Generalites CND imprimes

Généralités
sur les contrôles non destructifs
1
Sommaire
1) Introduction
2) Objectifs des contrôles non destructifs
2) Principe du contrôle
3) Examen visuel
4) Ressuage
5) Magnétoscopie
6) Courants de Foucault
7) Test d ’étanchéité ( hélium)
8) Rayonnements ionisants ( radiographie et gammagraphie)
9) Emission acoustique
10) Les ultrasons ( notions fréquence, mesures épaisseurs…)
11) Thermographie
12) Tableau de synthèse comparatif
13) Conclusion
2

Positionnement du contrôle dans l’entreprise
Un client, une expression de besoin
Etudes et Spécification
de
fabrication
Réalisation du produit
Contrôle du produit
Service Contrôle
Conformité ???
3
Principe du contrôle
Produit à
contrôler
Pourquoi?
Choix technique (s)
de contrôle
Spécification (s)
de contrôle
Procès verbal
Qualité Produit
Sécurité
Fiabilité
Coûts...
Personnel
qualifié
Matériel
étalonné
Critères
d ’évaluation
Décision
( acceptation ou rebut)
Démarche Qualité
4

Les acteurs du contrôle: « les contrôleurs »
CERTIFICATION DES OPERATEURS CND
Trois niveaux :
→ Les opérateurs de Niveau 1
( Techniciens )
→ Les opérateurs de Niveau 2
( Techniciens supérieurs = cadres moyens )
→ Les opérateurs de niveau 3
( Ingénieurs = cadres supérieurs )
Un objectif commun: la Qualité de la prestation et sa rigueur
5
Les documents de référence
La procédure
Le rapport de contrôle
6

Les techniques de Contrôle et leur objectif
Destructifs
Non
destructifs
Essais mécaniques
Métallographie
Dégradation du
matériau
Connaissance des
défauts
( localisation, géométrie...)
Visuel, ressuage,
ultrasons, radio…..
Conserve l’intégrité
du matériau
Souci de Qualité,
Sécurité, Economie...
7
Définition du contrôle
non destructif
Définition: Méthode de diagnostic de produits, afin de
détecter, localiser, dimensionner, caractériser, d éventuels
défauts dans ceux-ci.
Moyens: Utilisation de capteurs dont le fonctionnement est
basé sur les principes de la physique ( électromagnétisme,
électricité, rayonnements, propagation….)
8

L’examen visuel 1/3
Définition
Technique de contrôle faisant appel essentiellement à l’œil humain comme capteur
Variantes
Assistance de matériel complémentaire ( loupe, miroir, endoscope, fibroscope)
Règles
Tout examen visuel doit être réalisé suivant des prescriptions définies dans un
ensemble de documents ( procédures et spécifications lesquelles doivent
comporter au minimum les informations suivantes:
Type, forme et dimensions des éléments examinés
Références des documents applicables ( spécification )
Caractéristiques du matériel de contrôle
Processus de contrôle: zones d’examen, état de surface….
Critères d’acceptation d’après la spécification de contrôle avec un
référentiel ( CODAP,SNCT, RCCM,FFESSM…)
Qualification et références du contrôleur
9
L’examen visuel 2/3
Les moyens 1/2
L’ oeil
Le Miroir
Loupe
Les endoscopes
10

L’examen visuel 3/3
Les moyens 2/2
Les fibroscopes
L’imagerie associée
Caméra
Exemple: flamme de four
Ecran de visualisation 11
Le Ressuage 1/11
Principe:
Détection de cavités débouchantes à la surface d’un matériau qui repose sur la
capacité de certains liquides à pénétrer, puis à ressuer par capillarité, dans ces
discontinuités géométriques
Notion de liquide avec tension superficielle faible
Présence de traceurs colorés
12

Le Ressuage 2/11
Les grandes phases
13
5 étapes principales
Le Ressuage 3/11
14

Le Ressuage 4/11
15
Le Ressuage 5/11
16

Le Ressuage 6/11
17
Le Ressuage 6/11
18

Le Ressuage 7/11
19
Le Ressuage 8/11
Ressuage classique
20

Le Ressuage 9/11
Ressuage avec éclairage lampe UV
21
Le Ressuage 10/11
Ressuage avec éclairage lampe UV
22

Le Ressuage 11/11
Principaux avantages
Méthode globale
Matériau quelconque
Détection de défauts débouchants et non obstrués quelles
que soient leur orientation et taille
Contrôle de pièces de géométrie et de dimensions
quelconques
Inspections relativement rapides et peu coûteuses
Grande fiabilité
Méthode automatisable
Principales limitations
Détection uniquement les défauts débouchants
Pas adapté aux surfaces rugueuses et matériaux absorbants
Emploi de produits chimiques
23
La Magnétoscopie 1/5
Conditions opératoires:
- un aimant ou un électro-aimant
- des matériaux ferromagnétiques
- des défauts proches de la surface ( débouchants ou non)
Principe:
-La zone à contrôler est soumise à un flux magnétique, crée par l’aimant
-projection de poudre magnétique, qui se répartit de manière homogène si la pièce
est saine
-agglomération de poudre dans les zones de défauts
24

La Magnétoscopie 2/5
Le principe
25
La Magnétoscopie 3/5
26

Les limites de la technique
La Magnétoscopie 4/5
27
La Magnétoscopie 5/5
Principaux avantages
Méthode globale
Détection de tous les défauts débouchants
Contrôle de pièces de quelques millimètres à plusieurs
mètres de long
Inspections relativement rapides et peu coûteuses
Résolution importante
Matériel robuste, pouvant être utilisé dans des environnements
difficiles
Principales limitations
Contrôle limité aux pièces ferromagnétiques
Méthode non entièrement automatisable
Détection de défauts internes parfois difficile
(suivant leur taille, leur profondeur, etc.)
Détection dépendant de l’orientation du défaut
Nécessite l’emploi de produits chimiques (révélateurs)
Risques d’accidents électriques
28

Les Courants de Foucault 1/5
Conditions:
-Matériaux conducteurs d’électricité
-Capteur générant un champ magnétique
-Création de courants induits « courants de Foucault »
-Présence de défauts créant une variation d’impédance du capteur
29
Les Courants de Foucault 2/5
Principe
30

Les Courants de Foucault 3/5
31
Les Courants de Foucault 4/5
Les limites de la technique
Fonction de la fréquence
32

Les Courants de Foucault 5/5
Principaux avantages
Grande sensibilité et précision
Permet de déceler les variations de composition d’un alliage
et même de mesurer des épaisseurs de revêtements
Contrôle sans contact et possibilité défilement rapide
Méthode automatisable
Principales limitations
Méthode locale
Détection uniquement les défauts superficiels
Détection dépendant de l’orientation du défaut
Matériau conducteur d’électricité
Matériel assez coûtant
Contrôle de pièces de géométrie simple (convient pour tôles
et pièces cylindriques)
33
Tests étanchéité1/4
Principe:
Toute perte d’étanchéïté se traduit par une fuite que le contrôleur se doit
de détecter,
de localiser
de quantifier, si possible ( notion de taux de fuite)
Les moyens utilisés : un gaz utilisé comme traceur et un détecteur
Les techniques:
La bulle dans l’eau
La mousse de savon (ou le détecteur type « mille-bulles)
L’ammoniac
Les halogènes
L’oxygène-mètre
La technique à l’hélium ( la plus courante dans l’industrie)
34

Tests étanchéité 2/4: le test Hélium
Principe:
La paroi dont on veut contrôler l’étanchéité est soumise à une différence de pression:
-du côté de la pression la plus forte se trouve un gaz traceur (hélium)
-du côté de la pression la plus faible, on localise un détecteur capable de déceler
dans l’atmosphère de très faibles concentration de gaz
Gaz: l’hélium du fait de sa « fluidité »( bonne diffusion) ( très sûr en terme de détection)
Capteur: un spectromètre de masse calé sur l’hélium
35
Tests étanchéité 3/4: le test Hélium
2 techniques :
Méthode sous vide:
L’enceinte à tester est mise sous vide avec
un groupe de pompage, relié au détecteur.
Aspersion ou immersion avec de l’Hélium
Méthode sous pression:
L’enceinte à tester est mise sous pression
d’hélium. Le détecteur He vient renifler
la surface de l’enceinte
36

Tests étanchéité 4/4 : le test Hélium
Les matériels
37
Rayonnements ionisants 1/15
Principe:
Le contrôle interne d’un objet à l’aide de rayonnements ionisants, consiste à le
faire traverser par un rayonnement ( X ou γ) de très courte longueur d’onde, et à
recueillir la variation d’intensité du faisceau (fonction de l’atténuation dans le
matériau), sous forme d’une image sur un récepteur.
Les moyens:
un rayonnement primaire dont le choix est fonction du matériau à contrôler
une source de production du rayonnement primaire
un objet avec des caractéristiques et défauts propres (notamment épaisseur et densité)
un rayonnement résiduel dit « secondaire »
un support de sensibilisation (film, plaque avec convertisseur analogique-numérique)
38

Rayonnements ionisants 2/15
Principe général
39
Rayonnements ionisants 3/15
Impact de la géométrie et du type d’anomalie
40

La Radiographie
Rayonnements ionisants 4/15
Principe:
Le rayonnement X est émis par un tube en verre ou en céramique sous un vide poussé
comportant, une cathode émettrice d’électrons ( par effet thermo-ionique) et une
anti-cathode encastrée dans une anode inclinée, portée à un potentiel électrique
Élevé (100 à 400 kV). Le champ électrique ainsi crée, permet l’accélération des
électrons arrachés à la cathode et qui viennent percuter la « cible », provoquant ainsi
la production du rayonnement X ( 0,01 nm < L< 0,18 nm).
Il est en principe récupéré au travers une fenêtre latérale
41
Rayonnements ionisants 5/15
Avantage: coupure de la source rapide (alimentation électrique)
Inconvénient: manipulation à risque (Aptitude CAMARI pour les opérateurs)
42

Rayonnements ionisants 6/15
Les différents tubes X
43
Rayonnements ionisants 7/15
Caractéristiques des rayonnements X
44

Principe de la Gammagraphie:
Rayonnements ionisants 8/15
:
Certains isotopes d’éléments sont radioactifs, c’est à dire, qu’ils subissent
spontanément une modification de leur structure nucléaire, qui s’accompagne
d’une émission de rayonnements (α, β(électrons) ou γ (rayonnement des photons) .
Ces éléments peuvent être naturels (comme le radium ou l’uranium) ou artificiels
(Cobalt, Césium, Iridium) et sont caractérisés par leur énergie.
L’émission de ce rayonnement décroît de façon exponentielle avec le temps.
On définit ainsi la notion de période qui caractérise la demi-vie de l’élément
( temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux actifs.
On définit un 3ème facteur qui est l’activité de la source radioactive (« sa
puissance nucléaire ») qui correspond au nombre d’atomes se transformant par
unité de temps. Elle s’exprime en Becquerel (anciennement le Curie)
45
Rayonnements ionisants 9/15
Les caractéristiques des rayonnemments en gammagraphie
46

Rayonnements ionisants 10/15
Le Matériel en gammagraphiel
47
Rayonnements ionisants 11/15
Les limites de la méthode
Les différences d’absorption:
La sensibilité des détecteurs fait que ne seront mis en évidence que les différences
d’absorption suffisantes pour l’énergie du rayonnement utilisé.
En effet:
il est plus délicat de mettre en évidence une bulle d’air dans un matériau léger
type caoutchouc que dans l’acier
un défaut plat (fissure), ne sera détectable que dans la mesure où il est dans
une orientation correcte par rapport à la direction du rayonnement
Il est difficile, voire impossible de détecter des défauts mineurs derrière
une particule lourde
48

Les limites de la méthode
Etat de surface:
Rayonnements ionisants 12/15
Un état de surface irrégulier (rugosité de moulage en fonderie par exemple)
ne permet pas, ou du moins perturbera considérablement la détection des défauts.
En effet leur image sera noyée dans le « bruit de fond » hétérogène du cliché
radiographique, d’où la nécessité dans ce cas de préparer la surface par meulage.
49
Exemples
Rayonnements ionisants 13/15
Corps de Vanne
50

Rayonnements ionisants 14/15
Exemples
Gammagraphie de bouteille de plongée
51
Limites de la technique
Rayonnements ionisants 15/15
52

Rayonnements ionisants
Principaux avantages
Grande précision
Géométrie et taille du défaut bien définies
Contrôle volumique (défaut en profondeur)
Matériau quelconque
Méthode globale en cas de petite pièce
Archivage des résultats des contrôles (films)
Méthode automatisable
Principales limitations
Matériel coûtant
Détection dépendant de l’orientation des défauts plans
Nécessite une formation assez importante
Risques liés aux radiations
53
L’émission acoustique: principe 1/5
Principe
Quand un matériau se déforme, se fissure, sous l’action de contraintes, il
génère des ondes élastiques. Ces trains d’ondes se propagent dans le
matériau en fonction des ses propriétés acoustiques et de la géométrie de la
pièce à contrôler et parviennent aux différents capteurs installés sur la
structure. Les signaux ainsi recueillis et traités par une chaîne de mesure,
permettent de:
localiser la zone de dégradation
évaluer son intensité en fonction de la sollicitation mécanique de la structure
suivre son évolution par rapport à un référentiel
Avantage:
Rapidité de contrôle
Possibilité de réaliser les contrôles sans altération du process
Domaine d’application
Les réservoirs de stockage
Les matériaux composites
54

Exemple:
L’émission acoustique 2/5
55
L’émission acoustique 3/5
56

L’émission acoustique 4/5
57
L’émission acoustique 4/5
Principaux avantages
Méthode globale
Permet un contrôle en service
Permet de caractériser le défaut
Matériau quelconque
Principales limitations
Ne détecte que les défauts évolutifs
Localise les défauts évolutifs mais pas d’informations sur
leur taille et orientation
Nécessite une formation très poussée
Matériel très coûteux
Pas d’information sur la taille du défaut. Il faut une méthode
complémentaire pour la déterminer.
58

Les états de la matière
Les ultrasons: la matière
Les gaz:
Les molécules sont
très éloignées
Les liquides:
Molécules plus proches, moins
Mobiles car elles s’attirent
Les solides:
Les molécules sont très proches.
Ils sont dits cristallisés (sous forme
de réseaux)
59
Les ultrasons: le principe
Le principe:
Transfert d’une onde acoustique, à l’aide d’un capteur, dans un matériau à
Contrôler. En fonction des défauts rencontrés dans la structure, une partie de
l’énergie est réfléchie vers un capteur récepteur. C’est le principe qui est utilisé
en échographie médicale.
60

Les ultrasons:les paramètres 1/2
Les différents paramètres d’une onde 1/2
Analogie avec système masse ressort ( en mécanique)
LA PERIODE ( T):
Le temps qui s’écoule entre 2 passages de la masse, dans le même sens, à
un endroit donné (par exemple pour un maximum d’amplitude)
Unité: Seconde
LA FREQUENCE:
Le nombre de cycle du phénomène par seconde (F= 1/T)
Unité: le Hertz ( Hz)
Par exemple un événement se reproduisant 1 fois par seconde, a une
fréquence de 1 Hz
Stage National TIV-Version 2006 61
Les ultrasons: les paramètres2/2
Les différents paramètres d’une onde 2/2
Enregistrement du déplacement
La longueur d’onde ( λ) :
La distance qui sépare 2 points dans le même état vibratoire
Unité: mètre
62

Les différents type d’ondes
Les ultrasons: les types d’ondes
Ondes longitudinales (compression):
L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaire
est parallèle à la direction de propagation
Exemple du ressort
Dans la matière
(propagation dans tous les milieux)
La vitesse de l’onde
63
Les différents type d’ondes
Les ultrasons: les ondes
Ondes transversales ( cisaillement):
L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaire
est perpendiculaire à la direction de propagation
Exemple du ressor:t
Dans la matière
( pas dans les gaz et les liquides)
La vitesse de l’onde
64

Les ultrasons: les vitesses
Les vitesses de propagation
Les fréquences de travail
1 MHz< F < 15 MHz
65
Les ultrasons: l’impédance acoustique
Définition:
Chaque matériau est caractérisé, en ce qui concerne son comportement face
aux ondes acoustiques qui s’y propagent, par son impédance acoustique ( Z)
Impédance ( Z) = Masse volumique ( ⍴) X Vitesse ( V)
Analogie: impédance d’un circuit électrique (adaptation d’impédance)
Conséquence pour le contrôleur: avoir l’adaptation d’impédance
acoustique optimale
66

Les ultrasons: les interfaces entre 2 matériaux
Onde incidente issue du capteur amplitude Ai
Onde réfléchie par l’interface amplitude Ar
Onde transmise dans le matériau amplitude At
Conséquence: Pour un bon couplage acoustique entre une pièce et le
Capteur ( air-acier) , le contrôleur doit interposer un liquide intermédiaire.
Dans le cas contraire, seul 1% de l’énergie est transmise dans le matériau
67
Les ultrasons:les interfaces (applications)
capteur
ondes
Bouteille en acier
Exemple industriel
68

Les ultrasons:la piézo-électricité
69
Les ultrasons:les caractéristiques
Un capteur est caractérisé par:
son type ( droit, angle…)
sa fréquence ( de 1 à 15 MHz)
son diamètre ( qlqes mm à 300 mm)
son amortissement
70

Les ultrasons:la chaîne de contrôle
71
Les ultrasons:les matériels
72

Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur
Principe:
Toute discontinuité ou interface se comporte comme un réflecteur vis à vis des ondes
acoustiques. De ce fait, connaissant les caractéristiques du matériau et des ondes
(notamment la vitesse de propagation (V) et les temps de parcours (t)), il est possible
de calculer la distance correspondante, avec la relation:
Distance (mm)= vitesse (m/s) X temps (t)
Nota:
attention la distance correspond à un trajet aller et retour dans le matériau.
Ainsi pour accéder à l’épaisseur il faut diviser par un facteur 2
Nécessité d’avoir une référence préalable ( étalonnage notamment- cf TP)
73
Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur ( exemple)
74

Les ultrasons: domaines d’utilisation
75
Les ultrasons: les limites de la technique
76

Les ultrasons: avantages & limitations
Principaux avantages:
Grande précision
Méthode volumique (détection des défauts internes)
Permet de mesurer les dimensions des défauts
Contrôle de pièces de grande épaisseur
Convient à différents matériaux
Méthode sans risque (santé & sécurité)
Limitations de la méthode:
Exige une assez bonne formation des opérateurs
Matériel moyennement coûteux
77
Thermographie
78

appareils utilisés
thermomètres
à sonde
thermomètre
infrarouge sans
contact
Camera thermique
79
Camera infrarouge Imageur thermique Radiomètre
80

Principe de la méthode
:
81
Domaines
d’Application
82

DOMAINES D’APPLICATION:
Installation
et
équipements
électriques
Équipements
Mécaniques
Équipements
comportant
des
réfractaires
Canalisation
et/ou
Isolation
Bâtiments
83
INSTALLATION ET ÉQUIPEMENTS
ÉLECTRIQUES:
INSPECTION DE Lignes à
haute tension
Isolateur défectueux
Echauffement sur la
connexion de l’isolateur
84

ÉQUIPEMENTS MÉCANIQUES:
Paliers déséquilibrés
Roulements défectueux
Echauffement d’un
moteur
85
ÉQUIPEMENTS COMPORTANT DES
RÉFRACTAIRES:
Dispersion sur un four
Usure anormale de
l’isolation
Dégradation du
réfractaire sur un
broyeur à galets
86

CANALISATION ET / OU ISOLATION:
Bouchage sur une
canalisation
Détection de niveau sur la
cuve
Inspection d’une
cheminée industrielle
87
BÂTIMENTS:
Ponts thermiques sur la
façade d’une maison
Présence d’humidité
sur un mur
Détection de l’armature
88

Avantages
et
Inconvénients
89
AVANTAGES:
90

INCONVÉNIENTS:
limitée à l’étude des matériaux
minces.
Peut être couteux : selon l'équipement
de thermo-imagerie.
Dépendante des propriétés radiatives
de surface
et des paramètres environnementaux
91
LES EFFETS DE L’INFRAROUGE
SUR LA SANTÉ:
Dangers
invisibles
Les effets
de
l’infrarouge
Lésions
oculaires
Brûlures
cutanées
92

LES MESURES DE PROTECTION:
Mise en place
d’écrans
Confinement
du
rayonnement
Définition de
zones
d’exclusion
Lunettes ou
masques
93
Comparatif des techniques 1/2
Avantages et inconvénients des techniques de CND/1
Méthodes
Examen visuel
( simple)
Examen visuel
(assisté)
Ressuage
Magnétoscopie
Courants de
Foucault
-facile d’emploi
-rapide et sensible
-peu onéreuse
Avantages
-souplesse de mise en œuvre
-peu onéreux
-bonne précision
-preuve: photo, enregistrement
-sensible pour défauts sous-jacents
-facile d’emploi
-peu de calibration
-pas de contact nécessaire
-grande sensibilité
-dimensionnement de défauts
possible
Inconvénients
-définition correcte des critères
-complémentaire à une autre technique
-difficulté de repérage ( espace
- -parfois onéreux ( endoscope)
-uniquement sur défauts sufaciques
-bon état de surface
-multiples manipulations
-uniquement matériaux ferromagnétiques
-pas d’information de profondeur
-orientation de magnétisation préférentielle
-essentiellement sur métaux
-faible profondeur
-sensible à la température et parasites
Philippe POINBOEUF
Stage National TIV-Version 2006 94

Comparatif des techniques 2/2
Avantages et inconvénients des techniques de CND/2
Méthodes
Essais
hydrauliques
Test d’étanchéité
Avantages
-peu onéreuse
-rapide de mise en œuvre
-complémentaire avec le visuel
-bonne sensibilité ( microfissuration)
-coût élevé
Inconvénients
-risque d’être destructrice
-homologation par des professionnels
Rayonnements
ionisants
Emission
acoustique
-détection sur épaisseur importante
-large gamme de matériaux
-traçabilité: film ou vidéo
-bonne reproductibilité
-technique intéressante pour suivre
l’évolution d’une signature dans le
temps
-coût élevé
-accès aux 2 faces
-orientation préférentielle
-méthode à risque pour le contrôleur
-interprétation délicate
- coût élevé
Ultrasons
Philippe POINBOEUF
-bonne résolution ( dimensionnement
et fissuration)
-résultats rapides
-dimensionnement et localisation
-accessible au TIV FFESSM
-influence de l’état de surface
-utilisation de milieu intermédiaire
-importance de l’orientation des défauts
-coût accessible
Stage
aux
National
Comité
TIV-Version 2006 95
Conclusion
Cette rapide approche des techniques de CND a permis de mettre en évidence:
La complexité de certaines techniques
L’aspect complémentaire des différentes techniques en fonction des
anomalies recherchées
Le besoin de spécifications de contrôles
L’importance des défauts de référence et des critères d’évaluation
Le caractère indispensable de l’étalonnage du matériel
La nécessite de la qualification des opérateurs de contrôle
96

Bibliographie:
Extraits stage CND, par Philippe POINBOEUF
97