Contrôle non destructif – Cours et exercices
L’objectif des méthodes d’examen et de contrôle est de faire la distinction entre les méthodes d’essais destructifs et non destructifs et de décrire différentes méthodes d’essais non destructifs pour identifiés les défauts.
Les méthodes d’examens non destructifs incluent les méthodes d’examen ainsi que les méthodes de contrôle. Le contrôle non destructif (CND) permet de vérifier la qualité du matériau (repérer les discontinuités dans une pièce) sans l’endommager, soit au cours de la production, soit au cours de la maintenance.
Toutes les soudures présentent des défauts. Les défauts ou les discontinuités dont la taille est trop importante sont appelés défauts inacceptables. En pratique, les défauts de petites tailles sont peu nombreux et n’affectent pas les performances de l’assemblage soudé.
Les méthodes utilisées pour les essais non destructifs (END) sont :
- Le contrôle visuel.
- Le contrôle par ressuage
- Le contrôle par magnétoscopie
- Le contrôle par radiographie : rayons X (RX) et gammagraphie (γ)
- Le contrôle par courant de Foucault
- Le contrôle par ultrasons (US)
- La détection par spectromètre de masse
- Les essais d’étanchéité à l’air ou au gaz
- La tomographie et neutrographie
Le contrôle visuel – Contrôle non destructif
Le contrôle visuel est une technique essentielle qui donne un aperçu de l’état extérieur d’une pièce. Il est destiné à déceler les défauts tels que les fissures, les inclusions, et le manque de pénétration dans la soudure. Il implique l’utilisation de gabarits et de calibres. Pour le cas de la soudure on utilise des loupes, des caméras vidéo, des calibres et des règles graduées.
Le contrôle par ressuage – Contrôle non destructif
La technique est très ancienne et réside dans la simplicité de sa mise en œuvre. C’est une méthode globale qui autorise un examen de la totalité de la surface de la pièce. Elle permet de bien apprécier la longueur des défauts indépendamment de leur orientation. On peut mettre en évidence des discontinuités débouchantes de quelques dizaines de micromètres. Le contrôle par ressuage comporte trois étapes. La phase initiale consiste à nettoyer la surface de la pièce et d’appliquer un liquide pénétrant, soit par immersion, soit par pulvérisation. La durée d’application est variable selon le type de pénétrant, mais se situe en général entre 15 et 30 minutes. Le choix du liquide dépend essentiellement de la rugosité de la surface à contrôler. Le pénétrant peut être un produit coloré (faible sensibilité), un produit pré-émulsionné (sensibilité moyenne) ou un produit fluorescent (sensibilité élevée). Le pénétrant appliqué s’infiltre dans les petits interstices débouchant en surface, un certain temps est nécessaire pour laisser « poser » le pénétrant. La deuxième étape consiste à rincer la surface de la pièce pour enlever l’excès de pénétrant. Cette opération est délicate parce qu’un rinçage excessif ou insuffisant permet de fausser le résultat final.
Dans la troisième étape on applique un révélateur, liquide ou sous forme de poudre, sur la surface rincée, puis séchée. Le liquide (pénétrant) qui s’est introduit dans les fissures « ressort » à la surface dans le révélateur et s’élargit au niveau du défaut. Il devient nettement visible par un éclairage approprié qui dépend du pénétrant utilisé. La méthode ne donne aucune indication sur le volume et donc de l’importance des défauts.
Le contrôle par magnétoscopie – Contrôle non destructif
C’est une méthode applicable seulement aux matériaux magnétiques pour la détection des défauts débouchant en surface ou proche à la surface. À l’instar du ressuage, la magnétoscopie complète l’examen visuel. On a recours à la magnétoscopie lorsque le ressuage est insuffisant (les imperfections de surface restent peu visibles malgré tout le soin apporté). La pièce est aimantée localement ou totalement à une valeur proche de la saturation magnétique. En l’absence de défaut, les fuites dans l’air sont insignifiantes (la perméabilité du matériau étant beaucoup plus grande que celle de l’air). Toute discontinuité du matériau provoquera une diminution de la section de passage et donc une augmentation du champ d’induction magnétique (conservation du flux). Cette augmentation provoquera une fuite magnétique à la surface de la pièce. Des particules ferromagnétiques contenues dans un révélateur s’accumulent au droit du défaut. On observe le spectre résultant sous un éclairage adapté.
L’avantage réside dans la simplicité de sa mise en œuvre. On peut apprécier la longueur des défauts de surface et ceux légèrement sous-jacents ; il est possible d’automatiser le contrôle. Dans la pratique, on procède à l’aimantation des pièces suivant deux techniques principales : magnétisation par courant d’injection et par électro-aimant mobile. Les particules du produit révélateur doivent être suffisamment fines et légères pour circuler dans toute la pièce. Ainsi elles sont facilement attirées par les fuites magnétiques. Des poudres à base de produits fluorescents sont utilisées pour améliorer le contraste. Après examen le magnétisme résiduel peut causer des problèmes ultérieurs (soudage, usinage) ; il est recommander de procéder à la démagnétisation de la pièce en la soumettant à un champ magnétique dont on diminue progressivement l’intensité et inversant à chaque fois son sens.
Le contrôle par radiographie, RX et Y – Contrôle non destructif
La radiographie industrielle permet l’examen interne des défauts d’un objet en lui faisant traverser un rayonnement électromagnétique de courte longueur d’onde (rayons X et γ) et recueillir les variations d’intensité du faisceau sous forme d’image, pour la plus part, sur un film. La quasi-totalité des matériaux peuvent être examinés en radiographie et les épaisseurs peuvent être importantes.
Le contrôle par courants de Foucault – Contrôle non destructif
Lorsque l’on place un corps conducteur dans un champ magnétique variable dans le temps ou dans l’espace, des courants induits se développent à l’intérieur du matériau en circuit fermé. Une bobine parcourue par un courant alternatif, génère des courants induits qui créent eux-mêmes un flux magnétique. Ce flux magnétique, en s’opposant au flux générateur, modifie l’impédance de la bobine. La présence d’un défaut perturbe la circulation et la répartition des courants de Foucault. La variation de l’impédance décelable au niveau de la bobine d’excitation est utilisée pour détecter des défauts superficiels. En général, On utilise une méthode comparative qui consiste à mesurer la différence entre l’impédance Z de la bobine sur la pièce à étudier et l’impédance Z0 d’une pièce de référence ne comportant pas de défaut. Cette procédure à donc recours à un étalonnage préalable. C’est ainsi que les courants de Foucault sont couramment utilisés pour la recherche de fissures de fatigue au cours de la maintenance en aéronautique des trous à l’emplacement des rivets.
Contrôle Ultrasons – Contrôle non destructif
Le contrôle non destructif par ultrasons est un procédé de recherche du manque de matière (défaut) dans un matériau. Il permet de localiser et de dimensionner les discontinuités (défauts) à l’aide d’ondes acoustiques. Le contrôle US consiste à observer les échos produits par un manque de matière lors de la propagation d’une vibration de très haute fréquence et de très courte durée dans le matériau.
La vibration est transmise et reçue par un même capteur appelé traducteur qui comporte un élément piézoélectrique apte à transformer un signal électrique en vibration mécanique et inversement. L’impulsion acoustique émise se propage dans tout le matériau et est réfléchie par tout obstacle se trouvant sur son parcours. Le parcours de l’onde ultrasonore définit le faisceau acoustique : il est directif et limité dans l’espace. Il peut être utilisé sur pratiquement tout type de matériau.
Le contrôle de toute la pièce oblige l’opérateur à déplacer le traducteur qui est un dispositif électronique appelé aussi transducteur sur toute la surface de la pièce à contrôler.
Pour effectuer un examen ultrasonore d’une pièce mécanique l’opérateur doit fournir un certain nombre de choix :
- Matériels utilisés (appareil, traducteur, bloc de référence …)
- L’exploration (balayage du traducteur)
- Sensibilité du contrôle
- Critères d’acceptation
Le matériel utilisé en contrôle par ultrason est léger et portable. Le contrôle par ultrasons peut être facilement mis en œuvre sur le site de production.
Les avantages du contrôle par ultrasons sont :
- Il est rapide
- Les résultats sont immédiats.
- Il est utilisable sur la plus part des matériaux.
- Il n’est pas nécessaire d’avoir accès aux deux côtés de la pièce.
Les inconvénients du contrôle par ultrasons sont :
- Un produit de couplage est exigé.
- Les défauts parallèles aux ondes ultrasonores sont difficiles à décelés.
- L’opérateur doit suivre une formation pour interpréter l’affichage de manière précise.
- Le matériel doit être étalonné de façon régulière pour chaque épaisseur et chaque type de matériau.
Plan du cours contrôle non destructif
I Méthodes d’essai non destructif (END).
I-1 Introduction.
I-2 Le contrôle visuel.
I-3 Le contrôle par ressuage.
I-4 Le contrôle par magnétoscopie.
I-5 Le contrôle par radiographie, RX et γ.
I-5-1 Génération des RX.
I-5-2 Production des rayons γ.
I-6 Le contrôle par courants de Foucault.
II Contrôle Ultrasons.
II-1 Introduction.
II-2 Fonctionnement d’un appareil à ultrasons.
II-2-1 Caractéristiques du bloc d’étalonnage de type B et V2.
II- 2-2 Ondes acoustiques.
II-2-4 Principe de la méthode.
II-2-4-1 Examen par transmission.
II-2-4-2 Examen par réflexion.
III Types d’ondes ultrasonores.
III-1 Ondes longitudinales.
III-2 Ondes transversales.
III-3 Puissance et impédance acoustique.
III-3-1 Milieux de couplage.
III-3-2 Vitesse de propagation des ondes longitudinales.
III-3-3 Ondes transversales ou de cisaillement.
III-4 Production des vibrations ultrasonores.
III-4-1 Piézo-électricité.
III-4-2 Électrostriction.
III-4-3 Constantes piézoélectriques.
III-4-4 Éléments constitutifs d’un palpeur d’ondes longitudinales (Palpeur mono-élément).
III-5 Propagation des ondes ultrasonores.
III-6 Puissance ultrasonore : cas d’ondes entretenues.
III-7 Focalisation des faisceaux.
IV Phénomènes d’interfaces : dioptre.
IV-1 Cas d’onde dont la vitesse de propagation est perpendiculaire à l’interface de séparation de deux milieux.
IV-2 Cas d’une onde dont la direction de propagation fait un angle α≠0 par rapport à la normale à l’interface (incidence oblique).
Exercices
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