Développement d’un système de tomographie ultrasonore pour l’inspection de lingots d’acier

Lim, Alexandre (2021). Développement d’un système de tomographie ultrasonore pour l’inspection de lingots d’acier. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (2MB) | Prévisualisation

Résumé

Dans l’industrie métallurgique, la détection de défauts dans des produits semi-finis comme les lingots permettrait d’éliminer les pièces défectueuses avant même qu’elles soient transformées par un autre procédé manufacturier, représentant donc un gain financier et un gain de temps.

Ce mémoire présente l’application d’une méthode d’imagerie quantitative, développé par Huthwaite & Simonetti (2011) et appelée Hybrid Algorithm for Robust Breast Ultrasound Tomography (ou HARBUT), dans la détection d’hétérogénéités dans une barre d’acier. Ceci peut présenter un grand intérêt pour les manufacturiers dans le rejet ou l’acceptation de ces structures.

Un modèle par éléments finis a été développé avec le logiciel Pogo FEA (Huthwaite (2014)) simulant le lingot d’acier en immersion dans l’eau. Cette étude par simulation permet d’affirmer qu’il est possible d’utiliser HARBUT pour l’estimation quantitative de la vitesse de propagation du son dans une coupe de la barre d’acier. La vitesse moyenne dans la barre d’acier est estimée avec une erreur relative de moins de 2%. Les hétérogénéités modélisées sont bien détectés, avec une résolution spatiale d’une demi-longueur d’onde et avec une erreur relative d’environ 10 %. Ces résultats proviennent de la modélisation de la barre d’acier en immersion avec des sondes positionnées au contact de celle-ci.

La partie expérimentale permet de valider une reconstruction partielle la cartographie de vitesse de cette échantillon, extraite d’un large lingot d’acier, forgé et ayant subi un traitement thermique, étudié dans Dupont-Marillia, Jahazi, Lafreniere & Belanger (2017). Une différence de 10 m/s est observée dans la reconstruction de la vitesse de propagation du son au centre de cette barre et avec une erreur relative de 15% pour la vitesse moyenne du son à l’intérieur de celle-ci. Cependant, l’identification des différentes phases de l’acier et de la structure des joints de grains dans la barre d’acier n’a pas pu être reconstruite de façon satisfaisante, à cause de la non-validité dans ce type d’inspection de l’approximation de Born utilisé dans HARBUT pour la tomographie par diffraction.

Titre traduit

Development of a ultrasound tomography system for the inspection of steel ingots

Résumé traduit

In the metallurgy industry, the detection of defects in products like ingots would permit to reject or not defective parts before their transformation with another manufacturing process, which could have an enormous time and financial impact.

This thesis presents the application of an quantitative imaging method, developped by Huthwaite& Simonetti (2011) and called Hybrid Algorithm for Robust Breast Ultrasound Tomography (or HARBUT), for the detection of heterogeneities inside a steel ingot. This could present a high interest to the metallurgical industry for the reliability of such structures.

A finite-element model was developped with Pogo FEA software (Huthwaite (2014)) in order to simulate a steel bar immersed in water. The conclusion of this simulation study is that HARBUT can be applied to produce an estimated sound of speed map in a slice of this ingot sample. The average reconstructed speed inside it was estimated with a relative error of 2 %. The modelled heterogeneities was well detected, with a spatial resolution of a half of a wavelength and with a relative error of around 10%. These results come from the modelling of a steel bar immersed in water with the transducers which are in contact with it.

Experimental validation was partially performed for the reconstruction of the speed of sound map of this sample extracted from a large steel ingot, forged and heat treated, which was studied in Dupont-Marillia et al. (2017). A difference of 10 m/s was observed in the velocity map in the center of this bar and with a relative error of 15% for the average speed inside it. However, phase identification and macrostructure cartography was not well performed, because of the Born approximation used in HARBUT for the diffraction tomography, which is off-limits in this high-contrast scenario.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 61-64).
Mots-clés libres:	contrôle non destructif, ultrasons, tomographie, imagerie quantitative, ondes de volume, lingots en acier
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Bélanger, Pierre
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	02 déc. 2021 15:32
Dernière modification:	02 déc. 2021 15:32
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2802

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt