Institut Supérieur Des Systèmes Industriels de Gabès

2ème Année Licence Maintenance Industrielle

Institut Supérieur des Systèmes Industriels de Gabès


MODULE

Contrôle Non Destructif Niveau: 2ème Année Licence Maintenance Industrielle

Enseignant : Frija MOUNIR


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Accueil du module « Contrôle Non Destructif » Ce support présente les techniques de contrôle non destructif (CND) les plus utilisés dans l'industrie. Le contenu est destiné aux techniciens et ingénieurs intéressés par ces techniques. Pour chacune des techniques, une présentation des principes et méthodes d'utilisation est faite.

Buts et Objectifs Le but de ce module est d’étudier les lois de fonctionnement et les principales méthodes de contrôle non destructif. Plus spécifiquement, au terme de ce module, l'étudiant ou l'étudiante sera en mesure de: •

décrire les différentes méthodes utilisées pour le contrôle non destructif.

•

Identifier les différentes techniques de contrôle non destructif (CND) les plus utilisés dans l'industrie.

•

Identifier les différents outils et instruments utilisés par ces techniques.

•

Appliquer ces techniques sur des exemples bien définis.

•

Déterminer pour chaque champ les techniques de contrôle non destructif les plus appropriées

Contenu du cours Le contenu du module se compose de 8 chapitres, dont des titres sont présentée dans le tableau ci-dessous. Chapitre

Titres Généralités

T1

Contrôle visuel

T2

Ressuage

T3

Magnétoscopie

T4

Courant de Foucault

T5

Radiographie

T6

Ultrasons

T7

Emission acoustique

T8

La thermographie Infrarouge

T9

L’analyse vibratoire


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Introduction : Généralités Comme l'instrumentation scientifique, le contrôle non destructif ( CND ) constitue un champ d'application privilégié des découvertes de la physique. Aussi l'histoire des essais non destructifs (END) commence-t-elle avec celle de la physique moderne à la fin du XIXème siècle : découverte des rayons X, des courants de Foucault, de la piézoélectricité, etc. Ce n'est toutefois qu'à partir de la seconde guerre mondiale que les techniques du CND ont pris leur place dans l'industrie, en particulier dans la métallurgie : contrôle des aciers, radiographie des soudures. Un grand développement des END s'est manifesté vers les années 60/70 avec le développement rapide de secteurs d'applications tels que le génie des centrales électriques nucléaires, l'aéronautique civile, les gazoducs, oléoducs et les platesformes off-shore. La dernière décennie a vu l'émergence des techniques de CND qui ne pouvaient pas être mises en œuvre sans l'apport d'une électronique intégrée et d'une informatique puissante; on assiste alors au développement rapide des contrôles entièrement automatisés et à l'essor des techniques gourmandes en traitement informatique, comme les contrôles optiques. En parallèle, on retrouve cette même évolution dans certaines techniques de contrôle médical telles que l'échographie, la radiographie..où les principes physiques de base sont souvent similaires aux techniques industrielles. Le principe de la détection d'un défaut consiste à exciter celui - ci et à recueillir sa réponse. Dans toutes les méthodes employées, on peut distinguer les étapes suivantes: -

Mise

en

œuvre

d'un

processus

physique énergétique, -

Modulation

ou

altération

de

ce

processus par les défauts, - Détection de ces modifications par un capteur approprié, - Traitement des signaux et interprétation de l'information délivrée. Différents types d'énergie sont employés en pratique : énergie électromagnétique..


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On peut schématiquement distinguer deux groupes de méthodes de détection : 9 Les méthodes de flux, avec une excitation et une détection de même nature et pour lesquelles le défaut introduit une perturbation de flux qui peut être relevée soit directement dans le flux transmis (radiographie) ou le flux rediffusé (ultrasons), soit par un effet de proximité (bobine de sonde à courants de Foucault, flux de fuite magnétique), la grande majorité des procédés du contrôle non destructif se réfère à ce groupe de méthodes. 9

Les méthodes pour lesquelles l'excitation et la détection sont de natures différentes, chacune mettant en jeu un processus original et spécifique; l'excitation la plus employée est la sollicitation mécanique; elle conduit aux techniques d'analyse de vibrations mécaniques ou de micro déformations (interférométrie holographique) ou encore à une technique d'émission provoquée dont la plus connue est l'émission acoustique.

Applications Le contrôle non destructif est capital pour des industries de fabrication qui mettent en oeuvre où utilisent différents matériaux, produits et structures de toutes natures. Aujourd'hui, les champs d'application des CND ne cesse de s'étendre; ces techniques deviennent même des outils incontournables dans l'approche qualité. La nature des défauts que l'on cherche à détecter est très variable. On recherche des défauts technologiques ponctuels, comme ceux inhérents à la fabrication et à l'utilisation des métaux (fissure de fatigue), mais aussi des défauts d'aspect (taches sur une surface propre) et des corps étrangers nuisibles (éclats de verre dans un emballage alimentaire). Pour un produit donné, on peut considérer que le contrôle non destructif intervient à trois stades différents de la vie du produit, On distingue alors: - Le contrôle en cours de fabrication : Le système utilisé dans ce cas est souvent automatisé ceci nécessite alors un appareillage installé et fonctionnant en ligne de fabrication. On cherche dans ce cas à satisfaire à la fois les critères de robustesse, avec la rapidité de la réaction et un coût d'exploitation faible. Les défauts recherchés sont généralement bien identifiés, le fonctionnement est automatique, aboutissant à un repérage ou un tri des produits défectueux. Quand le détecteur de défauts ne peut pas être installé en ligne de fabrication, on utilise dans l'industrie des bancs de


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contrôle correspondant bien souvent à des équipements importants en taille et en coût. - Le contrôle à la réception d'un lot de pièces, d'une installation ou d'un ouvrage, permet de vérifier le respect de conformité avec des spécifications de qualité définies auparavant. A ce stade, il s'agit de détecter des défauts mais aussi bien souvent d'en définir la nature et les dimensions. - Le contrôle en service s'effectue sur des pièces ou structures lors d'opérations de maintenance ou à la suite de détection d'anomalies de comportement du matériel. Pour ce type de contrôle, il convient de pouvoir estimer le mieux possible la nature et les dimensions des défauts pour pouvoir en apprécier la gravité; il faut disposer aussi d'une bonne reproductibilité des examens non destructifs, de façon à pouvoir suivre l'évolution du dommage au cours du temps. Les techniques de CND continueront certainement à élargir leurs champs d'application vers de nouveaux secteurs d'activité économique. On constate aussi que l'objectif du contrôle non destructif évolue en rapprochant ce domaine de celui de l'instrumentation ; il ne suffit plus aujourd'hui de détecter un défaut, il faut aussi le caractériser et le dimensionner ; il faut aussi imaginer des techniques et procédés non destructifs aptes à mettre en évidence des hétérogénéités physiques complexes ou des irrégularités de propriétés telles que, par exemple, des variations de microstructure dans un métal, des variations de texture ou de rugosité sur une surface, des variations de propriétés électromagnétiques sur une bande. Ces objectifs sont souvent difficiles à atteindre, domaine, les progrès sont lents à réaliser. Il n'en va pas de même pour l'automatisation des CND qui bénéficie pleinement des progrès de l'informatique ; il en résulte l'arrivée sur le marché, d'année en année, d'appareillages plus performants, plus fiables et surtout plus faciles à utiliser dans le cadre du respect de procédures de contrôles très strictes. L'évolution des CND doit prendre toutefois en compte l'aspect coût, ce dernier pouvant freiner l'essor de nouvelles techniques très performantes, comme c'est le cas actuellement pour la tomographie X par exemple.


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Technique N°1 : Contrôle visuel Objectifs Spécifiques: •

Connaître le principe, les bases théoriques du contrôle visuel et son instrumentation

•

Evoquer les méthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractérisation des mécanismes d'endommagement...)

•

Connaître les applications industrielles et de laboratoire de la technologie (contrôle des appareils à pression, détection de corrosion, détection de fuites, examen de structures composites...)

Principe L'examen visuel est le procédé de contrôle le plus ancien, le plus simple et le plus général. L'examen visuel est aussi utilisé dans l'étape finale de plusieurs autres procédés de contrôle non destructifs. L'examen visuel direct des pièces peut constituer un contrôle suffisant pour la détection des défauts débouchant en surface et surtout des hétérogénéité locales et superficielles (taches de différentes natures ) constituant des défauts d'aspect rédhibitoires pour des produits plats du type tôles, tissus, verre, etc. L'examen purement visuel présente toutefois des limites à différents niveaux. Ceci justifie d'ailleurs, l'éclosion de toute une gamme de procédés de contrôle optique, dont les principaux sont décrits plus loin.

Illustration Equipement d'aide au contrôle visuel Dans toutes les situations d'examen d'un objet, les conditions d'éclairage sont essentielles pour la fiabilité du contrôle optique. Il s'agit d'abord de se placer dans des conditions énergétiques, de luminosité et de longueur d'onde permettant à I'œil de travailler avec la meilleure acuité. Un éclairement de plus de 300 lux en lumière vert - jaune à 0,55


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mm est optimal. (Le LUX est l'unité de mesure pour l'éclairement. Un éclairement de 1 lux correspond à l'éclairement d'une surface de 1m² par flux lumineux). Il faut aussi adapter le type et l'orientation de l'éclairage à la nature des défauts en vue d'améliorer le contraste. L'éclairage diffus, fourni par exemple par un ensemble de sources lumineuses placées derrière un écran dépoli, est utilisé dans la recherche de défauts variés, sans orientation définie. Pour détecter facilement les défauts du type rayures orientées sensiblement dans la même direction, on préfère l'utilisation d'un éclairage directif associé à une observation de la surface sous un angle voisin de celui de la réflexion spéculaire ( figure ci dessous ). Les défauts présentant un certain relief sont en général bien mis en évidence grâce à un éclairage rasant.

Illustration Equipement d'aide au contrôle visuel Il faut toutefois rappeler que les outils naturels de cette technique (l'œil et le cerveau) sont très sensibles à différents facteurs difficiles à chiffrer et à répertorier comme ceux d'ordre psychique ou physiologiques. La qualité d'observation de l'œil se dégrade avec l'âge, elle est très sensible à l'état d'esprit et à l'expérience de l'observateur, elle reste limitée en termes de dimension du défaut et rend problématique le contrôle des objets en mouvement. L'utilisation de moyens d'aide optique à la vision tels qu'une loupe binoculaire, un microscope, un endoscope, un microscope, la télévision…, donne au contrôle visuel une nouvelle dimension. Ces techniques, bénéficient actuellement des moyens numériques d'acquisition et de traitement d'images, qui leurs donnent beaucoup plus de rapidité,


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d'efficacité et de fiabilité. Ces techniques exploitent pleinement les moyens modernes de l'informatique et de l'intelligence artificielle.

Application Le champ d'application concerné par cette rapide évolution est celui du contrôle industriel en ligne, qu'il s'agisse du contrôle des produits fabriqués en continu tels que les bandes de tôle, de papier, de verre, de plastique ou du contrôle de pièces fabriquées en grande série, pour lesquelles on s'intéresse non seulement à l'absence de défaut de surface mais aussi à celle de défauts d'aspect ou d'irrégularités dimensionnelles ( contrôle de tuiles, de boites, de pièces moulées, forgées, usinées ). Indépendamment du contrôle en fabrication, le contrôle optique visuel, direct, par endoscope ou relayé par un équipement de télévision est de pratique courante dans les opérations de maintenance telles qu'on les effectue dans les domaines de l'aéronautique, du génie nucléaire ou chimique, et dans le génie civil. Le contrôle optique intervient enfin comme étape ultime des procédés de contrôle décrits par ailleurs tels que le ressuage ou la magnétoscopie dont le rôle n'est d'ailleurs autre que d'améliorer la lisibilité optique des petits défauts. Il est utile aussi de rappeler que les principales techniques de contrôle non destructif délivrent en fait des images qu'il faudra lire et éventuellement traiter : c'est le cas pour la radiographie ou la thermographie, mais la cartographie des défauts devient petit à petit un élément important des contrôles ultrasonores ou par courants de Foucault.


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Technique N°2 : Ressuage Objectifs spécifiques: •

Connaître le principe, les bases théoriques du Ressuage et son instrumentation

•

Utiliser les méthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractérisation des mécanismes d'endommagement...)

•


Principe Comme l'examen visuel, le contrôle par ressuage est utilisé pour déceler les défauts qui débouchent à la surface d'une pièce ou d'un assemblage par sondage, brasage ou

soudo-brasage. Le ressuage est un terme qui désigne l'extraction d'un fluide d'une


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discontinuité dans laquelle il s'était préalablement accumulé au cours d'une opération d'imprégnation. L'imprégnation d'une fissure par un liquide, tirant profit de ses propriétés tensio-superficielles, conduit, par l'intermédiaire d'un ressuage avant l'observation visuelle, à un moyen de recherche de défauts de surface qui est parmi les plus anciens, les plus simples et les plus utilisés de nos jours. Le mécanisme de révélation des défauts par ressuage correspond aux trois phases illustrées sur la figure (page 10) : application du pénétrant suivie d'un temps d'imprégnation, élimination de l'excès du pénétrant sur la surface de la pièce, ressuage du pénétrant par disposition d'une couche de " révélateur " sur la surface. A la suite de quoi, l'image des défauts apparaîtra à l'observateur dans la mesure où l'étalement du pénétrant sur le révélateur conduit à une nette variation de couleur ou de luminance. Il faut retenir que, dans tous les cas, les opérations sont relativement lentes, prenant chacune plusieurs minutes, de 3 à 30 minutes en ce qui concerne l'imprégnation des fissures par le pénétrant. Ces différentes variantes sont codifiées dans les normes internationales et la norme NF A 09-120. L'illustration ci dessus montre la succession des opérations dans chacun des procédés, sachant que le contrôle proprement dit doit être précédé et suivi d'une opération de nettoyage de la pièce extrêmement soigneuse. On utilise essentiellement deux techniques de traçage du pénétrant en ressuage : le traçage coloré ou le traçage fluorescent ; le premier implique d'utiliser un révélateur à fond blanc sur lequel on visualisera des empreintes de défauts généralement colorés en rouge; le second implique un examen fait en lumière noire, dans l'obscurité, au cours duquel les défauts seront révélés par une fluorescence excitée par un projecteur de rayons ultraviolets (UV). Ce deuxième type de procédé conduit presque toujours à de meilleures performances de détection que celles obtenues avec l'utilisation des traceurs colorés, au prix toutefois de conditions d'examen optique plus contraignantes. L'élimination de l'excès de pénétrant est sans doute l'opération essentielle en contrôle par ressuage, car la fiabilité du résultat va en grande partie dépendre de la bonne exécution de cette étape : une action de lavage trop forte risquera de vider les fissures de leur pénétrant avant qu'il soit révélé; une action insuffisante risquera de laisser du pénétrant sur la surface, en particulier si elle est rugueuse, entraînant du même coup des indications erronées lors de l'examen. Cette élimination du pénétrant en excès s'effectue par émulsification et selon deux techniques, suivant que l'agent émulsifiant est incorporé à l'origine dans le liquide pénétrant ou que celui - ci est projeté sur la pièce préalablement au lavage ; on utilise dans ce cas un pénétrant dit post - émulsifiant.


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Dans certains cas particuliers, les procédés décrits ci - dessus ne peuvent pas être utilisés convenablement, ou les produits courants ne conviennent pas aux conditions de contrôle ou à la nature des .pièces à contrôler. On a été ainsi amené à développer des produits adaptés aux cas suivants : ressuage à basse température ( inférieure à 10 °C environ ) ressuage à chaud ( depuis 40 ou 50 °C jusqu'à 200 °C environ ), correspondant à des conditions que l'on rencontre en contrôle en soudage multi passe et en maintenance d'installations thermiques, ressuage avec produits thixotropiques pour les contrôles " in situ " délicats (aviation), ressuage à pénétrant aqueux pour le contrôle des bétons, des céramiques, des composites, enfin ressuage avec des produits biodégradables qui, outre leur innocuité vis - à - vis de l'environnement, supportent un lavage à l'eau prolongé conduisant à une meilleure fiabilité de l'opération d'élimination de l'excès de pénétrant.

Les produits de ressuage Les produits de ressuage sont constitués par les pénétrants, les émulsifiants et les révélateurs :

- Les pénétrants font l'objet d'une classification selon la spécification américaine MIL 1 25135 révision C; les pénétrants fluorescents, qu'ils soient à post - émulsion ou directement lavables à l'eau, sont plus sensibles que les pénétrants colorés. - Les émulsifiants, longtemps de type lipophile à base de solvants pétroliers, peuvent désormais être approvisionnés sous forme d'émulsifiants hydrophiles à diluer dans l'eau, permettant ainsi un meilleur réglage de la sensibilité du contrôle. - Les révélateurs sont soit de type sec, soit de type humide, en suspension dans l'eau ou encore à support organique volatil. Le choix à faire dépend du type de contrôle; en particulier, on utilise toujours un révélateur non aqueux en association avec un pénétrant coloré; ce sont d'ailleurs, de loin, les révélateurs les plus utilisés. Il existe enfin des révélateurs pelliculaires qui permettent de garder la trace des défauts.


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Tous ces produits de ressuage sont vendus conditionnés de diverses façons et, en particulier, sous forme de récipients aérosols pour les contrôles à l'unité et sur site; ils sont formulés pour satisfaire à certaines spécifications, de façon à ne contenir que de très faibles teneurs en impuretés telles que le chlore, le soufre, le fluor, le sodium et le potassium.

Application A la fois simple et délicat à mettre en œuvre, le ressuage s'applique à tous les matériaux à l'exception de ceux dont la structure et naturellement poreuse et il peut être considéré comme une méthode de contrôle globale. Il présente de ce fait en dépit de ses limites un grand intérêt. 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. Les cas particuliers d'application (froid, chaleur, matériau non métallique) obligent à utiliser des techniques spéciales. Le champ d'application du ressuage est très vaste, car le procédé est simple d'emploi et permet de détecter la plupart des défauts débouchant en surface sur les matériaux métalliques non poreux, ainsi que sur les autres matériaux, à condition toutefois qu'ils ne réagissent pas chimiquement ou physiquement (adsorption) avec le pénétrant. Sa sensibilité est très bonne, puisqu'on peut estimer obtenir, à titre indicatif, une détection fiable de défauts de 80 mm de largeur pour 200 mm de profondeur pour un ressuage coloré pratiqué en atelier sur une surface usinée, alors que le ressuage fluorescent conduit dans les mêmes conditions à une limite de détection de l'ordre de 1mm en largeur pour 20 à 30 mm en profondeur.


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Les limitations du procédé de ressuage sont liées au matériau lui - même : trop forte rugosité de surface, impossibilité d'employer les produits classiques qui endommageraient sa surface. Les défauts non débouchant ne peuvent être vus, de même que les fissures renfermant des corps susceptibles d'interdire l'entrée du pénétrant tels que peinture, oxydes, produits de lubrification mal éliminés par nettoyage. Le procédé lui - même est relativement lent (10 à 45 minutes), coûteux en temps et en personnel, pas facile à rendre totalement automatique, en particulier au niveau de l'élimination de l'examen visuel qui reste ainsi tributaire de l'acuité et de l'aptitude du contrôleur. Il faut enfin prendre en compte, dans le coût du contrôle, la consommation des produits de ressuage dont l'utilisation peut par ailleurs amener des sujétions contraignantes vis - à - vis de l'environnement, de la sécurité et de l'hygiène du travail (précautions relatives aux risques d'incendie, d'explosion, d'irritation des muqueuses, de pollution de l’eau).

Application de la méthode de contrôle non destructif par ressuage Les Produits de ressuage: Nettoyant; Pénétrant; Révélateur


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Etape 1: Nettoyage de la surface à tester avec le nettoyant.

Etape 2: Séchage


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Etape 3:Application du pénétrant

Etape 4: Après un temps de pause, élimination des excès de pénétrant avec un jet de pression modérée.


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Etape 5: Application du révélateur

Etape 6: Après un temps de pause, l'image des défauts apparaît en surface.

Etape 7:Nettoyage final de la pièce


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Technique N°3 : Magnétoscopie Objectifs spécifiques: •

Connaître le principe, les bases théoriques du Magnétoscopie et son instrumentation

•


•


Principe La théorie des circuits magnétiques indique que la présence d'un entrefer correspond à un fort accroissement local de la réluctance du circuit et donc de la différence de potentiel magnétique (d.p.m.), constituant ainsi un obstacle au flux magnétique dont les lignes de force doivent alors s'épanouir latéralement selon un flux de fuite comme l'indique la figure ci contre. Cet effet de dispersion des lignes de flux s'exerce de même pour un entrefer minime, dans la mesure où le rapport des réluctances entre l'entrefer et le circuit est inversement proportionnel à la perméabilité relative de celui - ci, soit un rapport de 600 à 1000 pour un circuit ferromagnétique en acier excité en deçà de la saturation. Cet effet de dispersion d'un flux magnétique hors d'une pièce ferromagnétique, au droit d'une fissure débouchant ou sous - cutanée (ou toute autre hétérogénéité non ferromagnétique se comportant comme un entrefer), est à la base d'une gamme de procédés magnétiques de détection des défauts de surface dans les aciers dont le plus connu et le plus employé est la magnétoscopie. Ces procédés magnétiques diffèrent entre eux principalement par le mode de mise en évidence du flux de fuite magnétique correspondant à la dispersion de flux décrite ci - dessus.


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En magnétoscopie, on observe visuellement une accumulation de poudre de fer ou de magnétite colorée provoquée par le flux de fuite. En Magnétographie, on recueille la trace magnétique du flux de fuite sur un film, une bande ou une pâte d'empreinte magnétisable; les autres procédés sont regroupés sous le vocable détecteur à flux de fuite (magnetic leakage flux testing); il s'agit généralement d'appareils de contrôle automatique de barres et de tubes d'acier mettant en oeuvre des détecteurs ponctuels de flux électromagnétiques. La première chose à noter est que le champ magnétique à considérer est celui qui s'exerce à proximité et en surface de la pièce; il devra être perpendiculaire à la direction présumée des fissures recherchées, sinon l'effet d'entrefer sera minimisé, et même annulé s'il s'agit de directions parallèles. Le contrôle de l'orientation du flux magnétique et de son intensité s'effectue par la mesure du champ magnétique tangentiel, à l'aide d'un appareil à sonde de Hall que l'on déplace sur la surface de la pièce. Pour les pièces de forme complexe, on doit vérifier qu'en tout point le champ magnétique atteint la fourchette de valeurs que l'on s'est fixée pour l'essai. Pour le contrôle magnétoscopique, les valeurs de champ tangentiel recommandées par les nombreuses normes et spécifications sont en fait très étalées, variant de moins de 800 à 12000 A/m ( 10 à 150 oersteds ) en fonction de la nature de la pièce et de la finesse des défauts recherchés. A titre d'exemple de choix, on peut indiquer qu'un champ d'au moins 1000 à 1500 A/m sera suffisant pour un contrôle de défauts notables sur des barres en acier au carbone, alors qu'un champ d'au moins 10000 A/m sera requis pour le contrôle de pièces de sécurité forgées pour l'aéronautique. La détection visuelle des champs de fuite magnétique au droit des défauts peut s'effectuer en observant des accumulations de limaille de fer dues aux concentrations de flux sur la surface de la pièce à contrôler. En pratique, on utilise des révélateurs magnétiques spécialement adaptés, constitués d'une poudre ferromagnétique de granulométrie bien définie, et associés souvent à des traceurs colorants et généralement fluorescents sous lumière noire. Les produits, qui doivent être répartis uniformément sur la surface de la pièce pendant la magnétisation, se présentent soit sous forme de poudre sèche, soit beaucoup plus fréquemment sous forme d'une encre magnétique. Le support liquide le plus utilisé est le pétrole; cependant, son emploi implique certains risques (incendie, allergie, odeur, stockage) et son rejet à l'égout est interdit, c'est pourquoi on utilise parfois des encres à l'eau dont le pouvoir mouillant est accru par l'ajout d'agents tensioactifs adéquats ; certains types


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d'encres à l'eau comportent en outre des agents anti-moussants et des inhibiteurs de corrosion. La sensibilité de détection est liée en partie à la granulométrie des particules de fer ou d'oxyde, qui doivent être de toute façon très homogènes. Pour une recherche de très fins défauts, on choisira des poudres de moins de 1 mm, alors qu'on minimisera le bruit de fond lors du contrôle d'une pièce brute en choisissant une poudre de 50 à 100 mm. Les liqueurs magnétiques évoluent dans le temps, s'épuisent et se polluent lors de l'utilisation, aussi est - il nécessaire de les contrôler régulièrement; la concentration des particules est le paramètre le plus important à contrôler; elle se situe selon les types de révélateurs entre 0,5 et 10 g/l et s'évalue soit par décantation d'un volume donné pendant un temps suffisant (plusieurs dizaines de minutes), soit, plus rapidement, par comparaison avec un révélateur de référence sur une balance magnétique.


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Mise en oeuvre L'examen d'une pièce se déroule pratiquement en un seul temps, correspondant simultanément à la magnétisation, à l'apport du révélateur et à la lecture visuelle.

L’opération doit être répétée éventuellement en modifiant l'orientation du champ magnétisant, afin d'être sûr de détecter tous les défauts quelle que soit leur orientation. L'opération de contrôle doit être précédée d'une préparation de la pièce destinée à la mettre dans les conditions optimales d'examen : nettoyage, dégraissage, éventuellement démagnétisation préalable. Le contrôle sera lui - même suivi d'opérations de marquage, de repérage, éventuellement d'une démagnétisation effectuée dans les conditions décrites plus loin.


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Application et limites Bien conduit, l'examen magnétoscopique se révèle d'une sensibilité sans égale pour la détection des défauts de surface les plus ténus sur les pièces en acier et autres alliages ferromagnétiques. Le procédé, grâce à ses nombreux moyens de mise en œuvre et de réglage, s'adapte bien au contrôle de nombreux types de pièces manufacturées. La recherche par magnétoscopie des défauts sous-cutanés est possible mais nettement plus délicate, ce qui fait qu'on aura tendance à préférer ici le contrôle par ultrasons, bien qu'il soit possible de mettre en évidence par magnétoscopie des hétérogénéité non visibles par tout autre procédé ; c'est le cas par exemple de la recherche d'amas inclusionnaires dans des tôles minces, ce contrôle ne pouvant malheureusement être effectué que sur des échantillons de faibles dimensions. Une des faiblesses de la magnétoscopie est en effet sa relativement faible productivité liée à la durée des manutentions et de l'examen visuel des surfaces : une automatisation partielle ou totale est réalisable mais, en définitive, ce sont les procédés à mesure de flux de fuite qui ont permis d'envisager un contrôle à grand débit des produits sidérurgiques longs de type barres, tubes ou fils. Ces procédés sont très performants, puisqu'ils permettent de détecter des criques et lignes de profondeur supérieure à 0,3 mm sur des barres brutes et de l'ordre de 0,1 mm ou parfois moins sur des produits tréfilés ou calibrés. C'est ainsi que ces appareils à flux de fuite figurent au catalogue des principaux constructeurs d'appareillages à courant de Foucault avec lesquels ils se partagent le marché du contrôle des produits longs.


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Technique N°4 : Courant de Foucault Objectifs spécifiques: •

Connaître le principe, les bases théoriques du courant de Foucault et son instrumentation

•


Principe 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 (physicien français 1819 - 1868). Ainsi, une bobine parcourue par un courant variable, alternatif par exemple, génère de tels courants induits qui, créant eux - mêmes un flux magnétique qui s'oppose au flux générateur, modifient par la même l'impédance de cette bobine. C'est l'analyse de cette variation d'impédance qui fournira les indications exploitables pour un contrôle, en effet, le trajet, la répartition et l'intensité des courants de Foucault dépendent des caractéristiques physiques et géométriques du corps considéré, ainsi bien entendu que des conditions d'excitation ( paramètres électriques et géométriques du bobinage ).


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On conçoit dès lors qu'un défaut, constituant une discontinuité électrique venant perturber la circulation des courants de Foucault, puisse engendrer une variation d'impédance décelable au niveau de la bobine d'excitation (ou de tout autre bobinage situé dans le champ). Ce principe simple est surtout utilisé pour détecter des défauts superficiels, dans la mesure où les courants de Foucault ont tendance à se rassembler à la surface des corps conducteurs (effet de peau).

Mise en oeuvre Les principaux paramètres à prendre en compte pour un contrôle résultent des considérations précédentes et peuvent se répartir en pratique en trois catégories. Paramètres liés au matériau à sonder: outre ceux liés à sa forme géométrique (diamètre), ce sont sa conductivité électrique s et sa perméabilité magnétique m dont il importera de prendre en compte le niveau de stabilité le long de la pièce ou d'une pièce à


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l'autre, toute variation locale entraînant un déplacement du point de fonctionnement moyen de la sonde, comme cela apparaît sur la figure suivante.

Paramètres liés au montage, qui gouvernent le couplage entre la ou les bobines et le matériau: il s'agit soit du coefficient de remplissage pour les babines encerclantes, rapport entre la section de la barre et celle de la bobine; soit du lift - off, terme désignant universellement la distance entre une sonde plate et la surface de la pièce au dessus de laquelle elle évolue. La constance de ces paramètres est aussi à rechercher pour éviter des effets perturbateurs trop importants sur le point moyen de fonctionnement. Paramètres électriques: c'est essentiellement la fréquence d'excitation de la bobine, paramètre dont on est maître et qui sera choisi en fonction des considérations précédentes, à savoir l'obtention d'un effet de peau adéquat eu égard en particulier à la profondeur des défauts, et d'un point de fonctionnement sur le diagramme complexe permettant une bonne discrimination des différents paramètres perturbateurs de l'impédance Z (figure ci - dessus). L'intensité de magnétisation alternative, liée à l'intensité électrique envoyée dans la bobine, n'est pas un facteur déterminant du contrôle, dans la mesure où elle est choisie suffisamment faible pour éviter une saturation magnétique qui introduirait des non - linéarités rendant inextricable l'exploitation des signaux, et suffisamment forte pour que le rapport signal sur bruit soit convenable au niveau des amplifications et autres traitements électroniques.


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Application 1. Contrôle des tubes, barres et fils La technique de détection des défauts par courants de Foucault à l'aide de bobines encerclantes se trouve très bien adaptée au contrôle industriel à grande cadence de tous les produits longs métalliques; aussi est - elle très utilisée dans les industries métallurgiques des ferreux et des non - ferreux, où l'on détecte ainsi des défauts superficiels de nature variée sur des fils, des barres et des tubes de petits diamètres (inférieurs à quelques centimètres). Une telle technique peut mettre en évidence, sur ces produits, non seulement des défauts de santé superficiels tels que criques, piqûres, petites pailles, mais aussi des défauts de géométrie, tels que des variations brusques de diamètre ou d'épaisseur de paroi, des hétérogénéités de structure telles que des zones à gros grains, etc. Le contrôle en ligne de fabrication est possible et est couramment utilisé en sidérurgie, par exemple, directement en sortie de laminoirs à chaud, le fil machine passant à plus de 100 km/h et à plus de 600°C dans une bobine protégée en conséquence. La technique de la projection de phase permet en général de bien éliminer, dans ces contrôles, l'influence néfaste que produisent les vibrations du fil sur le signal utile. Le procédé à sonde encerclante devient toutefois insuffisamment sensible lorsque l'on veut contrôler des produits longs de gros diamètre ou lorsque l'on recherche de très petits défauts sur des produits bien calibrés et présentant un bon état de surface tels que les étirés et les tréfilés. On préfère dans ce cas utiliser les procédés dits à sondes tournantes, basés sur l'auscultation de la surface selon des pistes hélicoïdales; 2 ou 4 sondes pick - up tournent à grande vitesse autour du produit lui - même en défilement lent à l'intérieur du rotor de la machine. Les sondes sont constituées de petites bobines qui effleurent la surface du produit et présentent ainsi une grande sensibilité aux fins défauts longitudinaux tais que les longues criques appelées lignes dont la profondeur peut être inférieure à 100 mm. La bonne tenue des sondes tournantes implique un bon guidage et un bon centrage du produit dans le rotor de la machine qui constitue généralement le cœur d'un banc de contrôle " barre par barre " ; celui - ci comporte en outre un bobinage de saturation magnétique et un bobinage de démagnétisation lorsqu'il s'agit de contrôles des produits en acier ferromagnétique, ainsi qu'un système de marquage des défauts ou d'aiguillage pour éliminer les barres ou tubes défectueux. Le contrôle des tubes en service est une application importante du contrôle par courants de Foucault, étant donné l'importance que revêt la maintenance des chaudières, des échangeurs et surtout des générateurs de vapeur des


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centrales nucléaires. On sonde ici les tubes par l'intérieur en utilisant un " furet " poussé et tiré par un câble et constitué par une ou des bobines longitudinales et concentriques au tube. L'utilisation séparée ou conjointe (système multi - fréquence) de fréquences bien choisies permet d'identifier les différents types de défauts recherchés, fissures en paroi externe ou interne du tube, cavité de corrosion, etc., tout en éliminant les signaux parasites dus à l'environnement du tube (entretoise, renforts).

Pipe with damage

Probe Signals produced by various amounts of corrosion thinning.

2. Contrôle des surfaces planes Le contrôle des surfaces planes, en ce qui concerne la recherche de petites criques, fissures ou hétérogénéités locales, peut être réalisé à l'aide d'une sonde pick up que l'on glisse avec ou sans contact, qui comporte une bobine plate souvent associée à un noyau ferromagnétique destiné à concentrer et bien définir la zone sensible de la sonde. De très fins défauts peuvent être ainsi détectés sur tout produit conducteur, toutefois, le caractère ponctuel de la zone sensible oriente plus volontiers l'usage du procédé vers le contrôle de petites surfaces correspondant aux zones critiques dans la dégradation d'une pièce mécanique plutôt que vers l'examen systématique de grandes surfaces comme les tôles. C'est ainsi que les courants de Foucault sont couramment utilisés pour la recherche de fissures de fatigue au cours des opérations de maintenance du matériel aéronautique. Le contrôle peut être manuel mais, dans certains cas de contrôle en série, on pourra aisément automatiser le procédé en utilisant un bras manipulateur pour déplacer la sonde et un


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système de traitement de l'information conduisant à une cartographie et à un archivage des résultats du contrôle.

On trouve aussi quelques applications des courants de Foucault dans le domaine des mesures dimensionnelles, l'intérêt étant de disposer ainsi d'une méthode de mesure sans contact avec la pièce, ce qui n'est pas le cas en métrologie traditionnelle ou avec les procédés ultrasonores. On mesure ainsi des diamètres de tubes et l'on peut mettre en évidence des amincissements de parois.

Notons enfin que les procédés de détection par courants de Foucault sont utilisés en dehors de l'industrie dans des domaines très variés, dont le plus connu est sans doute celui de la détection d'objets métalliques dans un environnement isolant. Qu'il s'agisse des détecteurs de mines ou des appareils de sécurité dans les aéroports ou autres lieux publics, on base la détection sur l'emploi de bobines de grandes dimensions susceptibles de créer un


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champ suffisamment volumineux pour être perturbé à bonne distance par la présence d'un objet métallique dans lequel vont se développer les courants de Foucault. La mise au point et le réglage de ces appareils présentent les mêmes subtilités et utilisent les mêmes fondements théoriques que dans le cas des appareils dédiés à l'industrie.

Performance & limitations Les possibilités offertes par la sensibilité de détection et l'automatisation aisée du contrôle par courants de Foucault sont très appréciées sur le plan industriel. L'absence de contact entre la sonde et la pièce à contrôler, la possibilité de défilement à grande vitesse et la facilité d'intégration du procédé dans les chaînes de production donnent à cette technique de contrôle un avantage certain par rapport aux autres procédés. Les courants de Foucault constituent par ailleurs un moyen de contrôle exceptionnellement fidèle et ce malgré la complexité des phénomènes électromagnétiques mis en œuvre et la multitude des paramètres d'action. Ce caractère d'excellente reproductibilité est très important pour les contrôles en maintenance, ainsi que pour la qualité des procédures d'étalonnage du matériel. Il est possible, avec les courants de Foucault, de détecter d'infimes hétérogénéités de surface, toutefois cette grande sensibilité concerne bien entendu tous les paramètres perturbateurs, ce qui fait que, pour certaines applications, on pourra avoir du mal, malgré des réglages optimalisés de la fréquence et de la phase, à obtenir un rapport signal/bruit satisfaisant et donc un contrôle fiable, sans fausses alarmes. Plusieurs remèdes à cette situation pouvaient être utilisés : techniques multifréquences, saturation magnétique des aciers pour minimiser l'effet perturbateur des variations locales de la perméabilité magnétique, traitement du signal par filtrage ou par des procédures plus complexes apparentées au traitement d'image. En ce sens, le contrôle par courants de Foucault bénéficie pleinement des progrès constants de l'électronique et de l'informatique


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Technique N°5 : Radiographie Objectifs Spécifiques •

Connaître le principe, les bases théoriques du radiographie et son instrumentation

•


•


Principe L'examen de la structure ou de la santé d'un objet par radiographie consiste à le faire traverser par un rayonnement électromagnétique de très courte longueur d'onde, comme rayons X et g, et à recueillir les modulations d'intensité du faisceau sous forme d'une image sur un récepteur approprié (un film dans les plupart des cas). Selon le même principe, il est possible d'obtenir des images en utilisant d'autres particules que les photons et ainsi mettre en œuvre des techniques comme la neutrographie.

Mise en oeuvre Le contrôle par radiographie nécessite un choix approprié du matériel, de la procédure et des conditions d'examen. En fait, pour obtenir une image nette et contrastée pour révéler les défauts recherchés, on doit suivre certaines étapes:


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Le rayonnement, et donc la source, doit être de puissance suffisante pour pouvoir traverser la pièce sans dégrader le contraste lié au rayonnement diffusé. L'intensité de ce rayonnement, c'est à dire l'activité de la source g ou X, sera choisie la plus grande possible pour réduire les durées d'exposition tout en limitant le flou géométrique. La prise de vue doit être définie en terme de conditions géométriques, position et orientation relative de la source, de l'objet et du film. L'emploi d'un certain nombre d'accessoires permet d'améliorer les résultats par exemple : diaphragme en plomb, filtres disposés devant ou derrière l'objet, sans oublier les écrans renforçateurs qui sont des convertisseurs de rayonnement pour améliorer la sensibilité du film. Le choix du film résulte aussi d'un compromis entre rapidité d'impression et résolution, en égard au type de défaut recherché et aux conditions de prise de vue. la détermination du temps de pose se fait en pratique à l'aide d'abaques prenant en compte les paramètres de la source et les conditions de prise de vue. L'exploitation des clichés se fait, après développement, fixage [Fixage : procédé d'insensibilisation à la lumière d'une image par élimination des sels d'argent, après développement] et lavage, par un examen du film par transparence sur des boîtes à lumières normalisées, les négatoscope, conçus pour que la luminance émergeant du cliché soit de l'ordre de 100 cd/m2, ce qui exige des appareils particuliers pour l'examen des clichés à haute densité optique. La fiabilité de l'examen est liée à l'acuité visuelle de l'observateur, elle-même fonction de sa vue mais aussi des conditions optiques présentes.


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Le contrôle de la qualité des radiographies est indispensable pour pouvoir tirer des conclusions sur, la qualité de la pièce elle-même, car il permet de savoir si le cliché a été pris dans de bonnes conditions, compatibles avec la sensibilité recherchée pour l'examen. Plusieurs moyens peuvent être utilisés : outre la référence à un cliché pris sur une pièce identique avec défauts naturels ou artificiels connus, on utilise très couramment la technique des indicateurs de qualité d'image I.Q.I, il s'agit d'une petite pièce que l'on applique sur le métal côté source, composée de gradins percés de petits trous de diamètres égaux aux épaisseurs réparties en progression géométrique, selon l'I.Q.I normalisé en France. Ces indicateurs fournissent une information globale qualitative sur les résultats obtenus. Notons enfin la nécessité impérative d'effectuer une identification et un repérage des radiogrammes à l'aide de chiffres ou lettres en alliage de plomb disposés sur la pièce en examen. La numérisation des radiographies permet d'accéder au traitement d'images par ordinateur en vue d'accroître les performances de l'examen des radiogrammes. On met en œuvre des densitomètres ou micro densitomètres automatiques, qui mesurent point par point la densité du cliché et transmettent ces données à l'informatique de traitement. Les algorithmes de traitement d'image sont désormais efficaces et nombreux ; on peut donc obtenir par cette technique des résultats intéressants, au prix toutefois d'un investissement important et d'une certaine lenteur dans la lecture de clichés.

Les étapes du contrôle : Le contrôle par radiographie nécessite un bon choix du matériel, la procédure et les conditions d’examen. En fait, pour obtenir une image nette et contrastée qui puisse bien révéler les défauts recherchés, on doit suivre certaines étapes :


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Le rayonnement, et donc la source, doit être de puissance suffisante pour pouvoir traverser la pièce sans dégrader le contraste lié au rayonnement diffusé. L’intensité de ce rayonnement, c’est à dire l’activité de la source g ou X, sera choisie la plus grande possible pour réduire les durées d’exposition tout en limitant le flou géométrique. La prise de vue doit être définie en terme de conditions géométriques, position et orientation relative de la source, de l’objet et du film. L’emploi d’un certain nombre d’accessoires permet d’améliorer les résultats par exemple : diaphragme en plomb, filtres disposés devant ou derrière l’objet, sans oublier les écrans renforçateurs qui sont des convertisseurs de rayonnement pour améliorer la sensibilité du film. Le choix du film résulte aussi d’un compromis entre rapidité d’impression et résolution, en égard au type de défaut recherché et aux conditions de prise de vue. La détermination du temps de pose se fait en pratique à l’aide d’abaques prenant en compte les paramètres de la source et les conditions de prise de vue. L’exploitation des clichés se fait, après développement, fixage et lavage, par un examen du film par transparence sur des boîtes à lumières normalisées, les négatoscope, conçus pour que la luminance émergeant du cliché soit de l’ordre de 100 cd/m2, ce qui exige des appareils particuliers pour l’examen des clichés à haute densité optique. La fiabilité de l’examen est liée à l’acuité visuelle de l’observateur, elle-même fonction de sa vue mais aussi des conditions optiques présentes. Le contrôle de la qualité des radiographies est indispensable pour pouvoir tirer des conclusions sur, la qualité de la pièce elle-même, car il permet de savoir si le cliché a été pris dans de bonnes conditions, compatibles avec la sensibilité recherchée pour l’examen. Plusieurs moyens peuvent être utilisés : outre la référence à un cliché pris sur une pièce identique avec défauts naturels ou artificiels connus, on utilise très couramment la technique des indicateurs de qualité d’image I.Q.I, il s’agit d’une petite pièce que l’on applique sur le métal côté source, composée de gradins percés de petits trous de diamètres égaux aux épaisseurs réparties en progression géométrique, selon l’I.Q.I normalisé en France. Ces indicateurs fournissent une information globale qualitative sur les résultats obtenus. Notons enfin la nécessité impérative d’effectuer une identification et un repérage des radiogrammes à l’aide de chiffres ou lettres en alliage de plomb disposés sur la pièce en examen. La numérisation des radiographies permet d’accéder au traitement d’images par ordinateur en vue d’accroître les performances de l’examen des radiogrammes. On met en œuvre des densitomètres ou micro densitomètres automatiques, qui mesurent point par point la densité du cliché et transmettent ces données à


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l’informatique de traitement. Les algorithmes de traitement d’image sont désormais efficaces et nombreux ; on peut donc obtenir par cette technique des résultats intéressants, au prix toutefois d’un investissement important et d’une certaine lenteur dans la lecture de clichés.

Inconvénients du contrôle par radiographie

Investissement relativement important

Mise en oeuvre délicate sur chantier avec tube à rayons X.

Limitation du contrôle par les épaisseurs et par le matériel utilisé.

Sensibilité de détection liée à l'orientation du défaut par rapport au rayonnement ionisant

Les règles de sécurité sont rigoureuses et contraignantes

Les opérateurs doivent être très expérimentés


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Technique N°6 : Ultrasons Objectifs Spécifiques •

Connaître le principe, les bases théoriques d’ultrasons et son instrumentation

•


•


Principe Le contrôle par ultrasons est une méthode d'examen relativement récente. Les premières applications industrielles ont été réalisées, à titre expérimental la veille de la seconde guerre mondiale, soit vers 1935. En raison de la lente évolution des matériels de contrôle tributaires des progrès de l'électronique, le développement du contrôle par ultrasons n'apparut qu'à partir de 1955 environ. Depuis, cette méthode de contrôle constitue un puissant outil d'investigation. Elle présente à l'heure actuelle un vaste champ d'application qui s'étend aux matériaux métalliques, plastiques ou composites et aux milieux à structure hétérogène tels les bétons. Cette méthode d'examen s'applique alors : aux produits moulés, aux produits forgés, aux produits laminés (tôles, rails), aux produits étirés (tubes, ronds,…),

aux assemblages

soudés, brasés ou collés.. Le contrôle par ultrasons permet de détecter des manques ou des discontinuités de la matière dans des produits à l'état d'ébauche ou fini quel que soit le mode d'élaboration de ceux-ci.

.

Toutefois, la propriété que possèdent les ultrasons est de se propager sur des

distances de plusieurs décimètres, voire de plusieurs mètres. De ce fait, il est possible de détecter des défauts de faible importance dans des pièces dont l'épaisseur n'en permettrait pas le contrôle radiologique. En ce sens, le contrôle par ultrasons permet de mesurer les épaisseurs de parois dont l'une des faces est inaccessible. En continuation de la gamme sonore, les ultrasons correspondent à des fréquences oscillatoires supérieures à la limite d'audibilité humaine et s'étendant dans une large gamme allant de 15 kHz à plus de 100 MHz.


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Principe physique

Un instrument fonctionnant en mode pulsation écho consiste en un écran de visualisation, un émetteur et un amplificateur, avec en général une alimentation indépendante. Le fonctionnement sera expliqué d’une façon schématique (schémas blocs),

sans trop détailler l’électronique des circuits. Celle ci figure sur les données techniques fournies par le fabricant de l’appareil en général.

Les appareils fonctionnant en mode

pulsation – écho associés à des capteurs piézoélectriques sont les types de capteur le plus répandu en pratique de l’ultrason. La pulsation électrique de l’émetteur est véhiculée au capteur à travers un câble. Suite à quoi le transducteur fournit une onde mécanique qui se propagera dans le corps sous épreuve. A la rencontre d’un changement de milieu, l’onde se réfléchit produisant un écho. Celui – ci remonte au transducteur qui le traduit en impulsion électrique. L’impulsion est ensuite amplifiée et visualisée.

Contrôle par ultrasons Le contrôle par ultrasons est une méthode de contrôle non destructif permettant la détection de défaut à l'intérieur d'un matériau. Le contrôle par ultrasons est basé sur la transmission et la réflexion d'onde de type ultrasons à l'intérieur d'un matériau. Une onde ultrasons est émise par un palpeur placé sur la surface du matériau à contrôler et se propage dans le matériau. Il existe des méthodes par contact (le palpeur est


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en contact avec la pièce) ou par immersion (la pièce et le palpeur sont immergés dans de l'eau). Dans le cas de la méthode par contact, il est nécessaire d'ajouter un couplant (eau ou gel) entre le palpeur et la pièce pour assurer la transmission des ondes. Lorsque ces ultrasons rencontrent une interface délimitant deux milieux ayant des impédances acoustiques différentes, il y a réflexion. Les ultrasons réfléchis sont captés par un palpeur (qui peut être le même que l'émetteur). Il y a création d'un « écho ». Dans le cas d'une pièce comportant deux surfaces, la détection de défaut se fait en comparant le temps mis pour faire un aller retour dans l'épaisseur de la pièce et le temps mis pour la réflexion sur un défaut. D'un point de vue pratique, on utilise un écran d'oscilloscope. Les échos sont représentés par des pics sur l'écran. Principe

du

contrôle

par

ultrasons :

exemple

du

contrôle

d'une

tôle.

- L'écran de l'oscilloscope montre un pic d'entrée à gauche et un pic de sortie à droite. La distance

entre

les

deux

pics

correspond

à

l'épaisseur

de

la

tôle.

- Le palpeur émet au dessus d'un défaut, il y apparition d'un pic correspondant au défaut. La position relative du pic créé par le défaut permet de connaître sa profondeur.

Principe physique du contrôle par ultrasons : Types d’ondes ultrasonores : Plusieurs types d’ondes ultrasonores sont susceptibles de se propager dans les milieux solides. Ces ondes se différencient les unes des autres par :


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o

la forme et la direction des trajectoires qu’elles impriment aux particules du matériau dans lequel elles se propagent,

o

la vitesse de propagation ou célérité,

o

la distance à laquelle elles sont susceptibles de se propager dans le matériau.

On distingue quatre types d’ondes ultrasonores : les ondes longitudinales ou de compression, les ondes transversales ou de cisaillement, les ondes de surfaces ou de RAYLEIGH et les ondes LAMB ou de plaque. Ondes longitudinales Ondes transversales

Milieux

Matériaux

Gazeux

Air

332

Eau

1480

Huile

1440

Plexiglass

2680

1320

Aluminium

6400

3130

Magnésium

5740

3080

Titane

5990

3210

Zirconium

4650

2300

Fer

5950

3220

Acier doux

5900

3200

Acier inox

5740

3130

Cuivre

4760

2325

Liquides Matière plastique

Solides Métaux

(m.s-1)

(m.s-1)

Le tableau ci-dessous donne les valeurs des impédances acoustiques pour les principaux milieux qui peuvent être pris en considération lors des contrôles industriels.

Matériaux

Vitesse des ondes Vitesse des ondes

Masse

longitudinales en m transversales en m

volumiques

s-1

s-1

( kg m-3 )

Impédance acoustiques ( p VL ) ( Pa s m-3 )

Air

330

1,205

00004.106

Eau

1480

1000

1.48.106

Aluminium

6400

2700

17.28.106

Acier doux

5900

7850

46.31.106


3130 3200

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Détection des défauts : La détection des défauts internes par ultrasons est très pratiquée en contrôle de fabrication, en contrôle de recette, en surveillance de structure en service ainsi qu’en maintenance. Le contrôle par ultrasons est une méthode de contrôle original à cause de sa remarquable

sensibilité

de

l’échographie

ultrasonore

à

moindre

discontinuité

ou

hétérogénéité interne dans les matériaux, en particulier métallique. Toutefois, en échographie ultrasonore, le choix des paramètres de sondage et l’interprétation des signaux recueillis ne sont pas toujours aisés et requièrent l’intervention d’un personnel spécialement qualifié. Localisation des défauts en profondeur : elle est aisée lorsqu’on travaille en échographie. Il existe toutefois une zone sous la surface de couplage pour laquelle l’écho de défaut peut être noyé dans l’écho d’émission ou d’interface, ce qui peut rendre à la fois la détection et la localisation aléatoires. La localisation en plan se fera en relation avec le relevé manuel de la position du palpeur. Des équipements d’aide au sondage manuel par recopie du déplacement du palpeur permettent désormais l’utilisation des présentations et favorise le dépouillement et la présentation des résultats.


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Dimensionnement des défauts : il présente une préoccupation légitime du contrôleur en vue de les relier à des critères de nocivité technologique faisant en général l’objet d’une procédure normalisée ou spécifique. C’est un problème délicat auquel on peut toutefois donner des solutions pratiques simples. Deux cas se présentent en théorie, selon que le champ du palpeur est censé être supérieur ou inférieur à la dimension moyenne du défaut. Dans le premier cas, tout le défaut est éclairé par le faisceau est l’on peut relier l’amplitude de l’écho de retour à la dimension du défaut à l’aide de diagrammes. Cette méthode, appelée méthode AVG, est intéressante mais délicate d’emploi, surtout lorsque le défaut à dimensionner présente une orientation et une morphologie très éloignées des cas théoriques. Lorsque le défaut est plus grand que le faisceau, ce que l’on peut parfois volontairement obtenir en utilisant l’étroit champ d’un palpeur focalisé, on trace son contour apparent, soit en repérant et en quantifiant le basculement entre écho de fond et écho de défaut, soit en utilisant la règle « des –6 dB » qui prend en compte un rapport ½ entre l’amplitude maximale de l’écho de défaut et celle obtenue lorsque les bords du défaut occultent environ à moitié la section du faisceau ultrasonore. Illustrations

Etape

Illustration de l’étape

Commentaire

Configuration de l’appareil, choix de la vitesse, de la plage de

01

mesure…


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CND



Etalonnage de l’instrument avec un

02

bloc normalisé.

Ajustement final des paramètres pour

03

obtention

d’un

échographe

Etalonnage effectué

04


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CND

bon



Pratique du contrôle

05


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Technique N°7 : Emission acoustique Objectifs Spécifiques: •

Connaître le principe, les bases théoriques de l'Emission Acoustique et son instrumentation

•


•


•

Savoir vérifier et paramétrer une chaîne d'Emission Acoustique

•

Savoir localiser une source d'Emission Acoustique

•

Savoir optimiser la détection d'un signal d'Emission Acoustique (filtrage)

Principe Lorsqu'une contrainte interne ou externe est appliquée à un matériau, l'énergie emmagasinée peut être brutalement réduite par un réarrangement de la structure interne du matériau. De même, un une partie de l'énergie rayonnée se propage sous la forme d'ondes élastiques

transitoires.

Cette

énergie

rayonnée

constitue

l'émission

acoustique.

Dans le domaine des contrôles non destructifs, l'émission acoustique s'avère une méthode qui permet de percevoir en temps réel l'apparition d'un signal résultant d'une décohésion dans un matériau. C'est également une méthode de contrôle à caractère volumique en raison de l'émission et de la propagation des ondes élastiques.


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Propriété de l’émission acoustique : L'étude des caractéristiques de l'émission acoustique commence par les causes principales qui lui donnent naissance. En fait, deux causes sont à l'origine de ce phénomène :

La déformation plastique du matériau : Elle est homogène dans le cas des alliages d'aluminium, ou hétérogène lors des mouvements de dislocation. Cette déformation peut aussi se faire soit par un maclage dans le cas des matériaux cristallisant dans le système hexagonal compact ou cubique centré, soit par le fluage c'est à dire glissements inter granulaires. Lorsqu'il s'agit d'une déformation plastique, l'énergie émise est de l'ordre de 10-13 à 10-10 joules.

Les phénomènes de rupture : Ils sont en lien avec l'initiation de fissures par concentration des contraintes, ou les différents types de la rupture (ductiles, fragiles ou par fatigue). Les énergies libérées par ces processus de rupture sont plus importantes et elles sont de l'ordre 10-6 à 10-4 joule. Pratiquement, on trouve d'autres causes à l'origine de l'émission acoustique, on cite les fuites d'un fluide liquide ou gazeux, les transformations de phase des matériaux métalliques lors d'une variation de température ou les phénomènes de cavitation lors de la circulation d'un fluide dans une canalisation. Par conséquent, nous savons maintenant que l'émission acoustique prend la forme 'une onde sonore élastique à caractère périodique. Sa fréquence peut se situer dans un très large spectre qui s'étend du domaine audible au domaine ultrasonore, soit 10 Hz < f < 30 MHz. Détection des sources d'émission acoustique : Pour avoir une bonne détection des signaux d'émission acoustique, une chaîne de détection, d'acquisition et de traitement adéquates s'avèrent nécessaires. Cette chaîne comporte successivement : Un capteur : les plus fréquemment utilisés sont de type piézo-électrique et plus précisément des céramiques ferroélectriques comme le titanate de baryum et le titanate zirconate de plomb, puisqu'ils sont caractérisés par une grande sensibilité, la possibilité d'être taillées suivant des géométries complexes et un faible coût. Il est important de noter que ses capteurs fonctionnent en mode résonnant dont la sensibilité est de l'ordre de 1 Volt / mbar. Leurs fréquences de résonance sont généralement comprises entre 100 kHz et 1 MHz. Un préamplificateur des signaux acquis par le capteur dont le gain varie de 20 à 60 dB. Un câble de transmission reliant le préamplificateur à un filtre passe-haut destiné à éliminer les


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bruits mécaniques de l'environnement. Un second amplificateur à gain variable de 20 à 80 dB en lien avec des filtres passe-haut et passe-bande pour parfaire l'élimination des bruits parasites. Dans la phase finale, ces signaux sont conditionnés pour un autre traitement préalable, citons à titre d'exemple, la visualisation des résultats, l'enregistrement ou le traitement en temps réel ou différé.

Détection des sources d'émission acoustique Pour avoir une bonne détection des signaux d'émission acoustique, une chaîne de détection, d'acquisition et de traitement adéquates s'avèrent nécessaires. Cette chaîne comporte successivement : Un capteur : les plus fréquemment utilisés sont de type piézoélectrique et plus précisément des céramiques ferroélectriques comme le titanate de baryum et le titanate zirconate de plomb, puisqu'ils sont caractérisés par une grande sensibilité, la possibilité d'être taillées suivant des géométries complexes et un faible coût. Il est important de noter que ses capteurs fonctionnent en mode résonnant dont la sensibilité est de l'ordre de 1 Volt / mbar. Leurs fréquences de résonance sont généralement comprises entre 100 kHz et 1 MHz. Un préamplificateur des signaux acquis par le capteur dont le gain varie de 20 à 60 dB. Un câble de transmission reliant le préamplificateur à un filtre passe-haut destiné à éliminer les bruits mécaniques de l'environnement. Un second amplificateur à gain variable de 20 à 80 dB en lien avec des filtres passe-haut et passe-bande pour parfaire l'élimination des bruits parasites. Dans la phase finale, ces signaux sont conditionnés pour un autre traitement préalable, citons à titre d'exemple, la visualisation des résultats, l'enregistrement ou le traitement en temps réel ou différé. .

Equipements d’analyse


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Technique N°8 : La Thermographie Infrarouge La thermographie infrarouge est devenue un des outils de diagnostic incontournables de la maintenance prédictive. En effet, la plupart des défauts se traduisent par un échauffement ou un refroidissement anormal. Seule la Thermographie Infrarouge vous permet d'observer rapidement une scène thermique et de mettre en évidence, sans contact, des différences de températures à la surface de tout type d'objet. Ainsi, en détectant ces anomalies, souvent invisibles à l'œil nu, la thermographie permet des actions correctives avant l'apparition de pannes ou problèmes coûteux.

Les applications de la thermographie Les applications de la thermographie pour la Maintenance sont nombreuses. Dans le monde entier des entreprises ont intégré les solutions ThermaCAM dans leurs programmes d'inspections en Maintenance Prédictive, pour l'inspection et la surveillance d'équipement électriques BT, MT, et HT en mécaniques, sur des fours, sur des bâtiments. Par ailleurs, de nouvelles applications de la thermographie infrarouge sont développées régulièrement.

EN ELECTRIQUE Les systèmes de thermographie infrarouge sont couramment utilisés pour l'inspection d'installations électriques. Les problèmes de connexions électriques, à l'origine de pannes ou dysfonctionnements, sont dus à une augmentation de résistance qui entraîne une élévation de température. L'absence de contrôle des points d'échauffement peut conduire à des élévations anormales de température avec risque d'endommagement ou d'incendie. D'autres anomalies telles que le déséquilibre de phase, l'oxydation, les défauts de serrage, de sertissage, des câbles sous dimensionnés entraînent également un échauffement anormal rapidement localisé et analysé par thermographie infrarouge. Ainsi, facilement, vous pourrez établir le degré d'urgence d'intervention et planifier vos interventions et réparations. La thermographie est couramment utilisée en intérieur ou en extérieur pour le contrôle rapide et efficace de moteurs, de sectionneurs, de disjoncteurs, de transformateurs, de sous-stations et plus généralement de toute installation électrique Haute, Moyenne et Basse Tension.


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De plus, cette technique présente un avantage majeur, en opérant à distance et sans contact, l'inspection se réalise sur les installations sous tension. L'opérateur réalise un balayage rapide des équipements avec la caméra infrarouge en respectant les distances de sécurité, sauvegarde sur une carte PCMCIA, les images numériques caractéristiques de défauts constatés et de retour à son bureau, procède, depuis son PC à l'analyse des résultats de l'intervention qu'il vient d'effectuer.

Electricité intérieure


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EN MECANIQUE Le contrôle des installations mécaniques constitue une partie importante des opérations de Maintenance Prédictive dans la plupart des entreprises industrielles. Typiquement, lorsqu'une pièce mécanique s'use de façon prématurée une élévation de sa température est constatée, échauffement qui va s'accroître rapidement et entraîner une panne. Des équipements mécaniques tels que moteurs, paliers, pompes, compresseurs, poulies de convoyeurs peuvent être contrôlés par thermographie infrarouge. Manque de lubrification et défaut d'alignement sont à l'origine d'échauffements anormaux. Même si en mécanique l'Analyse Vibratoire sera l'outil de diagnostic principal de la Maintenance Prédictive, la Thermographie est complémentaire à cette technologie et a pour avantage numéro un, une mesure sans contact, donc plus rapide. Dans certains cas, la Thermographie devient la seule méthode de détection de défauts. Ainsi, des défauts sur des balais de collecteurs et d'armatures de moteurs électriques peuvent entraîner des échauffements importants mais pas nécessairement de phénomènes vibratoires.

Mécanique générale


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EN BATIMENT La caméra infrarouge ThermaCAM est aussi un outil de diagnostic pour les bâtiments. Une des applications les plus courantes est la détection de problèmes d'isolation sur les toitures. L'eau ayant une forte masse calorifique comparée aux matériaux de toiture, elle conserve la chaleur du soleil plus longtemps que la toiture. Ainsi, les défauts d'isolation peuvent être facilement détectés avec une caméra infrarouge. La ThermaCAM permet aux opérateurs de maintenance de localiser rapidement les zones humides pour une réparation efficace. D'importantes économies sont alors réalisées en réparant uniquement la zone défectueuse de la toiture. Parmi les autres applications en Bâtiment, nous pouvons noter la mise en évidence de défaut d'isolation sur des façades, la détection de ponts thermiques, détection de fuites sur des réseaux de chauffage au sol, l'analyse de défauts de chauffage ou de climatisation. Les études menées par les spécialistes du bâtiment, tels que l' EPFL, les différents centres ont montré que la thermographie infrarouge pouvait faire réaliser d'importantes économies d'énergie. Les entreprises de distribution et de génération de vapeur peuvent contrôler le niveau de corrosion de leurs conduites ainsi que détecter les éventuelles fuites sur les conduites de vapeur, les vannes et les purgeurs. Le contrôle des fours est une autre application courante, en effet, une usure prématurée du réfractaire peut être détectée depuis la partie extérieure du four.

ECONOMIQUES Les programmes de Maintenance Conditionnelle par thermographie permettent de localiser les points chauds bien avant leur évolution vers une situation grave pour l'entreprise. Eviter les arrêts de production, par des programmes de maintenance et de contrôles de qualité, est un objectif que la thermographie permet d'atteindre très vite. A titre d'exemple, des inspections régulières des sous-stations d'une aciérie font économiser à cette usine des dizaines de milliers de francs par an. Lors d'une inspection par Thermographie Infrarouge, ils ont découvert une importante élévation de température sur l'un de leur disjoncteur 69KV. Si ce défaut n'avait pas été mis en évidence, cela aurait coûté à cette société environ 50'000.00 CHF par heure d'arrêt de production. Un autre cas concret, vécu dans une grande société industrielle, a été révélé lors d'une inspection programmée sur les installations électriques. Une sortie de condensateur sur une station de charge de batterie présentait une température considérablement plus froide que les autres. L'analyse du défaut suite à l'enregistrement du thermogramme a déclenché le


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remplacement de l'élément défectueux. La panne ainsi évitée aurait coûté près de 200'000.00 francs au total. L'intégration, dans les programmes de Maintenance Prédictive, de cette technologie et de nos solutions ThermaCAM permet de réaliser d'importantes économies et de réduire les taux de pannes sur les installations industrielles. Pour les applications de contrôle des équipements électriques, mécaniques, des inspections bâtiments ou de maintenance générale, la caméra ThermaCAM fournit aux opérateurs de maintenance des informations thermiques précises pour prendre les décisions adaptées à la réparation des équipements, planifier le remplacement des matériels et optimiser le fonctionnement des installations.

Electronique

Militaire

Militaire


Militaire

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Technique N°9 : ANALYSE VIBRATOIRE Principe L’analyse vibratoire est une technique de contrôle non destructif employée pour réaliser, analyser l'état des installations industrielles dans le but d’opérer la maintenance préventive conditionnelle par surveillance. On pourra par exemple optimiser la conception en supprimant les fréquences de résonance qui provoquent les déformations de structure, détecter et identifier les défaillances d’un système. Une analyse vibratoire ponctuelle permet également d’émettre un diagnostic sur l’état général des composants mécaniques d’un équipement. La surveillance vibratoire est particulièrement adaptée aux machines tournantes (boîte de vitesse, réducteur, pompe, compresseur, ventilateur, accouplement, palier, roulements, denture, poulie). On peut analyser les risques dus : -aux éléments mécaniques défectueux, -à un mauvais alignement de deux machines accouplées, -a un défaut de d’équilibrage, de rigidité de la fixation au sol d’un équipement ou de sa résonance, - à une usure, au manque de lubrification.


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L'objectif principal de l'analyse vibratoire est d'éviter un maximum de panne. Les roulements faisant parties des éléments les plus important d'une machine tournante, les défauts sur ces éléments seront davantage pris en considération. De plus, l'analyse vibratoire permettra de mettre en évidence un grand nombre de problèmes entraînant une diminution de la durée de vie des éléments de la machine : résonance de structure, balourd, mauvaise fixation des roulements, tension trop élevée des courroies, mauvais alignement d'une ligne d'arbre.

Cas types 1. Balourd statique

Imaginons un rotor parfaitement en équilibre. Ajoutons en un endroit de ce rotor une masse M. Le rotor présentera un déséquilibre même à l'arrêt, le rotor reviendra à une position d'équilibre. Il s'agit d'un balourd statique. Dès que le rotor sera en rotation, la masse M exercera une force radiale proportionnelle à la vitesse de rotation selon la relation F=M.r.w². On mesure la force exercée par la masse M au point P1 et P2


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On voit clairement que les efforts exercés sur les deux points de mesures sont parfaitement en phase, les efforts s'exercent dans la même direction.

2. Balourd de couple Reprenons l'exemple précédent mais remplacement la masse M par deux masses identiques mais décalées de 180° et placées à chaque extrémité du rotor.

Contrairement au balourd statique, le rotor restera en position d'équilibre à l'arrêt. Quand le rotor et en rotation, les 2 masses génèrent un couple. Le signal temporel mesuré sur les points P1 et P2 sera le suivant :

Les efforts aux deux points de mesures sont, comme les deux masses, déphasés de 180°. Les deux signaux sont en opposition de phases.


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L'analyse spectrale de ces deux types de balourd présentera un spectre identique, l'information de phase n'est pas représentée dans un spectre.

Pour pouvoir faire une distinction entre ces deux types de balourd, il est obligatoire de faire une analyse de phase. Lors d'un équilibrage, il est important de savoir de quel type de balourd il s'agit. Pour un balourd statique, un plan d'équilibrage suffit alors que pour un balourd de couple il faut nécessairement deux plans d'équilibrage. La combinaison de ces deux types de balourd s'appelle un balourd dynamique.

3. Mésalignement angulaire et parallèle

Pour un délignage angulaire, on mesure un angle différent de 180° entre les deux axes, tandis que pour un délignage parallèle, les deux axes ne se trouvent pas dans un même plan.

Vibrations causées par un délignage De manière générale, un délignage provoque un phénomène se répétant à chaque tour de rotation. Le signal temporel sera donc très répétitif. Le spectre de vibration présentera un pic situé à une fois la vitesse de rotation (accompagné de quelques harmoniques).


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Un défaut d'alignement peut avoir de conséquences graves. L'arbre tournant étant très rigide, il se crée des efforts importants qui se répercutent dans les paliers. Ces efforts induisent rapidement des défauts de roulements et dans les cas les plus graves, une rupture de la cage du roulement.

Alignement ou balourd BALOURD

DELIGNAGE

Amplitudes axiales faibles

Amplitudes axiales importantes

Points de mesures autour du palier en

Points de mesures autour du palier en contre

phase

phase

Exemple Dans l'exemple ci-dessous pris sur un palier de rouleau guide toile sur une machine à papier, on remarque dans le spectre une prépondérance de l'harmonique 2 de la vitesse de rotation. Le signal temporel présente bien 2 sinusoïdes par tour de rotation. De plus, on peut remarquer que ce signal temporel est plutôt de forme générale sinusoïdale, ce qui oriente le diagnostic vers un problème d'alignement.

Signal temporel :


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Spectre :

4- jeu / Desserrage Par desserrage, on entend par exemple un manque de rigidité de montage sur une structure. Le jeu se retrouve en général presque toujours dans le roulement. Il peut s'agir de jeu entre la bague extérieure et le palier, entre la bague intérieure et l'arbre ou un jeu excessif entre les billes/galets et les cages interne et externe. Pour les paliers lisses, le jeu signifie un espace trop important entre l'arbre et le palier En général, le jeu ou le desserrage se traduit par un signal temporel irrégulier. La force excitante qui cause la vibration peut être un balourd sur la partie tournante, mais la réponse non linéaire de la structure donne un signal temporel irrégulier. Mais le signal temporel reste synchrone donc le spectre présente des pics multiples de la vitesse de rotation.


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Soit un palier dont un des boulons est desserré. Ajoutons un balourd. On peut dès lors comprendre le signal temporel représenté à la figure ci-dessous.

Le spectre d'un tel signal temporel deviendra conforme à la théorie vue précédemment (Vibration périodique non harmonique). Le spectre est représenté à la figure ci-dessous mais en pratique, ce signal sera beaucoup plus complexe.

Une mesure de vibration sur une machine présentant la combinaison d'un délignage parallèle et un délignage angulaire produira un spectre avec des composantes importantes à 1 et 2 x la vitesse de rotation. Si l'on retrouve quelques harmoniques de la vitesse de rotation d'amplitude plus faible, délignage ou jeu? ? ? Dans ce cas, l'analyse du signal temporel peut apporter des informations importantes. Le signal temporel dans le cas d'un desserrage sera irrégulier. Au contraire, dans le cas d'un délignage, le signal temporel sera régulier à chaque rotation de l'arbre.


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Un signal est rendu complexe à cause des nombreuses harmoniques dans le spectre. JEU

DÉLIGNAGE

Signal temporel irrégulier

Signal répétitif

5- Défaut de roulement Défauts des bagues internes et externes Supposons un défaut sur la piste interne ou externe d'un roulement. La fréquence de passage des éléments roulants sur ces défauts est donnée par :

Avec : Nb : nombre d'éléments

roulants ;

S : vitesse de rotation de

l'arbre ; Bd : diamètre des éléments roulants en mm ;

Pd : diamètre primitif du roulement en mm

q : angle de contact en radians Au cours de l'évolution d'un défaut, il est possible de distinguer 4 phases.

Phase 1 de dégradation d'un roulement Dans un premier temps, le défaut présente qu'une microcavité ou une microfissuration. Il n'y a pas encore de changement de la surface de la piste. Chaque élément en passant sur le défaut provoque un impact dans la bague présentant le défaut et en excite sa fréquence propre. La bague excitée vibrera à sa fréquence propre et les vibrations s'atténueront. Le signal temporel d'un tel défaut est représenté à la figure ci-dessous.


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La fréquence de résonance d'une bague se situe en général entre 2 et 3 kHz. L'augmentation d'énergie dans les hautes fréquences ne sera pas visible dans un spectre normal (bande de fréquence de 60 à 100 ordres). Mais on peut quantifier cette augmentation en utilisant des paramètres spécifiques (appareil SPM, valeur GSE, valeur HFD...)

Phase 2 de dégradation d'un roulement L'aggravation du défaut se traduit par un arrachement de matière sur la piste présentant le défaut. Les éléments roulants roulent successivement dans et hors de la cavité. Le choc créé à l'entrée et à la sortie de l'élément roulant n'excitera plus seulement les résonances du roulement mais aussi les vibrations de la fréquence BPFO ou BPFI. Au début, de la dégradation du roulement, le défaut est encore très court. La quantité d'énergie causée par le défaut sera par conséquent plus haute en fréquence. Cela conduit à dire que le défaut sera visible dans un spectre en accélération.

Phase

3 de dégradation d'un roulement

Le défaut continuant à s'aggraver, la zone d'arrachement de matière est de plus en plus importante. Au fur et à mesure que le défaut augmente, la quantité d'énergie sera plus basse en fréquence (la répartition de l'énergie se fera sur une période de temps plus longue). Cela se traduit dans le spectre par une diminution des hautes fréquences et une augmentation des harmoniques dans les basses fréquences. Ce stade de dégradation sera donc plus facilement visible dans un spectre en vitesse. Il en va de même pour le signal temporel. Les impacts causés par des défauts de roulement ont des fréquences élevées. Ces impacts, représentés en vitesse, ont de faibles amplitudes si on les compare aux vibrations causées par un balourd. Pour ces raisons, le signal temporel devra être visualisé en accélération si on veut détecter des défauts de roulement.

Phase 4 de dégradation de roulement. Le défaut de piste interne ou externe devient de plus en plus long. Quand le contour de la bague interne ou externe est complètement détérioré, les vibrations génèrent une grande


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quantité de bruit de fond et on ne peut plus déterminer le nombre d'éléments roulants passant par le défaut. SI le défaut devient tellement grand que le jeu du roulement augmente, on retrouvera dans le spectre l'image classique d'un jeu.

Modulation de BPFO et BPFI

Principalement pour les défauts de bagues internes, les vibrations du défaut sont modulées. Ceci s'exprime dans les spectres par des bandes latérales de par et d'autre de BPFO ou BPFI. Ce phénomène peut s'expliquer de la manière suivante : le défaut tourne avec l'arbre donc à la vitesse de rotation du rotor. La charge appliquée sur le roulement reste toujours dans la même direction. Ceci provoque une augmentation de l'amplitude de la force agissant sur le défaut et de la vibration lorsque le défaut passe dans la zone la plus chargée. Dans le cas d'un balourd, l'explication est identique, mais on peut considérer un défaut fixe (généralement BPFO) et une force tournante : le balourd. Le défaut de bague interne présente généralement des amplitudes moins élevées que le défaut de bague externe car le signal doit traverser les billes et la cage externe avant d'arriver au capteur.


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Exemple de défaut de bague externe

Visualisation de la modulation de BPFI par la vitesse

Visualisation de la modulation de BPFO par la

de rotation de la bague interne dans le cas d'une

vitesse de rotation de la bague interne dans le cas

force fixe dirigée de haut en bas.

d'une force constante tournant avec la bague interne.

6- Défauts sur les paliers lisses

Les défauts sur les paliers lisses ne provoquent pas de véritables vibrations, comme c'est, on l'a vu, les cas pour les roulements. On admet généralement qu'il est difficile de rechercher un défaut sur un palier lisse (enlèvement de matière) à l'aide d'un accéléromètre. Le meilleur moyen pour la surveillance des paliers lisses est l'utilisation de capteurs de déplacement qui permettent de mesurer les déplacements de l'axe de rotation. En utilisant un collecteur bi voies, il est possible d'utiliser l'analyse orbitale. Un problème spécifique aux paliers lisses est l'instabilité du film d'huile à l'intérieur du palier. Des turbulences se produisent dans l'huile et provoquent l'excentricité de l'arbre. Cette excentricité peut aussi être provoquée par un balourd. La fréquence résultante de l'instabilité du film d'huile se situe aux alentours de 0.35 à 0.49 fois la vitesse de rotation.


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La solution réside dans le changement des paliers ou du lubrifiant. Il existe des formes particulières de coupes de palier pour contrecarrer l'instabilité du film d'huile.

7- Défauts de tension et/ou d'alignement de courroie Par problèmes de courroies, il faut faire la distinction entre les problèmes liés à la courroie elle-même et les défauts de tension et/ou d'alignement

Courroies : La fréquence à laquelle tournent les courroies s'appelle fréquence de passage des courroies et est données par :

Comme on peut le voir dans l'équation ci-dessus, le profil des gorges des poulies n'a aucune importance du moment que le diamètre et la vitesse correspondent à la même poulie. Lorsqu'une irrégularité apparaît sur une courroie, à cause d'un défaut de fabrication ou d'une usure non homogène, elles passeront sur chaque poulie à la fréquence de passage des courroies. Chacun des contacts générés sur une poulie provoquera un impact. Ce phénomène se produit donc à une fréquence égale ou double de la fréquence de passage. Le spectre d'un tel défaut est représenté à la figure ci-dessous :


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Un défaut d'alignement et/ou de tension des courroies augmentera d'autant plus les niveaux aux fréquences de passage des courroies. Mais les défauts d'alignement et/ou de tension ne provoquent pas d'eux-mêmes des vibrations aux fréquences de passage.

Alignement ou tension Un défaut d'alignement ou une tension trop élevée générera de hauts niveaux vibratoires à la vitesse du moteur et/ou de l'organe entraîné. Forte vibration du moteur sur l'organe entraîne et vice-versa : la vibration liée à la vitesse du moteur sera ressentie de manière plus importante sur les roulements de l'organe entraîné et vice-versa Haut niveau vibratoire du côté des courroies : les niveaux mesurés sur les roulements côtés poulies seront plus importants. Niveaux vibratoires plus importants dans le sens des courroies Niveaux axiaux relativement plus élevés.

8- Défauts d’engrènement La fréquence à laquelle deux roues dentées s'engrènent est appelée fréquence d'engrènement et est donnée par :


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Pour un couple de roues dentées, le choix de la vitesse de rotation et du nombre de dents importe peu, pour autant qu'ils proviennent du même arbre. Chaque contact entre deux dents de roues dentées engendre des chocs, même lorsque les roues dentées s'engrènent parfaitement. Ceci signifie que la fréquence d'engrènement sera toujours présente quel que soit l'état des dents. Au cas où les deux roues dentées comporteraient chacune une dent détériorée, il y aura un choc supplémentaire chaque fois que ces deux dents s'engrèneront. La fréquence de ce choc s'appelle la fréquence de coïncidence et est donnée par :

Cas d’usure des dents Le spectre présente toujours un niveau important de vibration autour de la fréquence d'engrènement. Cette énergie supplémentaire provient des bandes latérales de part et d'autre de la fréquence d'engrènement. Pour chaque paire de roues dentées, il apparaît une série de bandes latérales dont l'inter distance est égal à la fréquence de rotation de chaque roue dentée.


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Lorsque l'usure des dentées augmente, un certain nombre de composants vont évolués dans le spectre. L'usure d'une roue dentée va s'accompagner de : - Augmentation du niveau de la fréquence d'engrènement et surtout du niveau des harmoniques de cette fréquence. Suite à l'usure des dents, l'engrènement va provoquer de plus en plus de chocs. Ceux-ci existent principalement les harmoniques de la fréquence d'engrènement. - Augmentation du niveau des bandes latérales autour de la fréquence d'engrènement. - Augmentation du bruit généré et excitation possible de la fréquence naturelle des roues dentées. L'excentricité d'une roue dentée ou le balourd d'un axe provoque également l'apparition de bandes latérales autour de la fréquence d'engrènement à un intervalle correspondant à la vitesse de rotation de l'arbre. Un mésalignement fera apparaître des bandes latérales autour de la fréquence d'engrènement à 2x la vitesse de rotation de l'arbre. Un jeu trop grand entre les dents fera également augmenter le niveau de bandes latérales.


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Les avantages et les inconvénients des techniques de contrôles non destructifs 1 - Introduction Cet article technique est rédigé pour aider les lecteurs à trouver réponse à leur interrogation concernant les avantages et les inconvénients des méthodes de contrôles non destructifs

utilisées

pour

évaluer

les

défauts

existants

dans

les

soudures.

Vous êtes invités bien évidemment à apporter vos commentaires, observations et expériences dans le cadre placé tout en bas de cet article intitulé Vos commentaires.

2 - Comparaison des possibilités de détection des défauts plans et volumiques Comparaison des possibilités de détection des défauts plans et volumiques selon la méthode de contrôle Contrôle de surface Contrôle de volume Ressuage Magnétoscopie Radiographie Ultrasons

Méthodes de contrôle Détection des défauts selon la méthode de contrôle

Défauts volumiques

**** Défauts plans bien **** orientés

** ****

**** ****

*** ****

Défauts plans mal orientés

**

*

****

****

3 - Le contrôle par ressuage 3 - 1 - Avantages du contrôle par ressuage

Procédé de contrôle économique Procédé de contrôle relativement rapide Facile à mettre en oeuvre avec les produits pré émulsionnés Bonne sensibilité de détection des défauts débouchants avec appréciation de leurs longueurs Détection possible de petits défauts Procédé insensible à l'orientation des défauts par rapport à la surface Utilisable sur des matériaux amagnétiques à l'inverse de la magnétoscopie Possibilité d'automatisation du procédé


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3 - 2 - Inconvénients du contrôle par ressuage

Détection des défauts obligatoirement débouchants en surface Accès d'un seul côté pour les éléments creux de faibles diamètres Procédé utilisable sur matériau non poreux Impossibilité de contrôler les matériaux poreux (bruit de fond trop important) La surface à contrôler ne doit être mise à nu (aucun revêtement) et doit être propre Nettoyage et dégraissage rigoureux des pièces avant le contrôle Les opérateurs doivent être expérimentés pour certaines techniques Impossibilité d'évaluer la profondeur des défauts Impossibilité de révéler les défauts internes et obstrués Produits inflammables, volatils et nocifs Gestion des déchets liquides rejetés à l'égout

4 - Le contrôle par magnétoscopie 4 - 1 - Avantages du contrôle par magnétoscopie

Procédé de contrôle économique Méthode de mise en oeuvre plus rapide que le contrôle par ressuage Facilité de détection des défauts débouchants et immédiatement sous-jacents (à 2 mm maxi). Les défauts peuvent être matés ou obstrués. Rapidité relative d'obtention des résultats. Possibilité d'apprécier la longueur des défauts Bonne sensibilité de détection des défauts perpendiculaires au champ.

4 - 2 - Inconvénients du contrôle par magnétoscopie

Méthode de contrôle exclusivement réservée aux matériaux ferromagnétiques. Impossibilité de détecter des défauts en profondeur (> 2 mm de profondeur). Risque d'interprétation d'images fallacieuses (sur filetage de vis par exemple) Aimantation difficile des pièces à géométrie complexe Risque électrique par passage direct de courant. Risque de micro fissuration sur certains aciers sensibles Démagnétisation obligatoire après contrôle. Limitation du contrôle pour les grandes dimensions de pièces. Elimination de la laque contrastante et recyclage des effluents Génération de champs magnétiques intenses (Hygiène, Sécurité, Environnement)

5 - Le contrôle radiographique 5 - 1 - Avantages du contrôle par radiographie

Facilité de détection des défauts internes des pièces Rapidité relative d'obtention des résultats (de l'ordre de 15 minutes). Bonne sensibilité de détection des défauts. Traçabilité et archivage des résultats par l'intermédiaire d'un film Numérisation possible avec un traitement d'images

5 - 2 - Inconvénients du contrôle par radiographie

Investissement relativement important Mise en oeuvre délicate sur chantier avec tube à rayons X. Limitation du contrôle par les épaisseurs et par le matériel utilisé. Sensibilité de détection liée à l'orientation du défaut par rapport au rayonnement ionisant

Les règles de sécurité sont rigoureuses et contraignantes


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Les opérateurs doivent être très expérimentés

6 - Le contrôle par ultrasons 6 - 1 - Avantages du contrôle par ultrasons

Méthode très sensible à la détection des défauts plans correctement orientés Détection précise des défauts dans l'épaisseur de la pièce Accès sur une seule face pour contrôler la totalité du volume Souplesse d'utilisation sur les chantiers Automatisation possible du procédé Numérisation et traçabilité possible avec un traitement d'images

6 - 2 - Inconvénients du contrôle par ultrasons

Utilisation obligatoire d'un couplant (eau, gel) entre le palpeur et la pièce Difficulté de mise en oeuvre sur faibles épaisseurs Mise en oeuvre délicate sur matériau à structure métallurgique hétérogène (gros grains, fonte, moulé, centrifugé) Zone morte ou aveugle en surface de contact du palpeur Sensibilité de détection liée à l'orientation du défaut vis à vis de la propagation des ondes acoustiques Les opérateurs doivent être qualifiés et très expérimentés

7 - Le contrôle par Courant de Foucault 7 - 1 - Avantages du contrôle par Courants de Foucault

Rapidité de palpage et de détection (3 fois plus rapide que la magnétoscopie) Détection possible à travers un revêtement surfacique Aucune préparation particulière de la surface à contrôler Qualité de détection indépendante de la vitesse de palpage Pas de nécessité d'étalonnage de l'appareil, une simple calibration est suffisante Traitement informatique avec stockage des données de modélisation Contrôle non polluant. Pas de traitement d'effluents

7 - 2 - Inconvénients du contrôle par Courants de Foucault

Investissement important Effet de bords des pièces produisant des signaux parasites Détection de défauts débouchants en surface Le revêtement de surface doit être non magnétique et isolant électrique. Importance du positionnement de la sonde par rapport au défaut existant Formation théorique et pratique des utilisateurs et intervenants


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- Définition de la normalisation des contrôles de soudures NORMALISATION EUROPÉENNE DES CONTRÔLES DE SOUDURES

Types de contrôles ou d'essais

Critères d'acceptation des défauts

Méthode de contrôle

Règles générales pour les C.N.D.

EN 12062

Examen visuel

EN 970

Contrôle par ressuage

EN 571

EN 25817 / EN 30042 ISO 5817 / ISO 10042 EN 1289

Contrôle par magnétoscopie

EN 1290

EN 1291

Contrôle par courant de Foucault

EN 1711

Contrôle par ultrasons

Contrôle par radiographie

EN 1714 EN 444 / EN 1435 / EN 462 : 12-3 ISO 2437 EN 25580 / EN 473 EN 584

EN 1712 / EN 1713 EN 25817 / EN 30042 ISO 5817 / ISO 10042

AFNOR E 90 300 ISO 2372 NIVEAUX VIBRATOIRES ADMISSIBLES SUR LES MACHINES TOURNANTES

Niveaux admissibles (mm/s rms)

vibratoires Groupe 1

Groupe 2

Amplitude efficace de la Vitesse 18.0 Vibratoire

Groupe 3

Groupe 4 Mauvais

Mauvais

18.0

11.2

Limite

Mauvais

(mm/s Eff) 11.2

Mauvais

dans la bande

[10 ; 1000] Hz

7.1

7.1

Limite

7.1

4.5

Limite

4.5

Moyen

2.8

Moyen

2.8

2.8

Limite

Moyen


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Bon

CND



1.8

1.8

1.12

Moyen

1.12 Bon Bon

0.71 Bon

Groupe 1 : Eléments de moteurs ou de machines qui, dans ses conditions normales de fonctionnement, sont intimement solidaires de l’ensemble d’une machine. (Les moteurs électriques produits en série, de puissance allant jusqu’à 15 kW, sont des exemples typiques de machines de ce groupe) Groupe 2 : Machines de taille moyenne, (en particulier moteurs électriques de puissance comprise entre 15 et 75 kW) sans fondations spéciales. Moteurs montés de façon rigide ou machines (puissances jusqu’à 300 kW) sur fondations spéciales. Groupe 3 : Moteurs de grandes dimensions et autres grosses machines ayant leurs masses tournantes montées sur des fondations rigides et lourdes, relativement rigides dans le sens de la vibration. Groupe 4 : Moteurs de grandes dimensions et autres grosses machines ayant leurs masses tournantes montées sur des fondations relativement souples dans le sens de la vibration (exemple : groupe turbogénérateurs, particulièrement ceux qui sont installés sur des fondations légères).

Références bibliographiques http://www.ndt-ed.org/ http://www.survitec.fr http://www.flir.fr/ http://defectbearing.chez-alice.fr/ http://cours.uvt.rnu.tn/ http://www.soudeur.com


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Institut Supérieur Des Systèmes Industriels de Gabès

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