Contrôle Non Destructif [PDF]

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Contrôle Non Destructif
Introduction Tout équipement nécessite un contrôle pour garantir sa fiabilité et sa disponibilité en particulier les équipements industriels il existe plusieurs méthodes La maintenance corrective La maintenance préventive Les Contrôles Non Destructifs

1 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Plan
Introduction
CND par Ressuage
CND par Magnétoscopie
CND par Courants de Foucault
CND par Ultrason
CND radiographie

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définition Les essaies (ou contrôles) non destructifs, désignent de façon générale toutes les méthodes qui permettent l’essai ou l’examen d’un matériau sans en altérer son utilisation future

Contrôler sans détruire Du point de vue industriel, ces essaies servent à déterminer si un matériau ou une pièce répondra d’une façon satisfaisante à la fonction qui lui sera demandée

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Contrôle Non Destructif 

Types de défauts décelés par CND

Il existe trois classes de défauts:

1.

défauts introduits pendant l’élaboration de la matière première   

2.

Défauts d’usinages introduits pendant l’usinage   

3.

Ségrégations Porosité Criques ou fissures thermiques

Défauts de soudage Défauts superficiels Défauts de traitement thermique

Défauts en service apparaissant au cours de l’utilisation   

Défauts de fatigue Défauts de corrosion Défauts de l’usure par contact

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Domaines d’application

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Profits réalisés à l’aide du CND Les essais non destructifs permettent:  L’augmentation de productivité (éviter les rebuts,redéfinir les procédés correctes de fabrication)  l’augmentation de la durée de vie  Garantir la sécurité du personnel et des utilisateurs  Meilleure connaissance des matériaux

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Contrôle Non Destructif Il existe plusieurs techniques de CND       

CND par Ressuage CND par Endoscopie CND par Magnétoscopie CND par Courants de Foucault CND par Ultrasons CND par Radiographie CND par Thermographie

 CND par Émission Acoustique 7 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif


Chacun de ces contrôles est effectué en cinq phases essentielles

1.

La mise en œuvre du procédé

2.

La modification du procédé par les défauts

3.

La détection des défauts ou des variations

4.

La conversion de ces variations en une forme convenable

5.

L’interprétation de l’information obtenue

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Contrôle Non Destructif
Définition: Le ressuage est un terme qui désigne l’extraction d’un fluide d’une discontinuité dans laquelle il s’était préalablement accumulé au cours d’une opération d’imprégnation Les étapes du ressuage

• • • • •

1- Nettoyage de la pièce 2- Application du pénétrant 3- Élimination de l’excèdent du pénétrant 4- Application du révélateur 5- Observation et interprétation

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Contrôle Non Destructif

Application du pénétrant

Élimination de l’excédent du pénétrant

Application du révélateur

Observation 10 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

11 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Phénomène de capillarité

zone A

air

liquide Surface liquide-air : plane et horizontale

air α

liquide

α

air liquide

Zoom sur la zone A

12 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif h h

Le liquide mouille le solide

Le liquide ne mouille pas le solide Mercure : Ø > 90°

Eau : Ø < 90°

Ø Ø

Si Ø < 90°le liquide est mouillant

Si Ø > 90°le liquid e n’est pas mouillant

Un bon pénétrant a donc un pouvoir mouillant élevé alors un angle Ø très petit 13 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 1.Nettoyage de la pièce

Zone A Impuretés

Pièce fissurée

Zoom sur la zone A

Remarque: • Surface à examiner propre, dégraissée, sèche, • exempte de contamination et de tout produit ou irrégularité. 14 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 2.Application du pénétrant


Pénétrant compatible avec le matériau inspecté
Application du pénétrant  Arrosage Pulvérisation Immersion
Durée d’imprégnation : entre 5mn et 1 heure 15 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Classes de pénétrants de différentes sensibilités pénétrant coloré  faible sensibilité (matériau poreux ou surface rugueuse) pénétrant fluorescent pré-émulsionné (rinçable à l’eau)  moyenne sensibilité pénétrant fluorescent à post-émulsion (émulgation avant rinçage)  sensibilité élevée (pièce très sollicitées (bien préparer la surface)

16 Adapté par M.Ramadany

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Le choix du procédé dépend de la nature de la pièce et de la nature des défauts recherchés :  le procédé coloré sera utilisé de préférence pour la recherche de défauts grossiers et pour les contrôles sur site  le procédé fluorescent sera utilisé lorsque l’on cherche une grande sensibilité et lorsque l’on effectue un travail en série, en particulier sur chaîne.

17 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 3.Application du révélateur
Application du révélateur  Arrosage  Pulvérisation  Immersion
Temps de révélation : entre 7 et 30mn

18 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Matériel

utilisé

19 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif


Ordre de grandeur

20 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Contrôle des soudures

Contrôle de pièces en cours de fabrication

Contrôle de pièces en service

21 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Les produits utilisés :
Pénétrant : ARDROX


Solvant:: ARDROX


Révélateur: ARDROX

Temps opération

Température mini

1

Dégraissage au solvant

2

Application du pénétrant par pulvérisation

3

Élimination de l’excès de pénétrant à l’aide d’un chiffon sec

4

Séchage : air ambiant

5

6

Application du révélateur par pulvérisation puis ressuage pendant…. Examen sous lumière blanche

observation

maxi Ambiante

Éliminer les excédents d’impuretés au chiffon propre

Ambiante

Appliquer périodiquement une nouvelle couche dans les zones critiques, dans le temps imposé

Aussi court que possible

Ambiante

Vérifier l’efficacité de l’élimination de l’excès de pénétrant par examen approfondi : absence de pénétrant en surface

Instantané

Ambiante

Dans ce cas, le caractère très volatil du solvant rend l’opération de séchage quasi instantanée.

Ambiante

Se tenir à distance éloignée pour créer un film de révélateur peu épais à la surface de la pièce.

Ambiante

S’aider d’une loupe de grossissement x10 pour un lever de doute plus précis

15 min

10 min

20 min

30 min

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Avantages :  applicable à tous les métaux  Bon marché  Procédé simple  Applicable aux matériaux magnétiques ou non
Limitations:  seuls les défauts de surface sont révélés  Indications approximatives de la profondeur

23 Adapté par M.Ramadany

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Principes de l’aimantation I-2- Composition des aimants I-3- Principales propriétés des aimants I-4- Spectre magnétique d’un aimant : champ de fuite d’un aimant I-5- Propriétés d’un conducteur parcouru par un courant I-6- Champ magnétique d’excitation et champ magnétique d’induction I-7- Substances susceptibles d’être aimantées : classement des différents Matériaux I-8- Mécanismes d’aimantation des corps ferromagnétiques : Le cycle d’hystérésis

24 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif


spectre magnétique

Si on dépose la limaille de fer finement divisée sur une feuille de papier ,en contact avec un aimant, elle s’oriente suivant des lignes bien précises: lignes de champ

L’image globale des particules constitue le spectre magnétique

25 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif


Elle montre que des forces sont mises en jeu entre l’aimant et les particules, d’autant plus intenses que l’on se trouve à proximité des pôles de l’aimant.

L’origine de ces forces est liée à la présence d’un “champ magnétique” crée par l’aimant.

26 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Champ de fuite

Si le même aimant était découpé en son plan médian dans le sens travers, de telle sorte que les deux extrémités restent proches l’une de l’autre, on obtiendrait un nouveau spectre différent du précédent.  La différence serait surtout très marquée dans la région de l’entrefer séparent les deux aimants : elle est liée à la présence des deux pôles nouvellement crées.  Le volume d’air entourant l’aimant influencé par le “champ magnétique”

constitue le champ de fuite de l’aimant.

27 Adapté par M.Ramadany

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Remarque En un point de l’espace l’orientation du champ peut être définie par la direction de l’aiguille aimantée de la boussole

28 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Propriétés d’un conducteur parcouru par un courant Champ magnétiqu e

Courant de magnétisation

Cond ucteu r

Un conducteur rectiligne parcouru par un courant crée généralement dans son environnement un “champ magnétique” : la manifestation de ce champ se traduit aussi par la concentration de la limaille de fer suivant des lignes circulaires 29 Adapté par M.Ramadany

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Champ magnétique d’excitation et champ magnétique d’induction  Les particules de limaille de fer soumises à l’action de ce “champ magnétique d’excitation” provoquent une perturbation locale de ce champ “source” en modifiant principalement son intensité.  Cette modification résulte du “champ d’induction magnétique” qui vient se superposer au “champ d’excitation magnétique” : la limaille de fer ou plus généralement la pièce de fer, soumise à l’action du champ d’excitation, acquiert à l’intérieur d’elle-même un champ d’induction responsable des forces attractives ou répulsives.

A son tour la pièce de fer est aimantée et se comporte comme une nouvelle “source” qui modifie notablement le champ d’excitation initial qui existait en son absence. 30 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
En l’absence de matière, l’induction magnétique existe, et les deux champs sont directement liés par un coefficient de proportionnalité appelé µ0 qui est une constante universelle (µ0 = 4π π10-7 H. m-1 ). B= µ0H • H : champ d’excitation magnétique s’exprime en ampère par mètre ( A.m-1) • B : champ d’induction magnétique s’exprime en tesla (T).

31 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif


Familles de matériaux Lorsqu’une pièce est placée dans un champ magnétique H, elle perturbe ce champ en modifiant principalement son intensité

→

La pièce soumise à l’action du champ d’excitation acquiert à l’intérieur d’elle-même un champ d’induction B =µ H

 →

µ= µ0 µr µr désignant la perméabilité relative du matériau par rapport à celle du vide µ0.

H

Champ d’excitation magnétique uniforme et homogène

B=µ0 H

Comportement d’un barreau d’aluminium

Comportement d’un barreau de fer 32

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Contrôle Non Destructif Or µr = 1 + χ ainsi suivant la valeur de , χ appelée susceptibilité,on peut classer les matériaux en trois familles:  Matériaux diamagnétiques: avec une susceptibilité négative et faible χ eau = − 0.95.10 −5  Matériaux paramagnétiques: présentant une susceptibilité positive et faible χ= 2.1.10 −5 aluminium  Matériaux ferromagnétiques:présentant une susceptibilité positive et élevée χfer = 10 5

33 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 

Certains alliages contenant du fer ne sont pas ferromagnétiques.



Exemple : mélange Fe 88% + Mn12% ou Fe 68% + Ni 32%.



Certains alliages sont fortement ferromagnétiques alors que chacun des constituants pris isolement, ne l’est pas.



Exemple : mélange Cu 61.5% + Mn 23% + Al 15%.

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Contrôle Non Destructif Cycle d’hystérésis d’un matériau ferromagnétique

Hystérésis : mot d’origine grecque signifiant retard 35 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Courbe I (dite de première aimantation, ou d’induction normale): Le matériau n’ayant subi aucune influence magnétique antérieure son induction est nulle dans un champ nul : le point représentatif est en O. On fait croître positivement le valeur du champ et le point représentatif se déplace jusqu’au point A de coordonnées (Hs, Bs). Ce point se caractérise par le fait qu’une augmentation supplémentaire de H au-delà de Hs n’apporte aucune augmentation significative de B

 Courbe II

C’est la saturation

si on fait décroître la valeur du champ d’excitation L’induction dans le matériau reste toujours supérieure à la valeur atteinte lors de la première aimantation et conserve une valeur non nulle + Br au point B, alors que le champ en ce point est nul. La valeur Br est appelée induction rémanente 36 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Courbe III si on fait croître le champ par valeur négative,l’induction B décroît jusqu’au point C de cordonnées (-Hc, 0) appelé champ coercitif, puis on retrouve le même phénomène observé lors de la première aimantation

 Courbe IV & V Si on fait croître le champ de la valeur –Hs à la valeur + Hs, on retrouve un phénomène identique à celui des courbes II et III

37 Adapté par M.Ramadany

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Flux magnétique  Le flux magnétique à travers r r une surface S quelconque est donnée par la relation φ = B . S

S1 B1

B2

S2

 Ce flux est conservé, en effet lorsque les lignes de champ d’induction passent d’une section S1 à une section S2, l’induction B change aussi La conservation du flux se traduit par: B1.S1=B2S2

38 Adapté par M.Ramadany

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Induction magnétique créée par un circuit parcouru par un courant Loi de Biot et Savart :

La forme vectorielle est la suivante

39 Adapté par M.Ramadany

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théorème d’Ampère L'intégrale curviligne

pour n'importe quel parcours fermé est égale à

représente le courant continu total traversant la surface délimitée par le parcours.

40 Adapté par M.Ramadany

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Théorème d’Ampère

I2 I3 I1

C

C : courbe fermée qui embrasse les courant I1, I2, I3...In

41 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Champ crée par un fil rectiligne infini

42 Adapté par M.Ramadany

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Principe de la magnétoscopie  L’examen par magnétoscopie consiste à soumettre la pièce ou une partie de la pièce à un champ magnétique de valeur définie en fonction de celle-ci.  Les discontinuités superficielles provoquent à leur endroit des fuites magnétiques qui sont mises en évidences par des produits indicateurs disposés à la surface de la pièce.

43 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Présence de l’entrefer

accroissement local de la réluctance

Dispersion des lignes de champ 44 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Fissure

Ségrégation

Configuration des lignes de fuites sur la surface.

45 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

I

D

H= NI D

direction de H

l

bobine

solénoïde

direction de H

N : nombre de spires I : courant traversant la bobine (ou la solénoïde) D : diamètre de la bobine l : longueur de la solénoïde 46 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

N spires

L

e électro-aimant

L est la longueur moyenne du circuit (matériau + entrefer )

47 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif


Les étapes de la magnétoscopie :  Préparation de la surface de contrôle  Aimantation de la pièce  Application du produit indicateur  Observation  Désaimantation de la pièce

48 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 1.Préparation de la surface de contrôle Trois raisons essentielles motivent la propreté de la pièce :  le liquide porteur, dans le cas d’un révélateur liquide, “mouille” mieux les surfaces magnétisées  les particules magnétiques se déplacent plus librement sur la surface  La pollution du révélateur est limitée lorsqu’on procède à un recyclage de ce dernier.

49 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 2.Aimantation de la pièce On classe habituellement les méthodes d’aimantations en deux catégories :  les méthodes directes pour lesquelles l’aimantation de la pièce est réalisée directement à partir du champ d’excitation magnétique  Les méthodes indirectes pour lesquelles l’aimantation de la pièce est réalisée indirectement par l’intermédiaire d’un courant traversant la pièce et donnant ainsi naissance à un champ d’excitation magnétique.

50 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Procédés d’aimantation directe

Lignes de champ

soudure

Bobines de N spires

Électro-aimant Bobine Pièce

Appareil fixe

Lignes de fuite

Lignes de champ

Appareil mobile 51 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Champ magnétique crée à partir d’une bobine ou d’un solénoïde

52 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
procédé d’aimantation indirecte Le champ d’excitation magnétique est créé dans ce cas par le passage d’un courant circulant dans la pièce.

Système à deux électrodes Lignes de champ magnétique

53 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Les modes de courant utilisés  Courant alternatif : en raison des courants de Foucault, le flux magnétique reste en surface Il en résulte une bonne détectabilité des discontinuités débouchantes ou faiblement sous-cutanées, quelle que soit la forme de la pièce  Courant redresse monophasé, une alternance : ce mode est intermédiaire entre le courant alternatif et le courant continu  Courant redressé monophasé, deux alternances s'apparente au courant continu  Courant continu ou assimilé au continu : il convient pour les pièces de forme simple Il permet une détection plus en profondeur que celle obtenue avec le courant alternatif

54 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Origine Pays

Document Organisme

Recommandations

AFNOR A09-70

Intensité du champ magnétique supérieure à celle conduisant au maximum de perméabilité

IRSID

Recommandations de la norme AFNOR adaptées aux teneurs en carbone G I. Aciers non alliés 300 à 600 A.m-1 G II. Aciers à 13 % Cr 800 à 1 400 A.m-1 G III. Aciers à 17% Cr et 4 %Ni -3200 A.m-1

France AIR 0819 (SNECMA)

Fils, barres billettes aciers en réception 6400 à 12 800 A.m-1

Bureau de Normalisation de la fonderie

S'applique aux bobines circulaires: 40 à 80 Arnpère-tours par centimètre de long

MULLER

RESW (Vôlklingen} Allemagne

HEPTER et STR.OPE

Valeur du champ préconisée en A.m-1 2000 < HT < 4000 300 < HT < 600 800 < HT < 1400 HT ≈ 3200

6400 < HT < 12800

4000 < HT < 8000

Valeurs pratiques du champ: 4800 à 9600A.m-1 Aciers doux 960 A.m-1

960 < HT < 9600

Aciers en barres gros défauts 1 600 A.m-1 petits défauts 4 000 A.m-1 lignes d'inclusions 8 000 A.m-1

1600 < HT < 8000

Pièces de forges usinées. fissures 800 à 1 600 A.m-1 petits défauts 1 600 à 4 000 A.m-1

800 < HT < 4000

Environ 4 800 A.m-1

HT ≈4 800

55 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Choix du procédé d’aimantation

défaut non détecté

défaut détecté

défaut transversal

I défaut longitudinal

lignes du champ 56 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 3.Application du révélateur Révélateur (produit indicateur) poudre magnétique à grains fin

liqueur magnétique coloré ou fluorescent (poudre suspension dans un liquide porteur )

poudre sèche (coloré) (poudre pulsé par l'air ) grande sensibilité pour la détection des défauts sous–jacents

57 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 4.Observation Observation

Révélateur coloré

Révélateur fluorescent

Lumière blanche naturelle ou artificielle (éclairage de 500 lux minimum)

Lumière noire (lumière de Wood) : lumière UVA : l = 365 nm

58 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 5.désaimantation de la pièce
Raisons de désaimantation  Les pièces peuvent être exposées en stockage à la présence de particules étrangères, ferromagnétiques, susceptibles d’être attirées par les pôles résiduels  L’induction rémanente dans la pièce, ou les pôles résiduels, provoquent une déviation de la trajectoire des électrons lors du soudage par faisceau d’électrons. Cette déviation provoquera des manques de pénétration  L’induction rémanente subsistant dans une pièce animée d’un mouvement de rotation en utilisation provoquera des champs magnétiques tournant pouvant agir sur des circuits de mesure (capteur de vitesse, accélération…).

59 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Processus de la désaimantation On réalise généralement la désaimantation des pièces à partir de l’une ou l’autre des possibilités ci-dessous :  directement à partir de l’installation à poste fixe par passage d’un courant alternatif dans la pièce (ou dans un conducteur auxiliaire) qui est réduit progressivement en intensité jusqu'à la valeur nulle  à partir d’un tunnel de désaimantation prévu à cet effet. Après avoir placé la pièce dans le tunnel, on l’éloigne progressivement jusqu'à un minimum de 2 mètres de distance et on coupe l’alimentation du tunnel.

60 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Remarque Le tunnel est constitué d’une bobine de grand diamètre généralement parcourue par un courant alternatif et le simple fait d’éloigner la pièce réduit l’intensité du champ d’excitation magnétique

désaimantation de la pièce

Br

61 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Vérification globale de l'efficacité de la méthode Des témoins, placés en contact direct avec la surface de la pièce, permettent de tester l’efficacité globale de la méthode à savoir les conditions d’aimantation et l’aptitude du révélateur.  Les trois types de témoins les plus utilisés sont :  Les 2 témoins français préconisés dans la norme AFNOR NF A09-125.  le témoin allemand (Berthold)  Le témoin américain (ASME).

Exemple: Cette vérification est réalisée à partir du témoin AFNOR placé à la surface de la pièce: 2 indications diamétralement opposées doivent apparaître, d'orientation perpendiculaire à celle du champ. 62 Adapté par M.Ramadany

Types de témoins

63 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Avantages  Meilleure sensibilité que le ressuage( surface+ sous cutané)  Localisation précise des défauts de surface  Appréciation de la longueur des défauts
Inconvénients  La technique s’applique seulement aux matériaux ferromagnétiques  Pas d’appréciation de la profondeur des défauts  La sensibilité dépend de l’orientation du défaut  Des variations de perméabilité magnétiques peuvent donner lieu à de fausses indications

64 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Exemples de détection de défauts

65 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
Courants de Foucault



Principes et bases physiques:

Lorsque l’on place un corps conducteur dans un champ magnétique variable dans le temps ou dans l’espace, des courants induits se développent en circuit fermé à l’intérieur de celui-ci, ce sont les courants de Foucault .  Ce contrôle se base sur le principe de création de courants de Foucault dans le matériau à l’aide d’une bobine. Le défaut est repéré par le changement des caractéristiques physiques du courant induit dans la bobine.

66 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Bobine

I

H Pièce

Icf

Schéma du contrôle par COURANT DE FOUCAULT.

67 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

68 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

69 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Palpeur droit

70 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

 Le palpeur d'angle est essentiellement constitué par un palpeur de taille X

collé sur un coin en plexiglas, de telle façon que l'axe du faisceau ultrasonore frappe obliquement la surface de la pièce à contrôler

71 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

amortisseur

transducteur (élément actif) Vp

i OL

L ou T

r

sin( i ) sin( r ) = Vp V

plexiglas VL, VT

72 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Palpeur Émetteur/Récepteur à éléments séparés

Ce type de palpeur permets la détection des défauts très près de la surface ( jusqu’à 3mm environ) 73 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif
palpeur focalisé élément actif

lentille acoustique

Focalisation par lentille acoustique

élément actif

Focalisation par mise en forme

A l’aide de ce type de palpeurs, on arrive à augmenter l’énergie ultrasonore par une concentration du faisceau.

Ils sont généralement utilisés lors du contrôle sous l’eau 74 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Appareil de contrôle par US Reflectogramme ultrasonore

Récepteur/ amplificateur

palpeur

Emetteur

Pièce

Générateur d ’impulsion Base de temps

Synoptique d ’un appareil

75 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Un palpeur est caractérisé par:  Son type d’onde (L, T, S…)  Son diamètre D  Sa fréquence centrale F  Son amortissement

76 Adapté par M.Ramadany

Choix du traducteur Choix de l’onde de contrôle Traducteur L0

Traducteur OT

Traducteur OS

défaut défaut Onde L

défaut Onde T

Onde S

77 Adapté par M.Ramadany

Choix du traducteur Choix de la fréquence λ= V/F Si F est élevée  meilleure résolution  diminution de la zone de silence Atténuation de l’onde augmente (α α = KF²) Faibles épaisseurs et matériau non absorbant : utiliser les hautes fréquences  Fortes épaisseurs et/ou matériau absorbant : utiliser les basses fréquences 78 Adapté par M.Ramadany

Choix de la fréquence Résolution axiale td

Si F augmente λ diminue Améliorer la résolution axial :

tp défaut

défaut

Meilleur détection (zone de silence réduite) Meilleur localisation Meilleure mesure d’épaisseur

fond

excitation fond défaut

HF Bonne résolution

BF mauvaise résolution

Adapté par M.Ramadany

79

Choix de l’amortisseur Zone de silence traducteur

traducteur zone morte

défaut

zone morte

défaut écho de défaut (caché par l'écho de surface)

écho de défaut

temps écho de surface

temps écho de surface

80 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Les défauts appartenant à la zone de silence ne sont pas détectés.  Pour réduire la zone de silence : – augmenter la fréquence (réduire ) – améliorer l’amortissement – utiliser des traducteurs E/R séparés

81 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Les ondes interfèrent dans toutes les directions et si le diamètre D de la source n’est pas petit par rapport à la longueur d’onde, alors il se trouve des points où les mouvement des particules arrivent en phase : ce sont les maxima de pression acoustique. Par contre, d’autre points arrivent en opposition de phase : ce sont les minima de pression acoustique

82 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  FORME SIMPLIFIEE D’UN CHAMP SONOR

Cette divergence du faisceau dépend elle aussi du rapport D/λ , ce qui entraîne que si ce rapport augmente, la divergence diminuera. Pour obtenir une directivité du faisceau. il faudra augmenter la fréquence ou le diamètre

83 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Rôle de l’amortisseur

84 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif

Vibration d’un palpeur non amortie

Vibration d’un palpeur amortie

Remarque: La courbe enveloppée de ces raies détermine la largeur de bande, d'où le terme "bande étroite" ou "bande large " désignant un palpeur peu amorti et un palpeur très amorti 85 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif 

Le taux d'amortissement peut se caractériser par le facteur de qualité "Q" défini par : Q= f0 f2 − f1

A’= A – 6 dB f0 = fréquence centrale f1 = fréquence de début de bande f2 = fréquence de fin de bande

 Le taux d'amortissement détermine la largeur de bande, l'énergie globale émise dans la pièce, mais aussi le pouvoir de résolution proche et éloigné 86 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Un transducteur faiblement amorti, c'est à dire dont la durée des oscillations est relativement longue permet d'obtenir une puissance et une sensibilité élevées, mais par contre un pouvoir de résolution faible en raison de la largeur des impulsions.  Un transducteur fortement amorti, c'est à dire dont la durée des oscillations est très brève, permet d'obtenir un pouvoir de résolution élevé, mais aux dépens de la puissance et de la sensibilité.

87 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Dans la technique de contrôle par US avec contact, différentes modalités pratiques permettent l’exécution d’un sondage. On distingue:  Sondage par réflexion  Sondage par émission et réception distinctes  Sondage par transmission

88 Adapté par M.Ramadany

CND par Ultrasons Types de contrôle

eau

Contrôle par contact

Contrôle en immersion

89 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  METHODE DE CONTROLE PAR Réflexion

90 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Méthode de contrôle par transmission

91 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Sondage par émission et réception distinctes

E

R

réception H

t

Pièce saine E

R H H’ t 92 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Exemples de contrôles

Contrôle par échos

Contrôle par transparence

93 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Dimensionnement des défauts  Types de défauts: On distingue les défauts unidirectionnels ou non volumiques et les défauts Multidirectionnels ou volumiques. En effet au cours du balayage de l’onde ultrasonore dans une pièce • les défauts non volumiques produisent des échos pointus( décroissance rapide) • Les défauts volumiques provoquent des échos dont la décroissance d’amplitude est lente

94 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif Exemples d’application: L’institut de soudure IS a défini une méthode de distinction des défauts, on fait pivoter d’environ 10° à partir de la position donnant la hauteur maximale le palpeur autour du défaut si la décroissance de l’écho est inférieure à 6dB, on considère que le défaut est volumique. Il existe des méthodes pour évaluer la dimension du défaut :  Méthode à –6dB  Méthode AVG (Abstand Verstarkun Grösse) soit (Amplitude,Distance traducteur- défaut, et Grandeur du défaut)

95 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif  Méthode de distinction de défaut volumique (dans les cas des soudures)

96 Adapté par M.Ramadany

Dimensionnement des défauts méthode –6dB 2

1

3

2

L Dimension du défaut = L Incidence normale

3

Incidence oblique

L : distance qui sépare les 2 positions ‘2’ et ‘3’ donnant une amplitude = -6dB (moitié) par rapport à l’amplitude ‘1’

H H/2

Position ‘2’

H/2

Position ‘1’ Adapté par M.Ramadany

Position ‘3’

97

Dimensionnement des défauts Méthode AVG Écho de fond (référence)

H Gain Hd

Écho du défaut

Gain A l’aide d’un bloc de référence donné, on évalue la courbe de réponse ( distance- amplitude) à partir de la réponse obtenue par chaque réflecteur

98 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif • Palpeur droit

99 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif • Palpeur d’angle

100 Adapté par M.Ramadany

Contrôle Non Destructif • Point d’émergence

101 Adapté par M.Ramadany

Principales applications du contrôle par ultrasons  Contrôle des tôles (dédoublures), des tubes  Contrôle des soudures :  recherche des défauts plans (manque de pénétration, manque de fusion, fissures, criques)  recherche des défauts volumiques (soufflure, inclusion)  Contrôle des pièces moulées (recherche des soufflures inclusions, retassures, criques, fissures…) Mesure des épaisseurs Mesure de caractéristiques mécaniques. 102 Adapté par M.Ramadany

Mesure des épaisseurs par ultrasons

eau e ∆t

∆t

e = V.∆ ∆t/2

surface

fond

2ème fond Adapté par M.Ramadany

103

Caractérisation des matériaux par ultrasons Module d'élasticité (E) Module de rigidité (G) Coefficient de Poisson (ν ν)

VL=

E(1−ν) ρ(1+ν)(1−2ν)

VT=

E 2ρ(1+ν)

G=

Mesure de VL et VT

E 2(1+ν) 104 Adapté par M.Ramadany

Contrôle par Ultrasons Avantages & Inconvénients 

Avantages  Détection et localisation des défauts plans et volumiques  Dimensionnement des défauts plans et volumiques  Mise en évidence des discontinuités très fines  Contrôle effectué en ayant accès à une seule face de la pièce  Pouvoir de pénétration très important

 Inconvénients  Sensibilité de la méthode est fortement influencée par l'orientation du défaut  Interposition d'un milieu de couplage  Interprétation délicate des résultats 105 Adapté par M.Ramadany

106 Adapté par M.Ramadany

107 Adapté par M.Ramadany

108 Adapté par M.Ramadany

109 Adapté par M.Ramadany

110 Adapté par M.Ramadany