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? Qualité Produit Sécurité Fiabilité Coûts... Choix technique (s) de contrôle Spécification (s) de contrôle Personnel qualifié Matériel étalonné Procès verbal Critères d ’évaluation Décision ( acceptation ou rebut) Démarche Qualité4 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 Non destructifs Destructifs Visuel, ressuage, ultrasons, radio….. Essais mécaniques Métallographie Dégradation du matériau Conserve l’intégrité du matériau Connaissance des défauts ( localisation, géométrie...) 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 L’ oeil Les moyens 1/2 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 11 Ecran de visualisation 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 Le Ressuage 3/11 5 étapes principales 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 La Magnétoscopie 4/5 Les limites de la technique 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 Rayonnements ionisants 4/15 La Radiographie 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 Rayonnements ionisants 8/15 Principe de la Gammagraphie: : 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 Rayonnements ionisants 12/15 Les limites de la méthode Etat de surface: 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 Rayonnements ionisants 13/15 Exemples Corps de Vanne 50 Rayonnements ionisants 14/15 Exemples Gammagraphie de bouteille de plongée 51 Rayonnements ionisants 15/15 Limites de la technique 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 L’émission acoustique 2/5 Exemple: 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 ultrasons: la matière Les états de 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 Stage National TIV-Version 2006 fréquence de 1 Hz 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 ultrasons: les types d’ondes Les différents type 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 ultrasons: les ondes Les différents type d’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 Bâtiments Isolation 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 Avantages Inconvénients Examen visuel ( simple) -souplesse de mise en œuvre -peu onéreux -définition correcte des critères -complémentaire à une autre technique Examen visuel (assisté) -bonne précision -preuve: photo, enregistrement -difficulté de repérage ( espace - -parfois onéreux ( endoscope) -facile d’emploi -rapide et sensible -peu onéreuse -uniquement sur défauts sufaciques -bon état de surface -multiples manipulations -sensible pour défauts sous-jacents -facile d’emploi -peu de calibration -uniquement matériaux ferromagnétiques -pas d’information de profondeur -orientation de magnétisation préférentielle -pas de contact nécessaire -grande sensibilité -dimensionnement de défauts possible -essentiellement sur métaux -faible profondeur -sensible à la température et parasites Ressuage Magnétoscopie Courants de Foucault Philippe POINBOEUF Stage National TIV-Version 2006 94 Comparatif des techniques 2/2 Avantages et inconvénients des techniques de CND/2 Méthodes Avantages Inconvénients -peu onéreuse -rapide de mise en œuvre -complémentaire avec le visuel -risque d’être destructrice -homologation par des professionnels Test d’étanchéité -bonne sensibilité ( microfissuration) -coût élevé Rayonnements ionisants -détection sur épaisseur importante -large gamme de matériaux -traçabilité: film ou vidéo -bonne reproductibilité -coût élevé -accès aux 2 faces -orientation préférentielle -méthode à risque pour le contrôleur Emission acoustique -technique intéressante pour suivre l’évolution d’une signature dans le temps -interprétation délicate - coût élevé Ultrasons -bonne résolution ( dimensionnement -influence de l’état de surface et fissuration) -utilisation de milieu intermédiaire -résultats rapides -importance de l’orientation des défauts -dimensionnement et localisation -accessible au TIV FFESSM -coût accessible auxNational Comité TIV-Version 2006 Stage 95 Essais hydrauliques Philippe POINBOEUF 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
