Ultrason par multiélément : l’Aquascan

La technique des ultrasons multiéléments est une technologie à l’origine de nombreuse avancées en contrôle non destructif dans l’industrie. Aujourd’hui assez aboutie, elle permet, de démultiplier les applications industrielles, un gain de temps significatif sur les temps d’opération de contrôle et d’augmenter considérablement les performances des contrôles non destructifs notamment en termes de probabilité de détection et de qualité d’expertise.

Le monde ferroviaire bénéficie aujourd’hui pleinement de cette technologie, que ce soit au quotidien pour les contrôles d’organes en production de maintenance dans les technicentres ou encore pour les expertises en laboratoire : homologations de produits, qualifications de pièces étalons, analyses de défaillance,…

L’équipement Aquascan utilisé pour le contrôle des roues fait partie de ces solutions ultrasons multiéléments. Breveté par la SNCF, son développement a été réalisé au travers d’un projet de recherche au sein de notre laboratoire partenaire, l’AEF (Agence d’Essai Ferroviaire). Il a été conçu initialement pour réaliser des contrôles en maintenance puis s’est révélé également très performant dans le cadre de prestation d’expertise et d’analyse de défaillance sur les roues.

Vue en coupe de la structure interne de l’organe
– l’abscisse correspond à l’axe du profil de la roue
– l’ordonnée correspond à la profondeur dans la jante

La technique ultrasons multiéléments appliquée ici en immersion localisée (couplage ultrasonore réalisé avec une poche à eau) permet d’obtenir une vue en coupe de la jante bandage sous la position du traducteur.

Sur la visualisation écran, on peut deviner en haut de l’image le profil de la roue avec, de gauche à droite : la contrepente, la table de roulement, le congé de raccordement du boudin. Ce profil correspond à l’écho d’interface : entrée des ultrasons dans la pièce à contrôler.

En dessous apparaît donc la zone à contrôler : le volume de la jante bandage.

Un défaut interne de type fissuration de fatigue se traduit alors par une tache rouge plus ou moins parallèle à la table de roulement et dont la réponse ultrasonore peut présenter, comme sur l’exemple ci-dessous, des répétitions (échos de répétitions).

Une expertise Eurailtest a récemment été réalisée en laboratoire avec l’Aquascan au sujet d’une problématique de fissuration chronique au niveau de la zone de raccordement bandage/toile d’un certain type de roues. Un problème de conception de l’organe est très certainement à l’origine de ces fissurations car le phénomène est identique d’une roue à l’autre : caractéristiques de la fissure, localisation,…

Le besoin consistait à identifier un équipement de contrôle permettant de diagnostiquer la santé des roues en s’affranchissant des opérations de maintenance lourdes telles que la dépose, le déboitage, le décalage, ou encore le décapage peinture qui nécessitent le passage en atelier de maintenance. Les méthodes END plus traditionnelles comme la magnétoscopie et le ressuage ont été écartées en raison de leurs exigences sur les états de surface qui doivent justement être mises à nue.

Les essais de faisabilité ont été réalisés en juillet 2017 à l’Agence d’Essai Ferroviaire avec l’Aquascan. Les paramètres ultrasons ont été adaptés pour répondre à la problématique de détection des fissures au-delà du volume bandage au niveau du raccordement bandage / toile à une distance de la table de roulement de l’ordre de 80 mm. En particulier, un angle numérique plus important a été utilisé pour cibler la zone critique et optimiser la détection de la fissure, ce qui explique la légère déformation de la visualisation.

Le contrôle est simple à réaliser à condition d’avoir des vireurs d’essieux adaptés. La sensibilité de contrôle peut être réglée afin de déterminer un seuil de rebut de l’organe. Cette technique de contrôle répond pleinement à la problématique en réalisant un diagnostic rapide, sans dépose ni décapage des essieux ; elle permet de détecter des fissures de l’ordre de 5 mm de long et cela avec certitude et sans fausse détection.

L’Aquascan permet de réaliser un contrôle très fiable des roues. Ergonomique à manipuler et facile à interpréter au niveau de l’écran, il est apprécié des opérateurs. La couverture de la largeur de la table de roulement par le traducteur augmente la probabilité de détection d’un défaut. Le contrôle réalisé en un seul tour de roue est très rapide : moins de 20 secondes ! Le gain est également économique et environnemental car cette nouvelle technique n’utilise que de l’eau comme agent de couplage alors que les ultrasons conventionnels nécessitent l’emploi d’un couplant type gel. Cette équipement présente un grand intérêt pour les contrôles de roues et cela quelles que soient les problématiques :

• Examen de la santé interne en maintenance lors des contrôles en service (défaut de fatigue)
• Contrôle qualité en fabrication du produit (défaut de fabrication), notamment pour les roues particulières qui ne peuvent être contrôlées par les installations automatisées, exemple : roue de petit diamètre
• Expertises : vérification périodique de roue étalon (bloc de référence), homologation produit,…
• Analyse de défaillance : caractérisation de défaut, état parc d’essieux sensibles, …

Bastien RICHARD est responsable du Centre de Compétence Essais Non Destructif à l’AEF (CCEND) à l’Agence d’Essai Ferroviaire.