ISO 10375:1997
(Main)Non-destructive testing — Ultrasonic inspection — Characterization of search unit and sound field
Non-destructive testing — Ultrasonic inspection — Characterization of search unit and sound field
Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons - - Caractérisation des traducteurs et des champs acoustiques
General Information
Buy Standard
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL IS0
STANDARD 10375
First edition
1997-04-I 5
Non-destructive testing - Ultrasonic
inspection - Characterization of search
unit and sound field
Essais non des true tifs
- Contr6le par ultrasons - Caract&isation des
traducteurs et des champs acoustiques
Reference number
IS0 10375:1997(E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
IS0 10375:1997(E)
Page
Contents
1
1 Scope . .
2 Normative reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
3 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
............................................................ 2
4 Techniques and procedures
4.1 Test set-up . 3
4.2 Time domain response . 6
4.3 Frequency response . 6
............................... ................................ 9
4.4 Free-field parameters
4.5 Echo sound measurement . . 14
.......................... 15
4.6 Impedance .
4.7 Relative sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
0 IS0 1997
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Internet central@iso.ch
x.400 c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
IS0 10375:1997(E)
@ IS0
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for
which a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. International organizations, governmental
and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International Standard IS0 10375 was prepared by Technical Committee
lSO/TC 135, Non-destructive testing, Subcommittee SC 3, Acoustical
methods.
---------------------- Page: 3 ----------------------
IS0 10375:1997(E) @ IS0
Introduction
In ultrasonic non-destructive testing, sound pulses are used for detecting
and evaluating imperfections or flaws in a material. To obtain reproducible
flaw information, the generation, production and reception of the ultrasonic
pulses must be properly specified, controlled and characterized. To ensure
the accuracy and repeatability of the ultrasonic examination, a knowledge
of the characteristics of the search unit or probe (also known as the
transducer), as well as the associated sound field and the testing
procedures used, is required.
For a complete description or proper selection of an ultrasonic search unit
or probe, a commonly accepted set of characteristics of the search unit
must be specified. This standard establishes techniques to be used in the
laboratory for characterizing ultrasonic search units with parameters such
as centre frequency, bandwidth, near-field length, half-angle of beam
spread, depth of field, beam diameter and focal length. This standard
specifies means for measuring the characteristics of both immersion and
contact search units used for the inspection of materials. This standard
also provides guides for obtaining parameters measured in the free field
and by pulse-echo measurement. Examples of calculations of these
parameters are given.
This standard provides techniques and procedures to achieve the following
objectives:
to select and specify search unit or probe characteristics;
a)
to check and ensure consistency of search unit performance over its
W
life span;
c) to facilitate selection of identical search units or equivalent alternatives;
d) to provide a base for the comparison of results obtained using
different instruments, equipment settings, operators, operating times
and periods.
IV
---------------------- Page: 4 ----------------------
IS0 10375:1997(E)
INTERNATIONAL STANDARD @ IS0
Ultrasonic inspection -
Non-destructive testing -
Characterization of search unit and sound field
1 Scope
This International Standard establishes procedures for specifying certain ultrasonic search unit characteristics and
for measuring the associated sound field. The aim is to establish uniformity of testing techniques, to form a basis
for the interpretation of results obtained by different laboratories and at different times. Note that this International
Standard establishes no acceptance criteria; however, it does establish the technical basis for criteria that may be
defined by user parties.
IS0 2400 describes a calibration block used in weld inspection for checking the performance of the ultrasonic
instrument and search unit. To further enhance the general ultrasonic inspection capability, information concerning
the search unit’s time domain response, frequency response (also referred to as frequency spectrum, frequency
analysis, spectrum analysis and signature analysis) and sound field must be known before reliable detection and
characterization of flaws can be achieved.
The search units discussed herein are straight-beam and angle-beam search units with a nominal ultrasonic
frequency from 0,5 MHz to 15 MHz. Surface wave search units are not included in this standard. This standard
provides procedures for specifying sound field parameters as well as methods of measurement in immersion tests.
This standard does not address sound field measurement in contact tests.
This International Standard describes measurement procedures for evaluating characteristics of ultrasonic search
units and describes techniques used for obtaining sound field data produced by electrically pulse-excited search
units used in the field or in the laboratory. The characteristic parameters discussed in this standard are the upper,
lower and centre frequencies, the wavelength, the bandwidth, the time domain and frequency domain responses,
the near-field length, the half-angle of beam spread for search units of different shapes in free field, echo sound
measurements, beam profiles, the impedance and the relative sensitivity. Formats for specifying both flat-face and
focused search units are given.
To provide baseline information and to check possible performance degradation, the electrical properties of the
search unit are measured independently of the ultrasonic instrument. The electrical impedance and sensitivity are
measured at specific frequencies selected for each search unit. The electrical impedance corresponds to the
complex input impedance of the search unit and the sensitivity of the search unit is a measure of the
electroacoustic efficiency of the unit. These procedures are described in 4.6 and 4.7, respectively.
2 Normative reference
The following standard contains provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this
International Standard. At the time of publication, the edition indicated was valid. All standards are subject to
revision, and parties to agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent edition of the standard indicated below. Members of IEC and IS0 maintain
registers of currently valid International Standards.
- Reference block for the calibration of equipment for ultrasonic examination.
IS0 2400: 1972, Welds in steel
---------------------- Page: 5 ----------------------
IS0 10375:1997(E)
3 Symbols
Bandwidth, in percent
Bbll
Number of cycles
CN
D
Effective diameter, in millimetres, of the transducer element of the search unit
Beam diameter, in millimetres, at focal length
dFL
Depth of field (also known as length of focal area), in millimetres
FD
Focal length (also known as focal distance), in millimetres
FL
Frequency, in megahertz, of the search unit
f
Lower frequency (-3 dB for free field, -6 dB for echo, from peak amplitude), in megahertz
fl
Upper frequency (-3 dB for free field, -6 dB for echo, from peak amplitude), in megahertz
f
U
Centre frequency, in megahertz
f C
Peak frequency, in megahertz
f
P
Effective dimensions, in millimetres, of a rectangular search unit
4f 12
Near-field length, in millimetres
NO
Number of peaks
PN
Relative sensitivity, in decibels
sr
Thickness of the medium, i.e. the distance between the search unit and reflector, in millimetres
Tk
Pulse duration time, in microseconds
TPD
V Wave velocity, in kilometres per second, in the test medium
Peak-to-peak input, or excitation, voltage signal amplitude, in volts
Vin
V Peak-to-peak output voltage signal amplitude, in volts
out
x Longitudinal direction of the search unit
Axial distance, in millimetres, normal to the search unit front surface
2
a Wavelength, in millimetres, in the test medium
a Incident angle, in degrees
Refraction angle, in degrees
P
Skew (or squint) angle, in degrees
Y
0 Impedance, in ohms
8 Half-angle of the beam spread, in degrees
4 Techniques and procedures
Characteristics of an ultrasonic search unit are determined by a combination of its own parameters and the physical
properties of the medium to which the search unit is coupled. The ultrasonic search unit is characterized by
parameters such as the wavelength, the centre frequency, the time domain response, the frequency and the
fractional bandwidth. The wavelength, the frequency of the search unit and the velocity of a wave propagating
through a medium have the following relationship:
V
=--
a . . .
(1)
f
where
V is the wave velocity, in kilometres per second, in the test medium;
il is the wavelength, in millimetres, of the search unit;
is the frequency, in megahertz, of the search unit.
f
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
@ IS0
IS0 10375:1997(E)
EXAMPLE 1
a) Consider a straight-beam search unit of 5 MHz, in contact test on steel. The longitudinal wavelength of the pulse
in steel is determined as follows:
f = 5 MHz = 5 x 106 Hz
The longitudinal-wave velocity in steel is given by:
vlong = 5,92 km/s = 5,92 x 106 mm/s
5,92 x 1 o6
= I,18 mm (longitudinal wavelength)
5x106
b) Consider an angle-beam (transverse-wave) search unit of 5 MHz, in contact test on steel. The transverse
wavelength of the pulse in steel is determined as follows:
f=5MHz=5xlOaHz
The transverse-wave velocity in steel is given by:
vtrans = 3,26 km/s = 3,26 x 106 mm/s
3,26x106
a = 0,65 mm (transverse wavelength)
l ** trans =
5x106
These parameters are measured in a pulse-echo procedure described herein. The echo is gated by a stepless gate
to eliminate non-relevant signals. The gated echo acts as input to both an oscilloscope for analysis of its time
domain response and to a frequency analyser for analysis of the frequency response. The electrical spike pulse
applied to the search unit produces a spectrum of energy broad enough to permit the evaluation of the response of
the search unit. The pulse level of the excitation, the types of target used for each test and the distance from the
search unit shall be recorded.
4.1 Test set-up
Figure 1 presents a schematic illustration of the test set-up for an electrical spike pulse technique commonly used
in ultrasonic pulse-echo testing. The system consists of a pulser, receiver, gate (or ultrasonic echo instrument
having an output terminal for a gated echo signal), oscilloscope, frequency analyser and search unit. The
oscilloscope and frequency analyser shall have a frequency range of no less than 50 MHz. Coaxial cables of 50 Q
shall be used for the measurement, and the cable input to the oscilloscope and the frequency analyser shall be
matched with a 50 Q terminator. An excitation pulse is applied to the search unit and the echo from a specific
target is analysed.
For immersion tests, the search unit shall be oriented to provide maximum signal amplitude from the target
surface. Targets commonly used in immersion tests are a small stainless-steel ball or a steel wire, which are used
for sound field measurements, or a flat reflector, such as a glass block, which is used for the analyses of the echo
waveform. The standard diameter of the sphere is 4 mm and that of the steel wire is 2,5 mm. Upon agreement
between user parties, different-sized spheres and targets may also be used. To avoid tank reflections, the distance
of the ball or wire target from the bottom of the tank shall be at least 50 mm. Figure 2 shows an immersion test
with a stainless-steel ball or the cross-section of a steel wire and a glass block target.
In contact tests, both straight-beam and angle-beam search units are used. For straight-beam contact tests, either
single-element in pulse-echo mode or dual-element in pitch-catch (or transmit-receive) mode and a reference block
of multiple-thickness steps is used. A suitable couplant, such as mineral oil or glycerin, shall be used, and a uniform
pressure maintained between the search unit and the contact surface. The block shall have a thickness greater
than the spatial duration of the excitation pulse used. Both the flatness and parallelism of the reference block shall
be better than 0,02 mm. The surface finish of the front and back surface of the reference block shall be between
I,6 pm and 3,2 pm. Figure 3 shows a contact test on a step calibration block.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
IS0 10375:1997(E)
Dimensions In millimetres
Oscilloscope
Receiver signal
Gated signal
Ultrasonic instrument
-------------------------------------------------------
\ Sync
i
I I
/
I
J
L--,-------.-- -------------------------------------
Frequency analyser
unit
--A
Steel calibration block
- Sync
- Gated signal
/ R 100
-Flat reflector
a) Straight-beam search b) Angle-beam search c) Straight or focused-beam
unit for contact test unit for contact test search unit for immersion test
Figure 1 - Arrangement for ultrasonic pulse-echo testing using electric-shock excitation
(Tk = 0,75No to 1 ,5No; No = near-field length)
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
IS0 10375:1997(E)
Dimensions in millimetres
Water
Search unit
Ball, @ 4 mm
/-
Flat glass
block reflector
Tk = near-field length for straight-beam search unit
= focal length for focused-beam search unit
Figure 2 - Immersion test with search unit positioned
above a ball target or a flat reflector
(Flat reflector is for frequency response measurement;
ball target is for sound field measurement)
w w c c
Transmitter Transmitter
Width Width of of calibration calibration block block is is
. .
greater greater than than search search unit unit diameter diameter
r r
1 1 A A
Pulse-echo
1 1
2 2
Step Step calibration calibration block block Through Through
transmission transmission
I
Couplant Couplant
Search Search unit unit
Tk = thickness
NO = near-field length
Figure 3 - Arrangement for contact test with straight-beam search unit
(For pulse-echo test, Tk = 0,751~~ to 1,5&; for through-transmission test, Tk > NO)
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
@ IS0
IS0 10375:1997(E)
The angle beam is produced with a transducer element built at an angle to the probe z-axis, defined as the incident
angle a, or using a wedge on a straight-beam search unit, to produce a sound beam refracted at an angle into the test
material. The angle beam transmitted into the material can be a refracted longitudinal or a refracted transverse wave.
For angle-beam search units used in contact tests the International Institute of Welding (IIW) block shall be used
as the calibration block, as described in IS0 2400. The angle-beam search unit shall be set to transmit its ultrasonic
beam in the direction of the 100 mm radius section. With proper positioning of the search unit to maximize the
received echo, the search unit index, i.e. the ultrasonic-beam exit point of the search unit, is marked on the search
unit at the centre point of the 100 mm radius section of the IIW block.
After the search unit index has been determined, the search unit refraction angle p, i.e. the angle between the
direction of the transmitted beam and the normal to the test surface, can be measured as follows. For a refraction
angle between 40” and 75O, by setting the transmitted beam towards the 50 mm diameter through-hole, the angle
marked in degrees on the IIW block corresponding to the search unit index is the refraction angle of the search
unit. For refraction angles of about 80°, the transmitted beam is set towards the I,5 mm diameter through-hole. By
positioning the search unit so that the maximum echo is obtained, the angle marked in degrees on the IIW block
corresponding to the search unit index is the refraction angle of the search unit. The skew (also known as squint)
angle y is the angular deviation of the transmitted-beam direction from its longitudinal direction X.
The echo reflected from the 100 mm radius surface of the IIW block is used for the waveform analysis. For two
angle-beam search units placed in a pitch-catch (transmit-receive) mode, the peak amplitude signal reflected from
the flat side of the IIW block is used for the waveform analysis.
Figure it and the I IW block r contact tests. For
4 sh ows the ang le-beam search un fo a wide-angle an gle-beam
search unit, the reflector shall be at least as wide as the diameter of the transducer elem ent of the search unit.
For waveform analyses, m the back su rface of the reference
the gated echo fro block, i.e. from an infinite reflector,
is c haracterized in terms of its time domain response a nd frequen cy response.
4.2 Time domain response
The time domain response of an echo signal is recorded for the specific target chosen for the type of test and the
type of search unit under evaluation, i.e. an immersion test or contact test, a straight-beam or angle-beam search
unit. The duration of the echo signal provides a measure of the damping characteristics of the search unit. The
waveform of the pulse is characterized by the peak number PN, which is defined
...
NORME ISO
INT.ERNATIONALE 10375
Première édition
1997-04-I 5
Essais non destructifs - Contrôle
par ultrasons - Caractérisation des
traducteurs et des champs acoustiques
Non-destructive testing - Ultrasonic inspection - Characterization
of search unit and sound field
Numéro de référence
ISO 10375:1997(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 10375:1997(F)
Page
Sommaire
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1
2 Référence normative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4 Techniques et procédures . 2
4.1 Montage d’essai . 3
4.2 Réponse temporelle . 6
4.3 Réponse en fréquence . 6
4.4 Paramètres de champ libre . 11
4.5 Mesure acoustique de l’écho . 14
................................................................................ 15
4.6 Impédance
4.7 Sensibilité relative . 17
0 ISO 1997
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-l 211 Genève 20 l Suisse
Internet centraI@iso.ch
c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
x.400
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
@ ISO ISO 10375:1997(F)
Avant-propos
LYS0 (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 10375 a été élaborée par le comité technique
lSO/rC 135, Essais non destructifs, sous-comité SC 3, Moyens acoustiques.
---------------------- Page: 3 ----------------------
@ ISO
ISO 10375:1997(F)
Introduction
Dans le cadre d’un essai non destructif aux ultrasons, les impulsions
ultrasonores sont utilisées afin de détecter et d’évaluer les imperfections
ou les défauts d’un matériau. II convient de spécifier, de contrôler et de
caractériser correctement la production, la propagation et la réception des
impulsions ultrasonores, si l’on veut obtenir des informations sur les
défauts qui soient reproductibles. De la connaissance des caractéristiques
du traducteur ou du transducteur, ainsi que du champ sonore associé
et des modes opératoires d’essai utilisés, dépend la précision et la
répétabilité de l’examen ultrasonore.
Pour une description complète ou un choix approprié d’un traducteur ou
d’un transducteur, un ensemble de caractéristiques communément
reconnu, relatif audit traducteur, doit être spécifié. La présente Norme
internationale établit les techniques à utiliser en laboratoire pour
caractériser les traducteurs ultrasonores à l’aide de paramètres tels que la
fréquence centrale, la largeur de bande, la longueur du champ proche, le
demi-angle de divergence du faisceau, la profondeur de champ, le diamètre
du faisceau et la longueur focale. La présente Norme internationale
spécifie les moyens de mesure des caractéristiques des traducteurs
d’immersion et de contact utilisés pour le contrôle des matériaux. Elle
fournit également des guides pour l’obtention de paramètres mesurés
dans le champ libre et par mesurage de l’écho d’impulsion. Des exemples
de calcul de ces paramètres sont donnés.
La présente Norme internationale fournit les techniques et les procédures
pour atteindre les objectifs suivants:
sélectionner et spécifier les caractéristiques des traducteurs et des
a)
transducteurs;
vérifier et garantir la constance des performances d’un traducteur
b)
pendant toute sa durée de vie;
faciliter la sélection de traducteurs identiques ou d’alternatives équi-
d
valentes;
établir une base de comparaison des résultats obtenus à l’aide de
d
différents appareils, réglages, opérateurs, temps de fonctionnement
et différentes périodes.
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE @ ISO ISO 10375:1997(F)
Essais non destructifs - Contrôle par ultrasons -
Caractérisation des traducteurs et des champs acoustiques
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale établit les procédures de spécification de certaines caractéristiques de
traducteurs ultrasonores et de mesure du champ acoustique associé. L’objectif est d’uniformiser les techniques
d’essai, de créer une base d’interprétation des résultats obtenus par différents laboratoires et à différents
moments. On notera que la présente Norme internationale n’établit pas de critères d’acceptation; elle détermine
cependant une base technique concernant les critères qui peuvent être définis par les utilisateurs.
L’ISO 2400 décrit un bloc d’étalonnage utilisé lors d’un contrôle de soudure pour vérifier les performances de
l’appareil ultrasonore et du traducteur. Pour une amélioration future des possibilités du contrôle ultrasonore,
l’information concernant la réponse temporelle du traducteur, sa réponse en fréquence (également appelée spectre
de fréquence, analyse en fréquence, analyse de spectre et analyse de signature) ainsi que le champ acoustique
doivent être connus avant de pouvoir réaliser une détection et une évaluation fiables des défauts.
II est question ici de traducteurs droits et de traducteurs d’angle a fréquence ultrasonore nominale allant de
0,5 MHz à 15 MHz. Les traducteurs d’ondes de surface ne sont pas traités dans la présente Norme internationale.
Cette dernière fournit les procédures de spécification des paramètres de champ acoustique, de même que les
méthodes de mesure par essais en immersion. La présente Norme internationale ne concerne pas les mesures de
champ acoustique lors des essais de contact.
La présente Norme internationale décrit les procédures de mesure pour l’évaluation des caractéristiques des
traducteurs ultrasonores, ainsi que les techniques utilisées pour obtenir des données de champ acoustique à l’aide
de traducteurs excités par impulsions électriques et utilisés sur le terrain ou en laboratoire. Les paramètres des
caractéristiques traités dans la présente Norme internationale sont les fréquences supérieures, inférieures et
centrales, la longueur d’onde, la largeur de bande, les réponses temporelles et en fréquence, la longueur de champ
proche, le demi-angle de divergence du faisceau des traducteurs de différentes formes en un champ libre, mesures
acoustiques de l’écho, profils de faisceaux, l’impédance et la sensibilité relative. Les formats de présentation du
résultat de contrôle des traducteurs droits et des traducteurs focalisés sont donnés.
Afin de fournir les informations fondamentales et de vérifier l’éventuelle dégradation des performances, les
propriétés électriques du traducteur sont mesurées indépendamment de l’instrument ultrasonore. L’impédance
électrique et la sensibilité sont mesurées à des fréquences spécifiques sélectionnées pour chaque traducteur.
L’impédance électrique correspond à l’impédance complexe d’entrée du traducteur et la sensibilité est la mesure
de l’efficacité électroacoustique du traducteur. Ces méthodes sont respectivement décrites en 4.6 et 4.7.
2 Référence normative
La norme suivante contient des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au moment de la publication, l’édition indiqué était en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente Norme
internationale sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer l’édition la plus récente de la norme indiquée
ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur à un
moment donné.
ISO 2400: 1972, Soudures sur acier - Bloc de référence pour l’étalonnage des appareils pour l’examen par ultra-sons.
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 10375:1997(F)
@ ISO
3 Symboles
Largeur de bande, en pourcentage
Blfv
Nombre de cycles
CN
D Diamètre efficace, en millimètres, de l’élément transducteur du traducteur
Diamètre de faisceau, en millimètres, à la longueur focale
dFL
Profondeur de champ (également connue comme longueur de zone focale), en millimètres
FD
Longueur focale (également connue comme la distance focale), en millimètres
FL
Fréquence, en mégahertz, du traducteur
f
Fréquence inférieure (-3 dB pour le champ libre,
-6 dB pour l’écho, à partir de l’amplitude de crête), en
jci
méga hertz
Fréquence supérieure (-3 dB pour le champ libre,
-6 dB pour l’écho, à partir de l’amplitude de crête), en
f
U
méga hertz
Fréquence centrale, en mégahertz
f C
Fréquence de crête, en mégahertz
f
P
Dimensions efficaces, en millimètres, du traducteur rectangulaire
II, 12
Longueur, en millimètres, du champ proche
NO
Nombre de crêtes
PN
Sensibilité relative, en décibels
sr
Épaisseur du matériau, c’est-a-dire la distance entre le traducteur et le réflecteur, en millimètres
Tk
Durée d’impulsion, en microsecondes
TPD
V Vitesse d’onde, en kilométres par seconde, du support soumis a l’essai
Signal d’entrée crête-à-crête, ou amplitude du signal de la tension d’excitation, en volts
Vin
V Signal de tension de sortie crête-a-crête, en volts
out
x Axe longitudinal du traducteur
Distance axiale, en millimètres, normale à la face avant du traducteur
2
a Longueur d’onde, en millimètres, dans le matériau d’essai
a Angle incident, en degrés
Angle de réfraction, en degrés
P
Angle de bigle, en degrés
Y
f2 Impédance, en ohms
Demi-angle de divergence, en degrés, du faisceau
8
4 Techniques et procédures
Les caractéristiques d’un traducteur ultrasonore sont déterminées par la combinaison de ses propres paramètres
et des propriétés physiques du matériau avec lequel le traducteur est couplé. Le traducteur ultrasonore se
caractérise par des paramètres tels que la longueur d’onde, la fréquence centrale, la réponse temporelle, la
réponse en fréquence et la largeur de bande fractionnaire. La longueur d’onde, la fréquence du traducteur ainsi que
la vitesse de propagation d’une onde à travers un matériau sont liées par la relation suivante:
V
=-
a . . .
(1)
f
où
V est la vitesse de propagation de l’onde, en kilomètres par seconde, dans le matériau d’essai;
;I est la longueur d’onde, en millimètres, du traducteur;
est la fréquence, en mégahertz, du traducteur.
f
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
EXEMPLE 1
a) Considérons un traducteur droit de 5 MHz, lors d’un essai de contact dans l’acier. La longueur d’onde
longitudinale de l’impulsion dans l’acier est déterminée comme suit:
La vitesse de propagation de l’onde longitudinale dans l’acier est donnée par
vlong = 5,92 km/s = 5,92 x 106 mm/s
a 5,92 x 1 o6
= 1,18 mm (longueur d’onde longitudinale)
l ** long =
5x106
b) Considérons un traducteur d’angle (onde transversale) de 5 MHz, lors d’un essai de contact dans l’acier. La
longueur d’onde transversale de l’impulsion dans l’acier est déterminée comme suit:
La vitesse de propagation de l’onde transversale dans l’acier est donnée par
vtrans = 3,26 km/s = 3,26 x 106 mm/s
3,26x106
a = 0,65 mm (longueur d’onde transversale)
l ** Vans =
5x106
Ces paramètres sont mesurés par contrôle échographique, décrit ici. L’écho est transmis par une porte de
sélection, afin d’éliminer les signaux non significatifs. L’écho transmis agit en entrée a la fois sur I’oscilloscope pour
analyser sa réponse temporelle, et sur un analyseur de fréquence pour analyser sa réponse en fréquence.
L’impulsion de tension électrique appliquée au traducteur produit un spectre d’énergie suffisamment large pour
permettre d’évaluer la réponse du traducteur. Le niveau d’impulsion de l’excitation, les types de cibles utilisées
pour chaque essai ainsi que Ea distance par rapport au traducteur doivent être enregistrés.
4.7 Montage d’essai
La figure 1 illustre de manière schématique un montage d’essai pour la technique d’impulsion de tension électrique
couramment utilisée lors des essais échographiques. Le système se compose d’un générateur d’impulsions, d’un
récepteur, d’une porte (ou d’un instrument à écho ultrasonore avec terminal de sortie pour un signal d’écho transmis),
d’un oscilloscope, d’un analyseur de fréquences et d’un traducteur. La gamme de fréquences de I’oscilloscope et de
l’analyseur ne doit pas être inférieur à 50 MHz. Des câbles coaxiaux de 50 fi doivent être utilisés pour le mesurage;
l’entrée des câbles vers I’oscilloscope et l’analyseur de fréquences doit être couplée avec une terminaison de 50 Q.
Une impulsion d’excitation est appliquée au traducteur et l’écho provenant d’une cible spécifique est analysé.
Dans le cas de contrôles en immersion, le traducteur doit être orienté de manière à fournir une amplitude de signal
maximale depuis la surface cible. Les cibles couramment utilisées lors de contrôles en immersion sont soit une
petite bille d’acier inoxydable ou un fil d’acier pour la mesure du champ acoustique, soit un réflecteur plan, tel qu’un
bloc de verre, pour l’analyse de la forme d’onde d’un écho. Le diamètre standard d’une sphère est de 4 mm et celui
du fil en acier est de 2,5 mm. Sur accord entre les parties, des sphères et des cibles de différentes dimensions
peuvent également être utilisées. Afin d’éviter des réflexions dans la cuve, la distance entre la bille ou le câble cible
et le fond de la cuve doit être au moins de 50 mm. La figure 2 illustre un contrôle en immersion avec une bille
d’acier inoxydable ou la section d’un fil en acier et d’un bloc de verre pris comme cible.
Dans le cas de contrôles par contact, les traducteurs à faisceau droit et à faisceau incliné sont utilisés. Un élément
simple en mode échographique ou un élément double en mode émetteur-récepteur, et un bloc de référence à
gradins de multiple épaisseur, sont utilisés avec les traducteurs à faisceau droit lors des contrôles par contact.
Entre le traducteur et la surface de contact, un milieu de couplage approprié, tel qu’une huile minérale ou de la
glycérine, doit être utilisé et une pression uniforme doit être maintenue. L’épaisseur du bloc doit être supérieure à
la durée spatiale de l’impulsion d’excitation utilisée. La platitude et le parallélisme du bloc de référence doivent être
tous deux supérieurs à 0,02 mm. L’état de surface du haut et du bas du bloc de référence doit se situer entre
1,6 prn et 3,2 prn. La figure 3 illustre un contrôle par contact sur un bloc d’étalonnage à gradins.
---------------------- Page: 7 ----------------------
@ ISO
ISO 10375:1997(F)
Dimensions en millimètres
Oscilloscope
Signal en réception \I
Signal transmis
Appareil à ultrasons
-------------------------------------------------------
Synchronisation
l Signal transmis
Signal en réception
L-,---,-,,-------, -------------------------------------J
Analyseur de fréquence
Traducteur- P
Traducteur
/-
7
1 .,
m
-
Eau
+ Synchronisation
L
t
Z t
* Signal transmis
Bille de @ 4 mm
/ R 100
m
-Réflecteur plat
a) Traducteurdroitpour b) Traducteurd'anglepour CI Traducteurdroitouafaisceau
contr8le par contact contr8le par contact focalisé pour contr8le en immersion
Figure 1 - Dispositions pour contrôle ultrasonore par réflexion avec excitation électrique
longueur du champ proche)
(Tk = 0,75No à 1,5No;No =
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 10375:1997(F)
Dimensions en millimètres
r
Eau
Bille de @ 4 mm
/-
Tk = longueur de champ proche du traducteur droit
= longueur focale du traducteur à faisceau focalisé
Figure 2 -
Contrôle en immersion avec le traducteur placé
au-dessus d’une bille cible ou réflecteur plat
(Ce dernier sert à la mesure de réponse en fréquence;
la bille cible sert à la mesure du champ acoustique)
Largeur du bloc d’étalonnage
supérieure au diamètre du traducteur
Méthode par
/Bloc d’étalonnage à gradins
transmission
Tk = épaisseur
NO = longueur du champ proche
Figure 3 - Dispositions pour contrôle par contact avec traducteur droit
0,75N0 à 1 ,5N0; pour un essai par transmission, Tk > NO)
(Pour un essai par réflexion, Tk =
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 10375:1997(F) @ ISO
Le faisceau incliné est produit par un élément transducteur construit à un angle de l’axe des z de la sonde, défini
comme l’angle d’incidence a, ou en utilisant un coin absorbant d’un traducteur droit, pour produire un faisceau
sonore, refracté a un angle du materiel soumis à l’essai. Le faisceau incliné transmis au matériau peut consister en
une onde réfractée longitudinale ou une onde réfractée transversale.
Dans le cas de traducteurs d’angles utilisés lors de contrôles par contact, le bloc provenant de l’Institut international
de la soudure (Ils) doit être utilisé comme bloc d’étalonnage, comme décrit dans I’ISO 2400. Le traducteur d’angle
doit être positionné de manière à émettre son faisceau ultrasonore en direction du rayon de 100 mm. Avec un bon
positionnement du traducteur destiné à maximaliser l’écho reçu, le point d’émergence du traducteur, c’est-à-dire
le point de sortie du faisceau ultrasonore, est marqué sur le traducteur au point central du rayon de 100 mm sur le
bloc Ils.
Après avoir déterminé le point d’émergence du traducteur, l’angle de réfraction p du traducteur, c’est-à-dire l’angle
compris entre la direction d’emission du faisceau et la direction normale de la surface contrôlée, peut être mesuré
comme suit. Pour un angle de réfraction compris entre 40” et 75O, placer le faisceau ultrasonore en direction du
trou de 50 mm de diamètre signifie que l’angle marqué en degrés sur le bloc IIS correspondant au point
d’émergence du traducteur est l’angle de réfraction du traducteur. Pour les angles de réfraction d’environ 80°, on
place le faisceau ultrasonore en direction du trou de 1,5 mm de diamètre. Lorsque le traducteur est positionné de
façon a obtenir un écho maximal, l’angle marqué en degrés sur le bloc IIS correspondant au point d’émergence du
traducteur est l’angle de réfraction du traducteur. L’angle de bigle y est la déviation angulaire de la direction du
faisceau ultrasonore par rapport à son axe longitudinal X.
L’écho réfléchi a partir de la surface du rayon de 10 mm du bloc IIS doit être utilisé pour l’analyse de la forme
d’onde. Lorsque deux traducteurs d’angle sont placés en mode émetteur-récepteur, le signal d’amplitude de crête
réfléchi a partir du côté plan du bloc IIS est utilisé pour l’analyse de la forme d’onde.
La figure 4 illustre le traducteur à faisceau angulaire ainsi que le bloc IIS utilisés lors d’un contrôle par contact. Dans
le cas d’un traducteur à large faisceau incline, le reflecteur doit être au moins aussi large que le diamètre de
l’élément transducteur du traducteur.
Dans le cas de l’analyse de la forme d’onde, l’écho transmis à partir de la surface arrière du bloc de référence,
c’est-à-dire à partir d’un réflecteur infini, est caractérisé en termes de réponse temporelle et de réponse en
fréquence.
4.2 Réponse temporelle
La réponse temporelle d’un signal d’écho est enregistrée pour la cible spécifique choisie en fonction du type de
contrôle et du type de traducteur évalué, c’est-à-dire contrôle en immersion ou par contact, traducteur droit ou
traducteur d’angle. La durée du signal d’écho donne une mesure des caractéristiques d’amortissement du
traducteur. La forme d’onde de l’impulsion se caractérise par le nombre de crêtes PN, défini comme le nombre de
demi-cycles d’une amplitude supérieure ou égale à 20 % (-14 dB) de l’amplitude de crête d’une demi-onde. La
durée, à partir de la première crête jusqu’à la fin de la dernière crête, est définie comme la durée d’impulsion TPD,
mesurée en microsecondes. Le nombre de crêtes de la fo
...
NORME ISO
INT.ERNATIONALE 10375
Première édition
1997-04-I 5
Essais non destructifs - Contrôle
par ultrasons - Caractérisation des
traducteurs et des champs acoustiques
Non-destructive testing - Ultrasonic inspection - Characterization
of search unit and sound field
Numéro de référence
ISO 10375:1997(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 10375:1997(F)
Page
Sommaire
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1
2 Référence normative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4 Techniques et procédures . 2
4.1 Montage d’essai . 3
4.2 Réponse temporelle . 6
4.3 Réponse en fréquence . 6
4.4 Paramètres de champ libre . 11
4.5 Mesure acoustique de l’écho . 14
................................................................................ 15
4.6 Impédance
4.7 Sensibilité relative . 17
0 ISO 1997
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-l 211 Genève 20 l Suisse
Internet centraI@iso.ch
c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
x.400
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
@ ISO ISO 10375:1997(F)
Avant-propos
LYS0 (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 10375 a été élaborée par le comité technique
lSO/rC 135, Essais non destructifs, sous-comité SC 3, Moyens acoustiques.
---------------------- Page: 3 ----------------------
@ ISO
ISO 10375:1997(F)
Introduction
Dans le cadre d’un essai non destructif aux ultrasons, les impulsions
ultrasonores sont utilisées afin de détecter et d’évaluer les imperfections
ou les défauts d’un matériau. II convient de spécifier, de contrôler et de
caractériser correctement la production, la propagation et la réception des
impulsions ultrasonores, si l’on veut obtenir des informations sur les
défauts qui soient reproductibles. De la connaissance des caractéristiques
du traducteur ou du transducteur, ainsi que du champ sonore associé
et des modes opératoires d’essai utilisés, dépend la précision et la
répétabilité de l’examen ultrasonore.
Pour une description complète ou un choix approprié d’un traducteur ou
d’un transducteur, un ensemble de caractéristiques communément
reconnu, relatif audit traducteur, doit être spécifié. La présente Norme
internationale établit les techniques à utiliser en laboratoire pour
caractériser les traducteurs ultrasonores à l’aide de paramètres tels que la
fréquence centrale, la largeur de bande, la longueur du champ proche, le
demi-angle de divergence du faisceau, la profondeur de champ, le diamètre
du faisceau et la longueur focale. La présente Norme internationale
spécifie les moyens de mesure des caractéristiques des traducteurs
d’immersion et de contact utilisés pour le contrôle des matériaux. Elle
fournit également des guides pour l’obtention de paramètres mesurés
dans le champ libre et par mesurage de l’écho d’impulsion. Des exemples
de calcul de ces paramètres sont donnés.
La présente Norme internationale fournit les techniques et les procédures
pour atteindre les objectifs suivants:
sélectionner et spécifier les caractéristiques des traducteurs et des
a)
transducteurs;
vérifier et garantir la constance des performances d’un traducteur
b)
pendant toute sa durée de vie;
faciliter la sélection de traducteurs identiques ou d’alternatives équi-
d
valentes;
établir une base de comparaison des résultats obtenus à l’aide de
d
différents appareils, réglages, opérateurs, temps de fonctionnement
et différentes périodes.
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE @ ISO ISO 10375:1997(F)
Essais non destructifs - Contrôle par ultrasons -
Caractérisation des traducteurs et des champs acoustiques
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale établit les procédures de spécification de certaines caractéristiques de
traducteurs ultrasonores et de mesure du champ acoustique associé. L’objectif est d’uniformiser les techniques
d’essai, de créer une base d’interprétation des résultats obtenus par différents laboratoires et à différents
moments. On notera que la présente Norme internationale n’établit pas de critères d’acceptation; elle détermine
cependant une base technique concernant les critères qui peuvent être définis par les utilisateurs.
L’ISO 2400 décrit un bloc d’étalonnage utilisé lors d’un contrôle de soudure pour vérifier les performances de
l’appareil ultrasonore et du traducteur. Pour une amélioration future des possibilités du contrôle ultrasonore,
l’information concernant la réponse temporelle du traducteur, sa réponse en fréquence (également appelée spectre
de fréquence, analyse en fréquence, analyse de spectre et analyse de signature) ainsi que le champ acoustique
doivent être connus avant de pouvoir réaliser une détection et une évaluation fiables des défauts.
II est question ici de traducteurs droits et de traducteurs d’angle a fréquence ultrasonore nominale allant de
0,5 MHz à 15 MHz. Les traducteurs d’ondes de surface ne sont pas traités dans la présente Norme internationale.
Cette dernière fournit les procédures de spécification des paramètres de champ acoustique, de même que les
méthodes de mesure par essais en immersion. La présente Norme internationale ne concerne pas les mesures de
champ acoustique lors des essais de contact.
La présente Norme internationale décrit les procédures de mesure pour l’évaluation des caractéristiques des
traducteurs ultrasonores, ainsi que les techniques utilisées pour obtenir des données de champ acoustique à l’aide
de traducteurs excités par impulsions électriques et utilisés sur le terrain ou en laboratoire. Les paramètres des
caractéristiques traités dans la présente Norme internationale sont les fréquences supérieures, inférieures et
centrales, la longueur d’onde, la largeur de bande, les réponses temporelles et en fréquence, la longueur de champ
proche, le demi-angle de divergence du faisceau des traducteurs de différentes formes en un champ libre, mesures
acoustiques de l’écho, profils de faisceaux, l’impédance et la sensibilité relative. Les formats de présentation du
résultat de contrôle des traducteurs droits et des traducteurs focalisés sont donnés.
Afin de fournir les informations fondamentales et de vérifier l’éventuelle dégradation des performances, les
propriétés électriques du traducteur sont mesurées indépendamment de l’instrument ultrasonore. L’impédance
électrique et la sensibilité sont mesurées à des fréquences spécifiques sélectionnées pour chaque traducteur.
L’impédance électrique correspond à l’impédance complexe d’entrée du traducteur et la sensibilité est la mesure
de l’efficacité électroacoustique du traducteur. Ces méthodes sont respectivement décrites en 4.6 et 4.7.
2 Référence normative
La norme suivante contient des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au moment de la publication, l’édition indiqué était en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente Norme
internationale sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer l’édition la plus récente de la norme indiquée
ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur à un
moment donné.
ISO 2400: 1972, Soudures sur acier - Bloc de référence pour l’étalonnage des appareils pour l’examen par ultra-sons.
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 10375:1997(F)
@ ISO
3 Symboles
Largeur de bande, en pourcentage
Blfv
Nombre de cycles
CN
D Diamètre efficace, en millimètres, de l’élément transducteur du traducteur
Diamètre de faisceau, en millimètres, à la longueur focale
dFL
Profondeur de champ (également connue comme longueur de zone focale), en millimètres
FD
Longueur focale (également connue comme la distance focale), en millimètres
FL
Fréquence, en mégahertz, du traducteur
f
Fréquence inférieure (-3 dB pour le champ libre,
-6 dB pour l’écho, à partir de l’amplitude de crête), en
jci
méga hertz
Fréquence supérieure (-3 dB pour le champ libre,
-6 dB pour l’écho, à partir de l’amplitude de crête), en
f
U
méga hertz
Fréquence centrale, en mégahertz
f C
Fréquence de crête, en mégahertz
f
P
Dimensions efficaces, en millimètres, du traducteur rectangulaire
II, 12
Longueur, en millimètres, du champ proche
NO
Nombre de crêtes
PN
Sensibilité relative, en décibels
sr
Épaisseur du matériau, c’est-a-dire la distance entre le traducteur et le réflecteur, en millimètres
Tk
Durée d’impulsion, en microsecondes
TPD
V Vitesse d’onde, en kilométres par seconde, du support soumis a l’essai
Signal d’entrée crête-à-crête, ou amplitude du signal de la tension d’excitation, en volts
Vin
V Signal de tension de sortie crête-a-crête, en volts
out
x Axe longitudinal du traducteur
Distance axiale, en millimètres, normale à la face avant du traducteur
2
a Longueur d’onde, en millimètres, dans le matériau d’essai
a Angle incident, en degrés
Angle de réfraction, en degrés
P
Angle de bigle, en degrés
Y
f2 Impédance, en ohms
Demi-angle de divergence, en degrés, du faisceau
8
4 Techniques et procédures
Les caractéristiques d’un traducteur ultrasonore sont déterminées par la combinaison de ses propres paramètres
et des propriétés physiques du matériau avec lequel le traducteur est couplé. Le traducteur ultrasonore se
caractérise par des paramètres tels que la longueur d’onde, la fréquence centrale, la réponse temporelle, la
réponse en fréquence et la largeur de bande fractionnaire. La longueur d’onde, la fréquence du traducteur ainsi que
la vitesse de propagation d’une onde à travers un matériau sont liées par la relation suivante:
V
=-
a . . .
(1)
f
où
V est la vitesse de propagation de l’onde, en kilomètres par seconde, dans le matériau d’essai;
;I est la longueur d’onde, en millimètres, du traducteur;
est la fréquence, en mégahertz, du traducteur.
f
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
EXEMPLE 1
a) Considérons un traducteur droit de 5 MHz, lors d’un essai de contact dans l’acier. La longueur d’onde
longitudinale de l’impulsion dans l’acier est déterminée comme suit:
La vitesse de propagation de l’onde longitudinale dans l’acier est donnée par
vlong = 5,92 km/s = 5,92 x 106 mm/s
a 5,92 x 1 o6
= 1,18 mm (longueur d’onde longitudinale)
l ** long =
5x106
b) Considérons un traducteur d’angle (onde transversale) de 5 MHz, lors d’un essai de contact dans l’acier. La
longueur d’onde transversale de l’impulsion dans l’acier est déterminée comme suit:
La vitesse de propagation de l’onde transversale dans l’acier est donnée par
vtrans = 3,26 km/s = 3,26 x 106 mm/s
3,26x106
a = 0,65 mm (longueur d’onde transversale)
l ** Vans =
5x106
Ces paramètres sont mesurés par contrôle échographique, décrit ici. L’écho est transmis par une porte de
sélection, afin d’éliminer les signaux non significatifs. L’écho transmis agit en entrée a la fois sur I’oscilloscope pour
analyser sa réponse temporelle, et sur un analyseur de fréquence pour analyser sa réponse en fréquence.
L’impulsion de tension électrique appliquée au traducteur produit un spectre d’énergie suffisamment large pour
permettre d’évaluer la réponse du traducteur. Le niveau d’impulsion de l’excitation, les types de cibles utilisées
pour chaque essai ainsi que Ea distance par rapport au traducteur doivent être enregistrés.
4.7 Montage d’essai
La figure 1 illustre de manière schématique un montage d’essai pour la technique d’impulsion de tension électrique
couramment utilisée lors des essais échographiques. Le système se compose d’un générateur d’impulsions, d’un
récepteur, d’une porte (ou d’un instrument à écho ultrasonore avec terminal de sortie pour un signal d’écho transmis),
d’un oscilloscope, d’un analyseur de fréquences et d’un traducteur. La gamme de fréquences de I’oscilloscope et de
l’analyseur ne doit pas être inférieur à 50 MHz. Des câbles coaxiaux de 50 fi doivent être utilisés pour le mesurage;
l’entrée des câbles vers I’oscilloscope et l’analyseur de fréquences doit être couplée avec une terminaison de 50 Q.
Une impulsion d’excitation est appliquée au traducteur et l’écho provenant d’une cible spécifique est analysé.
Dans le cas de contrôles en immersion, le traducteur doit être orienté de manière à fournir une amplitude de signal
maximale depuis la surface cible. Les cibles couramment utilisées lors de contrôles en immersion sont soit une
petite bille d’acier inoxydable ou un fil d’acier pour la mesure du champ acoustique, soit un réflecteur plan, tel qu’un
bloc de verre, pour l’analyse de la forme d’onde d’un écho. Le diamètre standard d’une sphère est de 4 mm et celui
du fil en acier est de 2,5 mm. Sur accord entre les parties, des sphères et des cibles de différentes dimensions
peuvent également être utilisées. Afin d’éviter des réflexions dans la cuve, la distance entre la bille ou le câble cible
et le fond de la cuve doit être au moins de 50 mm. La figure 2 illustre un contrôle en immersion avec une bille
d’acier inoxydable ou la section d’un fil en acier et d’un bloc de verre pris comme cible.
Dans le cas de contrôles par contact, les traducteurs à faisceau droit et à faisceau incliné sont utilisés. Un élément
simple en mode échographique ou un élément double en mode émetteur-récepteur, et un bloc de référence à
gradins de multiple épaisseur, sont utilisés avec les traducteurs à faisceau droit lors des contrôles par contact.
Entre le traducteur et la surface de contact, un milieu de couplage approprié, tel qu’une huile minérale ou de la
glycérine, doit être utilisé et une pression uniforme doit être maintenue. L’épaisseur du bloc doit être supérieure à
la durée spatiale de l’impulsion d’excitation utilisée. La platitude et le parallélisme du bloc de référence doivent être
tous deux supérieurs à 0,02 mm. L’état de surface du haut et du bas du bloc de référence doit se situer entre
1,6 prn et 3,2 prn. La figure 3 illustre un contrôle par contact sur un bloc d’étalonnage à gradins.
---------------------- Page: 7 ----------------------
@ ISO
ISO 10375:1997(F)
Dimensions en millimètres
Oscilloscope
Signal en réception \I
Signal transmis
Appareil à ultrasons
-------------------------------------------------------
Synchronisation
l Signal transmis
Signal en réception
L-,---,-,,-------, -------------------------------------J
Analyseur de fréquence
Traducteur- P
Traducteur
/-
7
1 .,
m
-
Eau
+ Synchronisation
L
t
Z t
* Signal transmis
Bille de @ 4 mm
/ R 100
m
-Réflecteur plat
a) Traducteurdroitpour b) Traducteurd'anglepour CI Traducteurdroitouafaisceau
contr8le par contact contr8le par contact focalisé pour contr8le en immersion
Figure 1 - Dispositions pour contrôle ultrasonore par réflexion avec excitation électrique
longueur du champ proche)
(Tk = 0,75No à 1,5No;No =
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 10375:1997(F)
Dimensions en millimètres
r
Eau
Bille de @ 4 mm
/-
Tk = longueur de champ proche du traducteur droit
= longueur focale du traducteur à faisceau focalisé
Figure 2 -
Contrôle en immersion avec le traducteur placé
au-dessus d’une bille cible ou réflecteur plat
(Ce dernier sert à la mesure de réponse en fréquence;
la bille cible sert à la mesure du champ acoustique)
Largeur du bloc d’étalonnage
supérieure au diamètre du traducteur
Méthode par
/Bloc d’étalonnage à gradins
transmission
Tk = épaisseur
NO = longueur du champ proche
Figure 3 - Dispositions pour contrôle par contact avec traducteur droit
0,75N0 à 1 ,5N0; pour un essai par transmission, Tk > NO)
(Pour un essai par réflexion, Tk =
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 10375:1997(F) @ ISO
Le faisceau incliné est produit par un élément transducteur construit à un angle de l’axe des z de la sonde, défini
comme l’angle d’incidence a, ou en utilisant un coin absorbant d’un traducteur droit, pour produire un faisceau
sonore, refracté a un angle du materiel soumis à l’essai. Le faisceau incliné transmis au matériau peut consister en
une onde réfractée longitudinale ou une onde réfractée transversale.
Dans le cas de traducteurs d’angles utilisés lors de contrôles par contact, le bloc provenant de l’Institut international
de la soudure (Ils) doit être utilisé comme bloc d’étalonnage, comme décrit dans I’ISO 2400. Le traducteur d’angle
doit être positionné de manière à émettre son faisceau ultrasonore en direction du rayon de 100 mm. Avec un bon
positionnement du traducteur destiné à maximaliser l’écho reçu, le point d’émergence du traducteur, c’est-à-dire
le point de sortie du faisceau ultrasonore, est marqué sur le traducteur au point central du rayon de 100 mm sur le
bloc Ils.
Après avoir déterminé le point d’émergence du traducteur, l’angle de réfraction p du traducteur, c’est-à-dire l’angle
compris entre la direction d’emission du faisceau et la direction normale de la surface contrôlée, peut être mesuré
comme suit. Pour un angle de réfraction compris entre 40” et 75O, placer le faisceau ultrasonore en direction du
trou de 50 mm de diamètre signifie que l’angle marqué en degrés sur le bloc IIS correspondant au point
d’émergence du traducteur est l’angle de réfraction du traducteur. Pour les angles de réfraction d’environ 80°, on
place le faisceau ultrasonore en direction du trou de 1,5 mm de diamètre. Lorsque le traducteur est positionné de
façon a obtenir un écho maximal, l’angle marqué en degrés sur le bloc IIS correspondant au point d’émergence du
traducteur est l’angle de réfraction du traducteur. L’angle de bigle y est la déviation angulaire de la direction du
faisceau ultrasonore par rapport à son axe longitudinal X.
L’écho réfléchi a partir de la surface du rayon de 10 mm du bloc IIS doit être utilisé pour l’analyse de la forme
d’onde. Lorsque deux traducteurs d’angle sont placés en mode émetteur-récepteur, le signal d’amplitude de crête
réfléchi a partir du côté plan du bloc IIS est utilisé pour l’analyse de la forme d’onde.
La figure 4 illustre le traducteur à faisceau angulaire ainsi que le bloc IIS utilisés lors d’un contrôle par contact. Dans
le cas d’un traducteur à large faisceau incline, le reflecteur doit être au moins aussi large que le diamètre de
l’élément transducteur du traducteur.
Dans le cas de l’analyse de la forme d’onde, l’écho transmis à partir de la surface arrière du bloc de référence,
c’est-à-dire à partir d’un réflecteur infini, est caractérisé en termes de réponse temporelle et de réponse en
fréquence.
4.2 Réponse temporelle
La réponse temporelle d’un signal d’écho est enregistrée pour la cible spécifique choisie en fonction du type de
contrôle et du type de traducteur évalué, c’est-à-dire contrôle en immersion ou par contact, traducteur droit ou
traducteur d’angle. La durée du signal d’écho donne une mesure des caractéristiques d’amortissement du
traducteur. La forme d’onde de l’impulsion se caractérise par le nombre de crêtes PN, défini comme le nombre de
demi-cycles d’une amplitude supérieure ou égale à 20 % (-14 dB) de l’amplitude de crête d’une demi-onde. La
durée, à partir de la première crête jusqu’à la fin de la dernière crête, est définie comme la durée d’impulsion TPD,
mesurée en microsecondes. Le nombre de crêtes de la fo
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.