Les contrôles non destructifs

Contrôles Non Destructifs
C.N.D

CONTRÔLES NON DESTRUCTIFS
L’appellation « C.N.D » regroupe de
nombreux procédés dont la caractéristique
commune est l’examen sans destruction des
matériaux ou des produits finis pour en
évaluer la qualité ou l’intégrité.

POURQUOI FAIRE DES C.N.D ?
- Pour s’assurer qu’ une pièce, un équipement, seront
aptes à rendre le service qu’on attend.
- Pour éviter des ruptures, prévenir des accidents et des
pertes de vies humaines.
- Pour garantir la satisfaction du client et de la
réputation du fabricant.
- Pour améliorer la conception d’ un équipement.
- Pour diminuer les coûts de production.
- Pour contrôler les paramètres de fabrication.
- Pour maintenir un niveau constant de qualité.
- Pour garantir qu’ un équipement est opérationnel.
Dans le cadre d’une maintenance préventive systématique ou conditionnelle

On distingue 2 grandes familles de CND :
Les méthodes dites de surface
Le défaut est localisé en surface extérieure de la pièce
- Examen visuel,
- Ressuage,
- Magnétoscopie,
- Courants de Foucault.
Les méthodes dites volumiques
Le défaut est localisé dans le volume de la pièce
- Ultrasons,
- Rayonnement ionisant (X,γ,α, …).

Examen visuel
- Technique de CND très simple à mettre en œuvre,
- Observation de la surface d’un objet,
- Nécessite une source de lumière.

Orienter la pièce dans
Le champ optique
Du faisceau
Placer l’œil dans le
Champ du faisceau
Phase
d’excitation
Phase de
révélation
Phase de
perturbation
Produire un
faisceau lumineux
Principe :

Exemples de contrôles visuels :
microscope
Lumière U.V.
Lumière
blanche

Ressuage
Le ressuage est la méthode de contrôle non destructif
la plus répandue dans le monde :
- 30 à 40 % des CND effectués.
Cette méthode très ancienne (déjà utilisée en 1890 à
la SNCF, 1910 chez Rolls Royce), consiste à appliquer
sur la surface à contrôler, préalablement nettoyée et
séchée, un liquide d’imprégnation coloré ou fluorescent
«PENETRANT» qui s’infiltre par capillarité dans les
discontinuités débouchantes. Après un temps
d’imprégnation, l’excès de pénétrant est éliminé par
lavage.

QUAND UTILISER LE RESSUAGE ?
 Le ressuage peut être mis en œuvre à tous les stades
d’élaboration d’une pièce:
- obtention du brut,
(moulage, forgeage, matriçage,..)
- en fabrication,
- après traitements thermiques,
- contrôle final,
- maintenance,
(liste non limitative)

- Nettoyage de la surface à examiner.
- Dégraissage et Séchage.
Les étapes du contrôle par ressuage
1/ Préparation de la surface

Préparation de la surface
- la pièce doit être propre :
La sensibilité de détection des défauts est souvent
déterminée par le mode de préparation des
surfaces.
La rigueur apportée au nettoyage préliminaire
favorise grandement les résultats de l’examen.

- Application d’un pénétrant pré émulsionné (ici
coloré) qui entre par capillarité dans les
discontinuités ouvertes à la surface de la pièce.
- Imprégnation.
2/ Application du pénétrant

Application du pénétrant
– pinceau
– pistolet
- générateur aérosol
- immersion
Les durées d’imprégnation dépendent des
discontinuités recherchées.

- Elimination du pénétrant excédentaire.
- Séchage.
3/ Nettoyage

Elimination de l’excès de pénétrant
Pénétrant pré-émulsionné
• lavable à l’eau (p<2 bars)
ou mélange eau + air <2 bars
économique, facile d’emploi
Pénétrant à post-émulsion
• lavable à l’eau après émulsification
• émulsifiants lipophiles, hydrophiles

Séchage
 chiffons secs non pelucheux
 circulation d’air chaud
(température surface pièce <50°C)
 évaporation naturelle

- Application d’un révélateur.
4/ Application du révélateur

Application du révélateur
il utilise le phénomène de capillarité
Révélateurs secs:
• poudre blanche qui se dépose sur les zones
de ressuage.
Révélateurs humides:
• principalement utilisés avec des supports
liquides volatils, ils se déposent sur toute la
surface contrôlée et forment un dépôt
contrastant.

- Ressuage. Le révélateur absorbe le pénétrant resté
dans les discontinuités et forme une image par contraste
de couleur.
- Interprétation.
- Nettoyage des surfaces après interprétation.

Examen - Interprétation
Fissure fine
sous UV-A
Fissure
Fissure large
Porosités
ou piqûres

Conditions d’observation norme
NFEN ISO 3059 Décembre 2001
Observation en lumière blanche
- 500 lux mini
Observation en éclairage UV-A
- 1000 µW/cm² mini, 1500 en aéronautique
- lavage sous UV-A (365 nm)
- le poste de travail doit être propre, isolé de
la lumière blanche (maxi 20 lux)
- l’opérateur doit adapter sa vue à la faible
luminosité.

Exemples de contrôle par ressuage
lumière blanche lumière ultraviolette
Pénétrant fluorescentPénétrant rouge

Exemples de contrôle par ressuage

Les produits de
Ressuage
- Nettoyants, pénétrants, révélateurs

INSTALLATION DE RESSUAGE
Lampes U.V.

Quelle sensibilité attendre du ressuage ?
Le ressuage permet en série, avec des pénétrants
fluorescents de mettre en évidence des indications
dont l’ouverture est de 2 micromètres environ,
la profondeur p de 0,01 à 0,015 mm

Avantages
- peut être effectué sur toutes sortes de matériaux non
poreux et non rugueux, de géométrie et de dimensions
quelconques, facilité de mise en œuvre (pour pénétrants pré
émulsionnés).
-Bonne sensibilité de détection des défauts avec appréciation
de leur longueur (la sensibilité de détection des défauts
dépend de l'acuité visuelle et du seuil différentiel de
contraste de l'opérateur, de l'état de surface et de la qualité
du nettoyage de la pièce)
- Méthode globale autorisant l’examen de la totalité de la
surface de la pièce (l'orientation des défauts est sans
influence)

Inconvénients
- Les défauts doivent être débouchants et non
obstrués (par de la graisse, de la peinture, de
l'oxyde, de la calamine,…).
- Il est nécessaire d’effectuer un dégraissage et un
décapage préalables soignés.
- Les opérateurs doivent posséder une grande
expérience.

HYGIENE ET SECURITE :
Utilisation de lumière ultraviolette, utilisation,
stockage et élimination de produits chimiques dont
certains sont inflammables.
Utilisation de produits chimiques
Protection des voies respiratoires
Protection des yeux

Principe :
Un champ magnétique intense est appliqué sur
la pièce.
En répandant ensuite un produit contenant des
particules magnétiques (traceurs magnétiques), on
visualise les fuites de champ comme les nœuds
dans les veines d’un bois.
Ces fuites traduisent la présence d’un défaut en
surface ou sous-jacent.
Magnétoscopie

L'examen peut être effectué en lumière blanche avec
des fonds contrastants et des traceurs (révélateurs
magnétiques) colorés ou en lumière ultraviolette avec
des traceurs fluorescents.
Les traceurs peuvent être secs ou humides :
Les traceurs secs : ils sont ferromagnétiques, très
mobiles sur la pièce et très visibles à l'œil.
Les traceurs humides : les liquides porteurs sont soit
des produits aqueux non inflammables (eau +
mouillant + antimoussant + antioxydant +
bactéricides), soit des produits au kérosène
inflammables (kérosène + antidermique).

- passage de flux magnétique dans la pièce
Aimantation

- Application d’un traceur
Aérosol
Liquide
Poudre

- Examen de la surface
En lumière blanche
En lumière ultraviolette

Exemples de contrôle par magnétoscopie

Installation pour la magnétoscopie

Avantages
-Les défauts sous-jacents peuvent être détectés (de 1 à 2
mm à partir de la surface).
-Il existe plusieurs méthodes d’aimantation
-Les défauts peuvent être obstrués (oxyde, calamine...)
-Bonne sensibilité de détection des défauts avec
appréciation de leur longueur (la sensibilité de détection
des défauts dépend de l'acuité visuelle et du seuil
différentiel de contraste de l'opérateur, de l'orientation des
défauts et de la forme du flux magnétique utilisé, de la
qualité du produit révélateur, de l'état de surface et de la
qualité du nettoyage de la pièce, de la présence ou pas de
colorations parasites).
Ordre de grandeur de la sensibilité de détection d'une
fissure : longueur minimale 0,5 mm, largeur 1 mm

Inconvénients
-Méthode de contrôle ne s’appliquant qu’à des alliages
susceptibles d’être magnétisés.
-Difficile à mettre en œuvre pour des pièces de grandes
dimensions (longueur du banc de magnétisation, puissance
électrique ou magnétique) ou de forme complexe (comme par
exemple les filetages)
- Risques d’amorçage d’arc et d’échauffement des pièces en
surface au niveau des contacts (méthode d'aimantation par
passage de courant)
- Nécessité de démagnétiser et de nettoyer les pièces après
le contrôle.

Courants de Foucault
Principe :
Cette méthode s'applique à tous les matériaux
conducteurs de l'électricité. Elle consiste à créer dans ces
matériaux des courants induits par un champ magnétique
variable (dans le temps), au moyen d'une sonde.
Ces courants induits, appelés courants de Foucault,
circulent localement dans le matériau. Leur distribution et
leur répartition dépendent du champ magnétique d'excitation,
de la géométrie et des caractéristiques de conductivité
électrique et de perméabilité magnétique de la structure
examinée.

Toutes discontinuités ou variations des propriétés du
matériel qui changent la circulation des courants de Foucault
dans la pièce sont détectées par la sonde en tant que défaut
potentiel.
la sonde qui est excitée avec le courant alternatif, induit des
courants de Foucault dans la pièce en inspection.

La mesure effectuée au cours du contrôle
revient donc à la mesure des variations de
l'impédance de la sonde.
L'interprétation des signaux recueillis se fait en
les comparant à ceux fournis par une pièce de
référence comportant des anomalies représentatives
des phénomènes recherchés.

Exemples de sondes :
Pour contrôle surface plane
Pour contrôle de tube

Exemples de contrôle par courants de Foucault :
Contrôle
Appareil enregistreur
Image sur écran

Contrôles de structures

Contrôle de tubesContrôle automatisé
Exemples d’écrans

Avantages
- Recherche de défauts débouchant (même obstrués) ou
situés à des profondeurs faibles (de zéro à quelques mm)
- Mesures dimensionnelles (mesure d'épaisseur des
revêtements isolants ou de conductivité très différente)
- Tri de pièces dont la conductivité électrique est différente
(même alliage mais traitement thermique différent, nuances
d'alliages mélangées accidentellement...)
- Haute sensibilité de détection des défauts, avec possibilité
d'en évaluer la profondeur
- Discrimination des différents types d’anomalies
(dimensionnelles, structurales...)

Avantages (suite)
- Possibilité de contrôle automatique et en continu de pièces
longues et profilées (tubes, barres, rubans, feuillards ...),
- Vitesses de défilement élevées, le capteur n'est pas
nécessairement au contact de la pièce,
- Mesures possibles sous l’eau,
- Mesures possibles à très hautes températures (900°),
- Transportabilité parfaitement adaptée aux contrôles de
maintenance (tubes de générateurs de vapeur, remontées
mécaniques, ponts suspendus, moteurs d'avions...).

Inconvénients
- Ne s’applique qu’à des matériaux électroconducteurs,
Sensible à de nombreux paramètres dont il faut maîtriser la
variation,
-Difficile à mettre en œuvre pour l’examen complet de
formes complexes (nécessité de fabriquer des sondes
spécifiques)
- Mesures locales, peu adaptées à des balayages rapides
des grandes surfaces planes
- Interprétation des signaux délicate, nécessitant une
formation spécifique des opérateurs.

-Sans impacts nuisibles à l’environnement,
-Compatible avec les exigences d’hygiène
et de sécurité.
HYGIENE ET SECURITE:

Ultrasons
Les ultrasons sont des sons inaudibles par l’homme.
Des ultrasons sont envoyés dans
la pièce à contrôler. Leurs
parcours et leurs rebonds sur les
différents obstacles dans la
pièce, permettent d’obtenir une
image de l’intérieur de celle-ci.

Mesure d’épaisseur
Les Ultrasons Focalisés :
Ils sont utilisés pour examiner des parois métalliques
dont l'épaisseur peut varier de 0,3 mm à plus d'un mètre,
rendre l'examen d'une structure indépendant de sa
géométrie, assurer la reproductibilité des conditions
d'examens au cours du temps, accroître de façon nette la
sensibilité de détection en augmentant le rapport signal sur
bruit.

Inspections de tubes pour des usines pétrochimiques
Exemples de contrôle par ultrasons :
Sonde
Ecran

Contrôle continu câble

Contrôle soudure
Contrôle d’épaisseur

Inspection automatisée
Les inspections ultrasonores automatisées remplacent
progressivement les inspections manuelles.

Avantages
- Examen volumique,
- Grand pouvoir de pénétration (plusieurs mètres dans l'acier
forgé)
- Haute sensibilité de détection des défauts, notamment pour
la recherche de défauts plans (dépend de la fréquence de
l'onde ultrasonore),
- Localisation et dimensionnement des défauts,
- Examen à partir d’une seule face souvent suffisant,
- Détection instantanée, se prête bien à l’automatisation,
- Transportabilité,

Inconvénients
- Pour les contrôles manuels, une grande expérience des
opérateurs est nécessaire,
- Méthode impliquant un très haut niveau de technicité,
- Sensible à la géométrie (forme, rugosité, zones mortes)
- Nécessite l’utilisation de blocs de référence difficiles à
fabriquer,
- Sensible à la nature et à l’orientation des défauts,
- Technique souvent très coûteuse (investissement, temps de
contrôle)

-Sans impacts nuisibles à l’environnement,
-Compatible avec les exigences d’hygiène
et de sécurité.
HYGIENE ET SECURITE:
Absence totale d’inconvénients liés à l’hygiène et la sécurité

Rayonnements ionisants
La radiographie en CND utilise le même
principe que la radiographie médicale.
Un rayonnement traverse la pièce à contrôler
et vient impressionner un film.
L’image de ce film permet d’obtenir l’image de
l’intérieur de la pièce.

La Radiographie par Rayons X :
Les rayons X sont produits dans un tube radiogéne par
freinage d’un faisceau d’électrons rapides.
La Radioscopie par Rayons Gamma :
Les rayons Gamma sont émis par les noyaux
radioactifs des sources d’iridium 192,d‘ytterbium 169 ou de
cobalt 60.

Exemples de contrôle par rayonnements ionisants :

Exemples de contrôle par rayonnements ionisants :
Radiographie d’un tuyau
Exemples de radiogrammes

Avantages
- Examen possible en temps réel,(radioscopie)
- Pas de zone morte sous la surface,
- Conservation possible des radiogrammes plusieurs
dizaines d’années,
- Transportabilité (générateurs de rayons X de faibles
énergies, appareils de radiographie gamma portatifs
d'environ 20 kg : possibilité de radiographier jusqu'à 80 mm
d'acier avec l'iridium 192)

Inconvénients
- La sensibilité de détection des défauts dépend des
dimensions de la source et de son énergie, de la position et
de l’orientation des défauts dans la pièce, de l’épaisseur de la
pièce, de la sensibilité du film, … ,
- Difficulté de localiser les défauts en profondeur,
- Coûts de fonctionnement élevé (sources de rayonnement,
entretien du matériel, films radiographiques, contrôles
obligatoires, radioprotection...),
- L’interprétation des radiogrammes est souvent délicate et
nécessite une formation des opérateurs de niveau élevé,
ainsi qu’une grande expérience.

La radiographie nécessite l’utilisation de sources radioactives

Inconvénients en hygiène et sécurité
- Les rayonnements utilisés sont dangereux et peuvent
provoquer des maladies professionnelles très graves,
- Les opérateurs doivent posséder une certification (CAMARI)
pour pouvoir manipuler les différentes sources,
- Les travailleurs sont classés travailleurs de catégorie A et
portent un dosimètre individuel
- La réglementation est souvent très contraignante
(transport et stockage des sources radioactives,
déclarations, autorisations, travail des femmes...) .

Analyse vibratoire et acoustique
Dans quel cadre utilise t-on l’outil d’analyse vibratoire ou acoustique ?
L’outil d’analyse est utilisé tout au long de la vie des composants, systèmes et
sous systèmes tournants.
Ces outils de mesure sont utilisés dans le cadre d’une maintenance préventive
conditionnelle

Définition: Maintenance conditionnelle :
maintenance préventive subordonnée au franchissement d’un seuil
prédéterminé d’un paramètre significatif de l’état de dégradation du bien.
PRINCIPE DE LA MAINTENANCE CONDITIONNELLE

PRINCIPE DE L’ANALYSE VIBRATOIRE ET ACOUSTIQUE
3/ APPROCHE INTUITIVE
Perception subjective des phénomènes
A proximité d’une machine
On peut entendre le bruit et sentir les vibrations
de la machine
Ces deux indicateurs peuvent fournir des
indications sur un changement de comportement de
la machine
La quantification et la qualification des bruits et
vibrations sont des moyens privilégiés pour la
maintenance conditionnelle

Les vibrations d’une machine sont souvent
perceptibles par simple contact de la main sur la
structure.
Les vibrations et bruits ressenties proviennent des forces internes
4/ les sources du bruit
Il est rarement possible de faire la distinction entre
les différentes origines des vibrations et bruits
perçues.
La perception de l’énergie vibratoire est différente
selon que la main est placée sur le palier (1) sur la
carcasse (2), sur le châssis (3) et sur le sol (4).

5/ PRINCIPE DE MESURE
Capter Traiter Analyser

PRINCIPE DE L’ANALYSE VIBRATOIRE
5.1/ Les capteurs pour la mesure vibraroire et acoustique

PRINCIPE DE L’ANALYSE
6/ DEFINITION D’UNE VIBRATION (norme 90-001)
Une vibration est une variation avec le temps d’une grandeur caractéristique
du mouvement ou de la position d’un système mécanique lorsque la grandeur
est alternativement plus grande et plus petite qu’une certaine valeur moyenne
ou référence.
Les phénomènes vibratoires sont des
phénomènes périodiques ou apériodiques
plus ou moins complexes.
Un signal vibratoire se caractérise
essentiellement par son amplitude ,sa
fréquence et/ ou sa période.
Notions fondamentales

PRINCIPE DE L’ANALYSE VIBRATOIRE
Exemple d’une vibration ou bruit sinusoïdale
L’expression la plus simple est celle du mouvement purement sinusoïdal comme
celui généré par un balourd simple

7/ CARACTERISTIQUES D’UNE VIBRATION OU D’UN BRUIT
7.1/ L’amplitude
L’amplitude A du signal peut être représentée de différentes manières:

7/ CARACTERISTIQUES D’UNE VIBRATION
7.2/ La fréquence:
La fréquence F d’un phénomène est le nombre de répétitions (périodes)
de ce phénomène en une seconde:
Exemple:
pour un moteur tournant à 1500 tr/min, la fréquence de rotation
est égale à: 1500/60=25 Hz

7/ CARACTERISTIQUES D’UNE VIBRATION OU D’UN BRUIT
7.3/ La période:
L’amplitude et la fréquence permettent de caractériser ,les grandeurs
utilisées dans la définition d’une vibration ou d’un bruit:
Le déplacement, la vitesse et l’accélération
La période T d’un phénomène est l’intervalle de temps séparant deux
passages successifs à une même position et dans le même sens.

8/ TRANSFORMEE DE FOURIER (FFT)
La Transformée de Fourier rapide (FFT) convertit le signal du domaine
temporel vers le domaine fréquentiel

Exemple de signal réel

9/ SOURCES D’EXCITATION
Définition:
Le phénomène de balourd mécanique est lié à une répartition non homogène
de la masse autour de l’axe de rotation: l’axe d’inertie de l’arbre n’est pas
confondu avec l’axe de rotation.
9.1/ Le balourd mécanique

9.1/ Le balourd mécanique

Analyse vibratoire acoustique
9.2/ Délignage
Le délignage ou défaut de lignage est dû à la non coïncidence des axes
de rotation de 2 machines accouplées. Selon les positions géométriques
des deux axes, on distingue 3 types de délignage
Le délignage parallèle:Défaut
de concentricité des deux arbres
Le délignage angulaire: Défaut
de parallélisme des deux arbres
Le délignage angulaire et parallèle: Combinaison des deux
précédents

9.2/ Délignage

10/ SURVEILLANCE DES MACHINES:
10.1/ Outil de mesure: L’accéléromètre ou microphone
Mesure vibratoire Mesure acoustique
Les mesures de vibrations sont
réalisées au plus prés et au droit des
paliers de la machine
Les mesures acoustiques sont
réalisées au abords immédiats de la
machine, sans contact avec celle-ci.

10.2/ Installation et localisation des points de mesure:
Les capteurs utilisés mesurent les vibrations selon une direction,
généralement confondue avec leur axe de symétrie. Sauf pour le
capteurs trois axes

10.3/ Mesure en niveau global:
Le niveau global constitue le premier indicateur de sévérité vibratoire
et phonique car il quantifie l’énergie globale du signal.
Il peut être élaboré à partir du signal temporel:
Le résultat de ce traitement est une valeur numérique unique

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