. Onutilise d’abord le bloc de référence. Les traducteurs sont placés en opposition, commel’indique la figure, l’écho reçu par le traducteur récepteur est amplifié de façon à ceque son sommet soit sur la CAD déjà tracée sur l’écran, on place ensuite les deuxtraducteurs sur la pièce à contrôler. [1].-Amplification sur la référence G1=15db-Amplification sur la pièce G2=9dbΔG=G1-G2=6dbLe gain utilisé pour l’établissement de la CAD est 46db dans ce cas le nouveau gainest 46+9=55db.


55

IV.3 Exécution du contrôle :Après avoir réussi à étalonner nous allons procéder au contrôle d’une pièce soudée,mais avant le commencement et afin de faciliter le travail il y a des paramètres àdéterminer tels que le recule max et l’échelle minimale. [1]A. Le recule max :

C’est le point le plus loin du bord de joint qu’il va nous assurer de contrôler lasoudure et la zone affectée thermiquement par un demi bond et un bond complet. [1].

Figure. IV.20 calcul de recul max.= + + = 2 += é . ( )Donc = 2 . é . ( ) +Tel que : ép : c’est l’épaisseur de la pièceZAT : généralement on la prend 10mmDans notre cas ép = 28.9 mm , α = 70.12° , ZAT= 10 mm.Donc : = 2 . 28,9 . (70.12) + 10 = 169.84B. L’échelle minimale (l’étendu) :C’est le parcours sonore minimal à afficher sur l’écran de visualisation et il est définipar la relation suivante [1] :Etendu = 1.25 X (un bond complet)

un bon complet = 2 . y = éDons notre cas := 28,9cos 70.12 = 85

Etendu = 1,25 X 2 X 85 = 212.5 mm

Figure. IV.21 calcul de l’étendu.


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C. vitesse de balayage :

En contrôle manuel, la vitesse de déplacement du traducteur est généralement inferieurà 150mm/s. [1]D. Recouvrement :

Pour un contrôle à 100% d’une zone, le pas doit être, en général, inferieur ou égal à lalargeur du faisceau à - 6db pour toute la profondeur explorée, avec un recouvrementde 25% minimum de la largeur du traducteur. [1]E. Mouvement du palpeur : Mouvement Zig zag : est une combinaison entre deux mouvementlongitudinal et transversal, parallèle à l’axe de la soudure avec un pas ne dépasse pasla largeur du palpeur.

Mouvement pivotant : des oscillations angulaires de « 10° à 15° » environd’amplitude de chaque coté de l’axe de déplacement. [1]

Caractérisation des indications :

3..1 Évaluation du pouvoir réfléchissant :

La hauteur maximale de l’écho de l’indication est comparée avec la CAD, on note

ensuite la différence en db de l’indication du défaut par rapport à la CAD.

Si le seuil de notation est atteint, et la différence par rapport a la CAD est de l’ordre

14db ,cette indication est consignée dans le rapport d’examen. [11].

Figure. IV.22 évaluation du pouvoir réfléchissant.


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3.2 Localisation du défaut :

Figure. IV.23 localisation du défaut.

Lorsqu’un écho est apparu sur l’écran de l’appareil à ultrason :

L’amplitude maximale est d’abord recherchée.

Le parcours sonore est déterminé (lu directement sur l’écran de l’appareil)

La cote « a » est mesurée du point d’émergence du traducteur à l’axe de la

soudure.

La cote « x » du point « 0 », début de palpage à l’axe géométrique du

traducteur.

Ensuite la localisation, c’est à dire l’endroit exacte de l’indication dans le joint de

soudure (cote « y » et « z ») est déterminée par calcul.

’ é « é » ’é è « » :1ér cas : détection en ½ bond

D=PS×sin , Z=PS×cos2em cas : détection en bond complet

D=PS×sin , Z=2×e-(PS×cos ).


58

Le tableau en dessous montre les résultats obtenus :

Position dutraducteur

Mesure des cotes

X1mm

Y1mm

Parcourssonore mm

amm

Dmm

Zmm

10 25 58 59 54.5 19.72

25.5 17 52 50 48.9 17.68

40 10 44 43 41.36 14.96

55 27 63 61 59.22 21.42

61 20 54 53 50.76 18.36

Tableau. IV.1 résultats obtenus pour localier le défaut.

Note : la détection du défaut était par ½ bond.

3.3 Dimensionnement de défaut :La longueur IX d’une indication est déterminée de façon conventionnelle par ladistance qui sépare les deux positions de l’axe du traducteur pour lesquelles onconstate un affaiblissement de Hd/2 correspondant à environ 6 décibels par rapport àla position donnant lieu à l’écho de défaut d’amplitude maximale. [1],[2].Toutefois deux cas particulier mettent cette règle générale en défaut :

1er Cas : l’écho de défaut Hd présente deux maxima séparés par une zone deréflexion moindre où la variation d’amplitude est supérieure à 6 dB. I1 et I2 = longueurs apparentes. L : longueur réelle > I1 + I2

2ème : l’amplitude de l’écho de défaut présente une variation non monotone I : longueur apparente ˂ L : longueur réelle.

La longueur à utiliser pour appliquer les critères est la longueur cumulée résultant desinvestigations effectuées à l’aide des différents traducteurs et accès requis. [11], [13].


59

Figure IV.24 dimensionnement du défaut.D’après les résultats obtenue le défaut est volumique de type inclusion solide« inclusion de tungstène » sa longueur est de 65mm.

IV.4 conclusion :L’utilisation de la méthode de contrôle par ultrasons est une bonne idéetechnologique, ces propriétés peuvent détecter un nombre important des irrégularitésdans le matériau ou dans un assemblage, ceci dépend fortement de la performance deséquipements de contrôle.

ConclusionGénérale

Conclusion générale

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Conclusion générale :

Dans cette étude en premier lieu on a montré des généralités sur la technologie despipelines, les caractéristiques des tubes utilisés et les principaux procédés de soudagepour leur assemblage...Etc.

On a présenté aussi les principales méthodes de contrôle non destructif. Par la suiteon a développé l’étude théorique des méthodes ultrasonores pour l’inspection desmatériaux et les conditions de contrôle par ces méthodes.

Pour l’étude expérimentale on a introduit un défaut dans un cordon de soudure qu’ona réalisé volontairement dans un échantillon prélevé d’un tube métallique en acier aucarbone. Et on a utilisé deux procédés de soudage à l’arc électrique les plus répandusdans l’industrie.Dans le joint créé, on a appliqué le contrôle par ultrasons en passant par plusieursétapes : Etalonnage de l’appareillage et vérification des caractéristiques de matériels. Evaluation du pouvoir réfléchissant en utilisant la méthode de cascade pour

identifier la nature du défaut. Localisation du défaut en utilisant la méthode par calcul. Dimensionnement du défaut par la méthode à -6 dB.

Les résultats obtenus sont des performants en matière d’aptitude des ultrasons pourl’inspection de soudures.

Références bibliographiques

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Références bibliographiques

1. ultrasons techniques particulières de contrôle : Cahiers de formation CETIM[2em édition 1996].

2. cours théorique et pratique de l’ultrason : Programme de formation « Gtp » .

[02/01/2008]

3. jean pedijon : le contrôle non destructif par ultrason[Éditions hermès 1993]

4. J maily : Pratique du contrôle ultrasonore des soudures

5. Document IIS/IIW-146-64 : de l’institut international de la soudure.[juillet-aout 1961]

6. Mémoire de master, UNIVERSITE ABOU BEKR BELKAID-TLEMCEThème : étude de comportement en fatigue des aciers pour pipelines.

7. Mémoire de master, UNIVERSITEMOHAMED KHIDER-BISKRAThème : étude les défauts de soudage des pipelines.

8. Procédure générale de contrôle par ultrason (norme)[CIS-UT-01-b]

9. Jacques DUMONT-FILLON : Contrôle non destructifs

10. DUBRESSON (J.). – Caractéristiques dominanteset évolution des matériels de CND.Soudage et Techniques connexesnov. déc. 1991.

11. Recommandation concernant le contrôle manuel par ultrason des soudures a pleinepénétration. « institut de soudure, IS/US/319.21 » (document A et B)[2ém édition 1995]

12. Le transport des hydrocarbures liquides et gazeux par canalisation(J. VINCENT –GENOD) [1972]

13. manuel pour l’examen par ultrasons des soudures, institut international de la soudure,commission V. 1978.

14. La norme API 1104. American petroleum institue (septembre 1999).

15. Contrôle non destructif des assemblages soudés (normes).Diffusée par AFNOR 1997.A

16. Tubes aciers (ENSPM formation industriel –IFP Training) [26/01/2005]

17. Technologie de soudage (programme de formation GTP) [10/03/2003]

Annexes

Annexes

62

Annexe 1 : présentation de l’entrepriseI. Description de l’entreprise SONATRACH :

SONATRACH est la compagne algérienne chargée de la recherche, de l’exploitation,du transport par canalisation, de la transformation et de la commercialisation deshydrocarbures et de leurs dérivés.Elle intervient également dans d’autres secteurs de la production (génération)électrique, des énergies nouvelles et renouvelables et du dessalement d’eau de mer.Elle exerce ses métiers en Algérie et partout dans le monde ou l’opportunité seprésente.A sa nationalisation en 1971, SONATRACH s’est vue confié la mission dudéveloppement de l’industrie des hydrocarbures.Les années (80) SONATRACH subit une réorganisation d’où découlent 17 entreprisesspécialisées ou SONATRACH enrôle 27000 personnes et avec le départ de traitementde gaz avec une exploitation nationale de 150 gisements de pétrole et de gaz naturel.SONATRACH est la première entreprise du continent africain. Elle est classée 12émparmi les compagnies pétrolières mondiales, 2èm explorateur de GNL et de GPL et3èm explorateur de gaz naturel. Sa production globale (tout produit confondu) est de230 millions de TEP en 2006. Ses activités constituent environ 30% du PNB del’Algérie.Elle emploie actuellement environs 120000 personnes dans l’ensemble du groupe.

II. Présentation du champ de HASSI R’MEL :Le gisement de HASSI R’MEL est situé à 525 km au sud d’Algérie, entre les wilayasde Ghardaïa et Laghouat .dans cette région relativement plate du Sahara l’altitudemoyenne est d’environ de 750m au dessus du niveau de la mer.

organisation de la direction régionale de HASSI R’MEL :

Organigramme. Annexe 1 : direction régionale de HASSI R’MEL.

Annexes

63

III. Politique d’inspection des installations de HASSI R’MEL :L’installation est un guide indispensable pour une maintenance efficace. Elle doit êtreplanifiée afin de prévoir les défaillances de l’outil de production et éviter, parconséquent, les pertes d’argent et de temps dues à des arrêts imprévus dont la duréeest proportionnelle à la durée de l’intervention curative sur le ou les équipementsendommagés.Le suivi d’un ensemble d’équipements aussi important que celui existant à HASSIR’MEL nécessite des moyens matériels et humains de taille et une organisationirréprochable.Le département inspection/corrosion a pour mission le contrôle, l’inspection et lesuivi de l’état des tuyauteries usines, des collectes, des desserts, des installations desurfaces et des équipements statiques rendant dans le processus de productionhydrocarbure et ce durant et pendant toute leur durée de vie en exploitation.Les paragraphes suivants présentent l’organisation du départementinspection/corrosion de HASI R’MEL ainsi que ses attributions. Il décrit aussi lesdifférents inspections qu’accompli ce département, les techniques d’inspection qu’ilutilise et enfin la réglementation régissant l’inspection des équipements de HASSIR’MEL.III .1 présentation du département inspection/corrosion :Tous complexe industriel pétrochimie est composé d’équipement couteux qui traitentou acheminent des produits inflammables pour la plus part, ou certaines peuvent êtreexplosifs ou dangereux lors de leurs manipulation.Toute défaillance d’un équipement de ce genre par une rupture peut être la cause degrave accidents tels les incendies ou les explosions et dont les conséquences peuventêtre selon le cas :

Une détérioration des installations. Un arrêt des unités de production.

Perturbation des programmes de production. Des pertes de vies humaines, des brulures et blessures.

Le département inspection/corrosion déploie ses ingénieurs et techniciens pour lesconsacrer à l’étude et la mise en œuvre des moyens de préventions et de lutte contre lacorrosion au sein des installations d’hydrocarbures de HASSI R’MEL.Son action touche toute la chaine de production et de réinjection des hydrocarburesc’est-à-dire :

Les installations de surface regroupant : Les équipements des puits de gaz et de pétrole. Les jonctions et les manifolds. La tuyauterie et les équipements statiques des modules, des stations de

compression, le CSTF et les CTHs. Et les installations de fond ou équipement fond de puits.

La fabrication est l’exploitation des équipements sont soumis a des règlementationsofficielle, le département inspection/corrosion doit :

Annexes

64

Veiller a l’application de la réglementation en vigueur régissant l’exploitationdes APG et des APL (suivi et programmation des révisions réglementaires).

Doit s’assurer du bon respect des normes et standard gouvernant laconstruction et le suivi et la maintenance des installations.

Evaluer la durée de vie restante des équipements.

Analyse des anomalies et défauts rencontres. Recommandations techniques lors des réparations ou des modifications.

Assurer la relation extérieure avec les organismes de contrôle technique etadministrative (ENACT, ARH, DPEM).

Organigramme. Annexe1 .2 d’épatement inspection/corrosion.

III.1.1 service inspection :Il revient au service inspection d’assurer les taches suivantes : L’inspection, en marche ou l’arrêt, des différents équipements et signalement

de tout dommage ou détérioration subi par ces équipements (établissement desrapports d’inspection),

L’émission des recommandations d’entretien et fixation des procédures deréparation et ce conformément aux règles de l’art approuvées par les différentscodes et normes applicables,

L’homologation des procédés de soudage et de revêtements (métalliques etorganiques) ou tout autre procédé de réparation ou restauration.

Et finalement, le contrôle de la qualité des travaux neufs et réalisation (bacs destockage, réseaux de collecte et installations de surface).

Annexes

65

III.1.2 service corrosion :Il revient à ce service, au moyen de sa section «laboratoire », d’assurer le soutienscientifique et technique dans la recherche des solutions aux problèmes courants decorrosion posés.Compte à elle, la section « protection cathodique » est chargée de l’étude, de laréalisation et de l’entretien des systèmes de protection cathodique des installationshydrocarbures (ouvrages enterrés et bacs de stockage).Pour cela il assure les différentes taches suivantes :

La recherche des causes de dégradations des équipements du point de vuecorrosion (caractérisation et identification du type de corrosion),

L’analyse des problèmes de corrosion et la recherche des solutions adéquates(choix d’inhibiteurs, de revêtements ou de matériaux plus résistants),

Le contrôle de la qualité des matériaux et produits utilisés dans la lutte contrela corrosion, suivi coupons de corrosion),

La réalisation et l’entretien des systèmes de protection cathodique desinstallations (collectes enterrés et capacités de stockage).

Annexes

66

Annexe 2 : spécification API 5L. Composition chimiques sur coulée (section 6)

Caractéristiques mécaniques (section 6)

(1) L'allongement minimal sur 50,8 mm (2") est calculé à l'aide de la formulemétrique suivante :e = 1942,57. A0, 2U0, 9Dans laquellee = allongement minimal sur 50,8 mm (2") en pourcents arrondi au plus proche 1/2pourcent.A = section de l'éprouvette en mm2.U = résistance minimale à la traction spécifiée en MPa.

Annexes

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Annexe 3 : propriétés des ultrasons Propriétés acoustiques et constantes physiques des éléments.

ELEMENTS E G VL VT ZL ZT

Acier doux 7.85 0.3 21 8.1 5.94 3.24 46.6 25.5

Acier allié 7.8 5.9 3.23 46

Fer doux 7.35 5.6 3.2 40

Acier à outils 7.7 6.01 3.22 46

Acier inox 7.9 0.3 19.8 7.7 5.66 3.12 44.7 24.5

Aluminium 2.71 0.35 7.3 2.7 6.35 3.1 17.2 8.3

Argent 10.49 0.38 7.6 2.7 3.64 1.63 38.2 17

Béryllium 1.85 0.05 30 14 12.8 8.71 23.7 15.9

cadmium 8.02 2.78 1.5 22.8

cuivre 8.9 0.37 11.2 4.1 4.7 2.26 41.8 18

Laiton 70/30 (Cu/Zn) 8.5 0.37 10.5 3.85 4.7 2.14 39.7 18

Etain 7.3 0.34 5.6 2.1 3.38 1.68 24.7 12.2

Fonte grise 7.2 4.6 2.16

Magnésium 1.76 0.31 4.6 1.6 5.78 3.06 10.02 5.3

Manganèse 7.3 4.66 2.35 34

Molybdène 10.2 6.25 3.35 63.8

Nickel 8.8 0.34 21 8 2.96 2.64 49.5 26.7

Inconel (80Ni/14Cr/6Fe) 8.5 5.82 3.02 49.5

Monel (67Ni/30Cu/3Fe) 8.83 5.35 2.72 47.2

Or19.32 3.24 1.2 63

Platine 21.55 0.3 18.3 6.5 3.15 1.73 67.8 37.2

plomb 11.34 2.16

0.7 24.5

Titane 4.5 6.1 3.12 27.5

Annexes

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ELEMENTS E G VL VT ZL ZT

Tungstène 19.25 0.28 41.2 16.2 5.2 2.87 100 55.2

Uranium 19 0.25 17.8 7.1 2.38 1.93 63 36.4

Zinc 7.1 41.7 24.1 29.6

Zirconium 6.5 0.33 10.2 3.3 4.55 2.6 29.6 16.9

Air (tpn) 0.00129 0.33 0

Verre à vitre 2.5 5.77 3.4 14.4 7.6

Verre pyrex 2.23 5.57 3.4 12.4

Glycérine 1.26 1.92 2.4

Huile machine SAE 20 0.87 1.74 1.5

Huile transformateur 0.92 1.38 1.27

Huile paraffine 0.9 2.2 2

Plexiglas, lucite 1.18 0.4 0.33 0.14 2.67 1.2 3.2

Nylon 1.1 0.4 0.36 0.12 2.62 1.1 2.9 1.2

Téflon 2.2 1.35 3

Caoutchouc 1.5 2.3 3.3

Polyéthylène 0.9 0.46 0.8 0.03 1.96 0.5 1.76 0.5

Polystyrène 1.06 0.4 0.53 0.12 2.34 1.1 2.47 1.2

Araldite 1.2 2.5 1.1 3

porcelaine 5.45 3.4

Eau douce (tpn) 0.999 1.48 1.43

Eau de mer (tpn) 1.025 1.51 1.55

Pétrole 0.8 1.32 1.06

: Masse volumique× 103 [kg/m3], E : Module d’Young × 1010 [Pa]

: Coefficient de poisson [sans unité], G : module de rigidité × 1010 [Pa],VL : célérité longitudinale × 103 m/s , VT : célérité transversale × 103 m/sZ : impédance acoustique × 106 kg/m2/s

Annexes

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Annexe 4 : blocs d’étalonnage et de références.

Annexe. 4.1 Blocs d’étalonnage N°1 type A et B selon la norme NF A09-310.

Annexes

70

Annexe. 4.2 Bloc d’étalonnage N°2 selon ISO 7963.

Annexes

71

Annexe. 4.3. Blocs de références.Les blocs de références doivent être prélevés dans un matériau de mêmes propriétésacoustiques que la pièce à contrôler sinon voisines (vitesse, atténuation).

Documents

Département Maintenance Industrielle MEMOIRE DE MASTER