Academic literature on the topic 'Soudage ultrasons'

Monitoring the operation of the latest-generation nuclear reactor requires ultrasonic transducers able to operate at very high temperatures (> 600°C). To achieve this, CEA has requested from “Institut de Soudure” to help developing a new technology for these transducers compared to the one previously developed. This began with the development of a reliable assembly technique between a lithium niobate piezoelectric disc whose Curie temperature exceeds 1100°C and stainless steel discs. The chosen solution was to braze the niobate disc between two stainless steel discs. Parallel to this development, it was also necessary to develop a NDE procedure to verify the quality of the brazing assemblies. This development began with a simulation of immersion ultrasonic testing of the assemblies. The constraints were to be able to control the two brazed interfaces from the same access face, with the possibility of detecting and dimensioning defects with an equivalent diameter of 0.25 mm. This phase is important to define the optimal transducer with the associated operating conditions. The first assemblies validated the preliminary choices. To exploit the cartographies obtained, a signal processing procedure was developed. This enabled an automatic characterization of the indications observed. However, the analysis of the signals observed proved to be more complex than the one predicted by the simulation. Once the origin of the various observed signals was identified it was then possible to define windows allowing the construction of the cartographies to analyze. In case of a good quality assembly, it was possible to qualify the generated beam and to image it in the focal plane but with an observed signal having a very low damping. These first encouraging results, however, show that there is still some validation and development work to increase the sensitivity of the developed translator and its damping.

Le circuit primaire des centrales nucléaires françaises comporte un grand nombre de soudures entre composants. Elles subissent en service des contraintes thermiques et mécaniques. De ce fait, la surveillance par examen non destructif (END) de ces soudures représente un enjeu majeur pour la sûreté des installations. Cette présentation traite du contrôle ultrasonore d’une soudure de forte épaisseur en acier inoxydable austénitique entre deux composants en acier inoxydable austéno-ferritique moulé caractérisé par une structure métallurgique à gros grains. L’ensemble soudure et métal de base présente une structure fortement anisotrope et hétérogène susceptible de dégrader les performances du procédé de contrôle par des phénomènes physiques qui perturbent les faisceaux ultrasonores (déviation et division des faisceaux, important bruit de structure, forte variation de l’atténuation …). En collaboration avec EDF, Omexom NDT E&S a qualifié un procédé de contrôle par ultrasons automatisés composé de différents capteurs permettant de s’adapter aux contraintes structurelles de ces matériaux complexes. Les impacts métallurgiques induits par la structure contrôlée ont été étudiés et pris en considération dans les performances du procédé grâce notamment à une comparaison entre mesures expérimentales et simulations numériques avec les logiciels CIVA et ATHENA. Nous présenterons dans cette étude la méthodologie retenue pour modéliser les différents matériaux dans les codes de simulation. L’impact du matériau sur les performances du procédé qualifié et sur les gestes opératoires de la procédure sera également abordé.

Lors d'une inspection manuelle par ultrasons, un certain nombre de paramètres de mise en oeuvre influents sur la qualité et la performance finale de l’examen ne sont généralement pas enregistrés. La conformité du contrôle avec la procédure ou, plus tard, une analyse de la conformité de l'inspection ne peut alors être réalisée. Dans le cadre du projet ANR FOEHN, un dispositif de suivi optique du traducteur associé à l'enregistrement des signaux a été développé par le CEA et utilisé par l’Institut de Soudure (IS) notamment pour évaluer les facteurs humains et leur influence durant une inspection. Durant le contrôle, les données peuvent être traitées et analysées en temps réel. Etant enregistrées, elles peuvent ensuite être exploitées dans un mode « Replay », et l’opérateur ou le formateur peut voir sur le même écran le déplacement du traducteur ultrasonore dans l’espace d’inspection ainsi que l'image des signaux ultrasons enregistrée de manière synchrone depuis le système d’inspection. Le système permet monitorer finement la trajectoire du traducteur lors d'inspections sur des blocs de géométrie connues, dans des conditions normales de contrôle puis dans des conditions dégradées. Ces données sont utilisées pour isoler certains facteurs humains en fonction de leur origine et quantifier les effets de manière indépendante.

Les techniques d’intelligence artificielle, et en particulier à base de Machine Learning, ouvrent des perspectives d’avancées significatives pour l’assistance au diagnostic, que ce soit pour la détection ou la caractérisation de défauts. Cependant la conception d’une nouvelle solution basée sur l'IA est une tâche qui peut s’avérer complexe en raison de la multiplicité et la variabilité des paramètres du contrôle, combinées à des données souvent insuffisamment représentatives bien qu’indispensables aux phases d'apprentissage et de validation. Dans cette communication nous présentons une étude pour le développement d’un algorithme de diagnostic par IA pour l'inspection de soudures par ultrasons (TFM). Le cas traité est celui d’une soudure en V et l’objectif visé est la détection et l’identification de défauts de différents types (fissure, manque de fusion, inclusion, manque de pénétration…). Sont ainsi comparées plusieurs stratégies de détection et de caractérisation, exploitant différentes approches (corrélation, algorithmes type SVM, réseaux de neurones), utilisant et combinant des données simulées et expérimentales pour la phase d'apprentissage. Les performances des algorithmes sont évaluées sur des données expérimentales, en tenant compte des incertitudes dues au procédé. Les résultats sont comparés entre les différentes approches, avec pour référence une analyse d'expert. L'ensemble de l'étude a été réalisée à l'aide du logiciel CIVA DS (Data Science), nouveau module de la plateforme CIVA, qui a pour vocation d’accompagner l’utilisateur dans sa démarche de conception et de démonstration de performance de son processus de diagnostic par IA, et qui permet dans un environnement unique de combiner simulation, acquisition, traitements du signal et Machine Learning.

Le recours aux composites thermoplastiquesest grandissant dans l’industrie destransports. Le soudage se distingue comme uneméthode d’assemblage rapide pour ces matériaux,créant une continuité entre les pièces assembléeset offrant une tenue mécanique élevée.Son application aux structures dans le secteurdes transports peut néanmoins poser des questionsquant aux chargements dynamiques combinésà la sensibilité à la vitesse de déformationde diverses matrices thermoplastiques. Malgrél’étendu de la littérature sur le soudage de composites,aucune étude sur la sensibilité à la vitessede déformation n’a été trouvée. Les objectifsde cette thèse sont d’étudier le comportementd’un composite (GF/PA66 tissé) soudé pour deschargements quasi-statique et dynamique d’unpoint de vue expérimental et de proposer un modèlede comportement valide sur la plage de vitessesconsidérées.La méthode employée repose sur la connaissancedu comportement quasi-statique et dynamiquedes substrats, expérimentalement etnumériquement. L’influence de la vitesse de chargementsur le composite soudé est étudiée àl’aide d’essais de traction sur des éprouvettesde recouvrement, en quasi-statique et à vitessemodérées de chargement. L’influence de la vitessede déformation sur la soudure ne peutpas être tranchée expérimentalement, car lecomportement des éprouvettes mêle les comportementsde la soudure et des substrats.Ainsi, les comportements sont découplés numériquementen utilisant un modèle élasto-plastiqueendommageable visqueux pour le stratifié et uneloi de traction-séparation pour la soudure (élémentscohésifs). La loi cohésive est identifiée enquasi-statique puis appliquée aux essais dynamiques.Le modèle final, pouvant inclure de laviscosité, est validé de la quasi-statique à la dynamique,permettant de conclure sur la nécessitéou non d’inclure des fonctions de viscosité pourdécrire le comportement des soudures
Thermoplastic composites utilisation isincreasing in the transport industry. Welding is afast joining method for these materials, creatingcontinuity between the assembled parts and offeringhigh mechanical strength. However, its applicationto transport structures can raise questionsdue to the dynamic loading that may occurand the strain rate sensitivity of various thermoplasticmatrices. Despite the extensive literatureon composite welding, no studies have beenfound on the strain rate sensitivity of welds. Thisthesis aims to study the behaviour of a weldedcomposite (GF/PA66 fabric) for quasi-static anddynamic loadings from an experimental pointof view and propose a numerical model of thewelded zone, including strain rate sensitivity.The methodology is based on an accurateknowledge of the substrates’ behaviour for anextensive strain rate range, both experimentallyand numerically. The welded composite time dependencyis investigated from quasi-static untilmoderate loading speeds using tensile testson lap joint specimens. The strain rate dependenceof the weld is difficult to quantify experimentallysince the sample behaviour combinesthe behaviours of the weld and the substrates.Therefore, a numerical uncoupling is achievedusing a viscous elastoplastic damage model forthe substrates and a traction separation law forthe weld (cohesive elements). The cohesive lawis identified in quasi-static and then applied todynamic tests. The final model, which may includeviscosity, is validated from quasi-static todynamic, allowing conclusions on whether or notviscous functions are necessary to describe thebehaviour of the welds

Les matériaux composites occupent une place de plus en plus importante dans l'industrie, en particulier aéronautique. Les composites à matrice thermoplastique suscitent aujourd'hui dans ce secteur un très fort engouement par rapport à leurs concurrents thermodurcissables. Le présent travail de thèse se concentre sur le soudage de matériaux composites à matrice thermoplastique. Le procédé de soudage ultrasons consiste à dissiper un travail mécanique au niveau de l'interface. La température augmente alors localement et entraîne un écoulement dans la zone soudée. Le procédé dit "continu", proposé par EADS IW, permet aujourd'hui d'envisager l'assemblage de structures aéronautiques à l'échelle industrielle par la technique ultrason. Bien évidemment, une bonne compréhension du procédé est un préalable indispensable à une telle application aéronautique. Afin d'étudier la qualité de l'adhésion, la présente étude se situe à l'échelle dite mésoscopique, de quelques millimètres. La problématique consiste à modéliser puis simuler numériquement la thermo-mécanique de l'écoulement à l'interface lors du soudage. L'objectif est de mieux comprendre les liens entre les différents paramètres du procédé, les phénomènes physiques dans la zone soudée et la qualité de la soudure. Après identification des phénomènes physiques prépondérants, la mise en équations de cet écoulement révèle la co-existence de phénomènes rapides (vibration) et lents (écoulement). Une méthode d'homogénéisation temporelle par développements asymptotiques permet alors de modéliser le procédé à l'aide de trois problèmes aux limites couplés. La résolution numérique de ces problèmes nécessite l'utilisation de méthodes particulières permettant de gérer les couplages multiphysiques et les grandes déformations de la géométrie. Finalement, l'outil numérique développé permet une analyse de l'influence des paramètres procédés sur la qualité de l'écoulement et du soudage.

La fabrication additive par soudage ultrasons joint de minces feuillards entre eux par le biais de soudures ultrasoniques continues. Puisque ce procédé donne naissance à des composantes qui possèdent des propriétés mécaniques étroitement liées au métal d’apport, le choix des feuillards utilisés est déterminant. Les trois alliages étudiés dans ce projet sont le 5005, 5052 et 5056. Ils possèdent des concentrations respectives en magnésium de 0,8, 2,4 et 4,9 % massique qui augmente rapidement leurs propriétés mécaniques. L’impact de la concentration de cet élément d’alliage a été caractérisé sous plusieurs aspects : la déformation des feuillards, de l’énergie de soudage, des joints produits, des propriétés mécaniques dans les différentes directions de construction et de la microstructure aux interfaces. La résistance mécanique des joints produits est corrélée à l’énergie de soudage, où les effets principaux sont dominés par la température de préchauffe, la vitesse d’avance et l’amplitude d’oscillation. La hausse énergétique est favorisée via la réduction de la vitesse de soudage et de l’augmentation de l’amplitude, menant à des joints plus solides, mais diminuant les propriétés mécaniques dans les autres directions de construction. Les diverses composantes produites ont révélé des propriétés anisotropes, conséquence du procédé et de l’utilisation de feuillards écrouis. Comparativement au matériel de base, des résistances en traction aussi élevées que 105 % selon la direction longitudinale (X), 100 % dans la direction transversale longue (Y) et 45 % dans la direction de déposition (Z) ont été obtenues. Les allongements maximaux observés sont aussi élevés que 25 % en X et 7 % en Y pour certaines conditions évaluées. En revanche, l’alliage 5056 ne permet pas la production de soudures adéquates. Des traces résiduelles d’oxydes en surface sur de larges zones non déformées sont visibles ainsi qu’une augmentation de dureté significativeaux interfaces comparativement auxautres alliages.
Ultrasonic additive manufacturing enables the production of components by generation of bonds between thin foils by continuous ultrasonic welds. Since produced parts have mechanical properties closely linked to the base material, the selectionof foil is decisive and needs to be taken into consideration. The three alloys studied are 5005, 5052 and 5056. They are composed of 0.8, 2.4 and 4.9% weight of magnesium, respectively. The presence of Mg increases notably their mechanical properties. The influence of Mg content on UAM was investigated with respect to the physical changes of foils induced by deformation, welding energy, produced joints, mechanical properties in the different building directions and microstructure at the interface. Joint resistance was found to be correlated to welding energy input, where dominant effects are temperature, welding speed and the amplitude of vibration. Energy can be raised by a decrease of the welding speed as well as the enhancement of the amplitude of vibration, leading to better joints properties but affecting the mechanical responses in other build directions. A large number of components were successfully built and showed anisotropic properties due to the process itself and the use of strain-hardened foils. When comparing tensile results with base material, properties in the longitudinal direction (X) are up to 105% of the foil used, 100 % for the transverse direction (Y) and 45 % for the deposited direction (Z). Depending on the condition tested, tensile deformation up to 25 % in the X-direction and 7 % for the Y-direction was observed. On the other hand, the 5056 alloy could not be adequately welded and showed multiple areas where residual surface oxide was present, paired with adrastic increase of hardness at the interfacecomparatively to other alloys.

Le soudage par laser de forte puissance d'alliages d'aluminium peut créer des défauts difficiles à contrôler. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité de la mesure des défauts internes dans les soudures de tôles fines, d'alliage d'aluminium 5754 de manière non-destructive. Au final, Le moyen de CND retenu est la technique des ultrasons générés par laser. Il est sans contact et robuste, utilisable en industrie et permet d'émettre et de recevoir des ultrasons, qui vont interagir avec la structure interne du matériau, nous renseignant sur la présence ou non de défauts. Cette technique a été utilisée sur des soudures échantillons réalisées avec un laser de type YAG. Le traitement de signal associé, pour localiser et dimensionner les défauts, est basé sur une simulation masse-ressort de type FDTD. Elle permet de rétro-propager la mesure et de focaliser l'énergie sur les défauts en utilisant les propriétés du « Time-reversal », simplifiant ainsi l'interprétation des mesures
Embedded welding defects, such as porosity, cracks, are generally formed during laser welding of aluminium. It is complicated to measure these defects with current NDI techniques. This work features the feasibility study for NDI techniques to detect such defects in lap-welded sheets of 5754 aluminium alloys, while taking into account accessibility and robustness in industrial conditions. The contact-less technique of laser ultrasound has finally been chosen. The generated sound wave is propagated into the material, it interacts with the embedded defects and therefore reports related data. The inspected material was lap-welded with a YAG laser. The use of signal processing is carried out to localise and size the defects, by means of a spring-mass simulation using FDTD. This simulation performs the reverse propagation of the sound wave, using Time-Reversal capabilities and so focuses the energy back on defects, therefore allowing an easier interpretation of ultrasound diagrams

Cette thèse présente un couplage thermodynamique pour une modélisation approfondie du processus de soudure par ultrasons, surtout la soudure des thermoplastiques. Il s'agit de bien connaître le mode de fonctionnement des ensembles acoustiques réalisant la soudure ainsi que le comportement des matériaux à souder. En conséquence, les propriétés de ces matériaux, surtout celles nécessaires pour la modélisation par éléments finis, sont identifiées. Les paramètres mécaniques et thermiques sont mesurés en statique et ils sont comparés avec les résultats calcules par homogénéisation. Certains sont déterminés en dynamique, selon la fréquence et aussi en fonction de la température. Ceci est très utile parce que les matériaux travaillent à haute fréquence ultrasonique et que la température lors de la soudure change fortement. La machine de soudage par ultrasons (l'ensemble acoustique) a déjà été conçue et fabriquée. La modélisation EF en 3D avec Abaqus nous montre bien ses comportements modaux et vibratoires. Ensuite, les matériaux à souder sont introduits en modélisants le contact dynamique entre l'ensemble acoustique et la bande à souder. Ce modèle nous permet de déterminer le temps de contact et la compression dans les matériaux en fonction de la force de maintien. La dissipation d'énergie qui est engendrée par viscosité des matériaux à souder est calculée et introduite dans le modèle couplé thermomécanique. Le transfert de chaleur dans tout l'ensemble lors de la soudure est modélisé et il montre le champ de température, surtout la température à l'interface entre deux couches de matériaux. Cette modélisation est complétée en utilisant la méthode ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) afin de tenir compte du mouvement d'avancement des bandes à souder

La méthode ultrasonore a été utilisée pour évaluer les contraintes résiduelles induites par soudage. Elle repose sur l'effet acoustoélastique qui traduit une dépendance de la vitesse de propagation des ondes acoustiques en fonction de l'état de déformation du solide. Dans le cas du soudage, la superposition des effets des contraintes et de la microstructure sur la vitesse de propagation conduit à surestimer les niveaux de contraintes. La prise en compte de la microstructure a été effectuée en déterminant la constante acoustoélastique et la vitesse de propagation V0 dans les différentes zones de la soudure, ce qui a permis d'obtenir des niveaux de contraintes comparables à ceux déterminés par la méthode du trou. Les mesures ont été effectuées en utilisant les ondes Lcr (ondes longitudinales de subsurface) sur des tôles et sur une virole soudée en adaptant dans ce cas la semelle du traducteur au rayon de courbure. La méthode pourrait être appliquée industriellement sùr des surfaces géométriquement bien définies.

La sûreté et la tenue en fatigue des installations et ouvrages mécaniques sont liées au niveau des contraintes résiduelles présentes dans les structures. Cette étude montre le potentiel de la méthode ultrasonore d'évaluation des contraintes basée sur l'utilisation de l'onde Lcr. Ceci a été validé lors de la réalisation de profils de contraintes sur deux assemblages soudés en aciers P355 et P265, en comparant les résultats avec ceux de la méthode du perçage incrémentaI. La première partie de l'étude traite de l'influence des paramètres (couplage acoustique, état de surface, planéité, température, ... ) sur la précision et la reproductibilité des mesures ultrasonores. Dans la seconde partie, l'analyse de ces paramètres a permis la mise au point d'un capteur optimisé qui améliore la précision et la reproductibilité des mesures. La troisième partie de l'étude s'intéresse à la caractérisation expérimentale de la propagation de l'onde Lcr. A partir de l'étude de sa vitesse apparente et de son atténuation, il a été possible de dégager des critères quant à la profondeur de pénétration de l'onde Lcr ainsi que sa portée de propagation en fonction de la longueur d'onde. La dernière partie de ce travail propose une méthode originale de calibrage, permettant de déterminer les constantes acoustoélastiques dans les trois zones (MB, ZF et ZAT) de la soudure, ce qui permet d'améliorer la précision des mesures de contraintes. La reproductibilité des mesures de contraintes a été testée sur les deu.x tôles soudées et a été évaluée à ± 48 MPa
Safety and fatigue damage resistance of the mechanical components are related to the presence of residual stresses. Ths study shows the potential of the ultrasonic method using the Lcr waves to evaluate the residual stresses. Reliability of measurements was validated on two welded steel plates (P355 and P265), by comparing the results of the ultrasonic method with those of the hole drilling method. The first part of the study deals with the influence of the parameters (acoustic coupling, roughness, flatness, temperature, etc) on the accuracy and reproducibility of the ultrasonic measurements. ln the second part, the analysis of these parameters enabled designing of an optimized transducer, which improves the precision and the reproducibility. The third part of the study was reserved to the experimental characterization of the Lcr wave propagation The criteria allowing the evaluation of the penetration depth and the propagation range were obtained from the analysis of its velocity and attenuation. The last part of this work proposes an original calibration method, enabling the determination of the acoustoelastic constants in the three zones of the weld (PM, MZ and HAZ), in order to improve the accuracy of the stress measurements. The reproducibility of stress measurements was validated on two welded steels plates and it was estimated in the order of ±48 MPa

Lors de la réparation d’un défaut, le processus consiste à éliminer la matière dans la zone englobant le défaut, puis à recharger cet affouillement par un dépôt de cordons de soudure, afin de remettre en conformité la pièce en vérifiant les critères de conception. Pourtant la zone rechargée constitue en elle-même un site sensible où le niveau des contraintes résiduelles peut être préjudiciable de par son importance, notamment localement, s’il porte des contraintes de traction. Les risques de récidive d’endommagement pourraient être réduits par certains procédés de parachèvement. Ces procédés permettent de générer une zone de compression en peau externe et en sous couche de la pièce traitée. Par conséquent, la durée de vie d’une pièce ainsi parachevée pourrait être augmentée. Parmi les procédés existants, nous nous intéresserons dans cette étude à la mise en compression par billage ultrasonore. L’objectif de cette contribution est de prédire le niveau des contraintes résiduelles induites par le billage sur une pièce rechargée par soudage multi-passes. Pour mener à bien cet objectif, une étude expérimentale du billage a été réalisée sur des éprouvettes minces et épaisses afin d’identifier les paramètres influents et de disposer d’une base de résultats expérimentaux – comme par exemple la répartition quantitative des contraintes résiduelles dans la matière traitée – à confronter à la simulation. L’originalité de ce travail est de mettre en œuvre, en termes d’évaluation, une modélisation tridimensionnelle représentant correctement les phénomènes locaux et basée sur un modèle semi-analytique. Ce modèle numérique présente l’avantage de temps de calcul considérablement réduits par rapport aux méthodes éléments finis plus conventionnelles, sans pour autant sacrifier à la qualité des résultats. Pour cette application, ce modèle semi-analytique a été validé par des benchmarks aux éléments finis dans le cas de mono et multi impacts. Puis cette approche prédictive a été validée par l’expérience. Enfin, une simulation numérique du soudage a été réalisée afin de disposer d’un champ de contraintes résiduelles de soudage. Les résultats des calculs, obtenus par chaînage de simulations numériques des procédés de soudage puis de billage, ont ensuite été confrontés aux grandeurs mesurées sur des éprouvettes initialement précontraintes par flexions alternées puis billées selon des paramètres du processus identifiés antérieurement. L’état précontraint (qu’il provienne de la thermique du soudage ou de l’écrouissage de flexion alternée) a été introduit en données d’entrée, en tant que pré-chargement, dans le modèle numérique simulant les impacts
During a repair welding process, the first step is to remove the material in the defected area, then refill this chamfer by welding rods. Since, the nickel based alloy, such as IN600, is sensitive to the phenomenon of stress-corrosion cracking, it must be ensured that the level of residual stress after welding is lower than the triggering threshold of stress-corrosion cracking. At this stage, the ultrasonic shot peening (USP) process can be used as the final finishing step. The aim is to introduce compressive residual stresses on the surface of the welded area in order to prevent occurrence of cracking. The objective of this study is to predict the level of residual stresses, induced by the ultrasonic shot peening, on structure made of IN600 repaired by multipass welding. To achieve this objective, an experimental study of the ultrasonic shot peening was carried out. Experiments similar to the “Almen” test were performed on thin and thick specimens. Influential parameters were identified. Experimental results, such as the level of residual stresses, were obtained. The originality of this work is that a three-dimensional modeling of multiple impacts, based on a Semi-Analytical Method (SAM), was implemented. This method can reduce significantly the computing time compared to finite element method, without sacrificing the quality of results. This was first validated by benchmarks for both single and multiple impacts, then proved by experiments. Moreover, a numerical simulation of welding was performed. The field of welding residual stresses should be used as the input data for the impact model. In fact, in this study，the residual state，was generated by alternatif bending test. These specimens were then treated by USP process with the parameters identified previously. As the final step, numerical results in terms of distortions and residual stresses were compared with the experimental data in order to validate the chaining of welding and peening simulation

Notre étude porte sur la fusion de données à haut niveau du contrôle ultrasonore (US) et du contrôle radioscopique (RX) en vue d'améliorer la fiabilité du contrôle automatique des défauts dans les joints soudés en acier. Le cadre mathématique que nous avons retenu est la théorie des croyances de Dempster-Shafer. L'étude des phénomènes physiques régissant la formation de l'image RX et du signal US nous a permis d'élaborer une méthode de traitement automatique spécifique pour détecter et recaler les défauts dans le même repère géométrique. Les techniques de traitements que nous avons retenues permettent de détecter des défauts de faible amplitude mais induisent par ailleurs de fausses détections. Nous avons alors mis au point une étape d'apprentissage afin de modéliser la confiance sur la présence du défaut : les paramètres d'un ensemble d'objets de référence (contraste-sur bruit, taille, élongation) sont comparés à l'analyse de l'expert humain. Ce travail fait apparaître des régions de l'espace des paramètres qui correspondent à des objets de même nature. Une méthode originale de calcul des parts de croyances permet de modéliser l'incertitude et l'imprécision du système automatique sur la nature de l'objet. Enfin, nous avons mis en place un protocole de fusion des données qui permet d'augmenter le degré de confiance sur la présence d'un défaut, de préciser sa nature, et d'améliorer la précision sur les dimensions du défaut
This thesis focuses on the development of radioscopic (XR) and ultrasonic (US) data fusion for the automatic inspection of steel welded joints in a way to enhance the reliability of defect detection. The mathematical model is the theory of evidence of Dempster-Shafer. The study of physical laws leading to the formation of XR image and US signal helped for the development of a specific processing for the detection and matching of defects. Unfortunately, the detection of low amplitude signal defects also yields false alarm detection. We therefore developed a training stage to attribute a confidence level to a detected object. During this stage, different features of reference defects were calculated (contrast-to-noise ratio, area, elongation…) and compared to the interpretation of human expert analysis. We distinguish different areas of the features space in which some types of objects are predominant. A novel method has been developed for attributing a degree of belief to an unknown object taking both uncertainty and imprecision into account. Eventually, the data fusion stage consists in combining confidence levels to increase the confidence in the presence of a defect, but also to precise its nature and dimensions

Une des méthodes de contrôle non destructif ultrasonore (UT) déployées sur les bancs de contrôle automatiques en milieu industriel consiste à comparer l’amplitude de l’indication ultrasonore en acquisition par rapport à un seuil défini à l’aide d’un défaut de référence. Ceci repose sur une approche simpliste selon laquelle l’amplitude serait proportionnelle à la profondeur des défauts. Or, cette hypothèse est rarement vérifiée comme l’ont démontré des travaux précédemment menés au VRCF (Vallourec Research Center France). Ces derniers ont abouti à des coefficients de corrélation entre 0.2 et 0.7. En effet, la corrélation entre les amplitudes d'écho et la profondeur réelle des défauts n'est pas toujours garantie, en particulier pour les défauts inclinés (désorientés). De nos jours, la simulation est un moyen efficace d’évaluer les paramètres d’influence afin d’améliorer la sélectivité de l’inspection ultrasonore ainsi que d’éviter les sur-sensibilités source de faux rebuts. À cet égard, un simulateur bidimensionnel basé sur la théorie des rayons et une modélisation géométrique simple a été développé dans le cadre de ces travaux pour décrire les phénomènes de propagation ultrasonore dans le contexte d’un contrôle UT sur tube sans soudure en présence de défauts débouchants sur la surface interne suivant la configuration du contrôle des défauts dans le sens transversal du tube ( défauts circonférentiels où la géométrie du tube peut ; en première approximation; être réduite à une plaque). Les défauts peuvent être droits ou inclinés et à différentes profondeurs proches de la longueur d'onde de l’inspection UT (k*a ∈ [2,5], où k : le nombre d’onde de l’onde transversale et a : la dimension caractéristique du défaut étudié). Le simulateur fournit des images UT comparables à celles obtenues au moyen d'essais et comprend plusieurs approches pour décrire la diffraction sur la base d'approximations Hautes Fréquences (HF) et de considérations intégrales basées sur la Théorie Physique de la Diffraction (PTD). Les comparaisons entre les résultats simulés et expérimentaux montrent que les approximations HF présentent ; comme attendu; l’avantage de la rapidité des calculs, ce qui est très utile pour l’étude du problème inverse. Cependant, elles délivrent des prédictions moins fiables dues à leurs singularités ainsi qu’à leur domaine de validité (fréquence d’inspection et caractéristique dimensionnelle du défaut étudié). Les performances des prédictions HF s’améliorent à partir de k*a>>15. Les approches basées sur des considérations intégrales délivrent de meilleures prédictions au vue des faibles grandeurs k*a étudiées et permettent de palier les singularités des approches HF mais elles sont plus coûteuses en temps de calcul. Les développements réalisés pour le contrôle ultrasonore des défauts dans le sens transversal du tube ont été prolongés à la configuration dans le sens circonférentiel du tube plus complexe (contrôle des défauts à orientation longitudinale) afin de permettre une modélisation d’une inspection ultrasonore complète sur tube sans soudure. Enfin, une méthode d’estimation du tilt ainsi que de la profondeur des défauts détectés à l’aide des trajets ultrasonores a été développée
Résumé en anglais non disponible