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La présente invention concerne un procédé et un dispositif de vérification de solides par ultra-sons et spécialement de détection des dé- fauts voisins d'une surface au solide. On a utilisé, de façon générale, deux procédés pour la vérification des solides par ultra-sons. Suiyant le premier procédé, on envoie des ondesllongitudinales en substance perpendiculairement à la surface de l'objet,et on mesure l'intervalle de temps entre l'émission et la réception des impulsions ultrasoniques.
Suivant le second procédé, les impulsions ultrasoniques sont injeetées dans l'objet dans une direction in- clinée sur la perpendiculaire, de façon que les impulsions se propagent, au point d'incidence, par réflexions répétées sur les parois supérieure et infé- rieure de l'objet, jusqu'à rencontrer une surface réfléchissante, comme un défaut, qui réfléchit alors les impulsions de retour vers le point d'inciden- ce. Le brevet américain n 2.527.986 du 31 Octobre 1950, relatif au second des procédés précités, décrit un procédé dans lequel les impulsions sont in- jectées dans l'objet suivant un angle d'incidence supérieur à L'angle criti- que sous lequel des ondes longitudinales s'échapperaient de l'objet, ce qui permet de faire la vérification uniquement au moyen des ondes secondaires qui se déplacent plus lentement.
Ce procédé rend l'opération plus aisée en ce que l'objet ne retient plus qu'un type d'onde et que les indications ob- tenues ne concernent que celui-ci.
Les deux procédés de vérification ci-dessus ont en commun que les impulsions entrent par une face de l'objet, le traversent soit perpendi- culairement soit obliquement, et sont réfléchiês par la face opposée. Ces genres de vérification onttl'inconvénient de ne pas détecter des défauts comme les discontinuités peu profondes voisines d'une surface de l'objet. Ces défauts peuvent être détectée, au contraire, au moyen d'ondes en surface qui ont une vitesse d'environ 90% de la vitesse des ondes secondaires. Un procédé de production d'ondes de surface est décela dans le brevet américain n 2.439.130 et utilise un cristal de coupe Y. Ces cristaux se sont avérés très fragiles, parce que leur largeur n'était que le septuple de l'épaisseur.
Ainsi, par exemple, un cristal de 2 1/4 mégacycle aurait une largeur de 0,24 pouce (6,4 mm) et une épaisseur de 0,035 pouce (0,9 mm). Le couplage d'un cristal de ce genre à l'objet est critique, et son amortissement difficile.
Il s'en est suivi que l'utilisation d'ondes de surface s'est avérée impraticable pour la vérification courante, quoique leur possibilité de détection de fissures superficielles minces fût connue.
L'invention a pour but principal de procurer un procédé et un dispositif pour la production d'ondes de surface pouvant être utilisées pour la vérification pratique à l'échelle industrielle.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée donnée ci-après.
Dans les dessins annexés,
La fig. 1 est une vue de face, partiellement schématique, d'une forme d'exécution de l'invention appliquée à la vérification, de défauts superficiels de plaques planes.
Les figs. 2 à 5 inclusivement sont des diagrammes vectoriels expliquant la théorie qui est à la base de l'invention.
A la fige 1, l'invention est appliquée à une plaque 10 dont les défauts, par exemple une discontinuité peu profonde 11, qui peut avoir uner profondeur de l'ordre d'un centième de pouce (0,25 mm) et est voisine de la surface d'incidence 12, doivent être détectés. Comme précité, les procédés utilisés jusqu'ici et utilisant des ondes longitudinales et secondaires, ne permettent pas de déceler les défauts en surface. Le procédé et le dispositif de la présenter invention utilisent des ondes de surface produites le long de la surface d'incidence 12 et voyageant le long de celle-ci jusqu'à la rencontre de la discontinuité 11 qui réfléchit ces ondes, le long de la même surfaee, jusqu'au pdint d'émission.
A cet effet, on uuilise un él@-
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élément piézo-électrique sous la forme d'un cristal de quartz 15 excité pé- riodiquement par un synchroniseur 17 alimenté par une source d'énergie conve- nable, comme un réseau de courant alternatif à 60 périodes. Le cristal 15 est excité, 60 fois par seconde, par un générateur d'impulsions 16 de manière à Transmettre un train d'ondes ou impulsions par l'intermédiaire d'une sonde en coin 20 portant le cristal et déposée sur la surface 12. Les trains d'on- de traversant la sonde 20 sont envoyés sur la surface 12 de manière à y pro- duire une onde de surface de la manière décrite ci-après.
Le synchroniseur 17, pendant qu'il alimente le générateur d' impulsions 16, alimente aussi un circuit de balayage 21 d'un oscilloscope 44 pour le balayage entre les pla- ques horizontales 23. Les imoulisions produites par le générateur d'impul- sions 16 sont aussi appliquées à un récepteur-amplificateur 25 relié aux pla- ques verticales 26 de l' oscillos cope, pour la déflexion verticale du balayage horizontal. Les impulsions émises produisent les déflexions 27 et toute ré- flexion d'impulsions émises par un défaut 11 et la surface de fond 19 de l'ob- jet, apparaît sur le balayage comme des déflexions verticales 28 et 29.
La façon dont les ondes de surface sont produites avec le dispo- sitif de la fig. 1, est décrite avec référence aux graphiques des figs. 2 à 5 inclusivement. Les figs. 2 et 3 montrent le procédé décrit dans le brevet américain n 2.527.986. Suivant celui-ci, si l'on donne à l'angle d'incli- naison Ú de la sonde la valeur de la fig. 2, le faisceau se subdivise en deux faisceaux, l'un d'ondes longitudinales LO, l'autre d'ondes secondaires SH. La sonde 20 est en une matière dont la vitesse acoustique est inférieure à celle de l'objet 10, de façon que le faisceau soit réfracté dans le sens, indiqué par la flèche, de propagation du faisceau.
Comme les ondes longitu- dinales se déplacent plus rapidement que les ondes secondaires, leur angle de réfraction est plus grand et les deux faisceaux différents sont éventuel- lement réfléchis à des moments différents, ce qui donne lieu à des interfé- rences et au brouillage des informations. Pour éviter ceci, le brevet précité prévoit d'augmenter l'angle d'incidence jusqu'à au moins une valeur Ú' criti- que où les ondes longitudinales, en étant réfractées, quittent l'objet qui ne retient que les ondes secondaires plus lentes. L'angle d'incidence critique peut être calculé, pour toute matière de sonde et d'objet, par la formule suivante : sinus de l'angle d'incidence = vitesse dans la sonde sinus de l'angle de réfraction vitesse dans l'objet L'angle de réfraction étant 90 .
Avec ce procédé, il est donc possible de faire les mesures avec les ondes secondaires lentes seules, sans inter- férence sur les indications, des ondes longitudinales plus rapides.
Ce procédé ne permet cependant pas de détecter les défauts de surface et voisins de la surface. Il fallait, pour cela , des ondes de sur- face, mais le brevet précité était incapable de donner un procédé de produc- tion d'ondes de surface. Le seul procédé connu était l'utilisation de cris- taux de coupe Y suivant l'autre brevet américain précité n 2.439.130, pro- cédé impraticable industriellement pour les raisons données ci-dessus.
Le procédé et le dispositif de l'invention permettent d'obtenir des ondes de surface utilisables en pratique pour la vérification des défauts superficiels de solides. Ce procédé est décrit avec référence aux figs. 4 et 5. La fig. 4 montre que l'angle d'incidence Ú est accru au point que l'angle de réfraction des ondes secondaires, calculé suivant la formule ci-dessus, soit égal à 90 degrés. Si le support est en lucite et l'objet en acier, la formule donne 57 pour l'angle Ú2. Il a été découvert qu'à ce point, les ondes secondaires disparaissent. Si on augmente encore l'angle d'incidence de Ú2. à Ú3 par exemple, les ondes secondaires disparaissent entièrement et sont remplacées par des ondes de surface.
Le fait que ces ondes sont pure- ment des ondes de surface peut être démontré simplement en appuyant un doigt sur la surface de l'objet sur la trajectoire de ces ondes ; l'indication à l'oscilloscope montre que ces ondes ont été arrêtées. Quand ces ondes de surfa-
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ce se propageant le long de la surface 12 de l'objet, rencontrent un défaut superficiel comme en D, elles sont réfléchies vers le point d'émission et apparaissent sur le balayage horizontal de l'oscilloscope.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de production d'ondes de surface dans une face d'un objet, caractérisé en ce que des vibrations ultrasoniques sont injectées dans l'objet sous un angle d'incidence assez grand par rapport à la perpendiculaire à la dite face, pour que les ondes secondaires créées dans l'objet soient réfractées suivant un angle ae réfraction supérieur à un angle droit, grâce à quoi les ondes secondaires quittent l'objet.
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The present invention relates to a method and a device for verifying solids by ultrasound and especially for detecting defects near a surface to the solid. In general, two methods have been used for the verification of solids by ultrasound. Following the first method, longitudinal waves are sent substantially perpendicular to the surface of the object, and the time interval between emission and reception of ultrasonic pulses is measured.
According to the second method, the ultrasonic pulses are injected into the object in a direction inclined to the perpendicular, so that the pulses propagate, at the point of incidence, by repeated reflections on the upper and lower walls of the object. the object, until it encounters a reflective surface, such as a defect, which then reflects the return pulses towards the point of incidence. US Pat. No. 2,527,986 of October 31, 1950, relating to the second of the aforementioned processes, describes a process in which the pulses are injected into the object at an angle of incidence greater than the critical angle at which longitudinal waves would escape from the object, which makes it possible to verify only by means of secondary waves which move more slowly.
This process makes the operation easier in that the object retains only one type of wave and that the indications obtained relate only to this one.
The two verification methods above have in common that the pulses enter from one face of the object, pass through it either perpendicularly or obliquely, and are reflected from the opposite face. These kinds of checks have the drawback of not detecting defects such as shallow discontinuities near a surface of the object. These defects can be detected, on the contrary, by means of surface waves which have a speed of about 90% of the speed of secondary waves. A method of producing surface waves is found in US Pat. No. 2,439,130 and uses a Y-cut crystal. These crystals were found to be very fragile, because their width was only seven times the thickness.
So, for example, a 2 1/4 megacycle crystal would have a width of 0.24 inch (6.4 mm) and a thickness of 0.035 inch (0.9 mm). The coupling of such a crystal to the object is critical, and its damping difficult.
As a result, the use of surface waves proved impractical for routine testing, although their possibility of detecting thin surface cracks was known.
The main object of the invention is to provide a method and a device for the production of surface waves which can be used for practical verification on an industrial scale.
Other objects and advantages of the invention will emerge clearly from the detailed description given below.
In the accompanying drawings,
Fig. 1 is a front view, partially schematic, of an embodiment of the invention applied to the verification of surface defects of flat plates.
Figs. 2 to 5 inclusive are vector diagrams explaining the theory which is the basis of the invention.
In Fig. 1, the invention is applied to a plate 10 whose defects, for example a shallow discontinuity 11, which may have a depth of the order of a hundredth of an inch (0.25 mm) and is close to of the bearing surface 12, must be detected. As mentioned above, the methods used hitherto and using longitudinal and secondary waves do not make it possible to detect surface defects. The method and device of the present invention use surface waves produced along the incidence surface 12 and traveling along the latter until they meet the discontinuity 11 which reflects these waves, along the path. same surfaee, up to the emission point.
For this purpose, we use an el @ -
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A piezoelectric element in the form of a quartz crystal 15 periodically energized by a synchronizer 17 supplied by a suitable source of energy, such as a 60 period alternating current network. The crystal 15 is excited, 60 times per second, by a pulse generator 16 so as to transmit a train of waves or pulses by means of a wedge probe 20 carrying the crystal and deposited on the surface 12. The wave trains passing through probe 20 are sent to surface 12 to produce a surface wave therein as described below.
The synchronizer 17, while it supplies the pulse generator 16, also supplies a scanning circuit 21 of an oscilloscope 44 for scanning between the horizontal plates 23. The imoulisions produced by the pulse generator 16 are also applied to a receiver-amplifier 25 connected to the vertical plates 26 of the oscilloscope, for the vertical deflection of the horizontal sweep. The pulses emitted produce the deflections 27 and any reflection of pulses emitted by a defect 11 and the bottom surface 19 of the object, appear on the scan as vertical deflections 28 and 29.
The way in which surface waves are produced with the device of fig. 1, is described with reference to the graphics of figs. 2 to 5 inclusive. Figs. 2 and 3 show the process described in US Pat. No. 2,527,986. Following this, if the angle of inclination Ú of the probe is given the value in fig. 2, the beam is subdivided into two beams, one of longitudinal LO waves, the other of secondary SH waves. The probe 20 is made of a material whose acoustic speed is lower than that of the object 10, so that the beam is refracted in the direction, indicated by the arrow, of propagation of the beam.
Since longitudinal waves travel faster than secondary waves, their angle of refraction is greater and the two different beams are possibly reflected at different times, which gives rise to interference and interference of the beams. information. To avoid this, the aforementioned patent provides for increasing the angle of incidence to at least a critical value Ú 'where the longitudinal waves, being refracted, leave the object which retains only the secondary waves more. slow. The critical angle of incidence can be calculated, for any probe and object material, by the following formula: sine of the angle of incidence = velocity in the probe sine of the angle of refraction velocity in the object The refraction angle being 90.
With this method, it is therefore possible to make the measurements with the slow secondary waves alone, without interfering with the indications, the faster longitudinal waves.
However, this method does not make it possible to detect surface defects and those neighboring the surface. Surface waves were required for this, but the aforementioned patent was incapable of providing a process for producing surface waves. The only known method was the use of Y cutting crystals according to the other aforementioned US Pat. No. 2,439,130, a method industrially impracticable for the reasons given above.
The method and the device of the invention make it possible to obtain surface waves which can be used in practice for checking the surface defects of solids. This process is described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows that the angle of incidence Ú is increased to the point that the angle of refraction of the secondary waves, calculated according to the above formula, is equal to 90 degrees. If the support is lucite and the object is steel, the formula gives 57 for the angle Ú2. It was discovered that at this point the secondary waves disappear. If we further increase the angle of incidence by Ú2. at Ú3 for example, the secondary waves disappear entirely and are replaced by surface waves.
The fact that these waves are purely surface waves can be demonstrated by simply pressing a finger on the surface of the object in the path of these waves; the indication on the oscilloscope shows that these waves have been stopped. When these surf waves
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this propagating along the surface 12 of the object, encounter a surface defect as in D, they are reflected towards the point of emission and appear on the horizontal scan of the oscilloscope.
CLAIMS.
1. - A method of producing surface waves in a face of an object, characterized in that ultrasonic vibrations are injected into the object at a fairly large angle of incidence with respect to the perpendicular to said face, so that the secondary waves created in the object are refracted at a refractive angle greater than a right angle, whereby the secondary waves leave the object.