La magnétoscopie

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.