La magnétoscopie 1- PROCÉDÉ L'examen par magnétoscopie consiste à soumettre une pièce ou une partie d'une pièce ferromagnétique à l'action d'un champ magnétique, continu, alternatif ou redressé de valeur importante et définie en fonction du produit. Il faut rappeler qu'un matériau est dit ferromagnétique si lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de 2400 A/m il présente une induction d'au moins 1 tesla (NF A 09-125 de janvier 1982). En effet un champ magnétique élevé ne peut s'obtenir que sur les matériaux ferromagnétiques. Parmi les matériaux courants on peut considérer comme étant ferromagnétique : - le fer pur ; - la fonte ; - le nickel ; - le cobalt ; - les aciers moulés, forgés, les soudures, tôles, tubes ; - les aciers ordinaires au carbone, au silicium et faiblement alliés ; - les aciers à 3,5 - 6 et 9% de nickel (martensitique et ferritique martensitique) ; - les aciers ferritiques au chrome,… et globalement tous les matériaux sensibles à l'action d'un aimant. Par contre, les aciers austénitiques, les aciers à 12% de manganèse, les aciers à 17% de chrome, 4% de nickel, 1% de molybdène mais aussi l'aluminium, le cuivre, le titane, le magnésium, le laiton, le bronze, le plomb et leurs alliages ne sont pas considérés comme ferromagnétiques à cause de leur perméabilité magnétique trop faible. D'une façon générale, il est préférable que la valeur du champ magnétique permette d'atteindre la saturation magnétique. Dans ce cas les défauts superficiels de la pièce provoquent à leur endroit des "fuites magnétiques" constituant une sorte de mini aimant sur les pôles duquel peut s'accumuler une poudre ferromagnétique appelée indicateur ou révélateur. Le contrôle est donc possible dans ces conditions. On peut visualiser avec cette méthode les défauts débouchant en surface ou situés immédiatement sous la surface à examiner (jusqu'à environ 3mm au maximum). En outre la profondeur de détection dépend aussi de nombreux paramètres. Les défauts sont d'autant mieux détectés que leur orientation est voisine d'une direction perpendiculaire au champ magnétique, donc parallèle aux lignes de courant. "L'image" magnétique obtenue est observée dans des conditions qui dépendent du produit indicateur utilisé mais le procédé ne permet pas de déterminer avec précision les dimensions d'un défaut sous cutané mais il est possible avec beaucoup d'habitude d'en définir la nature. 2- PRINCIPE Il faut donc soumettre la pièce à l'action d'un champ magnétique d'une intensité suffisante, de manière à travailler dans une zone située au-dessus de la valeur maximale de la perméabilité magnétique. Pour la plupart des matériaux ferromagnétiques, cette valeur est obtenue pour un champ magnétique tangentiel compris entre 2000 et 4000 A/m. Les discontinuités éventuelles de la pièce provoquent une déviation locale des lignes d'induction, donc un champ de fuite très intense, du fait de la saturation du matériau. 2.1 Principe magnétique. Cette différence de potentiel magnétique est matérialisée par l'application, par saupoudrage, pendant la période d'aimantation, soit d'une poudre magnétique (grains entre 30 et 300 m) constituée de fer ou de la magnétite ; soit d'une liqueur magnétique constituée d'un liquide porteur (eau additionnée d'un liquide mouillant ou produit pétrolier) contenant en suspension une poudre magnétique à grains fins (< à 30 m pour une concentration de 5 grammes par litre). 2.2 Les poudres magnétiques. Les poudres magnétiques employées sont de deux types : - les poudres magnétiques dont on utilise la coloration propre telles que spinelle de fer de couleur grise ou granulés de fer oxydé de couleur grise ou blanche ; - les poudres à grains composites à noyau ferromagnétique, enrobé d'une pigmentation observable soit à la lumière blanche, soit en lumière fluorescente à l'aide d'une lampe ultraviolette. Les révélateurs qu'ils soient pulvérisés par voie sèche ou par voie humide peuvent s'appliquer au pinceau, par arrosage, au pistolet, en bombe aérosol ou par immersion. 3- PRINCIPES DE LA DETECTION Lorsqu'un champ magnétique traverse un échantillon ferromagnétique il observe une loi universelle qui est celle de la facilité. Les lignes de force vont toujours choisir le chemin le plus aisé, celui qui présentera le moins de résistance ou, "magnétiquement" parlant le moins de réluctance. S'il se présente un obstacle, il va donc le contourner plutôt que de le traverser. Lorsque le champ est faible, la répartition des lignes de force dans la pièce se fera sans problème. Par contre, lorsque le champ atteint une certaine valeur, au-delà du "coude" de saturation de la courbe induction par rapport au champ, la perturbation autour d'un défaut crée une saturation locale qui peut atteindre des lignes proches de la surface. Ces dernières, ne trouvant plus de place pour circuler au travers du matériau vont créer un champ sortant à l'extérieur au droit du défaut, ce champ magnétique est appelé champ de fuite. 4- CONDITIONS D' AIMANTATION L'aimantation peut être obtenue par divers procédés décrits ci-après. Ces procédés ne sont pas équivalent entre eux, ni par l'uniformité d'aimantation réalisée, ni par la profondeur de détection, ni par l'intensité du champ magnétique. Il n'est donc pas indiffèrent dans un cas donné, d'employer l'un ou l'autre. Ces différents procédés ne sont pas non plus équivalents entre eux en ce qui concerne les conditions de mise en œuvre. Pour assurer la détection, quelle que soit l'orientation des discontinuités, il est nécessaire de pratiquer au moins deux directions d'aimantation, si possible perpendiculaires. En effet la sensibilité est optimale lorsque la direction des lignes de champ est perpendiculaire à la direction présumée de la discontinuité. 4.1 Méthodes d'aimantation On distingue essentiellement deux méthodes d'aimantation qui sont : - l'aimantation longitudinale; - l'aimantation circulaire ou transversale. 4.1.1 Aimantation longitudinale Cette aimantation peut s'obtenir de trois manières différentes : Par aimant En reliant les pôles d'un aimant à un matériau ferromagnétique, le champ de cet aimant est canalisé. Il présente l'inconvénient de déceler difficilement les défauts fins et sous cutanés, à cause de la faiblesse du champ magnétique. Son principal avantage est qu'il permet de faire le contrôle de zones difficiles d'accès. Par électroaimant. L'aimantation est obtenue en fermant le circuit magnétique par la pièce à contrôler. L'alimentation est assurée en courant alternatif ou redressé. Par solénoïde ou spires enroulées. Dans ce cas, on enroule un câble de forte section autour de la pièce à contrôler. Le champ magnétique ainsi créé est concentré dans la pièce. Compte tenu de la répartition du champ à l'extérieur du solénoïde, la partie examinée sera limitée à la région située à l'intérieur du solénoïde et un peu en dehors de celui-ci (200mm maximum). 1-2 Aimantation transversale ou circulaire Cette aimantation peut s'obtenir de trois façons différentes : Par passage direct de courant Un courant électrique qui parcourt un conducteur créé autour de celui-ci un champ magnétique circulaire dont l'intensité est proportionnelle à la valeur du courant. Quand le conducteur est un matériau ferromagnétique, le champ est induit dans le conducteur lui-même. Par passage indirect de courant Le conducteur est placé à l'intérieur du tube, le courant qui circule induit un champ magnétique tant sur la surface interne que sur la surface externe du tube. Le champ produit est constant tout au long du conducteur. Par passage de courant Cette méthode consiste à faire transiter le courant entre deux électrodes placées sur la pièce à contrôler à une certaine distance l'une de l'autre. La répartition du champ est très variable en fonction de l'écartement des électrodes et de l'intensité du courant. Ce procédé est pratique car il s'adapte très bien à des pièces de géométrie complexe. 4-2 TYPES DE COURANT On rencontre suivant les installations, les formes d'ondes suivantes : - continues, - alternatives sinusoïdales, - alternatives sinusoïdales redressées, une ou deux alternances, - triphasées sinusoïdales redressées, une ou deux alternances. La forme d'onde utilisée va essentiellement réagir sur la pénétration des lignes d'induction dans la section de la pièce ; plus on sera proche de la forme d'onde correspondante au champ continu, plus on pénétrera dans la section, et plus on sera capable de détecter les défauts sous jacents. La réciproque est également vraie dans le sens ou, si seul les défauts débouchant sont recherchés, on utilisera de préférence un champ alternatif. 4-3 INTENSITÉ DU CHAMP D'EXCITATION. Ce paramètre est à considérer comme l'un des plus importants dans la mise en œuvre de la magnétoscopie. Il est exprimé en Ampère par mètre (A/m). L'opérateur n'y a généralement pas accès directement, il utilise un réglage d'intensité qui dans la plupart des cas est imposé par les codes et normes, ou cahier des charges du client. Une grande diversité se manifeste à ce sujet tant en France que dans le monde, en fonction des utilisations et des utilisateurs. 4-4 VÉRIFICATION DES CONDITIONS D' AIMANTATION Une vérification globale de l'application de la méthode peut être effectuée à l'aide de témoins d'aimantation. L'inconvénient est que ces moyens succincts et grossiers ne valent pas la précision d'un mesureur de champ magnétique tangentiel, constitué d'une sonde à effet Hall qui intègre directement la forme d'onde utilisée. 5- APPAREILLAGE D' AIMANTATION Il existe de nombreux appareils qui permettent de produire une aimantation sur une pièce ferromagnétique dont voici les principaux : le magnétoscope articulé portatif : il produit à l'aide d'un solénoïde un champ magnétique qui se ferme par la culasse articulée et la pièce à contrôler. Seuls les défauts orientés à 90° 30° par rapport à la direction du champ magnétique sont détectables. Cet appareillage convient très bien pour les contrôles manuels en atelier ou sur chantier. le magnétoscope mobile : il est destiné au contrôle des pièces à grandes dimensions (arbres, roues de turbines,…) - Appareil à touches Il est composé essentiellement d'un générateur de courant et de deux électrodes en cuivre. Cet appareil travaille par passage direct du courant dans la pièce. L'intensité de ce courant dépend de l'écartement des touches et de l'épaisseur de la pièce à contrôler. En règle générale on choisit un écartement de 100 à 250mm pour une intensité de 4 à 5A/mm. La magnétisation obtenue est du type circulaire et permet toujours la détection des défauts parallèles aux lignes de courant. - Appareil à câble enroulé Il est composé d'un générateur de courant et d'un câble enroulé autour de la zone à contrôler. le magnétoscope fixe (banc de magnétoscopie) : Ces appareils fixes sont utilisés en général pour assurer simultanément une magnétisation transversale par passage direct de courant et une magnétisation longitudinale par électro-aimant, solénoïde,… Il est alors possible de détecter en une seule manipulation de la pièce des défauts orientés de façon quelconque. Ils sont utilisés pour les examens en série de pièces manipulables. 6- INTERPRETATION La définition et la forme de l'image magnétique sont d'autant plus nette que la discontinuité est proche de la surface. Après aimantation et application du produit indicateur, des précautions doivent être prises pour éviter l'altération de l'image magnétique. Toutes les images magnétiques ne correspondent pas nécessairement à des défauts. Des images "fausses" peuvent avoir pour origine une déformation du champ magnétique, lié à la géométrie de la pièce, à une modification locale de la perméabilité magnétique de la pièce, ou à une aimantation rémanente suite à un contact avec un objet aimanté. L'interprétation reste donc dans le cas général qualitatif. Lorsque l'indication obtenue est due à l'existence d'un défaut, avec de l'habitude, on peut tirer de l'image magnétique les renseignements suivants : - les concentrations de poudre qui présentent des contours bien nets traduisent des défauts débouchant à la surface ; - la hauteur de l'amas de poudre dépend de l'étendue du défaut en profondeur ; - les lignes à contours flous correspondent à des défauts situés plus profond sous la surface ; - des lignes continues orientées parallèlement à la direction de laminage ou de l'étirage traduisent des fils d'inclusions ; - des lignes brisées d'allures irrégulières sont à rattacher à l'existence de criques ; - si de telles lignes apparaissent nombreuses et fines, on peut conclure à l'existence de criques superficielles résultant de tapures de rectification ou de traitement thermique. Types de défauts rencontrés : fissures d'usure, de fatigue, lignes d'inclusions, tapures de trempe, de cémentation, défauts de soudures, … La préparation de la surface doit être compatible avec la sensibilité de détection que l'on recherche et le type de produit à examiner. Cette préparation doit répondre aux trois préoccupations principales suivantes : - éliminer les polluants (graisse, calamine,…), - atténuer les aspérités susceptibles de gêner la bonne répartition du produit indicateur, - créer un fond de coloration uniforme permettant une meilleure lisibilité de l'image magnétique. Après le contrôle, il est préférable de procédé à un nettoyage de la surface, et si nécessaire, d'effectuer une désaimantation si l'aimantation peut affecter l'utilisation ultérieure. (Dans le cas de pièces mécaniques tournantes en aéronautique, en constructions navales, en automobile,…) Il existe des possibilités de conservation des indications obtenues en vue d'un rapport d'expertise, d'un suivi dans le temps ou simplement pour avoir une image type. Il en existe plusieurs méthodes dont celle par photographie, celle de la laque transparente, de la couche de vernis pulvérisée ou du ruban adhésif transparent.