Qu’est-ce que le test par courants de Foucault ou ECT ?

Qu’est-ce que le test par courants de Foucault ?

Le test par courants de Foucault est l’une des nombreuses méthodes CND qui utilisent le principe de l’électromagnétisme pour la détection des défauts dans les matériaux conducteurs. Une bobine spécialement conçue alimentée par un courant alternatif (AC) est placée à proximité de la surface d’essai, générant un champ magnétique changeant qui interagit avec la pièce d’essai et produit des courants de Foucault à proximité de celle-ci.

Les variations des phases changeantes et de l’amplitude de ces courants de Foucault sont ensuite surveillées grâce à l’utilisation d’une bobine réceptrice ou en mesurant les modifications du courant alternatif circulant dans la bobine d’excitation primaire.

Les variations de conductivité électrique, la perméabilité magnétique de la pièce à tester, ou la présence d’éventuelles discontinuités, provoqueront une modification du courant de Foucault et une modification correspondante des phases et de l’amplitude du courant mesuré. Les changements sont affichés sur un écran et sont interprétés pour identifier les défauts.

Test ECT
Figure 1. Test de courants de Foucault

Application des tests de courants de Foucault

Les instruments à courants de Foucault peuvent être utilisés dans une grande variété de tests. Certains des plus courants sont énumérés ci-dessous.

Inspection des soudures – De nombreuses inspections de soudures utilisent des CND par ultrasons pour les tests souterrains et une méthode complémentaire par courants de Foucault pour analyser la surface à la recherche de fissures ouvertes sur les capuchons de soudure et dans les zones affectées par la chaleur.

Test de conductivité  – La capacité des tests par courants de Foucault à mesurer la conductivité peut être utilisée pour identifier et trier les alliages ferreux et non ferreux, et pour vérifier le traitement thermique.

Inspection de surface  – Les fissures de surface dans les pièces usinées et le stock de métal peuvent être facilement identifiées avec des courants de Foucault. Cela comprend l’inspection de la zone autour des fixations dans les avions et d’autres applications critiques.

Détection de la corrosion  – Les instruments à courants de Foucault peuvent être utilisés pour détecter et quantifier la corrosion à l’intérieur d’un métal mince tel que la peau d’avion en aluminium. Des sondes à basse fréquence peuvent être utilisées pour localiser la corrosion sur les deuxième et troisième couches de métal qui ne peuvent pas être inspectées par ultrasons.

Inspection des  trous de boulons – Les fissures à l’intérieur des trous de boulons peuvent être détectées à l’aide de sondes de trous de boulons, souvent avec des scanners rotatifs automatisés.

Inspection des tubes  – L’ inspection en ligne des tubes au stade de la fabrication et l’inspection sur le terrain des tubes comme les échangeurs de chaleur sont des applications courantes de courants de Foucault. Des fissures et des variations d’épaisseur peuvent être détectées.

Comment fonctionnent les tests par courants de Foucault ?

Le test par courants de Foucault (ECT) est basé sur le phénomène physique de l’induction électromagnétique. Dans une sonde à courants de Foucault, un courant alternatif circule dans une bobine de fil et génère un champ magnétique oscillant. Si la sonde et son champ magnétique sont rapprochés d’un matériau conducteur comme une éprouvette métallique, un flux circulaire d’électrons connu sous le nom de courants de Foucault commencera à se déplacer à travers le métal comme de l’eau tourbillonnante dans un ruisseau. Ce courant de Foucault circulant à travers le métal générera à son tour son propre champ magnétique, qui interagira avec la bobine et son champ par inductance mutuelle. Les changements dans l’épaisseur du métal ou les défauts comme la fissuration près de la surface interrompront ou modifieront l’amplitude et la configuration des courants de Foucault et du champ magnétique résultant. Cela affecte à son tour le mouvement des électrons dans la bobine en faisant varier l’impédance électrique de la bobine.L’instrument à courants de Foucault trace les changements d’amplitude d’impédance et d’angle de phase, qui peuvent être utilisés par un opérateur qualifié pour identifier les changements dans l’éprouvette.

La densité de courants de Foucault est la plus élevée près de la surface de la pièce, c’est donc la région de la résolution de test la plus élevée. La profondeur de pénétration standard est définie comme la profondeur à laquelle la densité de courants de Foucault est de 37% de sa valeur de surface, qui à son tour peut être calculée à partir de la fréquence d’essai et de la perméabilité magnétique et de la conductivité du matériau d’essai. Ainsi, les variations de la conductivité du matériau de test, sa perméabilité magnétique, la fréquence des impulsions CA entraînant la bobine et la géométrie de la bobine auront toutes un effet sur la sensibilité, la résolution et la pénétration du test.

De nombreux facteurs affecteront les capacités d’une inspection par courants de Foucault. Les courants de Foucault circulant dans les matériaux avec des valeurs de conductivité plus élevées seront plus sensibles aux défauts de surface mais auront moins de pénétration dans le matériau, la pénétration dépendant également de la fréquence d’essai. Des fréquences de test plus élevées augmentent la résolution près de la surface mais limitent la profondeur de pénétration, tandis que des fréquences de test plus basses augmentent la pénétration. Les bobines plus grandes inspectent un plus grand volume de matériau à partir de n’importe quelle position, car le champ magnétique pénètre plus profondément dans l’éprouvette, tandis que les bobines plus petites sont plus sensibles aux petits défauts. Les variations de perméabilité d’un matériau génèrent du bruit qui peut limiter la résolution des défauts en raison de plus grandes variations de fond.

Alors que la conductivité et la perméabilité sont des propriétés du matériau de test qui sont hors du contrôle de l’opérateur, la fréquence du test, le type de bobine et la taille de la bobine peuvent être choisis en fonction des exigences du test. Dans un test donné, la résolution sera déterminée par le type de sonde tandis que la capacité de détection sera contrôlée par les caractéristiques du matériel et de l’équipement. Certaines inspections impliquent un balayage à plusieurs fréquences pour optimiser les résultats, ou une inspection avec plusieurs sondes pour obtenir la meilleure résolution et la meilleure pénétration nécessaires pour détecter tous les défauts possibles. Il est toujours important de sélectionner la bonne sonde pour chaque application afin d’optimiser les performances de test.

Instruments à courants de Foucault

Appareil ECT

Les instruments à courants de Foucault peuvent être achetés dans une grande variété de configurations. Des instruments analogiques et numériques sont disponibles. Les instruments sont généralement classés selon le type d’affichage utilisé pour présenter les données. Les types d’affichage courants sont le compteur analogique, l’affichage numérique, le plan d’impédance et le temps en fonction de l’amplitude du signal. Certains instruments sont capables de présenter des données dans plusieurs formats d’affichage.

L’instrument de test à courants de Foucault le plus basique se compose d’une source de courant alternatif, d’une bobine de fil connectée à cette source et d’un voltmètre pour mesurer le changement de tension à travers la bobine. Un ampèremètre pourrait également être utilisé pour mesurer le changement de courant dans le circuit au lieu d’utiliser le voltmètre.

Avantages et limites des tests par courants de Foucault

Avantages des tests visuels : 

  • Capable de détecter des fissures superficielles et proches de la surface aussi petites que 0,5 mm.
  • Capable de détecter les défauts à travers plusieurs couches, y compris les revêtements de surface non conducteurs, sans interférence des défauts planaires.
  • Méthode sans contact permettant d’inspecter les surfaces à haute température et les surfaces sous-marines.
  • Efficace sur les objets de test avec des géométries physiquement complexes.
  • Fournit une rétroaction immédiate.
  • Équipement portatif et léger.
  • Temps de préparation rapide – les surfaces nécessitent peu de pré-nettoyage et le couplant n’est pas nécessaire.
  • Capable de mesurer la conductivité électrique des objets à tester.
  • Peut être automatisé pour inspecter des pièces uniformes telles que des roues, des tubes de chaudière ou des disques de moteur d’avion.

Limites des tests visuels :

  • Ne peut être utilisé que sur des matériaux conducteurs.
  • La profondeur de pénétration est variable.
  • Très sensible aux changements de perméabilité magnétique – rendant difficile le test des soudures dans les matériaux ferromagnétiques – mais avec des détecteurs de défauts numériques et une conception de sonde modernes, ce n’est pas impossible.
  • Impossible de détecter les défauts parallèles à la surface de l’objet de test.
  • Une interprétation prudente du signal est nécessaire pour différencier les indications pertinentes et non pertinentes.