controle non destructif

Stage National TIV-Version 2006 1

Panorama sur les contrôles non destructifsPanorama sur les contrôles non destructifs

FFESSMCommission Technique Nationale

Philippe POINBOEUF


1) Introduction2) Objectifs des contrôles non destructifs2) Principe doctrinal du contrôle3) Examen visuel4) Ressuage5) Magnétoscopie6) Courants de Foucault7) Essais hydrauliques8) Test d ’étanchéité ( hélium)9) Rayonnements ionisants ( radiographie et gammagraphie)10) Emission acoustique11) Les ultrasons ( notions fréquence, mesures épaisseurs…)12) Tableau de synthèse comparatif13) L ’application aux bouteilles de plongée14) 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 contrôlePrincipe doctrinal du contrôle

Produit à contrôler

Pourquoi?

Choix technique (s)de contrôle

Spécification (s)de contrôle

Personnelqualifié

Matérielétalonné

Critèresd ’évaluation

Qualité ProduitSécuritéFiabilitéCoûts...

Procès verbal

Décision( acceptation ou rebut)

Démarche QualitéPhilippe 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 Formateursde 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 Les techniques Contrôle et leur objectifobjectif

DestructifsNon destructifs

Essais mécaniquesMétallographie

Visuel, ressuage,vide,radio…..

Dégradation du matériau

Intégrité du matériau

Connaissance des défauts

( localisation, géomètrie...)

Souci Qualité,sécuritéd ’économie...

Philippe POINBOEUF


Définition du contrôle non Définition du contrôle non destructifdestructif

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 1/3L’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

CaméraEcran de visualisationExemple: 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 faiblePrésence de traceurs colorés

Le Ressuage 1/10Le Ressuage 1/10



Les grandes phases



5 étapes principales



Ressuage classique



Ressuage avec éclairage lampe de WOOD


La Magnétoscopie 1/4La 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 FoucaultLes 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 Courants de FoucaultLes Courants de FoucaultLes limites de la technique

Fonction de la fréquence


Les essais hydrauliques 1/2Les essais hydrauliques 1/2

Opérateurs de contrôle

Procédure, protocole

Critères

Conditions d’acceptation:1) Pas de fuite2) 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 2/2Les essais hydrauliques 2/2


Tests étanchéité1/4Tests 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’eauLa mousse de savon ( ou le détecteur type « mille-bulles)L’ammoniacLes halogènesL’oxygène-mètreLa technique à l’hélium ( la plus courante dans l’industrie)


Tests étanchéité 2/4: le test HéliumTests 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 décelerdans 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 HéliumTests 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 HéliumTests étanchéité 4/4 : le test Hélium

Les matériels


Rayonnements ionisants 1/15Rayonnements 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 poussécomportant, 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 ainsila 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’accompagneD’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


Rayonnements ionisants 10/15Rayonnements ionisants 10/15Le Matériel en gammagraphiel


Rayonnements ionisants 11/15Rayonnements ionisants 11/15Les 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



Rayonnements ionisants 15/15Rayonnements ionisants 15/15Limites de la technique


L’émission acoustique: principe 1/4L’émission acoustique: principe 1/4PrincipeQuand 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 contrôlePossibilité de réaliser les contrôles sans altération du process

Domaine d’application

Les réservoirs de stockageLes matériaux composites


L’émission acoustique 2/4L’émission acoustique 2/4Exemple:


L’émission acoustique 3/4L’émission acoustique 3/4


L’émission acoustique 4/4L’émission acoustique 4/4


Les ultrasons: la matièreLes ultrasons: la matière

Les états de la matière

Les gaz:Les molécules sonttrès éloignées

Les liquides:Molécules plus proches, moinsMobiles car elles s’attirent

Les solides:Les molécules sont très proches.Ils sont dits cristallisés ( sous formede réseaux)


Les ultrasons: le principeLes ultrasons: le principe

Le principe:

Transfert d’une onde acoustique, à l’aide d’un capteur, dans un matériau àContrôler. 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 1/2Les ultrasons:les paramètres 1/2Les 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 paramètres2/2Les 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 vibratoireUnité: mètre


Les ultrasons: les types d’ondesLes ultrasons: les types d’ondesLes différents type d’ondes

Ondes longitudinales ( compression):L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaireest 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 ondesLes ultrasons: les ondesLes différents type d’ondes

Ondes transversales ( cisaillement):L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaireest 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 vitessesLes ultrasons: les vitesses

Les vitesses de propagation

Les fréquences de travail

1 MHz< F < 15 MHz


Les ultrasons: l’impédance acoustiqueLes 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 matériauxLes ultrasons: les interfaces entre 2 matériaux


Les ultrasons: l’atténuation des ondes ( info)Les ultrasons: l’atténuation des ondes ( info)


Les ultrasons:les interfaces (applications)Les ultrasons:les interfaces (applications)

ondes

capteur

Bouteille de plongée

Exemple industriel


Les ultrasons:la piézo-électricitéLes ultrasons:la piézo-électricité


Les ultrasons:constitution d’un capteurLes 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 caractéristiquesLes ultrasons:les caractéristiques


Les ultrasons:la chaîne de contrôleLes ultrasons:la chaîne de contrôle


Les ultrasons:la visualisationLes ultrasons:la visualisation


Les ultrasons:les matérielsLes ultrasons:les matériels


Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseurLes ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur

Principe:Toute discontinuité ou interface se comporte comme un réflecteur vis à vis des ondesacoustiques. 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 possiblede 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:le principe de la mesure d’épaisseur ( exemple)


Les ultrasons: domaines d’utilisationLes ultrasons: domaines d’utilisation


Les ultrasons: les limites de la techniqueLes ultrasons: les limites de la technique


Comparatif des techniques 1/2Comparatif des techniques 1/2Avantages 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)

InconvénientsAvantagesMéthodes

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

InconvénientsAvantagesMéthodes

Philippe POINBOEUF

Comparatif des techniques 2/2Comparatif des techniques 2/2


Application aux bouteilles de plongéeApplication aux bouteilles de plongéeApplication aux bouteilles de plongée

le contexte

Matériau:-Acier de type 35 CD 4-Aluminium éventuellement

Caractéristiques géométriques:-épaisseur de quelques mm-surface non plane

Défauts recherchés:- Corrosion- Variation d’épaisseur- Fissuration éventuellement

Philippe POINBOEUF


Application aux bouteilles de plongéeles solutions

Techniques de contrôle:

Examen visuel et endoscopieUltrasons dans le cadre de la mesure d’épaisseur

Plan d’actions Définition d’une spécification de contrôle ( formalisme) Définition de critères Présentation théorique et pratique des méthodes Plan de formation et suivi ( formateur, formateurs de formateurs)

Nota: L’utilisation des ultrasons pour la détection de fissuration( dans le cadre non professionnel) est trop délicate pour envisagerune application aux bouteilles de plongée

Philippe POINBOEUF


ConclusionConclusionCette 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

controle non destructif

Science

Transcript of controle non destructif