Panorama sur les contrôles non destructifs

Stage National TIV-Version 2006 1
Panorama sur les contrôles non destructifs
FFESSM
Commission Technique Nationale
Philippe POINBOEUF

1) Introduction
2) Objectifs des contrôles non destructifs
2) Principe doctrinal du contrôle
3) Examen visuel
4) Ressuage
5) Magnétoscopie
6) Courants de Foucault
7) Essais hydrauliques
8) Test d ’étanchéité ( hélium)
9) Rayonnements ionisants ( radiographie et gammagraphie)
10) Emission acoustique
11) Les ultrasons ( notions fréquence, mesures épaisseurs…)
12) Tableau de synthèse comparatif
13) L ’application aux bouteilles de plongée
14) Conclusion
Philippe POINBOEUF
Sommaire

Etudes et Spécification
de
fabrication
Un client, une expression de besoin
Réalisation du produit
Contrôle du produit
Conformité ???
Service Contrôle
Positionnement du contrôle dans l’entreprise

Principe doctrinal du contrôle
Produit à
contrôler
Pourquoi?
Choix technique (s)
de contrôle
Spécification (s)
de contrôle
Personnel
qualifié
Matériel
étalonné
Critères
d ’évaluation
Qualité Produit
Sécurité
Fiabilité
Coûts...
Procès verbal
Décision
( acceptation ou rebut)
Démarche Qualité
Philippe POINBOEUF

Les opérateurs de Niveau 1
« COFREND 1 » ( Techniciens )
Les opérateurs de Niveau 2
« COFREND 2 »
( Techniciens supérieurs )
Les opérateurs de niveau 3
« COFREND 3 » ( Ingénieurs )
Industrie FFESSM
Les TIV
Les formateurs de TIV
Les Formateurs de Formateurs
de TIV
Un objectif commun: la Qualité de la prestation et sa rigueur
Les acteurs du contrôle: « les contrôleurs »

La procédure Le rapport de contrôle
L’archivage des documents
Les documents de référence

Les techniques Contrôle et leur objectif
Destructifs
Non destructifs
Essais mécaniques
Métallographie
Visuel, ressuage,
vide,radio…..
Dégradation du
matériau
Intégrité du matériau
Connaissance des
défauts
( localisation, géomètrie...)
Souci Qualité,sécurité
d ’économie...
Philippe POINBOEUF

Définition du contrôle non
destructif
Définition: Méthode de diagnostic de produits, afin de
détecter, localiser, dimensionner, caractériser,d ’éventuels
défauts dans ceux-ci.
Moyens: Utilisation de capteurs dont le fonctionnement est
basé sur les principes de la physique ( électromagnétisme,
rayonnements,propagation, électricité….)
Philippe POINBOEUF

L’examen visuel 1/3
Tout examen visuel doit être réalisé suivant des prescriptions définies dans un
ensemble de documents( procédures, spécifications lesquels doivent comporter à
minima les informations suivantes:
 Type, forme et dimensions des éléments examinés
 Références des documents applicables ( ex:spécification FFESSM)
 Caractéristiques du matériel de contrôle
 Processus de contrôle: zones d’examen, état de surface….
 Critères d’acceptation d’après la spécification de contrôle avec un référentiel
( CODAP,SNCT, RCCM,FFESSM…)
Qualification et références du contrôleur Philippe POINBOEUF
Définition
Technique de contrôle faisant appel essentiellement appel à l’œil humain comme capteur
Variantes
Assistance de matériel complémentaire ( loupe, miroir, endoscope, fibroscope)
Règles

Les moyens 1/2
L’ oeil
La lampe du TIV
Les endoscopes
Loupe

Les moyens 2/2
Les fibroscopes
L’imagerie associée
Caméra
Ecran de visualisation
Exemple: flamme de four

Principe:
Détection de cavités débouchantes à la surface d’un matériau qui repose sur la
Capacité de certains liquides à pénétrer, puis à ressuer par capillarité, dans ces
discontinuités géométriques
Notion de liquide avec tension superficielle faible
Présence de traceurs colorés
Le Ressuage 1/10

Le Ressuage 2/10
Les grandes phases

Le Ressuage 3/10
5 étapes principales

Le Ressuage 4/10

Le Ressuage 5/10

Le Ressuage 6/10

Le Ressuage 7/10

Le Ressuage 8/10
Ressuage classique

Le Ressuage 9/10
Ressuage avec éclairage lampe de WOOD

Le Ressuage 10/10
Ressuage avec éclairage lampe de WOOD

La Magnétoscopie 1/4
Principe:
-La zone à contrôler est soumise à un flux magnétique, crée par l’aimant
-projection de poudre magnétique, qui se répartit de manière homogène si la pièce
est saine
-agglomération de poudre dans les zones de défauts
Conditions opératoires:
- un aimant ou un électro-aimant
- des matériaux ferromagnétiques
- des défauts proches de la surface ( débouchants ou non)

Le principe

Les limites de la technique

Les Courants de Foucault
Conditions:
-Matériaux conducteurs d’électricité
-Capteur générant un champ magnétique
-Création de courants induits « courants de Foucault »
-Présence de défauts créant une variation d’impédance du capteur

Principe

Les limites de la technique
Fonction de la fréquence

Les essais hydrauliques 1/2
Opérateurs de contrôle
Procédure, protocole
Critères
Conditions d’acceptation:
1) Pas de fuite
2) Pas de déformation permanente
Les moyens:
- Eau
- Pompe épreuve
- Manomètres de contrôle
( pompe, sur la rampe, bouteille)
- Flexibles de raccordement
- Vannes d’isolement
- Vannes de purge
- Caisson type « bunker » ( ?)
- Moyens visuels de contrôle

Les essais hydrauliques 2/2

Tests étanchéité1/4
Principe:
Toute perte d’étanchéïté se traduit par une fuite que le contrôleur se doit
de détecter,
de localiser
de quantifier, si possible ( notion de taux de fuite
Les moyens utilisés: un gaz utilisé comme traceur et un détecteur
Les techniques:
La bulle dans l’eau
La mousse de savon ( ou le détecteur type « mille-bulles)
L’ammoniac
Les halogènes
L’oxygène-mètre
La technique à l’hélium ( la plus courante dans l’industrie)

Tests étanchéité 2/4: le test Hélium
Principe:
La paroi dont on veut contrôler l’étanchéité est soumise à une différence de pression:
-du côté de la pression la plus forte se trouve un gaz traceur ( hélium)
-du côté de la pression la plus faible, on localise un détecteur capable de déceler
dans l’atmosphère de très faibles concentration de gaz
Gaz: l’hélium du fait de sa « fluidité »( bonne diffusion ( très sûr en terme de détection)
Capteur: un spectromètre de masse calé sur l’hélium

Tests étanchéité 3/4: le test Hélium
2 techniques :
Méthode sous vide:
L’enceinte à tester est mise sous vide avec
un groupe de pompage, relié au détecteur.
Aspersion ou immersion avec de l’Hélium
Méthode sous pression:
L’enceinte à tester est mise sous pression
d’hélium. Le détecteur He vient renifler
la surface de l’enceinte

Tests étanchéité 4/4 : le test Hélium
Les matériels

Rayonnements ionisants 1/15
Principe:
Le contrôle interne d’un objet à l’aide rayonnements ionisants, consiste à le
faire traverser par un rayonnement ( X ou γ) de très courte longueur d’onde, et à recueillir
la variation d’intensité du faisceau ( fonction de l’atténuation dans le matériau), sous forme
d’une image sur un récepteur.
Les moyens:
 un rayonnement primaire dont le choix est fonction du matériau à contrôler
 une source de production du rayonnement primaire
 un objet avec des caractéristiques et défauts propres((notamment épaisseur et densité)
 un rayonnement résiduel dit « secondaire »
 un support de sensibilisation ( film, plaque avec convertisseur analogique-numérique)

Principe général

Impact de la géométrie et du type d’anomalie

La Radiographie
Principe:
Le rayonnement X est émis par un tube en verre ou en céramique sous un vide poussé
comportant, une cathode émettrice d’électrons ( par effet thermo-ionique) et une
anti-cathode encastrée dans une anode inclinée, portée à un potentiel électrique
Élevé ( 100 à 400 kV). Le champ électrique ainsi crée, permet l’accélération des
électrons arrachés à la cathode et qui viennent percuter la « cible », provoquant ainsi
la production du rayonnement X ( 0,01 nm < L< 0,18 nm).
Il est en principe récupéré au travers une fenêtre latérale

Avantage: coupure de la source rapide ( alimentation électrique)
Inconvénient: manipulation à risque ( Aptitude CAMARI pour les opérateurs)

Les différents tubes X

Caractéristiques des rayonnements X

On définit un 3ème facteur qui est l’activité de la source radioactive ( « sa
puissance nucléaire ») qui correspond au nombre d’atomes se transformant par unité
de temps. Elle s’exprime en Becquerel ( anciennement le Curie)
:
Principe de la Gammagraphie:
Certains isotopes d’éléments sont radioactifs, c’est à dire,qu’ils subissent
Spontanément une modification de leur structure nucléaire, qui s’accompagne
D’une émission de rayonnements ( α, β( électrons) ou γ ( rayonnement des photons) .
Ces éléments peuvent être naturels ( comme le radium ou l’uranium) ou artificiels
( cobalt, césium, iridium) et sont caractérisés par leur énergie.
L’émission de ce rayonnement décroît de façon exponentielle avec le temps.
On définit ainsi la notion de période ( comme en plongée) qui caractérise
la demi-vie de l’élément ( temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux
actifs.

Les caractéristiques des rayonnemments en gammagraphie

Le Matériel en gammagraphiel

Les limites de la méthode
Les différences d’absorption:
La sensibilité des détecteurs fait que ne seront mis en évidence que les différences
d’absorption suffisantes pour l’énergie du rayonnement utilisé. En effet:
 il est plus délicat de mettre en évidence une bulle d’air dans un matériau léger
( type caoutchouc que dans l’acier
 un défaut plat ( fissure) , ne sera détectable que dans la mesure où il est dans
une orientation correcte par rapport à la direction du rayonnement
Il est difficile, voire impossible de détecter des défauts mineurs derrière
une particule lourde

Etat de surface:
Un état de surface irrégulier ( rugosité de moulage en fonderie par exemple)
ne permet pas, ou du moins perturbera considérablement la détection des défauts.
En effet leur image sera noyée dans le « bruit de fond » hétérogène du cliché
radiographique, d’où la nécessité dans ce cas de préparer la surface par meulage.
Les limites de la méthode

Exemples
Corps de Vanne

Exemples
Gammagraphie de bouteille de plongée

Limites de la technique

L’émission acoustique: principe 1/4
Principe
Quand un matériau se déforme, se fissure, sous l’action de contraintes, il génère
des ondes élastiques.Ces trains d’ondes se propagent dans le matériau en fonction
des ses propriétés acoustiques et de la géométrie de la pièce à
Contrôler et parviennent aux différents capteurs installés sur la structure.
Les signaux ainsi recueilles et traités par une chaîne de mesure, permettent de:
 localiser la zone de dégradation
 évaluer son intensité en fonction de la sollicitation mécanique de la structure
 suivre son évolution par rapport à un référentiel
Avantage:
Rapidité de contrôle
Possibilité de réaliser les contrôles sans altération du process
Domaine d’application
Les réservoirs de stockage
Les matériaux composites

L’émission acoustique 2/4
Exemple:

Les ultrasons: la matière
Les états de la matière
Les gaz:
Les molécules sont
très éloignées
Les liquides:
Molécules plus proches, moins
Mobiles car elles s’attirent
Les solides:
Les molécules sont très proches.
Ils sont dits cristallisés ( sous forme
de réseaux)

Les ultrasons: le principe
Le principe:
Transfert d’une onde acoustique, à l’aide d’un capteur, dans un matériau à
Contrôler. En fonction des défauts rencontrés dans la structure, une partie de
l’énergie est réfléchie vers un capteur récepteur. C’est le principe qui est utilisé en
échographie médicale.

Les ultrasons:les paramètres 1/2
Les différents paramètres d’une onde 1/2
Analogie avec système masse ressort ( en mécanique)
LA PERIODE ( T):
Le temps qui s’écoule entre 2 passages de la masse, dans le même sens, à
un endroit donné ( par exemple pour un maximum d’amplitude)
Unité: Seconde
LA FREQUENCE:
Le nombre de cycle du phénomène par seconde (F= 1/T)
Unité: le Hertz ( Hz)
Par exemple un événement se reproduisant 1 fois par seconde, a une
fréquence de 1 Hz

Les ultrasons: les paramètres2/2
Les différents paramètres d’une onde 2/2
Enregistrement du déplacement
La longueur d’onde ( λ) :
La distance qui sépare 2 points dans le même état vibratoire
Unité: mètre

Les ultrasons: les types d’ondes
Les différents type d’ondes
Ondes longitudinales ( compression):
L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaire
est parallèle à la direction de propagation
Exemple du ressort
Dans la matière
( propagation dans tous les milieux)
La vitesse de l’onde

Les ultrasons: les ondes
Les différents type d’ondes
Ondes transversales ( cisaillement):
L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaire
est perpendiculaire à la direction de propagation
Exemple du ressor:t
Dans la matière
( pas dans les gaz et les liquides)
La vitesse de l’onde

Les ultrasons: les vitesses
Les vitesses de propagation
Les fréquences de travail
1 MHz< F < 15 MHz

Les ultrasons: l’impédance acoustique
Définition:
Chaque matériau est caractérisé, en ce qui concerne son comportement face
aux ondes acoustiques qui s’y propagent, par son impédance acoustique ( Z)
Impédance ( Z) = Masse volumique ( ⍴) X Vitesse ( V)
Analogie: impédance d’un circuit électrique ( adaptation d’impédance)
Conséquence pour le contrôleur: avoir l’adaptation d’impédance
acoustique optimale

Onde incidente issue du capteur amplitude Ai
Onde réfléchie par l’interface amplitude Ar
Onde transmise dans le matériau amplitude At
Conséquence: Pour un bon couplage acoustique entre un bloc de plongée et le
Capteur ( air-acier) , le contrôleur doit interposer un liquide intermédiaire.
Dans le cas contraire, seul 1% de l’énergie est transmise dans le matériau
Les ultrasons: les interfaces entre 2 matériaux

Les ultrasons: l’atténuation des ondes ( info)

Les ultrasons:les interfaces (applications)
ondes
capteur
Bouteille de plongée
Exemple industriel

Les ultrasons:la piézo-électricité

Les ultrasons:constitution d’un capteur
Coupe d’un capteur

Un capteur est caractérisé par:
son type ( droit, angle…)
sa fréquence ( de 1 à 15 MHz)
 son diamètre ( qlqes mm à 300 mm)
son amortissement
Les ultrasons:les caractéristiques

Les ultrasons:la chaîne de contrôle

Les ultrasons:la visualisation

Les ultrasons:les matériels

Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur
Principe:
Toute discontinuité ou interface se comporte comme un réflecteur vis à vis des ondes
acoustiques. De ce fait, connaissant les caractéristiques du matériau et des ondes
( notamment la vitesse de propagation ( V) et les temps de parcours ( t)), il est possible
de calculer la distance correspondante, avec la relation:
Distance ( mm)= vitesse ( m/s) X temps ( t)
Nota:
attention la distance correspond à un trajet aller et retour dans le matériau.
Ainsi pour accéder à l’épaisseur il faut diviser par un facteur 2
Nécessité d’avoir une référence préalable ( étalonnage notamment- cf TP)

Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur ( exemple)

Les ultrasons: domaines d’utilisation

Les ultrasons: les limites de la technique

Comparatif des techniques 1/2
Avantages et inconvénients des techniques de CND/1
-essentiellement sur métaux
-faible profondeur
-sensible à la température et parasites
-pas de contact nécessaire
-grande sensibilité
-dimensionnement de défauts
possible
Courants de
Foucault
-uniquement matériaux ferromagnétiques
-pas d’information de profondeur
-orientation de magnétisation préférentielle
-sensible pour défauts sous-jacents
-facile d’emploi
-peu de calibration
Magnétoscopie
-uniquement sur défauts sufaciques
-bon état de surface
-multiples manipulations
-facile d’emploi
-rapide et sensible
-peu onéreuse
Ressuage
-difficulté de repérage ( espace
--parfois onéreux ( endoscope)
-bonne précision
-preuve: photo, enregistrement
Examen visuel
(assisté)
-définition correcte des critères
-complémentaire à une autre technique
-souplesse de mise en œuvre
-peu onéreux
Examen visuel
( simple)
Inconvénients
Avantages
Méthodes
Philippe POINBOEUF

Avantages et inconvénients des techniques de CND/2
-influence de l’état de surface
-utilisation de milieu intermédiaire
-importance de l’orientation des défauts
-bonne résolution ( dimensionnement
et fissuration)
-résultats rapides
-dimensionnement et localisation
-accessible au TIV FFESSM
-coût accessible aux Comité
Ultrasons
-interprétation délicate
-coût élevé
-technique intéressante pour suivre
l’évolution d’une signature dans le
temps
Emission
acoustique
-coût élevé
-accès aux 2 faces
-orientation préférentielle
-méthode à risque pour le contrôleur
-détection sur épaisseur importante
-large gamme de matériaux
-traçabilité: film ou vidéo
-bonne reproductibilité
Rayonnements
ionisants
-coût élevé
-bonne sensibilité ( microfissuration)
Test d’étanchéité
-risque d’être destructrice
-homologation par des professionnels
-peu onéreuse
-rapide de mise en œuvre
-complémentaire avec le visuel
Essais
hydrauliques
Inconvénients
Avantages
Méthodes
Philippe POINBOEUF
Comparatif des techniques 2/2

Application aux bouteilles de plongée

Conclusion
Cette rapide approche des techniques de CND a permis de mettre en évidence:
 La complexité de certaines techniques
 L’aspect complémentaire des différentes techniques en fonction des
anomalies recherchées
Le besoin de spécifications de contrôles
 L’importance des défauts de référence et des critères d’évaluation
Le caractère indispensable de l’étalonnage du matériel
La nécessite de la qualification des opérateurs de contrôle
La pérennité de l’action TIV est basée sur la Qualité du processus de formation des
Techniciens FFESSM et de leurs prestations au « quotidien »
Le formateur TIV en est le principal contributeur et garant

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