La présente note d’application résume les informations importantes sur les sondes à ondes transversales d’incidence normale, comme les sondes des séries V150-V157 et V220-V222. Ces sondes sont couramment utilisées avec des mesureurs d’épaisseur à ultrasons, des appareils de recherche de défauts ou des émetteurs/récepteurs pour mesurer la vitesse de propagation des ondes transversales dans les matériaux inspectés, souvent en lien avec le calcul du module d’élasticité tel que décrit dans notre note d’application sur le sujet.
Fonctionnement des sondes à ondes transversales d’incidence normale
Les sondes à ondes transversales d’incidence normale sont des sondes de contact monoéléments qui génèrent des ondes transversales directement dans la pièce inspectée sans utiliser de conversion de mode par réfraction. Par définition, ces ondes se propagent perpendiculairement à la surface d’inspection alors que le mouvement des particules est parallèle à la surface. Les sondes sont équipées d’éléments piézoélectriques coupés perpendiculairement à la direction de la polarisation électrique. Ainsi, lorsqu’ils sont excités, ces éléments vibrent en mode de cisaillement (transversal) plutôt qu’en mode de compression (longitudinal) lorsqu’une tension d’excitation est appliquée, comme le montre le dessin conceptuel ci-dessous.
Élément générant des ondes longitudinales |
Élément générant des ondes transversales |
Cinq aspects importants à prendre en compte lors de l’utilisation de sondes à ondes transversales
En raison de la nature spécialisée des sondes à ondes transversales, il est important de porter une attention particulière aux aspects mentionnés ci-dessous pour obtenir une bonne réponse.
1. Limite de tension pour les impulsions d’excitation
On recommande de toujours exciter les sondes à ondes transversales avec la tension la plus basse possible pour une inspection donnée, idéalement à 100 volts. Si, au fil du temps, une trop forte tension est appliquée à la sonde, les éléments peuvent se repolariser en mode longitudinal. Ce phénomène peut se produire si des tensions de 300 à 400 V, offertes par la plupart des appareils de recherche de défauts, sont appliquées à long terme. Les éléments dont la fréquence est plus élevée (5 MHz et plus) sont les plus sensibles à cette repolarisation, car ils sont plus minces. Il n’existe aucun moyen d’inverser cet effet. Lorsqu’une sonde est repolarisée de cette façon, elle devient essentiellement une sonde à ondes longitudinales.
2. Couplage
Un couplant à haute viscosité pour ondes transversales, comme le SWC-2 (Q7700010), doit être utilisé pour coupler une sonde à ondes transversales d’incidence normale à la pièce à inspecter. Les couplants pour ultrasons standard ne fonctionneront pas parce qu’ils sont des liquides ou des gels. De par sa nature, un liquide n’est pas compatible avec les forces de cisaillement. Ainsi, les liquides à faible et moyenne viscosité, comme les couplants prévus pour les applications classiques d’inspection par ultrasons, ne transmettront pas les ondes transversales.
Pour obtenir de meilleurs résultats, utilisez une très fine couche de coupant à haute viscosité SWC-2 et appliquez une pression de couplage ferme. La procédure suggérée est de verser une très petite quantité de couplant SWC-2 sur la surface de la sonde, de l’étaler en une couche mince à l’aide d’une lame de rasoir ou d’une règle, de coupler la sonde à la pièce d’inspection, puis de la faire tourner pour éliminer tout excès de couplant qui subsisterait. Vous verrez généralement l’amplitude d’écho augmenter à mesure que la couche de coupant devient plus fine.
3. Direction de polarisation
La direction de polarisation des ondes transversales (l’axe de mouvement des particules) dans nos sondes à ondes transversales correspond en principe à la direction du connecteur à angle droit des boîtiers standard de type RM et RB. Les sondes à ondes transversales dotées de connecteurs SB ou SM ont sur leur boîtier une ligne gravée indiquant l’axe de polarisation. Dans les matériaux anisotropes, il est courant que l’amplitude et le temps de transit de l’impulsion varient lorsque la sonde est tournée sur la surface de la pièce inspectée. Cette rotation de la sonde modifie l’orientation du mouvement des particules en raison des propriétés mécaniques à variations directionnelles de ces matériaux.
4. Atténuation dans le matériau
La propagation des ondes transversales est généralement bonne dans les céramiques et métaux industriels courants, sauf en présence d’une structure à gros grains. Cependant, l’atténuation des ondes transversales est généralement extrêmement élevée dans les matériaux flexibles comme le caoutchouc et les plastiques souples. Par conséquent, il n’y aura généralement pas d’écho d’ondes transversales utilisable, même avec un couplage approprié. Les plastiques durs, tels que les acryliques, ainsi que les matériaux composites structuraux sont généralement capables de transmettre des ondes transversales utilisables à des fréquences d’inspection ultrasonores basses. Toutefois, il est important de choisir la sonde et de configurer l’appareil avec attention.
5. Artefacts d’ondes longitudinales
Tous les éléments des sondes à ondes transversales d’incidence normale génèrent également une certaine énergie sous-jacente d’ondes longitudinales. Typiquement, ce signal d’ondes longitudinales est inférieur d’au moins 30 dB au signal d’ondes transversales. Toutefois, dans les matériaux à très forte atténuation d’ondes transversales et à plus faible atténuation d’ondes longitudinales (comme dans les plastiques mous), ou dans les cas où des couplants non visqueux sont utilisés, le signal d’ondes transversales peut être fortement atténué alors qu’une certaine quantité d’énergie d’ondes longitudinales persiste et demeure visible dans la forme d’onde primaire affichée. Ce phénomène peut également se produire lorsque les sondes à ondes transversales ont été endommagées par des tensions d’excitation trop élevées, comme indiqué dans la section 1 ci-dessus.
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