Cet article présente un résumé de l'état actuel des technologies de détection des fissures, y compris leurs avantages et leurs limites, ainsi que les sujets d'actualité et les orientations futures du développement. Il se base sur les méthodes existantes de détection des fissures dans les fixations, en mettant l'accent sur l'analyse par ondelettes et le contrôle non destructif par impulsions électromagnétiques. Les fixations sont largement utilisées dans divers domaines de l'ingénierie [...]
Cet article présente un résumé de l'état actuel des technologies de détection des fissures, y compris leurs avantages et leurs limites, ainsi que les sujets d'actualité et les orientations futures du développement. Il se base sur les méthodes existantes de détection des fissures dans les fixations, en mettant l'accent sur l'analyse par ondelettes et le contrôle non destructif par impulsions électromagnétiques.
Les fixations sont largement utilisées dans divers domaines de l'ingénierie tels que les machines, la construction, les ponts et la production pétrolière. En tant que composants de base des grandes structures, les fixations sont susceptibles de présenter divers défauts, notamment des fissures, de la corrosion, des piqûres et des dommages causés par l'homme au cours de leur fonctionnement.
Les fissures représentent une menace importante pour la sécurité et la fiabilité des structures et des institutions, ce qui fait de la détection des fissures un aspect essentiel de l'évaluation des structures. La détection des fissures consiste à identifier et à évaluer les fissures dans les structures mécaniques afin de déterminer leur emplacement et leur étendue.
Avec les progrès de la fabrication de machines modernes, de l'électronique et de l'informatique, les essais non destructifs (END) se sont considérablement améliorés, ce qui a permis de mettre au point des techniques avancées de détection des fissures.
Cet article donne un aperçu des méthodes traditionnelles de détection des fissures et se concentre sur les méthodes modernes de CND basées sur l'analyse par ondelettes et les impulsions électromagnétiques (courant de Foucault). En outre, il met en lumière les sujets d'actualité et les orientations futures en matière de développement des techniques de détection des fissures pour les fixations.
Il existe de nombreuses techniques traditionnelles de détection des fissures, qui peuvent être classées en deux groupes : les méthodes de détection conventionnelles et non conventionnelles.
Les méthodes de détection conventionnelles comprennent le contrôle par courants de Foucault, le ressuage, le contrôle par particules magnétiques, le contrôle par rayonnement et le contrôle par ultrasons. Les méthodes de détection non conventionnelles, quant à elles, comprennent le contrôle par émission acoustique, le contrôle par infrarouge et le contrôle par holographie laser.
À l'heure actuelle, les méthodes d'essai conventionnelles sont largement utilisées pour la détection de fissures simples dans les domaines de l'ingénierie tels que les machines, la construction et la production pétrolière. Les méthodes utilisées varient en fonction de l'institution.
Par exemple, le contrôle par ultrasons est principalement utilisé pour inspecter les plaques métalliques, les tuyaux, les barres, les pièces moulées, les pièces forgées et les soudures, ainsi que les structures en béton telles que les ponts et les constructions de logements. Le contrôle par rayons X est principalement utilisé pour inspecter les pièces moulées et les soudures dans des secteurs tels que les machines, l'armement, la construction navale, l'électronique, l'aérospatiale, la pétrochimie et d'autres encore. La magnétoscopie est principalement utilisée pour l'inspection des pièces métalliques coulées, forgées et soudées. Le contrôle par pénétration est principalement utilisé pour l'inspection des pièces coulées, forgées et soudées, des pièces issues de la métallurgie des poudres et des produits métalliques ferreux et non ferreux en céramique, en plastique et en verre. La détection par courants de Foucault est principalement utilisée pour la détection des défauts et le tri des matériaux dans les tuyaux, les barres et les fils conducteurs.
Pour la détection des fissures dans les fixations, on peut utiliser le contrôle par ultrasons et la détection par courants de Foucault. Par exemple, une étude expérimentale a permis de déterminer les meilleurs paramètres de détection des courants de Foucault pour les petites fissures dans les fixations. Les résultats de l'étude ont montré que les meilleurs paramètres de détection présentaient une relation linéaire entre les paramètres de détection des petites fissures par courants de Foucault et le signal de phase, ce qui est important pour améliorer la précision de la détection des petites fissures dans les barres et pour sélectionner les paramètres de détection des courants de Foucault pour les fixations externes. Cependant, la détection par courants de Foucault présente davantage de facteurs d'interférence et nécessite des techniques spéciales de traitement des signaux.
Une autre méthode utilisée pour la détection des fissures est la méthode de détection des fissures par la structure du spectre d'énergie de propagation des ondes de Lamb, qui est connue pour sa forte capacité de pénétration, sa grande sensibilité, sa rapidité et sa commodité. Toutefois, elle présente des limites telles que des angles morts et des blocages, qui peuvent faire manquer des fissures proches. La méthode est également difficile à caractériser quantitativement et qualitativement les défauts détectés.
Pour la plupart des fixations, on utilise des méthodes de contrôle par particules magnétiques et de détection des défauts par fluorescence. Ces méthodes sont relativement efficaces, mais elles consomment de la main-d'œuvre et des ressources matérielles et peuvent nuire à la santé humaine. En outre, les inspections manquées sont souvent dues à des facteurs humains.
Lorsque les méthodes d'essai conventionnelles ne permettent pas de détecter les fissures dans les fixations, des méthodes d'essai non conventionnelles peuvent être utilisées comme alternative.
Trois méthodes non conventionnelles de détection des fissures sont couramment utilisées :
1) Technologie d'émission acoustique.
La technologie de l'émission acoustique est largement reconnue comme la méthode la plus avancée pour la détection des fissures dans les équipements sous pression. Elle a été utilisée avec succès dans l'évaluation de la sécurité des cuves sous pression et des pipelines, ainsi que dans la détection des fissures dans l'aérospatiale et les matériaux composites. Dans le domaine du diagnostic des fissures dans les machines tournantes, elle a été utilisée principalement pour détecter les fissures dans les arbres tournants, les engrenages et les roulements.
L'un des principaux avantages de l'émission acoustique est qu'il s'agit d'une méthode de détection dynamique, utilisant l'énergie émise par l'objet testé plutôt que l'énergie externe. essais non destructifs Il est donc très sensible aux défauts et capable de détecter et d'évaluer l'état des défauts actifs dans l'ensemble de la structure. Il est donc très sensible aux défauts et capable de détecter et d'évaluer l'état des défauts actifs dans l'ensemble de la structure.
Cependant, certains inconvénients doivent également être pris en compte. La détection des émissions acoustiques est fortement influencée par le matériau testé et peut être perturbée par des bruits électriques et mécaniques dans l'environnement de test. En outre, la précision de la détection peut être limitée par une faible précision de positionnement, et les informations obtenues à partir de l'identification des fissures sont souvent limitées.
2) Détection infrarouge.
La technologie des essais non destructifs (END) par infrarouge est largement utilisée dans une variété d'industries, y compris les équipements énergétiques, les équipements pétrochimiques, le traitement mécanique, la détection des incendies, l'analyse des récoltes et la détection des défauts dans les matériaux et les composants.
L'un des principaux avantages du CND par infrarouge est qu'il s'agit d'une technologie d'essai sans contact, sûre, fiable, inoffensive pour l'homme et très sensible. Elle possède une large plage de détection, une vitesse rapide et n'a pas d'impact sur l'objet testé. Elle offre également une résolution spatiale élevée sur de longues distances.
Cependant, certains inconvénients doivent également être pris en compte. La sensibilité de détection de l'infrarouge dépend de l'émissivité thermique de l'éprouvette et peut être affectée par les interférences de surface et le rayonnement de fond. La résolution de l'échantillon original est faible, ce qui rend difficile la mesure précise de la forme, de la taille et de la position des défauts, en particulier lorsqu'ils sont petits ou enfouis profondément.
En outre, l'interprétation des résultats des tests est complexe et nécessite des normes de référence, et les opérateurs doivent être formés pour utiliser efficacement la technologie.
3) Détection holographique laser.
La détection holographique laser est principalement utilisée pour l'inspection de diverses structures, telles que les structures en nid d'abeille, les matériaux composites, les coques de moteurs à poudre, les couches d'isolation, les couches de revêtement et les interfaces de grains de propergol, afin de détecter les défauts. Elle est également utilisée pour évaluer la qualité des joints de soudure des cartes de circuits imprimés et pour détecter les fissures de fatigue dans les cuves sous pression.
Cette méthode présente plusieurs avantages, notamment sa facilité d'utilisation, sa grande sensibilité, l'absence d'exigences particulières concernant l'objet testé et la possibilité d'effectuer une analyse quantitative des défauts.
Toutefois, l'un de ses inconvénients est que les défauts de décollement profondément enfouis ne peuvent être détectés que lorsque la zone de décollement est importante.
En outre, la détection holographique par laser nécessite généralement une chambre noire et des mesures strictes d'isolation des vibrations, ce qui la rend moins adaptée aux essais sur site et lui confère certaines limites.
Avec les progrès de la science et de la technologie, la demande de méthodes plus avancées de détection des fissures s'est accrue dans divers domaines de l'ingénierie, tels que la machinerie, la construction et la production pétrolière. Cela a conduit à l'émergence de nouvelles technologies de détection des fissures.
Le traitement du signal et le contrôle non destructif par impulsion électromagnétique (courant de Foucault) sont deux nouvelles technologies couramment utilisées et efficaces pour détecter les fissures. Ces méthodes offrent des solutions efficaces et fiables pour identifier les fissures dans diverses applications.
Avec les progrès de la technologie du traitement des signaux, plusieurs méthodes de détection des fissures basées sur le traitement des signaux ont vu le jour, notamment des méthodes dans le domaine temporel, dans le domaine fréquentiel et dans le domaine temps-fréquence, telles que la transformée de Fourier, la transformée de Fourier à court terme, la distribution de Wigner-Ville, la transformée de Hilbert-Huang (HHT) et la séparation aveugle des sources.
Parmi ces méthodes, l'analyse par ondelettes est la plus utilisée et la plus représentative.
Les méthodes d'identification des fissures utilisant l'analyse par ondelettes peuvent être divisées en deux catégories :
① Méthode d'analyse de la réponse dans le domaine temporel :
Cette méthode comprend l'utilisation des points singuliers de la carte de décomposition dans le domaine temporel, le changement des coefficients d'ondelettes et le changement d'énergie après la décomposition en ondelettes. L'objectif de cette méthode est d'identifier le moment où la fissure est endommagée.
② Méthode d'analyse basée sur les réponses spatiales :
Cette méthode utilise la position spatiale de l'axe spatial au lieu de l'axe temporel du signal de réponse dans le domaine temporel pour l'analyse par ondelettes, avec la réponse dans le domaine spatial comme entrée. Cette méthode permet de déterminer l'emplacement de la fissure.
Alors que la méthode des ondelettes ne peut déterminer que le moment où le dommage se produit ou l'emplacement du dommage, la première a plus d'applications. Pour identifier les petites fissures, l'analyse par ondelettes doit être combinée à d'autres méthodes.
La technologie électromagnétique combine de multiples fonctions telles que la détection ultrasonique, l'imagerie par courants de Foucault, le réseau de courants de Foucault et la détection par courants de Foucault pulsés pour former de nouvelles technologies avancées pour l'inspection électromagnétique.
Les technologies courantes de détection des fissures comprennent le contrôle par courants de Foucault pulsés, l'imagerie thermique par courants de Foucault pulsés, le contrôle non destructif à deux sondes utilisant les courants de Foucault pulsés et le transducteur acoustique électromagnétique (EMAT), et la technologie de contrôle de la mémoire magnétique des métaux.
Le contrôle par courants de Foucault pulsés consiste à exciter une bobine avec un courant pulsé, à analyser le signal de réponse transitoire dans le domaine temporel induit par la sonde de détection et à détecter quantitativement les fissures en sélectionnant la valeur de crête, le temps de passage à zéro et le temps de crête du signal.
Les recherches menées par Yang Binfeng et d'autres chercheurs de l'Université nationale des technologies de défense ont montré que les courants de Foucault pulsés peuvent détecter quantitativement des fissures de différentes profondeurs en un seul balayage. Certains chercheurs utilisent des bobines harmoniques comme technologie alternative pour le contrôle par courants de Foucault pulsés.
Cependant, la valeur de crête du signal de courant de Foucault pulsé est facilement affectée par d'autres facteurs tels que l'effet de décollement et la capacité de détection de la sonde de courant de Foucault pulsé peut également avoir un impact sur la détection des fissures.
Les instruments d'imagerie à courants de Foucault pulsés utilisent des bobines comme capteurs d'inspection, tandis que certains utilisent des capteurs à effet Hall. Ces dernières années, les instruments à interférence super quantique ont commencé à être utilisés dans le domaine de l'inspection non destructive.
La technologie d'imagerie thermique par courants de Foucault pulsés élimine l'effet de décollement des autres détections et garantit des résultats d'imagerie précis. Certains chercheurs utilisent des faisceaux laser YNG de forme gaussienne sur la surface de l'échantillon. feuilles de métalIls utilisent la technologie de détection par courants de Foucault pulsés et par transducteurs acoustiques électromagnétiques. Ils identifient les fissures en détectant un changement soudain dans la forme d'onde ultrasonique ou une augmentation soudaine des composantes de fréquence lorsque le faisceau laser irradie la fissure.
Actuellement, la recherche sur la détection des fissures dans les fixations se limite aux méthodes de détection traditionnelles. Afin de faire progresser la technologie de détection et de résoudre les problèmes d'application pratique, l'identification des dommages causés par les fissures se concentre principalement sur deux aspects : les méthodes d'identification statistique tenant compte de l'impact de l'incertitude et l'identification des microfissures des fixations.
L'incertitude de la détection des dommages causés par les fissures nécessite l'utilisation de méthodes d'inférence statistique pour résoudre le problème d'identification du système. Avec les progrès de la recherche sur l'identification des dommages, l'étude des méthodes d'identification des dommages basées sur la théorie statistique probabiliste s'est approfondie, les principaux domaines d'application actuels étant l'identification des systèmes et la reconnaissance des formes.
Il existe actuellement des méthodes de détection des microfissures dans les fixations, telles que la détection des microfissures basée sur la technologie des TIC et le moulage par ultrasons au laser basé sur le chauffage assisté par laser, mais elles présentent toutes deux des limites. Par exemple, la détection des microfissures basée sur la technologie TIC peut avoir du mal à distinguer les détails si la valeur de gris de l'image collectée n'est pas très différente de la valeur de gris de l'arrière-plan, ce qui affecte la qualité de l'image et rend l'acquisition d'images difficile. En outre, il est difficile d'extraire la plage spatiale contenant toutes les microfissures lorsque l'on utilise le logiciel VG Studio MAX. La limite de la méthode de chauffage assisté par laser basée sur la projection ultrasonique laser est qu'elle est compliquée à utiliser et qu'elle ne peut pas être utilisée dans des environnements difficiles, et qu'elle doit donc encore être développée.
Alors que l'économie sociale continue de se développer, les méthodes de détection des fissures dans les fixations deviennent de plus en plus exigeantes. Ces méthodes doivent répondre aux besoins de la détection en ligne en temps réel, être très sensibles, simples à utiliser et résistantes aux interférences externes, et être capables de fonctionner dans des environnements difficiles. Elles doivent également détecter rapidement et avec précision l'emplacement, la taille, la largeur, la profondeur et la tendance de développement des fissures, afficher les résultats des tests sous forme d'images pouvant être analysées, et offrir une vitesse de détection rapide, une grande efficacité et des résultats intuitifs.
Des recherches approfondies ont été menées sur l'identification des dommages causés par les fissures dans les fixations, mais les méthodes et indicateurs actuels d'identification des dommages sont limités aux méthodes de détection traditionnelles. Compte tenu du coût des équipements d'essai, de l'environnement dans lequel ils sont utilisés et des facteurs humains, la détection des fissures multiples et des microfissures dans les fixations est un domaine de recherche d'actualité.
L'orientation du développement de la détection des fissures dans les fixations est de parvenir à un positionnement rapide, à une quantification précise, à une amélioration de la précision et de la fiabilité de la détection, et à une détection rapide et efficace des fissures.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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