CONTROLE NON DESTRUCTIF CND - isetgf.rnu.tn€¦ · ressuage, matériels utilisés ainsi que les...

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

DIRECTION GENERALE DES ISET

Institut Supérieur des Etudes Technologiques de GAFSA

Département Génie Mécanique

Unité optionnelle : 4

Module optionnel : 4.1 Code : UE.5

Support de cours de :

Licence : Appliquée Mention : Génie Mécanique

Parcours : Construction et Fabrication Mécanique

Elaboré par : Mr RABHI Mouldi A.U. : 2016-2017

CONTROLE NON DESTRUCTIF CND

DIRECTION GENERALE DES ISET

Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Gafsa

Département Génie Mécanique

PLAN DE COURS

Unité optionnelle : 4

Module optionnel : 4.1- Code UE.5

CONTROLE NON DESTRUCTIF (CND)

Licence : Appliquée Mention : Génie Mécanique

Parcours : CFM Nombre d’heures : 22,5 heures de C.I.

Elaboré par : RABHI Mouldi A.U. : 2016-2017

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RABHI Mouldi Plan de cours « Contrôle Non Destructif CND » Page 1 sur 15

LICENCE : Appliquée.

MENTION : Génie Mécanique.

PARCOURS : Construction et Fabrication Mécanique (CFM).

UNITE OPTIONNELLE : 4 Contrôle Non Destructif (CND).

MODULE OPTIONNEL : 4.1 Code UE.5.

NOMBRE D’HEURES : 22,5 heures de Cours Intégré.

BUT DU COURS : Développer des aptitudes pour sélectionner, utiliser, évaluer et développer des procédés de contrôle non

destructifs pour une application particulière.

N°

OBJECTIFS GENERAUX CONDITION DE REALISATION

DE LA PERFORMANCE

CRITERES D’EVALUATION

DE LA PERFORMANCE

OG1

Prendre connaissance du contrôle non

destructif, de ces tendances et des défauts

susceptibles d’exister dans des structures en

fonction de la méthode et le procédé

d'élaboration de brut ainsi du principe de

leur détection.

A partir du contenu théorique et des

applications, l’étudiant doit être

capable d’assimiler la notion du contrôle

non destructif.

Aucune erreur n’est permise.

L’étudiant doit connaître

l’origine des défauts dans les

pièces mécanique et leurs

natures ainsi que contrôle non

destructif.

OG2

Assimiler l’examen visuel et se familiariser

avec le contrôle optique automatique et les

techniques automatiques particulières.

2-

A partir du contenu théorique et des

applications, l’étudiant doit choisir la

technique otique adéquate pour le

contrôle approprié.


Le choix des méthodes

doit être justifié.

OG3

Maîtriser le procédé de contrôle par

ressuage, matériels utilisés ainsi que les

étendues et les limites de la technique et son

domaine d’application.

A partir du contenu théorique, l’étudiant

doit savoir mettre en œuvre la

technique de contrôle par ressuage.


L’étudiant doit être

capable de répondre

correctement aux exercices.

OG4


magnétoscopie, matériels utilisés ainsi que

les étendues et les limites de la technique et

son domaine d’application.



technique de contrôle par

magnétoscopie.


L’étudiant doit être capable

de répondre correctement aux

exercices.

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(suite)

N°


DE LA PERFORMANCE


DE LA PERFORMANCE

OG5


ultrasons, matériels utilisés ainsi que les




doit être savoir mettre en œuvre la

technique de contrôle par ultrasons.




moins à 80% des exercices

posées.

OG6

Maîtriser le procédé de contrôle par courant

de Foucault, matériels utilisés ainsi que les





technique de contrôle par courant de

Foucault.





posées.

OG7


radiographie industrielle, matériels utilisés

ainsi que les étendues et les limites de la

technique et son domaine d’application.



technique de contrôle par radiographie

industrielle.





posées.

OG8


tomographie, matériels utilisés ainsi que les





technique de contrôle par tomographie





posées.

OG9


thermographie infrarouge, matériels utilisés

ainsi que les étendues et les limites de la

technique et son domaine d’application.




thermographie infrarouge.





posées.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

N°


DE LA PERFORMANCE


DE LA PERFORMANCE

OG10

Maîtriser le procédé de contrôle par analyse

vibratoire, matériels utilisés ainsi que les

étendues et les limites de la technique et




technique de contrôle par analyse des

vibrations.


L’étudiant doit être capable de

répondre correctement aux


posées.

OG11

Maîtriser le procédé de contrôle par de

déséquilibre, matériels utilisés ainsi que les




doit être capable choisir la méthode

d’équilibrage nécessaire à un mécanisme

et de déterminer les paramètres

d’équilibrage adéquats.





posées.

OG12

Maîtriser le procédé de contrôle par analyse

des huiles, matériels utilisés ainsi que les




doit être capable choisir la méthode de

contrôle par analyse des huiles.





posées.

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(suite)

Enoncé de l’objectif général 1: Prendre connaissance du contrôle non destructif, de ces tendances et des défauts

susceptibles d’exister dans des structures en fonction de la méthode et le procédé d'élaboration de brut ainsi du principe de

leur détection.

Objectifs spécifiques

Eléments de contenue

Méthode - Moyens

Durée

1.1- Saisir le sens du contrôle

non destructif.

Définition.

Exposé informel.

Polycopies et Tableau.

10 mn

1.2- Connaître les applications

du contrôle non destructif.

Le contrôle en cours de fabrication.

Le contrôle de réception.

Le contrôle en service.

Exposé informel.


20 mn

1.3- Énumérez les tendances du

contrôle non destructif.

Tendances et évolution.

Exposé informel.


10 mn

1.4- Connaître les origines des

défauts dans les pièces

mécaniques.

Les défauts de surface.

Les défauts internes.

Exposé informel.


20 mn

1.5- Savoir la procédure du


Procédure de CND.

Exposé informel.


10 mn

1.6- Connaître le principe de la

détection d’un défaut.

Les méthodes de flux.

Les méthodes pour lesquelles l’excitation et la

détection sont de natures différentes.

Exposé informel.


20 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 2: Assimiler l’examen visuel et se familiariser avec le contrôle optique automatique et les

techniques automatiques particulières.



Méthode - Moyens

Durée

2.1- Saisir le sens de l’examen

visuel.

Introduction.

Éclairage.

L’œil et ses limitations.

Exposé informel.


15 mn

2.2- Connaître les aides

optiques à la vision.

Appareils optiques classiques.

Appareils optiques spécifiques.

La télévision.

Exposé informel.


20 mn

2.3- Connaître le contrôle

optique automatique.

Introduction.

Procédés par formation d’image.

Procédés par balayage.

Traitement d’images.

Applications du contrôle optique.

Exposé informel.


30 mn

2.4- Savoir les techniques

optiques particulières.

Imagerie infrarouge.

Imagerie radiofréquence.

Holographie interférentielle.

Exposé informel.


10 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 3: Maîtriser le procédé de contrôle par ressuage, matériels utilisés ainsi que les étendues

et les limites de la technique et son domaine d’application.



Méthode - Moyens

Durée

3.1- Maîtriser le principe de

ressuage.

Introduction au ressuage.

Principe de base de ressuage.

Technique opératoires et domaines d’application

du ressuage.

Exposé informel.


20 mn

3.2- Maîtriser les principaux

procédés de ressuage.

Séquences des différents procédés d’inspection

par pénétrant liquide.

Exposé informel.


15 mn

3.3- Prendre connaissance de la

mise en œuvre du contrôle par

ressuage.

Contrôle sur site.

Contrôle à poste fixe.

Produits de ressuage.

Fiabilité.

Exposé informel.


15 mn

3.4- Savoir les applications

pratiques du ressuage.

Le choix du procédé.

Le champ d’application.

Les limitations.

Exposé informel.


10 mn

3.5- Savoir interpréter les

résultats du ressuage.

Interprétation – Evaluation.

Origine des indications.

Type d'indications.

Significations des indications.

Exposé informel.


10 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 4: Maîtriser le procédé de contrôle par magnétoscopie, matériels utilisés ainsi que les

étendues et les limites de la technique et son domaine d’application.



Méthode - Moyens

Durée

4.1- Maîtriser le principe de la

magnétoscopie.

Introduction au contrôle par magnétoscopie.

Définition.

Principe de la méthode de contrôle.

Exposé informel.


30 mn

4.2- Savoir les modes

d’aimantation d’une pièce en

fonction de sa forme.

Les modes d’aimantation d’une pièce en fonction

de sa forme.

Exposé informel.


10 mn

4.3- Connaître les produits

utilisés en magnétoscopie et la

conservation des spectres

magnétiques.

Caractéristiques des produits.

Produits humides.

Produits secs.

Conservation des spectres magnétiques.

Exposé informel.


15 mn

4.4- Comprendre la

démagnétisation des pièces

après examen.

La démagnétisation.

Exposé informel.


10 mn

4.5- Prendre connaissance des

avantages et inconvénients de la


magnétoscopie.

Caractéristique de la technique de contrôle par

magnétoscopie.

Exposé informel.


10 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 5: Maîtriser le procédé de contrôle par ultrasons, matériels utilisés ainsi que les étendues

et les limites de la technique et son domaine d’application.



Méthode - Moyens

Durée

5.1- Connaître le principe de

propagation des ondes

ultrasonores.

Types d’ondes.

Vitesse de propagation des ondes ultrasons.

Transmission et réflexion des ondes.

Exercice.

Exposé informel.


45 mn


base de contrôle par ultrasons.

Principe de mise en œuvre de contrôle par

ultrasons.

Mesure des épaisseurs par US.

Réglage de la vitesse de propagation des ondes

US dans une pièce mécanique.

Exposé informel.


20 mn

5.3- Connaître le matériel

nécessaire pour le contrôle par

ultrasons.

Matériel mis en œuvre.

Exposé informel.


15 mn

5.4- Connaître le domaine

d’application des US pour le


Application des ultrasons pour la détection des

défauts internes de pièces

Application aux contrôles de serrage.

Exposé informel.

Polycopies et Tableau. 10 mn


caractéristiques des US.

Avantages.

Inconvénients.

Exposé informel.


10 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 6: Maîtriser le procédé de contrôle par courant de Foucault, matériels utilisés ainsi que

les étendues et les limites de la technique et son domaine d’application.



Méthode - Moyens

Durée


base de contrôle par courant de

Foucault.

Introduction.

Définition des courants de Foucault.

Principe de contrôle par courant de Foucault.

Notion d’effet de peau.

Profondeur de pénétration des courants de

Foucault dans la matière.

Exposé informel.


25 mn

6.2- Savoir les principaux

paramètres à prendre en

compte pour un contrôle par

courant de Foucault.

Paramètres liés au matériau à sonder.

Paramètres liés au montage gouvernant le couplage

entre la ou les bobines et le matériau.

Paramètres électriques.

Exposé informel.


10 mn

6.3- Connaître le matériel

nécessaire pour le contrôle par

courant de Foucault.

Matériel mis en œuvre.

Exposé informel.


15 mn

6.4- Prendre connaissance du

domaine d’application de

contrôle par courants de

Foucault.

Contrôle des tubes, des barres et des fils.

Contrôle des surfaces planes.

Exposé informel.

Polycopies et Tableau. 10 mn

6.5- Saisir le sens des

performances et limitations des

CF.

Avantages.

Inconvénients.

Exposé informel.


10 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 7: Maîtriser le procédé de contrôle par radiographie industrielle, matériels utilisés ainsi

que les étendues et les limites de la technique et son domaine d’application.



Méthode - Moyens

Durée


base de contrôle par

radiographie.

Principe de la méthode.

Exposé informel.


15 mn

7.2- Saisir le sens des lois de

propagation des rayonnements

ionisants.

Nature et propriétés principales.

Phénomène d'absorption.

Exposé informel.


15 mn

7.3- Savoir la mise en œuvre du

contrôle par radiographie.

Mise en œuvre.

Exposé informel.


10 mn


méthode de contrôle par

radiographie.

Le film radiographique.

Visibilité des défauts.

Qualité du contrôle.

Protection.

Exposé informel.


20 mn

7.5- Connaître la procédure de

contrôle, les applications et les

caractéristiques de la

radiographie.

Procédure de contrôle.

Applications.

Caractéristiques

Exposé informel.


15 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 8: Maîtriser le procédé de contrôle par tomographie, matériels utilisés ainsi que les




Méthode - Moyens

Durée


contrôle par tomographie.

Généralités. Principe de base de la tomographie.

Exposé informel.


30 mn

8.2- Connaître l’utilité de la

tomographie.

Utilité de la tomographie.

Exposé informel.


20 mn

8.3- Connaître les étendues et

les limites de la technique de

contrôle par tomographie.

Caractéristiques de la tomographie.

Avantages.

Inconvénients.

Exposé informel.


10 mn


applications de la tomographie

dans le secteur industriel.

Exemples d'applications industrielles.

Electronique : tomographie d'un circuit

intégré.

Plasturgie : cartographie des défauts de

forme d'une façade de téléphone portable.

Métallurgie : analyse de la porosité d'une

pièce de fonderie en aluminium.

Exposé informel.


20 mn

8.5- Comparer la tomographie

aux autres techniques de CND.

Comparaison aux autres méthodes de CND.

Exposé informel.


10 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 9: Maîtriser le procédé de contrôle par thermographie infrarouge, matériels utilisés ainsi

que les étendues et les limites de la technique et son domaine d’application.



Méthode - Moyens

Durée


base de contrôle par

radiographie.

Principe de la méthode.

Exposé informel.


15 mn

9.2- Saisir le sens des lois de

propagation des rayonnements

ionisants.

Nature et propriétés principales.

Phénomène d'absorption.

Exposé informel.


15 mn

9.3- Savoir la mise en œuvre du

contrôle par radiographie.

Mise en œuvre.

Exposé informel.


10 mn


méthode de contrôle par

radiographie.

Le film radiographique.

Visibilité des défauts.

Qualité du contrôle.

Protection.

Exposé informel.


20 mn

9.5- Connaître la procédure de

contrôle, les applications et les

caractéristiques de la

radiographie.

Procédure de contrôle.

Applications.

Caractéristiques

Exposé informel.


15 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 10: Maîtriser le procédé de contrôle par analyse vibratoire, matériels utilisés ainsi que les




Méthode - Moyens

Durée

10.1- Maitriser les notions de

base des mouvements

vibratoires.

Rappel des notions de :

Fréquence ;

Valeur efficace ;

Déplacement ;

Vitesse ;

Accélération.

Exposé informel.


20 mn

10.2- Connaître les défauts

contrôlés par la mesure des

vibrations.

Caractéristiques de la vibration des défauts

courants de machines tournantes :

Déséquilibre ;

Défaut de roulements ;

Défaut de lignage ;

Défaut d'engrenages ;

Défaut d'aubage ;

Résonances.

Exposé informel.


30 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 11: Maîtriser le procédé de contrôle par de déséquilibre, matériels utilisés ainsi que les




Méthode - Moyens

Durée

11.1- Connaître les différents

types de déséquilibre.

Classification des balourds :

Balourd statique ;

Balourd de couple ;

Balourd quasi-statique ;

Balourd dynamique.

Incidence sur l’équilibrage.

Exposé informel.


30 mn

11.2- Connaître le principe

d’équilibrage d’une machine par

mesures des vibrations.

Principes Généraux de l’équilibrage

Equilibrage 1 plan

Equilibrage 2 plans

Exercices d’applications.

Exposé informel.


40 mn

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


(suite)

Enoncé de l’objectif général 12: Maîtriser le procédé de contrôle par analyse des huiles, matériels utilisés ainsi que les




Méthode - Moyens

Durée

12.1- Saisir le sens de l’analyse

des huiles.

Introduction.

Utilité de l'analyse d'huile.

Exposé informel.


15 mn

12.2- Savoir les domaines

d’application de l'analyse

d'huile.

Domaines d’application de l'analyse d'huile.

Moteurs thermiques ;

Réducteurs ;

Compresseurs ;

Systèmes hydrauliques.

Exposé informel.


15 mn

12.3- Connaître la fréquence de

prélèvement des huiles et les

paramètres à mesurer.

Fréquence de prélèvement - Paramètres à

mesurer.

Exposé informel.


20 mn

12.4- Connaître les précautions

pour de meilleurs résultats.

Les précautions pour de meilleurs résultats.

Exposé informel.


20 mn

Les devoirs et les examens des semestres précédents constituent des séries d’exercices à traiter en classe et à la fin de

chaque chapitre.

ISET de GAFSA………………………………….…………Département Génie Mécanique………………………………..………………Contrôle Non Destructif CND

2016–2017 RABHI Mouldi

SOMMAIRE

Chapitre 1

PRESENTATION DES CONTROLES NON DESTRUCTIFS CND……………….…….1

I- DEFINITION………….……………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………...1

II- CONTROLE NON DESTRUCTIF: APPLICATIONS ET TENDANCES……….………..……….1

II.1- Champ d’application actuel………………………………………………………………………………………………………………………………………….……..1

II.1.1- Le contrôle en cours de fabrication………………………………………………………………..……………….…………………….……..……2

II.1.2- Le contrôle de réception…………………………………………………………………………………………………..………….……………….…………..…..2

II.1.3- Le contrôle en service………………………………………………………………………………………………………..…………………………………..………..2

II.2- Tendances et évolution…………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………..3

III- PRINCIPES DE DETECTION DES DEFAUTS. DIFFERENTES TECNHIQUES

DU CND………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………………………………..3

III.1- Hétérogénéités et défauts……………………………………………………………………………………………………………………………….…………..3

III.1.1- Les défauts de surface………………………………………………………………………………………………………………………………………….……..3

a- Les défauts ponctuels………………………….………………………………………………………………………………………….…………………………………..3

b- Les défauts d’aspect…………………………………..………………………………………………………………………………….……………………………………..3

III.1.2- Les défauts internes………………………………………………………………………………………..…………….….…………………….……………………..4

III.2- Procédure de CND……………………………………………………………………………………………………….……………………………….………………………..5

III.3- Principe de la détection d’un défaut…………………………………………………………………………………………………………….…….5

IV- TECHNIQUES DE CONTROLE………………………………………………………………………………………….………………….……………………6

Chapitre 2

EXAMEN VISUEL - PROCEDES OPTIQUES…………………………………………...………………….……………………7

I- EXAMEN VISUEL……………………………………………………………………………………………………………………………….………………….……………………7

I.1- Introduction…………………………………………………………………………………………………………………………………..……...………………….…………………………7

I.2- Éclairage……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………7

I.3- L’œil et ses limitations………………………………………………………………………………………………………….…………………………….……………………7

I.4- Aides optiques à la vision…………………………………………...…………………………………………………………………………………………………………8

I.4.1- Appareils optiques classiques…………………………………………...…………………………………..……………….……………….……………………8

I.4.2- Appareils optiques spécifiques…………………………………………………………………………………………………….……….……………………8

a- L’endoscope………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….……………………8

b- Le stroboscope……………………………………….…………………………………………………………………………….…………………………..….……………………9

I.4.3- Télévision………………………………………….…………………………………………………………………………..……………………………………………..……………………9

II- CONTROLE OPTIQUE AUTOMATIQUE………………………………………….……………………………….……….……………………9

II.1- Introduction………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….……………………9

II.2- Procédés par formation d’image………………………………………….…………………………………………………………..…………………………9

II.3- Procédés par balayage………………………………………….………………………………….……………………………………………………………………………9

a- Les appareillages à balayage par laser…………………………………………..…………………………………………….…………………10

b- Les appareillages à barrettes de photodiode…………………………………………………………………….……………………11

II.4- Traitement d’images………………………………………….………………………………………………..…………………………………………………..……….…11

II.5- Applications du contrôle optique………………………………………….…………………………………………………………………………………11



III-TECHNIQUES OPTIQUES PARTICULIERES………………………………………….……………………………………………12

III.1- Imagerie infrarouge………………………………………….…………………………………………………………………….…………………………………………12

III.2- Imagerie radiofréquence………………………………………….…………………………………………………………………..……….……………………12

III.3- Holographie interférentielle………………………………………….…………………………………………..………………………………..…………12

Chapitre 3

LE RESSUAGE………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………..…………14

I- INTRODUCTION………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………..…………14

II- PRINCIPE DE RESSUAGE………………………………………….………………..……………………………………………………………………..…………14

III- DOMAINE D’APPLICATION ET TECHNIQUE OPERATOIRE……………………………..…………15

IV- PRINCIPAUX PROCEDES DE RESSUAGE……………………………………..………………………………………………..…………18

V- MISE EN ŒUVRE DU CONTROLE PAR RESSUAGE………………….………………………………………..…………20

V.1- Contrôle sur site………………………………………….……………………………………………………………….…………………………………………………..…………20

V.2- Contrôle à poste fixe………………………………………….……………………………………….……………………………………………………………..…………20

V.3- Produits de ressuage……………………………………………………………..…….……………………………………………………………………………..…………20

V.4- Fiabilité………………………………………….…………………………………………………………………..……………………………………………………………………..…………21

VI- APPLICATION PRATIQUE DU RESSUAGE………………..………………………………………………………………..…………21

VII- INTERPRETATION DES RESULTATS…………………………….………………….………………………………………....…………22

VII.1- Interprétation – Evaluation………………..………………………………………………………..………………………….…………………….…………22

VII.2- Origine des indications………………..…………………………………………………………..…………………………..……………………….…..…………22

VII.3- Type d'indications………………..…………………………………………………………………………………………………………….…………………..…………22

VII.4-Significations des indications………………..……………………………………………………………………………………………………..…………23

Chapitre 4

LA MAGNETOSCOPIE………………..……………………………………………………………………………………………………………………………..…………24

I- INTRODUCTION………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………..………..…………24

II- DEFINITION………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………24

III- PRINCIPE DE LA METHODE………………..……………………………………………………………………………………………………..…………25

V- PRODUIT UTILISE EN MAGNETOSCOPE…………………………………………………………….……………..………………….…28

V.1- Caractéristiques des produits………………………………………………………………………………..………………….………….………………….…28

V.2- Produits humides…………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………..………….…28

V.3- Produits secs………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………….……….…28

VI- CONSERVATION DES SPECTRES MAGNETIQUES…………………………………..…………………………….…28

VII- DEMAGNETISATION………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…29

VIII- CARACTERISTIQUES…………………………………………………………………………………………………………………………………………..….…29

VIII.1- Avantages……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…29

VIII.2- Inconvénients…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…29

IX- APPLICATIONS……………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………….…29

IV- MODES D’AIMENTATION D’UNE PIECE EN FONCTION DE SA FORME…….27

V- PRODUIT UTILISE EN MAGNETOSCOPE…………………………………………………………….……………..………………….…28

V.1- Caractéristiques des produits………………………………………………………………………………….……..…………………………….………….…28

V.3- Produits secs………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………….……………….…28

VI- CONSERVATION DES SPECTRES MAGNETIQUES…………………………………..…………………………….…28



VII- DEMAGNETISATION………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…29

VIII- CARACTERISTIQUES…………………………………………………………………………………………………………………………………………..….…29

VIII.1- Avantages……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…29

VIII.2- Inconvénients…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…29

IX- APPLICATIONS……………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………….…29

Chapitre 5

LES ULTRASONS…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………….…31

I- INTRODUCTION AUX ONDES ULTRASONS………………………………………………………………………..…………….…31

a- Onde longitudinale ou de compression………………………………………………………………………………………..……………….…32

b- Onde transversale ou de cisaillement…………………………………………..………………………..…………………………………….…32

c- Onde de surface…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…….….….…32

II- VITESSE DE PROPAGATION……………………………………………………………………………………………………………….……………….…33

III- TRANSMISSION ET REFLEXION DES ONDES……………………………………….……………………………….…34

III.1- Impédance acoustique………………………………………………………………………………………………………………………………….……………….…34

III.1.1- Réflexion – réfraction……………………………………………………………………………………………………….…………………….……………….…34

a- Incidence normale……………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………….…34

b- Incidence oblique……………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………..….…35

c- Double réflexion – double réfraction………………………………………………………………………………………..………………….…35

IV- PRINCIPE DE CONTROLE PAR ULTRASONS……………………………………………………………………..…………….…36

V- MATERIEL MIS EN ŒUVRE…………………………………………………………………………………………………………………………………….…37

VI- EXEMPLES D'APPLICATIONS…………………………………………………………………………………………………………….……………….…38

VI.1-Déterminations des défauts internes…………………………………………………..………………...……………………………………….…38

VI.2- Contrôle de serrage……………………………………………………………………..…………………………………………………………………………….…….…38

VII- CARACTERISTIQUES………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…39

VII.1- Avantages……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………….…39

VII.2- Inconvénients……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…39

Chapitre 6

LES COURANTS DE FOUCAULT…………………………………………………………………………………………….……………………….…40

I- INTRODUCTION………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…….…40

II- DEFINITION ET PRINCIPE DE CONTROLE PAR CF……………………………………………….…………….…40

III- EFFET DE PEAU - PROFONDEUR DE PENETRATION DU CF………………………………….…42

IV- MISE EN ŒUVRE……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…43

IV.1-Paramètres liés au matériau à sonder…………………………………………………………………………………………………………………43

IV.2-Paramètres liés au montage gouvernant le couplage entre la ou les bobines et le

matériau……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………….….…43

IV.3-Paramètres électriques………………………………………………………………………………………………………………………………..……………..….…43

V- MATERIEL MIS EN ŒUVRE…………………………………………………………………………………………………………………………………….…44

VI- APPLICATIONS…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………45

VI.1- Contrôle des tubes, des barres et des fils……………………………………………………………………………………………….…45

VI.2- Contrôle des surfaces planes………………………………………………………………………………………………………………………………….…46

VII- PERFORMANCE ET LIMITATIONS…………………………………………………………………………………………………….…….…47



VII.1- Avantages………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………….…….…47

VII.2- Inconvénients………………………………………………………………………………………………………………..……….…………………………………………….…47

Chapitre 7

LA RADIOGRAPHIE INDUSTRIELLE……………………………………………………………………..……………………………….…48

I- PRINCIPE DE LA METHODE……………………………………………………………………………………………………………………………….…….…48

II- LOIS DE PROPAGATION DES RAYONNEMENTS IONISANTS……………………………….…49

II.1- Nature et propriétés principales…………………………………………………………………………………………………………..…………….…49

II.2- Phénomène d'absorption……………………………………………………………………………………………………………………………………………….…49

III- MISE EN ŒUVRE…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…50

IV- METHODE DE CONTROLE……………………………………………………………………………………………………………………….……………….…51

IV.1- Le film radiographique…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…52

IV.2- Visibilité des défauts……………………………………………………………………………………………………………………………..……………………….…52

IV.3- Qualité du contrôle…………………………………………………………………………………………………………………………..……………………………….…52

IV.4- Protection…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…53

V- PROCEDURE DE CONTROLE……………………………………………………………………………………………………………………..……………….…53

VI- APPLICATIONS………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………….…54

VII- CARACTERISTIQUES………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…54

VII.1- Avantages……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….….…54

VII.2- Inconvénients……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…54

Chapitre 8

LA TOMOGRAPHIE………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………….…55

I- GENERALITES……………………………………………………..………………………………………………………………………………………………..…………………….…55

II- PRINCIPE DE LA TOMOGRAPHIE……………………………………………………..…………………………………………………………….…55

III- UTILITE DE LA TOMOGRAPHIE………………………………………..……………………………………………..………………………….…57

IV- DOMAINES D’APPLICATION…………………………………………………….……………………………………………..………………………….…58

V- CARACTERISTIQUES…………………….……………………………………..………………………………………………………………………….……………….…58

V.1- Avantages…………………………………………………..………………………………………………………………………………………………….………..……………………….…58

V.2- Inconvénients……………………………………………..……………………………………………………………………………………………………………………..……….…58

VI-EXEMPLES D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES…………………………………………………………..……………….…59

VI.1- Electronique : tomographie d'un circuit intégré……………………………………………………………………..………….…59

VI.2- Plasturgie………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….….…59

VI.3- Métallurgie………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………….……….…59

VII-COMPARAISON AUX AUTRES METHODES DE CND……………………………………………….………………60

Chapitre 9

LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE……………………………………………………..………..…………………………………….…61

I- GENERALITES……………………………………………………..………………………………………………………………………………………………..…………………….…61

II- DEFINITION……………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………….……………….…61

IV- LOIS DU RAYONNEMENT INFRAROUGE……………………………………………………..…………………….……………….…62

IV.1- Le spectre électromagnétique……………………………………………………..…………………………………………………..…………………….…62

IV.2- Loi de Plank……………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………….…63



IV.3- Rayonnement incident……………………………………………………..………………………………………………………………………………….………….…64

IV.4- Rayonnement résultant……………………………………………………..………………………………………….……………………………………………….…64

IV.5- Facteurs perturbateurs……………………………………………………..…………………………………………………….………………………………….…65

V- TECHNIQUES D'ANALYSE D'IMAGES THERMIQUES………………..…………………………………….….…65

V.1- Cadrage thermique……………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………….…65

V.2- Isotherme……………………………………………………..……………………………………………………………………………………………………………………….……….…66

V.3- Palettes……………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………..…….…66

VI- MATERIEL UTILISE……………………………………………………..………………………………..……………………………………………………………….…67

VII- APPLICATIONS DE LA THERMOGRAPHIE IR………………………………………………………………………….….…67

VII.1- Maintenance électrique……………………………………………………………………………………………………………………………………………….…67

VII.2- Thermique industrielle……………………………………………………..……………………………………………………………………………………….…68

VII.3- Mécanique……………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………….…68

VII.4- Pétrochimie, chimie……………………………………………………..………………………………………….…………………………………………….……….…68

VII.5- Réseaux d'eau froide……………………………………………………..………………………………………………………..………………………………….…68

VII.6- Réseaux d'eau chaude……………………………………………………..………………………………………………………………………………………….…69

VII.7- Autres……………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………………..……….…69

Chapitre 10

L’ANALYSE DES VIBRATIONS………………………………………………………………………………………………..……………..……….…70

I- VIBRATIONS ET FORCES INTERNES………………………………………………………………………………………………..……….…70

I.1- Les correspondances : déplacement, vitesse, accélération……………………….………………….…………….…70

I.2- Exercice d’application………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….…71

II- CARACTERISTIQUES DE LA VIBRATION DE DEFAUTS COURANTS DE

MACHINES TOURNANTES……………………………………………………………………………………………………………………………….……….…72

II.1- Déséquilibre…………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………….…72

II.2- Défauts de roulements……………………………………………………………………………………………………………..…………………………..……….…72

II.3- Défaut de lignage………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….…72

II.4- Jeux mécaniques…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….…72

II.5- Défaut d'engrenages………………………………………………………………………………………………………………………………….…………..……….…73

II.6- Défaut d'aubage……………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………….…73

II.7- Résonances……………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………….…….…73

Chapitre 11

EQUILIBRAGE DES ROTORS……………………………………………………………………………………………………………………..……….…74

I- INTRODUCTION……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….…74

II- LES DEFERENTS TYPES DE BALOURD…………………………………………………………………………………….……..……….…74

II.1- Notations………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………..……………….…74

II.2- Classification des balourds……………………………………………………………………………………….…………….………………………..……….…75

II.2.1- Balourd statique……………………………………………………………………………………………………………………….………………………….…..……….…75

II.2.3- Balourd quasi-statique……………………………………………………………………………………………………………………………………...……….…76

II.3- Incidence sur l’équilibrage………………………………………………………………………………………………………………………………..……….…77

III- PRINCIPES GENERAUX DE L’EQUILIBRAGE……………………………………………..………………………………….…77

III.1- Masse et force……………………………………………………………………………………………………………………………………….………………....….…….…77



III.2- Vibration…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...……….…78

III.3- Notin de phase…………………………………………………………………………………………………………….………………..……………………………...…….…79

III.4- Equilibrag un plan………………………………………………………………………………………………….…………...…………………………………..……….…80

III.5- Equilibrage deux plans………………………………………………………………………………………………………….…………………………….……….…82

III.5.1- Principe……………………………………………………………………………………..………………………………………………………………….………………………….…82

III.5.2- Démarche………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………….…82

Chapitre 12

ANALYSE DES HUILES……………………………………………………………………………………………………….....……….…………………..……….…85 I- INTRODUCTION……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….…85

II- UTILITE DE L'ANALYSE D'HUILE………………………………………………………………………………………………..……………..…85

III- DOMAINES D’APPLICATION DE L'ANALYSE D'HUILE…………………………………….…………..…86

III.1- Moteurs thermiques………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………86

III.2- Réducteurs…………………………………………………………………………………………………………………………………….…………..…………………..……….…86

III.3- Compresseurs………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………..……….…86

III.5- Systèmes hydrauliques…………………………………………………………………………………………………………………………………………………86

IV- FRÉQUENCE DE PRÉLÈVEMENT - PARAMÈTRES À MESURER……………………………..……86

V- LES PRÉCAUTIONS POUR DE MEILLEURS RÉSULTATS…………………………………………….…………87

BIBLIOGRAPHIE…………………………………………………………………..……………………………………………………………...…………………………..……….…89

Chapitre 1

PRESENTATION DES

CONTROLES NON

DESTRUCTIFS CND

ISET de GAFSA…………………………….…….………Département Génie Mécanique………………………………..………………Contrôle Non Destructif CND

2016–2017 1 RABHI Mouldi

I- DEFINITION

L’appellation Contrôle Non Destructif fait naturellement penser au diagnostic que

le médecin formule lors de l’examen de son patient : le même principe appliqué aux

pièces mécaniques consiste à mettre en œuvre des méthodes d'investigation

permettant de juger « sans destruction » l’état de santé des pièces et de formuler

un avis sur leur aptitude à remplir la fonction pour laquelle elles sont destinées.

Considérée sous cet aspect d’aptitude au bon fonctionnement, la définition

suppose une bonne connaissance de tous les phénomènes mis en jeu, en particulier de

la nocivité des défauts, de leur évolution dans le temps et des lois générales de la

mécanique de la rupture.

Dans la pratique, les spécialistes en contrôle non destructif chargés de

l’inspection sont davantage confrontés à des problèmes d’interprétation des résultats

de contrôle par rapport à des critères établis en liaison avec le concepteur de la

pièce. Dans cet esprit, la définition suivante des Contrôles Non Destructifs apparaît

plus proche de la réalité industrielle : il s’agit de « qualifier, sans nécessairement quantifier, l’état d’un produit, sans altération de ses caractéristiques par rapport à des normes de recette ».

En ce sens, le contrôle non destructif (CND) apparaît comme un élément majeur du

contrôle de la qualité des produits. Il se différencie de l’instrumentation de

laboratoire et industrielle puisque l’objet est de détecter des hétérogénéités et

anomalies plutôt que de mesurer des paramètres physiques tels que le poids ou les

cotes d’une pièce.

II- CONTROLE NON DESTRUCTIF : APPLICATIONS ET

TENDANCES

II.1- Champ d’application actuel

Le contrôle non destructif est essentiel pour la bonne marche des industries qui

fabriquent, mettent en œuvre ou utilisent les matériaux, les produits et les

structures de toutes natures. A l’heure où la qualité est devenue un impératif

difficilement contournable, le champ d’application des CND ne cesse de s’étendre au-

delà de son domaine d’emploi traditionnel constitué par les industries métallurgiques

et les activités où la sécurité est primordiale, telles que le nucléaire et l’aéronautique.

Après le contrôle des biens d’équipements, vient celui des biens de consommation.

La nature des défauts que l’on cherche à détecter se diversifie du même coup ; on

recherche les défauts technologiques ponctuels graves, 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).

On peut, par ailleurs, considérer que le contrôle non destructif d’un produit ou d’un

objet peut être effectué à trois stades différents de sa vie, conduisant à trois types

d’applications.

PRESENTATION DES CONTROLES NON

DESTRUCTIFS CND

Chapitre 1



II.1.1- Le contrôle en cours de fabrication

Le contrôle en cours de fabrication procède de la philosophie de l’instrumentation

industrielle en tant qu’outil de contrôle d’un procédé souvent automatisé et impliquant

alors un appareillage installé à demeure en ligne de fabrication présentant une grande

robustesse, une réaction rapide, un coût d’exploitation faible et une bonne fiabilité.

Les défauts recherchés sont ici généralement bien identifiés, le fonctionnement est

automatique aboutissant à un repérage ou un tri des produits défectueux.

II.1.2- Le contrôle de réception

Le contrôle de réception d’un lot de pièces, d’une installation, d’un ouvrage au

moment de la livraison procède d’une philosophie de respect de conformité à des

spécifications de qualité définies auparavant.

Si l’aspect coût et productivité peut avoir encore une certaine importance à ce stade

de contrôle, c’est surtout l’aspect procédure de la démarche qui devient primordial,

qu’il s’agisse du choix du procédé, du choix des paramètres de réglage, de l’étalonnage,

de la présentation et de l’archivage des résultats obtenus. À ce stade, il s’agit de

détecter des défauts mais aussi souvent d’en définir la nature et les dimensions.

II.1.3- Le contrôle en service

Le contrôle en service s’effectue sur pièces ou structures lors d’opérations de

maintenance ou à la suite de détection d’anomalies de comportement. On en attend

une très grande fiabilité car les risques de non-détection d’un défaut sont graves.

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 nocivité ; il faut disposer

aussi d’une grande reproductibilité de l’examen non destructif, de façon à pouvoir

suivre l’évolution du dommage au cours du temps.

Contrôle

Non

Destructif

Contrôle

Non Destructif

Contrôle des pièces

Contrôle des machines

Contrôle des

installations Utilisation des techniques

de contrôle sans destruction

du produit contrôlé.

Détection des défauts dus

aux conditions de service et

estimation du niveau de

dégradation.

Détection des défauts dus

aux procédés de

fabrication, aux conditions

de service ou aux

traitements thermiques.

Champ d’application du CND



II.2- Tendances et évolution

Globalement, en tant qu’outil majeur de la politique qualité d’une entreprise, les

techniques de CND continueront à élargir leur champ 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 des variations de microstructure dans un métal, des

variations de texture ou de rugosité sur une surface et des variations de propriétés

électromagnétiques sur une bande. Ces objectifs sont souvent difficiles à atteindre.

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.

III- PRINCIPES DE DETECTION DES DEFAUTS-DIFFERENTES

TECNHIQUES DU CND

III.1- Hétérogénéités et défauts

Le terme défaut est ambigu, relatif et peu précis, mais sa connotation négative

évoque bien le rôle que joue le contrôle non destructif dans la recherche de la qualité.

En fait, détecter un défaut dans une pièce, c’est physiquement, mettre en évidence

une hétérogénéité de matière, une variation locale de propriété physique ou

chimique préjudiciable au bon emploi de celle-ci. Cela dit, on a l’habitude de classer les

défauts en deux grandes catégories liées à leur emplacement : les défauts de surface,

les défauts internes.

III.1.1- Les défauts de surface

Les défauts de surface, accessibles à l’observation directe mais pas toujours

visibles à l’œil nu, peuvent se classer en deux catégories distinctes : les défauts

ponctuels et les défauts d’aspect.

a- Les défauts ponctuels qui correspondent aux défauts les plus nocifs sur le

plan technologique, puisqu’il s’agit des criques, piqûres, fissures, craquelures,

généralement aptes à provoquer à terme la rupture de la pièce, en initiant par

exemple des fissures de fatigue. Dans les pièces métalliques, l’épaisseur de ces

fissures est souvent infime (quelques m) et elles peuvent être nocives dès que leur

profondeur dépasse quelques dixièmes de millimètre, ce qui implique l’emploi pour leur

détection de méthodes non destructives sensibles, telles que le ressuage, la

magnétoscopie, les courants de Foucault, les ultrasons.

b- Les défauts d’aspect qui correspondent à des plages dans lesquelles une

variation de paramètres géométriques ou physiques (rugosité, surépaisseur, taches

diverses) attire le regard et rend le produit inutilisable. Ici, le contrôle visuel est

possible, mais on cherche à le remplacer par des contrôles optiques automatiques.



III.1.2- Les défauts internes

Ils sont des hétérogénéités de natures, de formes, de dimensions extrêmement

variées, localisées dans le volume du corps à contrôler. Leur nomenclature est très

étoffée et spécifique à chaque branche d’activité technologique et industrielle.

Dans les industries des métaux, il s’agira de criques internes, de porosités, de

soufflures, d’inclusions diverses susceptibles d’affecter la santé des pièces moulées,

forgées, laminées, soudées. Dans d’autres cas, il s’agira simplement de la présence

d’un corps étranger au sein d’une enceinte ou d’un produit emballé.

Criques : fissures intergranulaires, souvent

d’aspect oxydé dans des zones de contraintes

se solidifiant en dernier après moulage.

Piqûres : petites cavités ou microsoufflures à

parois lisses quelquefois à parois : brillantes

(hydrogène), bleutées (CO), air (oxydées).

Apparition sur l’ensemble de la surface du

moulage.

Fissures : défaut de surface d’un cordon de

soudure par exemple.

Craquelure : excroissances isolées ou en réseau

en surface de la pièce.

Criques internes : des fissures se forment dans

le métal déposé, lors du refroidissement, donc

sous l’effet des retraits.

Certaines des causes: % C élevé, épaisseur et

retraits importants, manque de pénétration ou

section de soudure insuffisante…



III.2- Procédure de CND

L’opération de contrôle non destructif d’un objet ne se borne généralement pas

à la détection d’éventuels défauts. En effet, même si le choix du procédé, de la

méthode et du matériel a été effectué au préalable, il faut envisager toute une

procédure ayant les objectifs suivants : fiabilité de l’examen, reproductibilité,

localisation des défauts, identification, caractérisation de ceux-ci, en particulier par

leur taille, classement, présentation visuelle, décision concernant l’affectation de

l’objet, enfin archivage des résultats et des conditions d’examen.

III.3- Principe de la détection d’un défaut

Le principe de la détection d’un défaut consiste à exciter celui-ci et à recueillir sa

réponse. Schématiquement, on peut généralement distinguer les étapes suivantes,

quelle que soit la méthode employée :

Mise en œuvre d’un processus physique énergétique (excitation);

Modulation ou altération de ce processus par les défauts (perturbation);

Détection de ces modifications par un capteur approprié (révélation);

Traitement des signaux et interprétation de l’information délivrée.

Pièce

Défaut

Perturbation

Excitation

Révélation

Porosités : microporosités spongieuses localisées

dans les zones de fin de solidification (massives)

souvent avec concentrations d’inclusions et des

précipitations de gaz.

Soufflures : petites cavités dispersées situées

en points hauts de la pièce à parois lisses, origine

gazeuse.

Principe de détection d’un défaut



Différents types d’énergie sont employés en pratique : énergie mécanique

(ultrasons, ressuage), électromagnétique (radioscopie, observation dans le visible, flux

magnétique...). On peut schématiquement distinguer deux groupes de méthodes de

détection :

a- 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) : figure ci-dessous ; la grande majorité des procédés du contrôle non

destructif se réfère à ce groupe de méthodes ;

b- 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 microdéformations (interférométrie holographique)

ou encore à une technique d’émission provoquée dont la plus connue est l’émission

acoustique.

IV- TECHNIQUES DE CONTROLE

Examens visuels, ressuage, magnétoscopie, ultrasons, radiographie, courants de

Foucault, thermographie infrarouge, analyse des huiles en service, analyse des

vibrations…

E

0

R

T

P

D

E : émetteur du flux 0 émis vers la pièce P à contrôler ;

R : flux réfléchi ;

T : flux transmis ;

R ou T sont les vecteurs de l’information utilisés par le contrôleur ; D : défaut.

Principe du contrôle non destructif

Chapitre 2

EXAMEN VISUEL -

PROCEDES OPTIQUES



I- EXAMEN VISUEL

I.1- Introduction

L’examen visuel est le premier des procédés de contrôle, le plus simple et le plus

général puisque c’est aussi le point final de la majorité des autres procédés non

destructifs.

En examen préalable, l’inspection visuelle d’un objet, d’une structure, d’un

assemblage tel qu’une soudure permettra de guider un observateur expérimenté dans

la définition d’une autre technique : choix de l’angle de tir en radiographie, direction

de magnétisation, fréquence ultrasonore.

L’examen visuel direct des pièces peut constituer un contrôle suffisant pour la

détection des défauts débouchant en surface et surtout des hétérogénéités locales

et superficielles (taches de différentes natures) constituant des défauts d’aspect

rédhibitoires pour des produits plats du types tôles, tissus, verre, etc. Toutefois

l’examen purement visuel présente des limitations de différentes natures que nous

allons examiner et qui justifient l’éclosion de toute une gamme de procédés de

contrôle optique.

I.2- Éclairage

Dans tous les cas d’observation d’un objet, les conditions d’éclairage sont

essentielles pour la fiabilité du contrôle optique. Il s’agit d’abord de se placer dans les

conditions énergétiques. Il s’agit ensuite d’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.

Par contre, pour détecter facilement les défauts du type rayures orientées, on doit

préférer l’utilisation d’un éclairage directif; enfin les défauts présentant un certain

relief sont mis en évidence grâce à un éclairage rasant.

I.3- L’œil et ses limitations

L’œil est un capteur optique remarquable mais possédant toutefois des limitations

dont il faut tenir compte en contrôle non destructif. La lecture d’une image associe en

fait l’œil et le cerveau de l’observateur, initiant ainsi à la fois des problèmes objectifs

et des problèmes subjectifs. Les premiers concernent l’aspect optique avec un

EXAMEN VISUEL - PROCEDES OPTIQUES

RP

S

P

Eclairage direct

P : pièce à contrôler ;

R : récepteur ;

RP : réflecteur parabolique ;

S : source d’éclairage.

R

Chapitre 2



paramètre principal qui est l’acuité, c’est-à-dire le pouvoir séparateur de l’œil ; on le

situe entre 0,5 et 1 minute d’angle soit environ 50 m à une distance d’observation de

25 cm. Mais il ne s’agit là que d’une valeur moyenne, car l’acuité visuelle dépend de la

nature de l’image (éclairement et contraste), ainsi que de l’individu à travers son

pouvoir d’accommodation à la distance et à la luminance, pouvoir dont on connaît la

décroissance avec l’âge de celui-ci.

I.4- Aides optiques à la vision

Il s’agit des instruments d’optique permettant d’accroître les performances de

l’œil ou encore plus généralement de donner la possibilité de contrôler des surfaces

inaccessibles à la vision directe de l’observateur.

I.4.1- Appareils optiques classiques

Les appareils optiques classiques permettent de repousser les limites de l’acuité

visuelle. Il s’agit en premier lieu des loupes et des verres grossissants constitués

généralement d’une ou deux lentilles donnant un grossissement allant de 1,5 à 20 fois

environ. La loupe doit être tenue près de l’œil; son champ et sa profondeur de champ

diminuent fortement lorsque le grossissement s’accroît.

Pour un examen approfondi en laboratoire, on utilisera de préférence du matériel

d’observation métallographique : loupe binoculaire à grossissement variable et

éclairage incorporé, éventuellement microscope métallographique si l’on ressent la

nécessité d’utiliser des grossissements importants, de 100 ou 1 000 et plus.

On note enfin que l’emploi des microscopes électroniques à balayage (MEB) n’est

plus désormais réservé aux seuls spécialistes, ce qui devrait élargir son soutien au

contrôle non destructif en laboratoire.

I.4.2- Appareils optiques spécifiques

Des appareils optiques spécifiques ont été développés pour le CND.

a-L’endoscope est un appareil conçu pour pouvoir observer les surfaces non

directement accessibles à l’œil telles que les parois d’un tube ou d’une cavité, d’un

alésage ou d’un trou borgne. Mis au point à l’origine pour les examens liés au diagnostic

médical, les endoscopes classiques à lentilles ont été remplacés par des

transmetteurs d’image à fibres optiques

Endoscope



b- Le stroboscope est un appareil d’éclairage délivrant des brefs flashs lumineux à

une cadence soutenue et réglable dans une gamme de plusieurs dizaines de coups par

seconde. Il permet, en contrôle non destructif, l’examen visuel de pièces ou de

produits en mouvement ; c’est ainsi qu’il a longtemps été utilisé pour l’examen de tôles

en défilement dans les aciéries. Son utilisation systématique provoque toutefois une

rapide fatigue visuelle pour les observateurs.

I.4.3- Télévision

La télévision apporte une aide précieuse au contrôle visuel ; permettant une

observation à distance, elle complète ou remplace les endoscopes ; couplée à des

moyens de traitement et d’enregistrement des images vidéo, elle permet le contrôle

optique automatique.

Le matériel de télévision utilisé en contrôle non destructif est généralement

spécifique, car les performances recherchées ne sont pas les mêmes que celles

requises dans les applications plus banales de la télévision ; ainsi on se contentera

d’une transmission par câble d’une image vidéo en noir et blanc, sans le son. Par contre,

on recherchera une caméra robuste, miniaturisée, télécommandable à distance et

surtout possédant des qualités optiques et une bande passante vidéo bien supérieure à

celle du matériel courant.

II- CONTROLE OPTIQUE AUTOMATIQUE

II.1- Introduction

Les divers appareillages optiques permettent d’améliorer les procédures de

contrôle visuel ayant principalement pour objet de détecter des défauts de surface

sur des structures ou des composants industriels. Toutefois, bon nombre de contrôles

industriels en grande série ne peuvent se satisfaire d’un examen visuel dont on a

souligné les limites liées en particulier à la fatigue du contrôleur. Ainsi de très

nombreux travaux ont été menés dans le but de mettre au point des équipements de

contrôle optique entièrement automatiques.

II.2- Procédés par formation d’image

Il s’agit de la catégorie la plus courante des procédés de contrôle mettant en

œuvre une chaîne de télévision industrielle associée à des moyens de traitement en

temps réel du signal vidéo ayant pour but d’améliorer suffisamment les contrastes de

l’image d’un défaut détecté, de façon que sa présence puisse être automatiquement

signalée ou enregistrée. Ce type d’installation est principalement utilisé pour le

contrôle optique des pièces fabriquées en grande série.

II.3- Procédés par balayage

Les procédés par balayage ont surtout été développés pour le contrôle en ligne

des produits en défilement du type bandes de tôle, de papier, de tissu, etc. La

détection de petits défauts sur ces immenses surfaces est un problème très difficile

qui impose, en particulier, un système optique à la fois très fin et très rapide. Deux

techniques différentes ont été développées : les appareillages à balayage par laser et

les appareillages à barrettes de photodiodes.



a- Les appareillages à balayage par laser éclairent le produit en défilement par un

petit impact laser qui le balaye transversalement à très grande vitesse, cela grâce à

un système de miroirs tournants ; un concentrateur de lumière, associé à une ou

plusieurs cellules photoélectriques rapides, permet de capter les variations de

luminance qui se produisent dans la lumière réfléchie lorsque le spot laser rencontre

un défaut.

Système de déflexion à miroirs

Laser et optique de

focalisation

Miroir plan

Miroir cylindrique

Photomultiplicateur

s

Tôle à inspecter

Faisceau laser

Ligne analysée sur la surface

Schéma de principe d’un appareil d’inspection par balayage laser



b- Les appareillages à barrettes de photodiodes évitent d’avoir recours à un

balayage mécanique puisque le balayage des diodes est essentiellement électronique.

Ce type de matériel peut présenter une bonne résolution, car il existe des barrettes

de photodiodes comportant 1 024 (et plus) éléments unitaires ; ce type de caméra

vidéo « linéaire » est robuste et facile à protéger.

II.4- Traitement d’images

Dans pratiquement tous les cas de contrôle optique, il faut, pour obtenir des

images reconstituées de bonne qualité et envisager une détection automatique des

défauts sur celles-ci, mettre en œuvre un système élaboré de traitement d’images. Ce

système a pour premier but d’améliorer la qualité de l’image sur le plan du contraste

et du niveau de bruit ; il doit en second lieu très souvent prendre en compte la

morphologie des défauts recherchés afin de rendre l’image reconstituée parfaitement

exploitable.

Après seuillage, les traitements s’effectuent sur une image binaire et mettent en

œuvre les outils de la morphologie mathématique. Des corrélations entre images

peuvent aussi être utilisées afin d’aboutir à la reconnaissance et éventuellement à la

classification des défauts recherchés.

Les défauts, de l’ordre du millimètre, sont détectés en temps réel sur une tôle

d’acier de 1,20 m de large défilant à 1,6 m/s

II.5- Applications du contrôle optique

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

Image d’une tôle galvanisée avec un petit défaut sombre Image binarisée par un seuillage adaptatif (défaut en blanc)

Image d’une tôle galvanisée avec un grand défaut sombre Image obtenue après seuillage adaptatif (défaut en blanc)



de défaut de surface mais aussi à celle de défauts d’aspect ou d’irrégularités

dimensionnelles (contrôle de tuiles, de boîtes, 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, dans le génie civil.

III- TECHNIQUES OPTIQUES PARTICULIERES

On regroupe sous ce vocable les procédés de contrôle optique qui, contrairement

aux précédents, ne mettent pas en œuvre l’image visible de la surface inspectée. On

peut classer ces procédés en deux familles : celle des techniques basées sur une

imagerie hors du spectre du visible, celle basée sur les applications de l’optique

ondulatoire.

III.1- Imagerie infrarouge

L’imagerie infrarouge appartient à la première famille de procédés; d’où son nom

générique courant de thermographie infrarouge, méthode de mesure qui présente un

grand intérêt en contrôle non destructif dans la mesure où une répartition homogène

de température à la surface d’une pièce peut être perturbée par la présence de

défauts sous-cutanés.

III.2- Imagerie radiofréquence

L’imagerie radiofréquence consiste à exploiter les propriétés des ondes

électromagnétiques à l’instar des systèmes de radar au sens large du terme. Ainsi, si

l’auscultation radar d’un objet métallique conducteur ne présente pas d’intérêt pour le

contrôle non destructif, il n’en va pas de même pour celle d’objets isolants,

légèrement conducteurs ou composites dont on pourra par ces interactions optiques à

forte longueur d’onde mettre en évidence des hétérogénéités dissimulées à l’œil de

l’observateur.

L’application la plus connue de la technique radar au contrôle non destructif des

matériaux est celle de l’auscultation des parois de tunnels, routiers ou ferroviaires.

III.3- Holographie interférentielle

L’holographie interférentielle appartient à la seconde famille. Il s’agit de détecter

un défaut superficiel ou sous-cutané en mettant en évidence de très légères

irrégularités dans la déformation de la surface de la pièce lorsque celle-ci est

sollicitée de façon non destructive par une contrainte mécanique, pneumatique...

Comparaison entre le CND par

thermographie infrarouge

(gauche) et la méthode classique

ultrasonore (droite) :

visualisation d’un multidélaminage

créé par un impact dans un

composite carbone-époxy.



L’holographie est un procédé optique qui consiste à enregistrer sur un support

photographique le champ d’interférences entre, d’une part, la lumière diffusée par

l’objet éclairé par la lumière cohérente d’un laser et, d’autre part, une onde de

référence provenant directement du même laser. L’hologramme ainsi obtenu, placé à

nouveau dans l’onde de référence, diffracte la lumière selon une onde lumineuse

identique à celle diffusée préalablement par l’objet lors de la prise de vue ; ainsi, tout

se passe pour l’observateur comme si l’objet était toujours réellement présent de

façon tridimensionnelle. Partant de cette technique, on conçoit qu’une double prise de

vues holographiques va permettre de créer des franges d’interférences entre les

images holographiques de l’objet relevées à des instants différents et des conditions

de sollicitations différentes.

On aura ainsi réalisé une interférométrie holographique qui pourra mettre en

évidence des irrégularités particulières dans les réseaux de franges indiquant des

irrégularités de déformation de la surface de l’objet et, par là, la présence de

singularités de structure constituant généralement des défauts de cohésion ou de

délamination sous-cutanés.

Principe de

l’interférence

holographique

a- Principe de la méthode avec interférence de l’onde de référence

et de l’onde réfléchie sur l’objet.

b- Détection d’un défaut interférométrie : après avoir exercé un

effort sur l’objet, l’analyse des franges permet la détection.

c- Visualisation des défauts dans une structure en nid d’abeille

excitée par choc.

Chapitre 3

LE RESSUAGE

ISET de GAFSA…………………………….……………Département Génie Mécanique………………………………..………………Contrôle Non Destructif CND


I- INTRODUCTION

Le ressuage est une extension de l'inspection visuelle qui peut s'appliquer sur tout

matériau à l'exception de certaines fontes qui présentent une surface poreuse.

C’est un terme qui désigne la sortie d’un fluide (liquide ou gazeux) d’une

discontinuité dans laquelle ce fluide s’était précédemment accumulé au cours d’une

opération d’imprégnation.

C’est une méthode de contrôle non destructif qui permet de détecter des défauts

débouchant en surface de pièce pour des matériaux non absorbants (alliages

métalliques, matières plastiques, caoutchouc moulés, verres, certaines céramiques…).

Les défauts observés sont principalement : les reprises de coulée, les criques, les

tapures, les microporosités, les décohésions et les reprises de fonderie. L’opération

de ressuage peut s’effectuer à tous les stades d’élaboration d’une pièce (brut de

fonderie, après usinage, après traitements thermiques…).

II- PRINCIPE DE RESSUAGE

La méthode consiste à appliquer un pénétrant de faible tension superficielle (de

bonne capillarité) sur la surface de la pièce.

On lui laisse un certain temps de sorte qu'il puisse s'introduire dans les discontinuités

aboutissants à la surface, On élimine ensuite le pénétrant sur la surface mais cette

opération laisse cependant en place la partie qui à réussie à s'infiltrer dans les

discontinuités.

Un révélateur, produit opaque et absorbant est appliqué sur la surface, le pouvoir

absorbant du révélateur fait que le pénétrant qui a réussi à s'infiltrer dans les

discontinuités est alors aspiré vers la surface (effet buvard) et y laisse une trace.

Cette trace à cause de la diffusion du pénétrant dans le révélateur, est toujours plus

importante que la discontinuité.

L'efficacité de cette méthode de contrôle repose sur la possibilité de détecter

les indications de discontinuité afin d'améliorer cette détectabilité. Le pénétrant

contient en général un produit coloré visible à la lumière blanche ou un produit

fluorescent visible à la lumière noire (ultra violet).

Principe de la méthode de ressuage par liquide pénétrant pré émulsifié

LE RESSUAGE

a- Application et pénétration du liquide

du pénétrant dans les fissures.

Film de liquide pénétrant

Chapitre 3



III- DOMAINE D’APPLICATION ET TECHNIQUE OPERATOIRE

Le ressuage ne peut détecter que les défauts superficiels débouchant sur la

surface. Les défauts matés ou obturés ne sont que partiellement détectés. Par contre

les défauts internes ne peuvent pas être décelés.

On peut ainsi localiser les défauts de : moulage, de fatigue, d'usinage, de

traitement thermique et de soudage.

Le ressuage donne des résultats intéressants avec des métaux tel que l'aluminium,

le magnésium, le cuivre, le titane, l'acier inoxydable et la plupart des alliages non

métalliques comme les céramiques, les plastiques, le caoutchouc moulé, (mais il faut,

pour les plastiques et les composés caoutchouc moulé, se méfier de leur réactivité vis

à vis des produits utilisés et donc procédé à des essais préliminaires).

La procédure générale:

Sur une surface propre, exempte de pollution susceptible de colmater les défauts

débouchant (les traces d’huile et de graisse, les résines inorganiques, les matières

charbonneuses, les peintures, les produits de corrosion, les oxydes, etc.), est appliqué

un liquide contenant des traceurs colorés et (ou) fluorescents. Ce liquide est appelé

liquide d’imprégnation ou pénétrant.

b- Nettoyage de l'excès de pénétrant.

c- Application du révélateur.

Film de révélateur

d- Le révélateur extrait le pénétrant

retenu par les fissures.

Défaut amplifié



Après une période d’attente (temps d’imprégnation) au cours de laquelle le

pénétrant vient remplir les discontinuités, l’excès en surface est éliminé.

Action du pénétrant

Un deuxième produit appelé révélateur est alors appliqué à sec ou en suspension

sur la surface de la pièce. Son but est de faire « ressuer » c’est-à-dire d’attirer le

pénétrant resté en rétention dans les discontinuités.

Action du révélateur

Une inspection par pénétrant liquide se fait en six temps schématisés ci-après.

1er temps : Nettoyage de la surface à contrôler de toutes traces de matériaux

étrangers solides ou liquides qui risqueraient de gêner l’entrée du pénétrant dan les

discontinuités.

2ème temps : Application du pénétrant sur toute la surface à examiner et maintien

d’une couche continue de pénétrant pendant tout le temps d’imprégnation.

Pièce comportant

une crique

Elimination de

l’excès de pénétrant

Application du

pénétrant

Application du

révélateur Examen après

révélation



3ème temps : Elimination du pénétrant étalé à la surface de la pièce (c'est une

phase très délicate: il ne faut pas enlever le pénétrant situé dans les défauts).

4ème temps : Application régulière du révélateur sur toute la surface à examiner.

5ème temps : Pendant et après développement des indications, inspection soignée en

lumière blanche ou/et sous lumière ultraviolette pour repérer la présence, localiser,

donner la « nature » et la « grandeur » des discontinuités débouchant à la surface.

6ème temps : Nettoyage de la pièce pour éliminer toutes traces de produits de

ressuage.

1er temps : Nettoyage préalable.

Solvant

2ème temps : Application du pénétrant et imprégnation.

Pénétrant

Procédure générale de contrôle par ressuage.

Révélateur

3ème temps : Elimination

du pénétrant en excès. 4ème temps : Application

du révélateur.

5ème temps : Examen.

6ème temps : Nettoyage final.

Solvant



IV- PRINCIPAUX PROCEDES DE RESSUAGE

Partant du mécanisme imprégnation, nettoyage de surface, ressuage, décrit avant,

différents procédés d’inspection peuvent être mis en œuvre, résultant de la

combinaison des différentes options faites dans le choix du traceur optique donc de

la nature du pénétrant, de l’utilisation ou non d’un émulsifiant dans la phase de

l’élimination de l’excès de liquide, dans le choix du révélateur de ressuage qui peut

être poudreux ou liquide.

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. La figure suivante illustre

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.



Séquences des différents procédés d’inspection par pénétrant liquide.

Visibles sous lumière noire- Méthodes A

Procédé A1

Pénétrant fluorescent

rinçable à l’eau

Procédé A2


à post-émulsion

Procédé A3


éliminable par solvant

NETTOYAGE

APPLICATION

DU PENETRANT

NETTOYAGE NETTOYAGE

TEMPS DE

PENETRATION

APPLICATION

DU PENETRANT APPLICATION

DU PENETRANT

TEMPS DE

PENETRATION

TEMPS DE

PENETRATION

PRELVAGE APPLICATION DE

L’EMULSIFIANT

LIPOPHILE

APPLICATION DE

L’EMULSIFIANT

HYDROPHILE

ELIMINATION

DU PENETRANT

APPLICATION DU

REVELATEUR

NON-ACQUEUX

NETTOYAGE

EXAMEN

PHASES COMMUNES A A1 ET A2

SECHAGE

RINCAGE

APPLICATION

DU REVELATEUR

HUMIDE

APPLICATION

DU REVELATEUR

SEC

APPLICATION

DU REVELATEUR

NON-ACQUEUX

SECHAGE

SECHAGE

EXAMEN

NETTOYAGE



V- MISE EN ŒUVRE DU CONTROLE PAR RESSUAGE

V.1- Contrôle sur site

Le contrôle par ressuage peut être effectué sur site et de façon souvent aisée,

grâce à l’emploi de produits en bombes aérosols et d’un lavage par solvant lorsqu’on ne

dispose pas d’eau.

V.2- Contrôle à poste fixe

Le contrôle à poste fixe correspond souvent au contrôle en série et se fait sur

des chaînes manuelles ou automatiques composées des postes correspondant aux

opérations successives d’un contrôle par ressuage :

Le dégraissage par solvants chlorés en phase vapeur, par alcalins ou encore au jet

d’eau chaude, s’effectue dans des installations adaptées et est complété, si

nécessaire, par une opération de séchage ;

La déposition du pénétrant peut se faire par trois techniques correspondant au

matériel différent : immersion dans une cuve adaptée à la taille des pièces ou des

paniers de pièces, installation de pulvérisation électrostatique, installation de

pulvérisation conventionnelle ;

L’élimination de l’excès de pénétrant correspondant à un rinçage, qui peut se faire

en cuve avec agitation d’eau par air comprimé, en cuve avec pulvérisation par rangées

de buses ou en pulvérisation par pistolet air-eau ; on adjoint à l’équipement de rinçage

une lampe à ultraviolets ;

Le séchage intermédiaire s’effectue en étuve à circulation d’air réglée entre 65 et

80 oC ;

L’application du révélateur se fait dans une enceinte appropriée lorsqu’il s’agit d’un

révélateur sec se présentant sous forme d’une poudre qu’il faut agiter, ou dans une

cuve chauffée lorsqu’il s’agit d’un révélateur en suspension aqueuse ;

Le poste d’inspection visuelle doit être conçu pour répondre aux meilleures

conditions d’observation en lumière blanche ou en fluorescence UV. Il faut réunir

deux facteurs : un contraste maximum et un éclairement correct. Les normes

indiquent un minimum de 350 lux pour ce paramètre qui devra être vérifié avec un

luxmètre. Pour l’examen sous rayonnement ultraviolet, le poste d’inspection doit être

isolé de la lumière blanche ; il doit être très propre et exempt de surfaces

réfléchissantes. L’intensité des tubes luminescents UV à basse pression est

insuffisante pour fournir la densité énergétique requise de 8 W/m2 minimum (15

W/m2 souhaitable) à la surface de la pièce.

V.3- 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 I 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 lipophiles à base de solvants pétroliers, peuvent

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. Il existe enfin des révélateurs pelliculaires qui permettent de

garder la trace des défauts.

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.

V.4- Fiabilité

La vérification de la fiabilité du contrôle par ressuage est en particulier

indispensable lorsqu’il s’agit d’une chaîne manuelle ou automatique. Indépendamment

des procédés d’assurance qualité concernant l’installation et les produits de ressuage

mis en œuvre, on effectue des tarages périodiques basés sur l’utilisation de pièces de

référence que l’on soumet au contrôle par ressuage. Il en existe plusieurs types : le

test bloc en alliage d’aluminium (code ASME) est assez peu sélectif et peu

réutilisable, les plaquettes nichrome, d’origine japonaise, sont facilement

reproductibles et réutilisables ; les plaques billées recouvertes d’un chromage dur

sont très utilisées en aéronautique mais ont l’inconvénient, comme les précédentes,

d’avoir une surface quasi poli miroir trop parfaite pour renseigner sur la lavabilité du

pénétrant ou la saturation de l’émulsifiant.

Aspect des indications obtenues par ressuage sur cales étalon.

VI- APPLICATION PRATIQUE DU RESSUAGE

Le choix du procédé dépend de la nature de la pièce et de la nature des défauts

recherchés : le procédé coloré sera utilisé 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.

Largeur des défauts : 30 à 5 m 25 à 2 m 20 à 1 m

Profondeur des défauts : 5 m

Défauts générés par dureté Brinell sur une face composée au dépôt de chrome

(épaisseur = 250 m)



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 une détection fiable de

défauts de 80 µm de largeur pour 200 µm 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 1 µm en largeur pour

20 à 30 µm en profondeur.

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 mn), coûteux en temps et en

personnel, pas facile à rendre totalement automatique, en particulier au niveau de

l’élimination de l’examen visuel. 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).

VII- INTERPRETATION DES RESULTATS

Une estimation grossière de la fissure peut être faite grâce à la largeur de

l'étalement du pénétrant sur le révélateur.

VII.1- Interprétation – Evaluation

C'est une erreur de confondre entre les deux termes « interprétation » et

« évaluation ». Interpréter une indication c'est en trouver la cause (fissure, manque

de liaison…). Evaluer l'indication c'est de juger de son importance aux efforts

ultérieurs et de décider de son acceptation ou non.

VII.2- Origine des indications

Toute apparition du pénétrant indique en principe la présence d'une discontinuité

sur la surface.

VII.3- Type d'indications

Les indications peuvent être classées en trois types:

a) Les vraies indications

Ce sont les seules indications soumises à une évaluation. Elles ont pour origine les

discontinuités non prévues à la conception de la pièce ou non justifié par les

conséquences normales des procédés de fabrication.



b) Les indications parasites

Il s'agit d'indications résultantes des discontinuités existant réellement mais dont

ont connaît l'origine qui est d'ordre conceptuel.

c) Les fausses indications

Elles sont en général pour origine une élimination incomplète de pénétrant restant

en surface. L'absence d'indication est aussi une fausse indication (dégraissage

incomplet de la pièce, présence de poussière, …).

VII.4-Significations des indications

Les indications observées en ressuages peuvent être regroupées en 5 types :

a) Ligne continue: indication d'origine les fissures, les replis de forge, les rayures.

b) Ligne discontinue: indication apparaît lorsque la pièce subit une préparation

mécanique ou toute autre opération qui peut enfermer une partie d'un défaut

débouchant.

c) Forme arrondie: indications d'origine les défauts surfaciques de forme sphérique,

(soufflure, piqûre, structure poreuse de la pièce…).

d) Tache ponctuelle: indication apparaissant surtout lors de contrôle des pièces

moulées. Elle est d'origine la nature poreuse de la pièce, des piqûres ou de la

structure grossière de la pièce.

e) Tache diffuse: Présence de micropore dans les pièces.

Exemple de pièce, observée en

lumière UV, présentant un défaut.

Exemple de pièce, observée en lumière

blanche, présentant un défaut.

Chapitre 4

LA MAGNETOSCOPIE

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I- INTRODUCTION

A l'instar du ressuage, la magnétoscopie complète l'examen visuel. Souvent les

imperfections de surface, surtout lorsqu'il s'agit de solution de continuité, restent

peu visibles au ressuage malgré tout le soin apporté. Parfois même si les anomalies

débouchant, le milieu ne permet pas d'avoir recours au ressuage (pièces immergées

par exemple).

Lorsque le ressuage est insuffisant, on a recours à la magnétoscopie sous ses

différentes formes: passage de courant électrique, passage de flux magnétique.

Les procédés magnétiques de contrôles non destructifs permettent la détection

des défauts superficiels débouchant ou non débouchant dans les matériaux

ferromagnétiques (forgés, moulés, soudés, laminés…).

II- DEFINITION

Le principe de la magnétoscopie est exposé dans la norme NF A09-590, comme

suit: << L'examen magnétoscopie consiste à soumettre la pièce ou une partie de la pièce à un champ magnétique de valeur définie en fonction de la pièce. Les discontinuités superficielles provoquent à leur endroit des fuites magnétiques qui sont mise en évidence par des produits indicateurs déposés à la surface de la pièce. L'image magnétique obtenue est observée dans des conditions qui dépendent du produit indicateur utilisé >>.

Le contrôle par magnétoscopie permet la détection de défauts superficiels

débouchant ou sous-jacents dans les matériaux ferromagnétiques. C'est à dire aux

matériaux qui sont soumis à un champ de 2 400 A/m, présentent une induction d'au

moins 1 T.

Ils ne permettent pas de déterminer avec précision l’importance dimensionnelle du

défaut, mais d’en définir la position et souvent la nature.

LA MAGNETOSCOPIE

Chapitre 4



III- PRINCIPE DE LA METHODE

Le principe consiste à soumettre la pièce à un champ magnétique d’une intensité

suffisante de manière à travailler dans une zone située au dessus de la valeur

maximale de la perméabilité magnétique du matériau.

Le champ magnétique nécessaire à la visualisation des criques est produit dans la

pièce contrôlée soit par aimantation directe par passage d’un champ magnétique

longitudinal (solénoïde) où la pièce est mise dans le champ au contact de pièces

polaires, soit par aimantation indirecte (passage de courant) produisant un champ

magnétique dans lequel se trouve placée la pièce.

Lorsqu’un défaut se situe dans la pièce, il crée un champ de fuite très intense du

fait de la saturation du matériau.

Il est possible de visualiser le champ magnétique en pulvérisant sur la pièce un

liquide à faible viscosité contenant en suspension des particules magnétiques

suffisamment fines (< 30µ). Ces particules sont attirées au dessus du défaut, de

manière à s’opposer à la résistance magnétique de l’air par formation d’un <<pont

magnétique>>. Ces accumulations de poudre sont détectables à l’œil.

Les défauts ne sont détectables que s’ils se trouvent placés perpendiculairement

aux lignes de champs, d’où la nécessité de pratiquer au moins deux directions

d’aimantation, si possible perpendiculaires.

Le liquide révélateur contient des particules d’oxyde de fer noir (5 à 10 g/l de

pétrole).

Méthode indirecte : Champ magnétique

généré par passage d’un courant.

Méthode directe : Champ magnétique

généré par aimant ou électro-aimant.

Courant

Défaut invisible Défauts visibles

Champ

magnétique

Courant continu ou ondulé

provenant du courant alternatif

Direction du champ

N S

Champ longitudinal

Pièce

Epanouissement polaire

Culasse Electro-aimants ou

pôles magnétiques



Il existe des particules colorées aidant à la lecture du défaut par rapport à la

teinte des pièces.

On utilise également des produits fluorescents avec inspection en lumière

ultraviolette (lampe de Wood).

Incidence d’un défaut

sur le parcours des

lignes de forces du

champ magnétique.

Principe du contrôle par

magnétoscopie

Défaut Défaut

Métal à saturation Métal à saturation

Trajet des lignes de force

Métal non saturé Métal non saturé

Direction des lignes de force du champ magnétique

Champ de fuite Champ de fuite

H H

H H

Bobine

Défaut interne Défaut débouchant Lignes de champ

magnétiques dans la pièce

Arrangement de

poudre magnétique

Amas de poudre magnétique au droit des défauts

Lignes de champ magnétiques à

la surface de la pièce

Fissure

Lignes de champ

magnétiques

Particules

magnétiques

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IV- MODES D’AIMANTATION D’UNE PIECE EN FONCTION DE

SA FORME

METHODES

D’AIMANTATION

SYMBOLES

1ère CLASSIFICATION 2ème CLASSIFICATION

Champ

longitudinal

Champ

circulaire

(transversal)

Passage

de courant

Passage

de flux

A- Aimantation

globale par passage

de courant dans la

pièce.

x

x

B- Aimantation

d’une pièce creuse à

l’aide d’un

conducteur central

(souple ou rigide).

x

x

C- Aimantation

d’une pièce creuse à

l’aide d’un

conducteur souple

bobiné

parallèlement à

l’axe de la pièce.

x

x

D- Aimantation

localisée par

passage de courant

dans une pièce de

grande dimension.

x

x

E- Aimantation par

solénoîde court ou

bobine fixe.

x

x

F- Aimantation par

pôles magnétiques.

x

x

G- Aimantation par

électro-aimant.

x

x

H- Aimantation par

aimant permanent.

x

x

I- Aimantation par

courant induit.

x

x

H

I

H

H

I

H

I

I I

H

H

I I

I

H

H

N S

H

I



V- PRODUIT UTILISE EN MAGNETOSCOPE

Après avoir magnétisé la pièce, on a recours à un indicateur des défauts qui sera

projeté à la surface à contrôler : généralement des fines particules

ferromagnétiques. Celles-ci sont attirées et accumulées par les champs de fuites qui

se comportent à leurs égards comme des minuscules aimants. Ces accumulations

visibles de particules matérialisent donc les défauts en constituant ce qu’on appelle :

« les spectres de défaut ».

Si le produit est appliqué lors de la magnétisation, la méthode est appelée méthode

en continue, si le produit est appliqué après magnétisation la méthode est appelée la

méthode résiduelle.

V.1- Caractéristiques des produits

Il est nécessaire que les particules aient les caractéristiques suivantes :

- Non toxique ;

- Ferromagnétique ;

- Haute perméabilité ;

- Faible rémanence ;

- Couleur contraste par rapport à la surface ;

- Graines de dimension satisfaisante et grande mobilité.

V.2- Produits humides

Produits utilisés dans le cas de contrôle des pièces de bon état de surface. Le

liquide est en général du pétrole, une huile légère ou de l’eau. Les liquides utilisés

doivent avoir une fluorescence naturelle faible. La poudre magnétique en suspension

est généralement de l’oxyde de fer, noir ou coloré, cette poudre très fine (plus fine

que celle employé dans le procédé sèche) doit avoir une concentration bien

déterminée.

Les compositions suivantes sont généralement utilisées :

Produits non fluorescents : de 1,5 à 2,5 % de volume de particule en suspension.

Produits fluorescent : de 0,2 à 0,5 % de volume de particule dans l’eau.

V.3- Produits secs

Produits utilisés sur les pièces de grande dimension ou de mauvais état de surface

ou lorsqu'on cherche les défauts les plus profonds. La poudre magnétique est de

l’oxyde de fer noir ou coloré.

VI- CONSERVATION DES SPECTRES MAGNETIQUES

On a souvent besoin de conserver les indications données par le contrôle

magnétoscopique à cet effet un grand nombre de méthodes existe permettant de

fixer sur support soit plastique soit photographique.

Les spectres obtenus :

Réplique plastique ;

Techniques photographiques ;

Utilisation d’un ruban adhésif transparent.



VII- DEMAGNETISATION

Le principe de la démagnétisation consiste à soumettre un matériau à un champ

magnétique inverse constamment d’intensité uniformément décroissante. L’intensité

du champ résiduelle est ainsi ramenée à une valeur faible.

Il est essentiel de vérifier l’efficacité de la démagnétisation à l’aide d’un

indicateur de champ portatif.

La nécessité de démagnétiser une pièce ou non après le contrôle par

magnétoscopie dépend d’un certain nombre de facteurs. On peut estimer que

l’opération est nécessaire pour l’une des conditions suivantes :

La pièce fait partie d’un ensemble mobile (les particules adhérentes peuvent être à

l’origine d’usure) ;

Le champ résiduel peut influer des équipements voisins dans le fonctionnement est

basé sur le magnétisme ;

La présence d’un champ résiduel peut être néfaste au nettoyage de la pièce.

La démagnétisation n’est pas nécessaire dans les cas suivants :

La pièce est en acier doux (champ résiduel faible) ;

La pièce va subir un traitement thermique ;

Un deuxième contrôle par magnétoscopie est prévu.

VIII- CARACTERISTIQUES

VIII.1- Avantages

La méthode est relativement simple de mise en œuvre. Elle permet une localisation

précise des défauts de surface ou légèrement sous-jacentes et une appréciation de

leur longueur.

Les différentes séquences de la mise en œuvre se prêtent bien à l’automatisation.

VIII.2- Inconvénients

La méthode ne s’applique que sur les matériaux ferromagnétiques et la sensibilité

est dépendante de l’orientation du défaut par rapport à la direction générale des

lignes d’induction.

Elle ne permet pas une appréciation de la profondeur et l’interprétation dans la

phase de révélation reste parfois très délicate : l’automatisation de cette dernière

phase n’a pas encore vraiment débouché industriellement. Une désaimantation des

pièces après contrôle est nécessaire pour les pièces exposées à un environnement

sévère.

IX- APPLICATIONS

Contrôle de bielles, biellettes ;

Contrôle de tiges, ressorts... ;

Contrôle de soudures, piquages.



Fissuration en service d'un crochet

Fissuration induite par un traitement thermique

Appareil portatif de magnétisation

Chapitre 5

LES ULTRASONS



I- INTRODUCTION AUX ONDES ULTRASONS

Les ondes ultrasonores sont des vibrations mécaniques dont la fréquence est

supérieure au domaine audible d’une oreille humaine normale (16 Hz à 16 KHz). Elles se

propagent à l’intérieur des matériaux avec des vitesses qui dépendent du milieu lui-

même et du type d’onde.

Dans les matériaux métalliques, les fréquences d’utilisation courante vont de

quelques centaines de kilohertz à quelques dizaines de mégahertz. Dans ce domaine de

fréquence, l’amortissement dans l’air est tel qu’elles ne s’y propagent pratiquement

pas.

Le phénomène initial du son ou d’un ultrason est toujours produit par un corps

élastique animé de vibrations mécaniques dues par exemple à un choc (diapason), à une

impulsion électrique (tonnerre) ou à un jet gazeux interrompu (sirène).

Les sons d’une manière générale sont des ondes élastiques. Elles ne se diffèrent

entre eux que par leurs fréquences.

0 à 16 Hz 16 Hz à 16.103 Hz 16.103Hz à 150.106 Hz 150.106 Hz

Infrasons Zone audible Ultrasons Hyper sons

En contrôle non destructif par ultrasons, la plage utilisée est comprise entre 105 Hz

et 20.106 Hz.

On parle généralement d’onde lorsqu’il s’agit d’un phénomène qui se répète après un

certain temps (T) appelé période.

LES ULTRASONS

Représentation des vibrations du son (sinusoïde).

E : élongation. (E = A + B)

A : amplitude positive.

B : amplitude négative.

d : axe des déplacements du son.

: longueur d’onde (m).

T : période (s).

d

T

E

B

A

Chapitre 5



La fréquence f (nombre de cycles par seconde) de réapparition du phénomène est

donc donnée par l’inverse du temps :

f = 1/T (f en Hz et T en s)

L’espace parcourue par l’onde pendant un cycle ou une période est dit longueur

d’onde :

= v T = v / f ( en m, v en m/s et f en Hz)

On distingue trois types d’onde :

a- Onde longitudinale ou de compression : la direction des vibrations des particules

est parallèle à la direction de propagation de l’onde ;

b- Onde transversale ou de cisaillement : la direction des vibrations des particules

est perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde.

Ces ondes ne peuvent exister que dans les solides car leur existence est liée à une

résistance au cisaillement que ne possèdent ni les liquides ni les gaz.

c- Onde de surface : ondes obtenues par superposition des deux ondes longitudinale

et transversale parallèle à la surface du solide.

Sens de propagation

Direction de vibration des particules

Sens de propagation

Direction de vibration des particules

Surface du matériau

Sens de propagation

Mouvement des particules



Types d’ondes et modes de propagation des ultrasons dans un solide

II- VITESSE DE PROPAGATION

Une bonne connaissance des phénomènes liés à la propagation des ultrasons est

donc une base indispensable à la pratique de ce type de contrôle.

Les principes fondamentaux du contrôle non destructif par ultrasons résident

dans l’analyse de l’influence des défauts, du type d’hétérogénéités de structure, sur la

propagation des ondes vibratoires dans le matériau : réflexion, réfraction et

transmission sur les interfaces, atténuation dans la matrice liée aux phénomènes

d’absorption et de diffusion, vitesses de propagation variables selon les directions.

La vitesse de l’onde dépend de la nature de matériaux que la transporte et de type

d’onde :

Onde longitudinale :

)21)(1(

)1(

EVL

Onde transversale :

)1(2

EVT

Onde de surface :

VS = 0,9 VT

EXERCICE :

a) Calculer la vitesse de propagation des ondes ultrasons dans l’acier, en onde

longitudinale, onde transversale et onde de surface.

On donne : E = 21 1010 N /m² ; = 7,8 103 Kg/m3 et = 0,28.

b) Calculer la vitesse de propagation des ondes ultrasons dans l’aluminium, en onde

longitudinale, onde transversale et onde de surface.

On donne : E = 7 1010 N /m² ; = 2,51 103 Kg/m3 et = 0,34.

Onde longitudinale Onde transversale

Solide

Onde de

surface

Traducteurs

Déplacement

des particules

élémentaires

E : Module d’Young du matériau N/m² ;

: masse spécifique du matériau (Kg/m3) ;

: coefficient de Poisson.



REPONSE :

a) VL = …………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………..………..

……………………………………………………………………………………………………………………….………………….………………………………………………………………………………

VT =……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b) VL = …………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………..………..

VT =………………………………………………………..………………………….……………………………………………………………………………………………………….……………………………

Exemples de vitesses des ultrasons (ondes longitudinales) dans la matière

Vitesses et impédances acoustiques

Matériau

Masse volumique

(103 Kg/m3)

Vitesse des ondes

longitudinales

(m/s)

Vitesse des ondes

transversales

(m/s)

Impédance

acoustique

(106Kg/m2s)

Aciers

Fontes

Aluminium

Cuivre

Laiton

Béton

Muscle

Araldite

Plexiglas

Verre

Huile

Glycérine

Eau

Mercure

Quartz

Titane de baryum

Air

7.8

7.2

2.7

8.9

8.5

2.5

1.0

1.2

1.2

2.6

0.8

1.3

1.0

13.6

2.7

5.7

1.3 10-3

5 900

4 600

6 300

4 700

4 500

4 500

1 600

2 500

2 700

5 650

1 500

1 900

1 480

1 450

5 750

4 400

330

3 250

2 150

3 100

2 250

2 100

1 050

1 100

3 400

46

33

17

42

38

11

1.6

3

3.2

14

1.2

2.5

1.5

20

15

35

4 10-4

III- TRANSMISSION ET REFLEXION DES ONDES

III.1- Impédance acoustique

C’est la propriété qui détermine la transmission des ultrasons à travers la ligne

adjacente à deux milieux. Elle correspond à la masse ébranlée par un faisceau

ultrasonore de 1 m2 de section pendant une seconde. Pour un matériau donné elle est

égale au produit de la masse spécifique du matériau par la vitesse de l’onde (Z= .V).

III.1.1- Réflexion – réfraction d- Incidence normale :

Milieu I Milieu II Z1 = 1 . V1 V1

Z2 = 2 . V2

Faisceau

transmis

Faisceau

Incident

Faisceau

Réfléchis



1er cas : Z1 = Z2 transmission totale ;

2ème cas : Z1 Z2 transmission partielle ;

3ème cas : Z1 >>>> Z2 réflexion totale.

On note par :

Ar : l’amplitude de l’onde réfléchie ;

Ai : l’amplitude de l’onde incidente ;

At : l’amplitude de l’onde transmise.

Alors on a : 21

2

ZZ

Z2

Ai

At

et

21

12

ZZ

ZZ

Ai

Ar

b- Incidence oblique :

Une onde incidente arrive à la surface de séparation de deux milieux sous un angle

î autre que l’angle droit, l’onde réfléchie forme un angle r par rapport à la normale est

égal à î.

Lorsqu'une onde incidente franchie obliquement une interface séparant les deux

milieux elle subit un changement brusque de direction si la vitesse de propagation des

ongles est différente dans les deux milieux. L’onde réfractée dans le milieu II, forme

un angle par rapport à la normale cet angle est appelé angle de réfraction.

La loi de Descartes est : 2

)sin(

1

)sin(

VV

i

c- Double réflexion – double réfraction

Lorsqu'une onde plane longitudinale ou transversale rencontre sous incidence

oblique une surface de deux milieux I et II, il apparaît les ondes suivantes :

L1 : une onde longitudinale réfléchie ;

T1 : une onde transversale réfléchie ;

L2 une onde longitudinale réfractée ;

T2 : une onde transversale réfractée.

La relation qui relie ses différentes grandeurs est connue sous la loi de sinus ou la

loi de Snell, on a alors :

1

)sin(

VL

i

2

)2sin(

2

)2sin(

1

)1sin(

1

)1sin(

VT

T

VL

L

VT

T

VL

L

Milieu I Milieu II Z1 = 1 . V1 Z2 = 2 .V2

V2 Faisceau

transmis

Faisceau

Incident

Faisceau

Réfléchis

î

r

r



EXERCICE :

Rechercher la valeur de l’angle d’incidence pour que l’onde transversale réfractée

uniquement existe pour les deux milieux suivants :

Milieu A : Plexiglas ; VL1 = 2700 m /s.

Milieu B : Acier ; VL2 = 5900 m /s , VT2 = 3250 m/s.

REPONSE :

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

IV- PRINCIPE DE CONTROLE PAR ULTRASONS

Milieu I Milieu II

Onde Transversale

Réfractée (T2)

Onde

plane

Onde Transversale

Réfléchie (T1)

î

L1

L2

Onde Longitudinale

Réfractée (L2)

T2

Onde Longitudinale

Réfléchie (L1)

T1

Traducteur droit

Echo émis

Echo du fond

Echo du défaut

Défaut

T2

L2



La vibration mécanique engendrée par l’élément piézo-électrique du traducteur se

propage dans la section de la pièce en se réfléchissant sur les faces. Une partie du

faisceau acoustique est interceptée par le défaut et renvoyée vers le traducteur qui

convertit la vibration en signal électrique.

L’œil observe sur l’écran de visualisation un écho caractéristique apparaissant à une

distance donnée sur la base de temps.

Il est alors possible de détecter la présence du défaut, d’évaluer sa position et son

étendu. L’amplitude de l’écho reçue dépend de l’étendu et de l’orientation de la

surface réfléchissante.

On peut distinguer deux types de méthodes par Ultrasons:

1. Les Ultrasons dit « classiques » permettant de déceler des indications au cœur de

la matière en utilisant des traducteurs de type Ondes longitudinales ou à Ondes

inclinées.

2. Les mesures d'épaisseurs qui permettent de vérifier l'épaisseur restante d'un

matériel (on peut établir une cartographie des zones examinées et étudier son

évolution dans le temps).

Remarque :

Les fréquences utilisées pour le contrôle des métaux sont de l’ordre de 1 à 10 MHz.

V- MATERIEL MIS EN ŒUVRE

Postes U.S. analogiques ou numériques ;

Traducteurs OL, OT et à angles variables ;

Mesureurs d'épaisseurs ;

Logiciels de saisi et de suivi des mesures d'épaisseurs.

Appareil de contrôle par US Traducteurs Mesureur d'épaisseur

Palpeurs piézoélectriques :

En règle générale, un palpeur est constitué autour d’une pastille piézoélectrique

circulaire ou rectangulaire taillée dans le matériau piézoélectrique choisi, dont les

faces parallèles sont métallisées de façon à réaliser deux électrodes auxquelles sont

soudés les fils de connexion. Pour limiter les vibrations vers l’arrière du palpeur et

leur durée, la pastille est placée sur un bloc amortisseur dense et très absorbant.

L’ensemble de ces deux éléments et une bobine d’accord sont placés dans un boîtier



métallique complété par un connecteur électrique et une face de protection devant la

pastille piézoélectrique. Cette face avant joue le double rôle de protection contre les

chocs mécaniques et d’étanchéité. Elle est réalisée dans des matériaux très variés

(résine, carbures non métalliques…). L’épaisseur de cette face de protection n’a pas

d’influence sur l’énergie transmise si elle multiple entier de la demi-longueur d’onde

dans ce matériau.

Structure d'un palpeur ultrasonore

VI- EXEMPLES D'APPLICATIONS

VI.1-Déterminations des défauts internes

Défaut de soudage : porosité, manque de fusion, défaut de pénétration, inclusions

de laitier, fissures sur les bords, fissures en racines.

Contrôle des pièces moulées.

Mesures d’épaisseurs...

Recherche de fissures sur les installations en service.

VI.2- Contrôle de serrage

Il consiste à mesurer l’allongement des vis ou des goujons sous l’effet de la

tension de serrage. Le traducteur ultrasonore posé sur la tête de la vis ou du goujon

agit comme émetteur d’ondes ultrasonores qui se propagent longitudinalement dans le

matériau et comme un récepteur qui recueille l’onde réfléchie sur le fond de la vis.

Cette opération est répétée plusieurs centaines de milliers de fois par seconde.

Li : longueur de la vis au repos (mesurée par les ultrasons) ;

Lf : longueur de la vis après serrage (mesuré par ultrasons) ;

Lf - Li : allongement ultrasonore : due à l’allongement mécanique de la vis et à la

diminution de la vitesse de propagation des ondes ultrasonores due à la tension induite

dans le matériau. (Généralement l’effet de la vitesse est dominant).

Ces deux effets sont proportionnels à la tension, ainsi que leur combinaison.

T (daN) = K Allongement ultrasonores (ns).

Pastille piézoélectrique

Face de protection

Boîtier

Bloc amortisseur

Bobine d’accord

Connecteur



Exemples d’application

Grues, engins lourds (travaux publics), ponts et ouvrages d’art, téléphériques,

industrie lourde (laminoirs), centrales électriques, aéronautique, navires (sections

boulonnerie), ferroviaire…

VII- CARACTERISTIQUES

VII.1- Avantages

La méthode se prête bien à la détection des défauts localisés dans le volume de

la pièce et elle présente une grande sensibilité, notamment pour la recherche de

défauts plans.

Contrôle sur métaux, plastiques, matériaux divers.

Epaisseurs contrôlables trop importantes.

Elle peut être utilisée indifféremment sur chantier ou en atelier et se prête

bien à l’automatisation.

VII.2- Inconvénients

La sensibilité de la méthode est fortement influencée par l’orientation de la

surface du défaut vis-à-vis de la direction principale du faisceau acoustique.

Il est nécessaire d’interposer un milieu de couplage intermédiaire « couplant »

entre le traducteur et la pièce pour assurer la continuité de la propagation.

L’interprétation de la nature des défauts et de leur dimension nécessite du

personnel qualifié ayant une grande expérience.

La mise en œuvre est difficile sur certains matériaux.

Défauts détectés Défauts non détectés

Faisceau

ultasonore

Surface

limite

de la

pièce

Chapitre 6

LES COURANTS DE

FOUCAULT



I- INTRODUCTION

Le contrôle des faisceaux tubulaires d'échangeurs a toujours été le domaine

d'utilisation privilégié des courants de Foucault. Depuis quelques années, le matériel

de contrôle a évolué au point de devenir très compact. Ce qui permet une grande

mobilité aux personnes intervenant dans de multiples configurations.

Les courants de Foucault permettent l'examen non destructif des matériaux

conducteurs de l'électricité. Leur utilisation ne nécessite pas d'agent de couplage et

peut être menée à travers un léger dépôt. Cette méthode procure un excellent

rapport sensibilité sur la vitesse de contrôle.

II- DEFINITION ET PRINCIPE DE CONTROLE PAR COURANT

DE FOUCAULT

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 modifiant 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 que des conditions d'excitation (paramètres électriques et

géométriques du bobinage).

LES COURANTS DE FOUCAULT Chapitre 6



On conçoit en présence d'un défaut constituant une discontinuité électrique

venant perturber la circulation des courants de Foucault qui engendre 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).

L'observation est réalisée par visualisation sur un oscilloscope des variations de

l'impédance électrique de la sonde entre une zone saine et une zone défectueuse.

Cette méthode est applicable sur tous matériaux conducteurs de l'électricité et

ne permet de mettre en évidence que des défauts superficiels.

Enroulement Champ magnétique de

l’enroulement

Champ magnétique des

courants de Foucault

Matériau conducteur

Courants de

Foucault

Pièce sans défaut Pièce fissurée

Tens

ion

d’équ

ilib

re

(Em

issi

on e

t ré

cept

ion)

Equ

ilibre

tro

ublé

par

la v

ariation

du

chemin é

lect

riqu

e

Principe de la détection

par les courants de

Foucault

Modification

du trajet des

Courants de

Foucault

Pièce

fissurée



III- EFFET DE PEAU - PROFONDEUR DE PENETRATION DU

COURANT DE FOUCAULT

Sous une surface plane environ 63 % des courants induits passent entre la

surface et la profondeur . On peut constater que la densité du courant décroît de

manière exponentielle dans la profondeur.

Pour obtenir des profondeurs de pénétration de l’ordre des mm, il convient

d’utiliser, selon le matériau, des fréquences de 10 à 105 Hz.

Valeurs de la résistivité en .m

(mm)



IV- MISE EN ŒUVRE

Les principaux paramètres à prendre en compte pour un contrôle résultent des

considérations précédentes et peuvent se répartir pratiquement en trois catégories.

IV.1- 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 l'autre, toute

variation locale entraînant un déplacement du point de fonctionnement moyen de la

sonde, comme cela apparaît sur la figure suivante.

Représentation des variations d’impédance dans la bobine

IV.2- Paramètres liés au montage gouvernant le couplage entre la ou les bobines

et le matériau

Il s'agit soit du coefficient de remplissage pour les bobines 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.

IV.3- 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

Résistance R

Réactance X

Z0 Impédance à vide dans l’air

Z1 Impédance au contact du métal

Petites variations d’impédance dues à l’effet

des variations de paramètres du sondage

Z2

Z1

Z3



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.

V- MATERIEL MIS EN ŒUVRE

Générateur de courants de Foucault multifréquence numérique avec fréquences

multiplexées ou non, ajustables de 1000 Hz à 4 MHz ;

Enregistreur graphique thermique multivoies assurant la visualisation des signaux

CF ;

Stockage des signaux CF sur disque magnéto-optique numérique ;

Dispositif tireur-pousseur de sonde à vitesse réglable ;

Capteurs divers de type sonde axiale, sonde tournante, bobine encerclant, avec ou

sans dispositif de saturation, chacune des spécificités étant adaptée en fonction de la

géométrie et de la nature du matériau contrôlé.

Appareil de recherche de

défauts par courants de

Foucault

Sondes à courants de Foucault

MultiScan pour le contrôle des tubes



VI- APPLICATIONS

VI.1- Contrôle des tubes, des barres et des 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. Elle est très utilisée dans les

industries métallurgiques où l'on détecte ainsi les défauts superficiels de nature

variée sur des fils, les barres et les tubes de petits diamètres.

Une telle technique peut mettre en évidence, sur ces produits, non seulement des

défauts de santé superficiels tels que les criques, les piqûres et les 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 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 tels que les longues criques

appelées lignes dont la profondeur peut être inférieure à 100 mm.

Le contrôle des tubes en service est une application importante du contrôle par

courants de Foucault, étant donné l'importance de la maintenance des chaudières, des

échangeurs et surtout des générateurs de vapeur des 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.

Tube présentant

des défauts Sonde

Signaux produits par

les épaisseurs du tube

attaquées par la

corrosion

Evaluation des pertes du matériel en service



VI.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. 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 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 ou automatique en utilisant un bras

manipulateur pour déplacer la sonde et un 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.

Corrosion

Erosion d’une pale

Applications en aéronautique

8 différents épaisseurs de peinture sur un panneau d’aluminium (fuselage d’un avion)

Epaisseurs de peinture



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 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 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.

VII- PERFORMANCE ET 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.

VII.1- Avantages

Grande sensibilité de détection ;

Contrôle rapide ;

Sonde adaptable au produit à contrôler ;

Enregistrement de résultats (suivi dans le temps).


Méthode limitée aux contrôles de matériaux conducteurs ;

Faible pénétration dans la matière (quelques mm) ;

Sensible aux phénomènes perturbateurs (écrouissage, dépôts superficiels) :

nécessité d’un étalon propre à chaque contrôle.

Chapitre 7

LA RADIOGRAPHIE

INDUSTRIELLE



I- PRINCIPE DE LA METHODE

La radiographie met en œuvre des sources émettrices de rayonnements ionisants.

Ces rayonnements ont une énergie très grande qui leur permet de traverser la

matière.

Lors de la traversée de la matière, les éventuels défauts contenus dans celle-ci

constituent des obstacles qui absorbent plus aux moins le rayonnement. Les

différences d’absorption peuvent être soit visualisées sur un écran fluorescent (par

exemple : la radiographie utilisée dans le domaine médical), soit enregistrées sur un

film spécial (cas de radiographie industrielle).

Rayon

Pièce à contrôler

Film radiographique

Résultat : après développement

RADIOGRAPHIE

Rayon X

25 à 400 kev

Pièce à contrôler

Ecran fluorescent

Résultat : sur l’écran

RADIOSCOPIE

LA RADIOGRAPHIE INDUSTRIELLE Chapitre 7



La pièce est placée entre la source de radiation et le film.

Plus le matériau traversé est dense, plus il absorbe le rayonnement.

L’intensité de gris du film est proportionnelle à l’intensité du rayonnement.

II- LOIS DE PROPAGATION DES RAYONNEMENTS IONISANTS

Ce mode de contrôle utilise des rayonnements électromagnétiques de faible

longueur d'onde (ordre de grandeur de l'angström) pour traverser des matériaux

opaques à la lumière.

II.1- Nature et propriétés principales

Les rayons X ou qui sont employés en contrôle ont les propriétés suivantes :

Ils se propagent en ligne droite à la vitesse de la lumière.

Ils sont invisibles.

Ils traversent la matière et sont partiellement absorbés au cours de la

transmission.

Ils peuvent endommager ou détruire les cellules vivantes.

Ils ionisent les milieux gazeux.

II.2- Phénomène d'absorption

Lors de la traversée d'un matériau, le rayonnement électromagnétique subit un

affaiblissement par :

Effet photo-électrique ;

Effet Compton ;

Formation de paires d'ions.

Absorption des rayons ionisants

Rayonnement X ou

Source

Matériau

Film radiographique



D'une façon schématique, on peut écrire (en rayonnement monochromatique) :

I = I0 e-µe avec : I : intensité en sortie ;

I0 : intensité incidente ;

µ : coefficient d'absorption ;

e : épaisseur du matériau.

Le coefficient d'absorption prenant la forme : µ = k l3 Z3

avec : k : fonction de la masse volumique du matériau ;

l : longueur d'onde du rayonnement ;

Z : numéro atomique de l'élément traversé.

L'absorption peut aussi s'exprimer par :

L’épaisseur de demi-absorption : I = I0/2

L’épaisseur de déci-transmission : I = I0/10 (utilisée en radioprotection)

III- MISE EN ŒUVRE

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:

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, 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 termes 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 négatoscopes, 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.



Images radiographiques

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.

IV- METHODE DE CONTROLE

Le contrôle détecte la différence d'absorption provoquée par la présence du

défaut par rapport au reste de la pièce. Cette différence peut être mise en évidence

par : l'impression de films photographiques, l'utilisation d'écrans fluorescents et

caméras de télévision, l'utilisation de détecteurs de rayonnements.

Pour chaque contrôle, il existe un cahier des charges ou une norme (NF EN 444,

NF EN 462-1…).

Le tableau suivant donne quelques indications sur les apparences radiographiques

de quelques défauts de soudure.



Défaut Apparence radiographique

Soufflures sphériques Taches sombres à contours circulaires.

Soufflures vermiculaires Taches sombres à contours allongés.

Inclusions de laitier Taches sombres à contours irréguliers.

Cavités allongées Lignes sombres plus ou moins interrompues et parallèles

aux bords de la soudure.

Mauvaise reprise Tache sombre isolée au niveau de la reprise.

Manque de fusion Mince ligne sombre avec des bords nettement définis.

Manque de pénétration Ligne sombre, continue ou intermittente au milieu de la

soudure.

Fissures longitudinales

Fissures longitudinales

Fines lignes sombres, rectiligne ou non.

Caniveau Ligne sombre, large et diffuse le long du bord de la

soudure.

IV.1- Le film radiographique

Les films sont constitués d'un support plastique recouvert sur les deux faces

d'une émulsion de sels d'halogénures d'argent dans une couche de gélatine.

Une des caractéristiques des films est la taille du grain. Les films à gros grains

sont plus rapides que les films à grains fins mais la définition des images est plus

faible.

IV.2- Visibilité des défauts

Cette visibilité des défauts est déterminée par les facteurs suivants :

La nature et l'épaisseur traversée par le rayonnement du défaut ;

Les facteurs géométriques (distance du foyer de la source au film par exemple)

qui vont conditionner la netteté des contours du défaut (problème de flou) ;

Les propriétés du film (granulation, voile de base, présence d'écrans filtrants et

(ou) de renforçateurs) ;

La qualité du rayonnement utilisé.

IV.3- Qualité du contrôle

Pour apprécier la qualité de l'image radiographique, il faut la traduire sous forme

numérique.

Pour cela, on utilise des indicateurs de qualité d'image (IQI). Ils sont placés au

contact de la pièce face à la source de rayonnement. L'image de l'IQI sur le film

traduira la qualité de l'image.

Les principaux IQI utilisés sont les suivants :

Indicateurs à fils (utilisé dans la plupart des pays européens) ;

Indicateurs à gradins percés (utilisé surtout en France) ;

Indicateurs à plaquettes percées (utilisé aux USA).



Indicateurs de qualité d'image

IV.4- Protection

L'emploi de source de rayonnement demande le respect des réglementations sur la

sécurité des opérateurs de contrôle.

V- PROCEDURE DE CONTROLE

La mise au point d'un contrôle par rayons X réclame le choix :

De la tension anodique ;

Du courant cathodique ;

De la distance du film au foyer ;

Du type du film et éventuellement des écrans renforçateurs ;

Du temps de pose.

La détermination du temps de pose peut se faire à l'aide de table (figure 14)

valable pour :

Un matériau donné ;

Un domaine de tension ;

Une distance du film au foyer ;

Un type du film et d'écran renforçateur.

Détermination du temps de pose

Indicateur à fils

(norme DIN)

Indicateur percé

(norme ASME)

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Temps de pose (mn)

Epaisseur (mm)

Conditions de validité :

Acier faiblement allié

Courant anodique: 3 Ma

Distance foyer-film : 70 cm

Pellicule rapidité moyenne

Ecrans renforçateurs de plomb

Noircissement : 1

10 20 30 40 50 60



VI- APPLICATIONS

Recherche d’anomalies internes :

a) Pièces moulées : retassures, criques, restes de noyaux…

b) Soudures : fissures, manques de fusion, manque de pénétration, soufflures,

inclusions, défauts de formes ;

c) Tuyauterie : corrosions ou érosions internes, dépôts internes, défauts de

soudure ;

d) Parois en béton armé : cavité, fissures, armatures (, position) ;

e) Position du clapet dans une vanne ;

f) Contrôle de jeux dans un assemblage emboîté ;

g) Vérification d’un assemblage monté en aveugle.

VII- CARACTERISTIQUES

VII.1- Avantages

Détection des défauts de surface ou volumique dans tous les matériaux ;

Energies X disponibles : de quelques Kev jusqu'à 15 Mev ;

Possibilité de radiographier des formes complexes et des épaisseurs d'acier

variant de quelques micromètres à 600 mm ;

Dimensionnement et identification possible des défauts ;

Sensibilité de détection des défauts très élevée pour certaines techniques ;

Sensibilité de détection de l'ordre de quelques µm avec grossissement ;

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).


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 élevés (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.

Inconvénients en Hygiène et Sécurité

Les rayonnements utilisés sont dangereux et peuvent provoquer des maladies

professionnelles graves ;

Les opérateurs 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...).

Chapitre 8

LA TOMOGRAPHIE



I- GENERALITES

Née dans les années 1970 pour le domaine médical la tomographie a adapté

aujourd’hui ses paramètres au domaine industriel dont tous les secteurs peuvent

bénéficier des possibilités, que ce soit en aéronautique, dans le secteur automobile, en

fonderie, dans l’industrie minière ou pétrolière ou le secteur agro-alimentaire.

La tomographie à rayons X est utilisée aussi bien en production, en phase de

prototypage ou lors de la mise au point des procédés de fabrication. Les améliorations

apportées à cette technique concernent aujourd’hui la haute et très haute résolution

et la reconstruction tridimensionnelle.

Cette technique permet de reconstruire le volume d’un objet à partir d’une série

de mesures effectuées par tranche depuis l’extérieur de cet objet. Dans une version

haute résolution, on l’utilise aussi de plus en plus en sciences des matériaux et en

contrôle non destructif CND.

II- PRINCIPE DE LA TOMOGRAPHIE

La tomographie (représentation en coupes) est une technique qui consiste à

reconstruire le volume d’un objet (le corps humain dans le cas de l’imagerie médicale,

une structure géologique dans le cas de la géophysique) à partir d’une série de

mesures déportées à l’extérieur de l’objet. Ces mesures peuvent être effectuées à la

surface même ou à une certaine distance. Le résultat est une reconstruction de

certaines propriétés de l’intérieur de l’objet, selon le type d’information que

fournissent les capteurs (capture d’une particule, pression acoustique, atténuation

d’un faisceau lumineux, différence de vitesse ou de polarisation d’ondes sismique…).

La tomographie, d’un point de vue mathématique, se décompose en deux étapes.

Tout d’abord elle nécessite l'élaboration d'un modèle direct, décrivant suffisamment

fidèlement les phénomènes physiques tels qu'ils sont mesurés. Ensuite, on détermine

le modèle inverse ou reconstruction servant à retrouver la distribution

tridimensionnelle en se fondant sur le modèle direct.

Principe de base de la tomographie par projections : les coupes tomographiques

transversales S1 et S2 sont superposées et comparées à l’image projetée P.

LA TOMOGRAPHIE Chapitre 8

http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9ophysique

http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9isme

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Mod%C3%A8le_direct&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Mod%C3%A8le_inverse&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Algorithme_de_reconstruction&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tridimensionnel



Exemple 1 : Image virtuelle 2D

Considérons un rondin de bois dont on veut fournir une image 2D virtuelle. Cette

image représente la cartographie de l'atténuation d'un pinceau de rayons X

traversant la tranche de le rondin sous diverses incidences.

Les images sont obtenues par reconstruction algorithmique à partir des différentes

mesures.

Photographie réelle d'une coupe

d'un rondin de bois

Image de la coupe tomographique

obtenue sur le rondin de bois

Objet Détecteur

s

Banc

mécani

que Source X

Collimateur

Unité de

reconstitution

stockage

et

visualisatio

n

Système

d’acquisition

des données



Exemple 2 : Image virtuelle 3D

Image 3D d'un scanning d'une pièce au rayon X.

Le système de tomographie 3D à rayons X permettant d’obtenir le volume 3D

d’une pièce plastique, métal ou composite.

Placée sur un plateau tournant à 360°, la pièce subit un scanning par rayon X bien

à l'abri dans sa cabine étanche. Cette technique, qui s'appuie donc sur la tomographie,

va permettre également de détecter les microfissures, bulles d'air, retassures ou

lignes de soudures, y compris sur les pièces de petites tailles.

Générer des images tridimensionnelles par tomographie nécessite l’acquisition

d’une série d’images rayons X en deux dimensions (radiographies) pendant une rotation

progressive de l’échantillon, pas à pas sur 360 ° (incréments inférieur à 1° par pas).

Ces projections contiennent les informations de position et de densité à l’intérieur de

l’objet. Cette accumulation de données est alors utilisée pour reconstruire

numériquement les données volumiques.

III- UTILITE DE LA TOMOGRAPHIE

La tomographie à rayons X permet donc d’accéder au cœur de la matière pour en

apprécier les variations d’absorptions radiologiques et les différences de composition.

Elle permet également de localiser très finement toute hétérogénéité, singularité,

vide ou inclusion présents dans un objet, ainsi que de vérifier l’assemblage et le

positionnement des ensembles mécaniques complexes.

Enfin, lorsque les temps d’acquisition sont compatibles avec les vitesses de

certains phénomènes physiques, la tomographie peut conduire à des mesures

dynamiques pour suivre, par exemple, l’évolution d’un matériau soumis à des

contraintes.



Remarque :

Une application dérivée de la tomographie est appelée : la métrotomographie.

C’est la mesure de géométrie intérieure d’une pièce : toutes les données sont

applicables et utilisables dans tous les secteurs de la qualité.

La technologie du contrôle non destructif, comme par exemple le contrôle

d’assemblage, l’analyse fonctionnelle, l’analyse matière, la détection des porosités,

est possible tout comme la mesure traditionnelle, applications de rétro conceptions,

ou comparaison des géométries.

L'utilisation des logiciels de mesure présente deux intérêts : pouvoir comparer le

modèle CAO avec la tomographie 3D de la pièce et établir de nouveaux modèles CAO

si la pièce analysée comporte trop de défauts.

IV- DOMAINES D’APPLICATION

Une grande variété des domaines d'application de la tomographie dans l'industrie :

L’aéronautique ;

La métallurgie des poudres ;

Le secteur automobile ;

L’armement ;

Les matériaux composites et plastiques ;

L’archéologie ;

Les sciences du vivant ;

La pétrochimie ;

L’agroalimentaire.

V- CARACTERISTIQUES

V.1- Avantages

La complémentarité avec la radiographie conventionnelle ;

Les images numériques fournissent des paramètres quantitatifs inaccessibles aux

autres méthodes de CND ;

La tomographie permet de pouvoir analyser la matière au cœur des objets

directement sans les altérer en supprimant par la même le problème de la

représentativité des échantillons.

V.2- Inconvénients

Les principales difficultés liées à la méthode sont dues à :

L'extrême variété des appareillages et des modes de fonctionnement de ceux-ci ;

La grande diversité des matériaux contrôlables ;

La grande diversité des objectifs recherchés.



VI- EXEMPLES D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES

VI.1- Electronique : tomographie d'un circuit intégré

VI.2- Plasturgie : cartographie des défauts de forme d'une façade de téléphone

portable

VI.3- Métallurgie : analyse de la porosité d'une pièce de fonderie en aluminium



VII- COMPARAISON AUX AUTRES METHODES DE CND

Technique de contrôle non destructif récente issue du domaine médical où elle a

révolutionné les aides au diagnostic en complétant les informations globales de la

radiographie par projection par ses données locales internes précises acquises sur des

coupes virtuelles, la tomographie est aujourd’hui un outil fiable certes peu répandu

encore par rapport aux autres techniques de CND utilisées, mais s’appliquant à des

secteurs industriels très variés.

Confrontée à la diversité des matériaux, à la diversité des tâches qui conduisent

souvent à mettre en œuvre des équipements lourds et encore onéreux en particulier

pour les PME et PMI, la tomographie a cependant vu ces dernières années se

développer dans le paysage industriel, grâce à sa rapidité à produire des images

représentatives de la structure interne des objets, une pensée tomographique qui

passe même aujourd’hui par une réflexion de normalisation des contrôles.

Quoiqu’il soit encore très réduit par rapport au parc d’installations œuvrant dans

le domaine médical, ce parc industriel offre une grande diversité de fonctionnalités

de la faible énergie à la très haute énergie...

Chapitre 9

LA THERMOGRAPHIE

INFRAROUGE



I- GENERALITES

La thermographie infrarouge est une technique permettant à distance et sans

contact, d'observer des scènes thermiques et d'en mesurer des températures avec

une précision variable en fonction des critères recherchés.

A partir du zéro absolu (-273°C), tous les corps rayonnent de l'énergie. Cette

énergie émise est dépendante de deux facteurs principaux qui sont:

La température du corps ;

Le type de matériau et son état de surface.

En résumé, plus un corps est chaud, plus il émet de rayonnements. Le mesurage de

cette énergie est possible grâce à un système de mesure appelé « camera

infrarouge », ou plus techniquement « radiomètre infrarouge ». Le domaine militaire

et le secteur médical ont contribué au développement de cette technologie.

II- DEFINITION

La thermographie infrarouge «TIR» est la science de l'acquisition et de l'analyse

d'informations thermiques à l'aide de dispositifs d'imagerie thermique à distance.

La norme française A 09-400 définis la thermographie infrarouge comme

«Technique permettant d’obtenir au moyen d’un appareillage approprié l’image thermique d’une scène thermique dans un domaine spectral de l’infrarouge ».

La thermographie infrarouge est utilisée dans le domaine de la surveillance

conditionnelle de fonctionnement pour optimiser les tâches de maintenance sans

interrompre le flux de production et réduire au maximum les coûts d'entretien.

III- PRINCIPE

La caméra infrarouge capte au travers d’un milieu transmetteur les rayonnements

émis par une scène thermique. Le système radiométrique convertit la puissance de

rayonnement en signaux numériques ou analogiques : ceux-ci sont transcrits en

température par le calculateur et transformés en points lumineux sur un écran.

L’image ainsi obtenue s’appelle « thermogramme ».

LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE Chapitre 9



Image visible et thermogramme correspondant d’un rouleau de papier

La figure suivante montre un exemple courant de défaut dans une armoire

électrique. La caméra infrarouge mesure tous les rayonnements émis et les restitue

sous forme de thermogramme : cette image thermique est composée par des niveaux

de couleurs, qui sont en corrélation avec les niveaux de températures mesurés

(échelle des températures). Dans ce cas, par comparaison des températures des trois

connexions, le thermogramme nous indique un mauvais serrage au niveau du câble

droit.

Exemple de défaut électrique de connexion (mauvais serrage)

IV- LOIS DU RAYONNEMENT INFRAROUGE

IV.1- Le spectre électromagnétique

La lumière visible, les ondes radio et TV, les rayons X sont des rayonnements

électromagnétiques. Le domaine visible s’étend des longueurs d’onde allant de 0,4 à

0,8 μm. La bande infrarouge s’étend de 0,8 à 1000 μm. En thermographie infrarouge

on travaille généralement dans une bande spectrale qui s’étend de 2 à 15 μm et plus

particulièrement dans les fenêtres 2-5 μm et 7-15 μm.



Rayonnements électromagnétiques

IV.2- Loi de Plank

Max Plank a calculé les flux de puissances électromagnétiques émis par un corps noir.

W = (Watts/cm2)

: Longueur d’onde ;

W : Flux de puissance émis par un corps noir à la longueur d’onde ;

c : Vitesse de la lumière = 3.1010 cm/s ;

h : Constante de Plank = 6,6.10-34 Watt.s2 ;

k : Constante de Boltzman = 1,4.10-23 Watt.s2/°K;

T : Température absolue du corps noir en Kelvin.

Ces formulations mathématiques complexes sont représentées par des courbes.

Rayonnement du corps noir pour différentes températures

Bande spectrale utilisée

en thermographie IR

2.π.h.c2

5.(e(h.c/.k.T)-1)

Ultraviolet Visible Infrarouge

Longueur d’onde (mm)

Int

ens

ité (un

ité a

rbitra

ire)



A partir de ces courbes, on constate que :

La puissance électromagnétique émise croît avec la température du corps noir.

L’émission de rayonnement passe par un maxima : ce maxima se produit à des

longueurs d’onde de plus en plus faibles lorsque la température du corps noir croît.

A partir d’une température de l’ordre de 520°C, l’émission du rayonnement

infrarouge apparaît dans le domaine spectral visible (0,4-0,8 μm) : les objets chauffés

au moins à cette température deviennent donc visibles par l’œil humain de par la

couleur rouge sombre.

En dessous de cette température, on ne voie pas les températures car l’émission de

rayonnement se fait au delà de la bande spectrale sur laquelle sont calibrés nos yeux.

Alors, pour visualiser des corps dont la température est inférieure à 520°C, il faut

utiliser des appareils dont le seuil de détection est inférieur à celui de l’œil humain.

IV.3- Rayonnement incident

On appelle incident l'ensemble des rayonnements extérieurs à un objet qui

viennent le frapper. Dans la figure suivante, le rayonnement incident, noté WINCID,

est l'ensemble des rayonnements qui heurtent l'objet cible provenant d'une ou

plusieurs sources. Une certaine partie du rayonnement, notée W, sera toujours

absorbée, et l'objet cible en retiendra alors l'énergie. Une certaine quantité, notée

Wρ, sera réfléchie. Cette dernière n'affectera aucunement l'objet cible. Il est enfin

possible qu’une certaine proportion de rayonnement, notée W , traverse l’objet cible.

Comme la quantité réfléchie, elle n’affecte pas l’objet. Si on écrit cela sous forme

d'une équation mathématique on obtient:

W+ Wρ + W = WINCID = 100%

Un objet possède une certaine capacité ou aptitude à :

Absorber : ce que l'on appelle l'absorptivité ;

Réfléchir : ce que l'on appelle la réflectivité ρ ;

Transmettre : ce que l'on appelle la transmissivité .

La somme des trois est toujours égale à 1 : + + ρ = 1

IV.4- Rayonnement résultant

Le rayonnement résultant, capté par une caméra infrarouge, est constitué de la

somme de tous les rayonnements qui quittent la surface d'un objet, quelles que soient

les sources d'origine. Il provient de trois types de sources.

Répartition du rayonnement incident

en différentes composantes



Sur la figure suivante, on est en présence de trois sources de rayonnement :

l'objet cible lui-même, une source devant et une source derrière. Si nous observons

l'objet cible depuis la droite, le rayonnement résultant est une combinaison du

rayonnement de l'objet cible lui-même, du rayonnement provenant de la réflexion sur

l’objet de la source de chaleur avant (située sur la droite) et du rayonnement issu de

la source de chaleur arrière (située sur la gauche) traversant l'objet cible.

IV.5- Facteurs perturbateurs

Le vent : En extérieur, il perturbe et refroidit les objets visualisés.

L'hygrométrie : La vapeur d'eau contenue dans l'air influe sur le rayonnement

électromagnétique reçu.

La dimension du point : Le rayonnement électromagnétique reçu par le capteur

sera proportionnel, à température égale, à la dimension du point mesuré au rapport de

la taille du capteur permettant la mesure de la distance émetteur-récepteur.

Distance : Il y a atténuation logique du flux reçu par le capteur en fonction de la

distance. Le flux reçu est inversement proportionnel au carré de la distance.

Environnement : En fonction du fond de la scène thermique observée, il y a une

source d'erreur dans la mesure si le point observé est intégré dans le fond radiatif

de la scène.

V- TECHNIQUES D'ANALYSE D'IMAGES THERMIQUES

L'analyse d'images thermiques se traduit souvent par la recherche de zones

singulières dont le comportement diffère du reste de l’image. C'est la raison pour

laquelle les appareils disposent de nombreuses fonctions permettant d’augmenter

artificiellement les contrastes locaux. Le maniement de ces fonctionnalités permet de

trouver plus facilement ce qu’on cherche à mettre en évidence dans une image. Les

trois fonctions les plus importantes pour l'amélioration des images réfléchit sur une

vitre thermiques sont le cadrage thermique, l'isotherme et les palettes.

V.1- Cadrage thermique

Le cadrage thermique est l'ajustement de l'échelle de l'image permettant

d'optimiser le contraste pour les besoins de l'analyse. Le cadrage thermique suppose

l’utilisation des contrôles de niveau et de gain de la caméra. Lorsque la zone d'intérêt

de l'image est choisie, il faut ajuster ces deux paramètres de telle sorte que les

Les trois sources de

rayonnement réfléchi

issues de l'objet

Source de chaleur

de transmission Source de chaleur de réflexion

Rayonnement résultant Objet cible



couleurs de la palette couvrent au plus juste cette partie de l'image. Les zones moins

intéressantes de l'image peuvent être en dehors de l'échelle. Elles seront alors

généralement représentées en noir ou blanc.

Sur l’exemple de la figure suivante, dans l'image de droite, le gain est plus réduit

et le niveau est sensiblement plus élevé. Il en résulte un meilleur contraste. Cette

image est plus facile à analyser car la zone thermique est mieux mise en évidence.

Image réglée automatiquement Image cadrée thermiquement sur le composant

V.2- Isotherme

L'isotherme remplace certaines couleurs dans l'échelle par des tons opposés. Il

marque un intervalle de température apparente égale. L'isotherme remplace

uniquement une plage de couleurs par une autre contrastant plus avec les couleurs

utilisées dans l'image. L'isotherme peut être déplacé de haut en bas sur l'échelle et

élargit ou réduit selon vos besoins. Un exemple est illustré sur la figure suivante.

Tête de transformateur haute tension avec une isotherme

V.3- Palettes

Une palette assigne différentes couleurs pour marquer des niveaux de

température apparente définis. Elle peut être plus ou moins contrastée selon les

couleurs utilisées.

Une image thermique peut être généralement affichée avec un maximum de 256

nuances de couleur ou de gris simultanément. Sur une échelle de gris, la couleur noire

se trouve à l'une des extrémités et elle s'éclaircit progressivement à chacun des 256

pas jusqu'à devenir blanche. Ce qui signifie en fait qu'il n'y aura que très peu de

contraste entre, par exemple, la 93ème et la 94ème nuance de gris. L'image couleur



permet, quant à elle, d'utiliser une large gamme de couleurs pour obtenir un meilleur

contraste. Les couleurs doivent être judicieusement assorties les unes aux autres,

pour donner un semblant de lissé à l'image, et pour qu’elle ne soit pas pénible à

observer. Un exemple de thermogramme d’une cuve de stockage pris aves différentes

palettes est illustré sur la figure suivante.

Exemples de différentes palettes

Une règle est à appliquer pour le choix de palettes :

Utilisez des palettes très contrastées sur des objets cible peu contrastés ;

Utilisez des palettes peu contrastées sur des objets cible très contrastés.

VI- MATERIEL UTILISE

Une caméra infrarouge 3-5, 8-12 avec une résolution thermique de 0,1 °C à 20 °C,

(caractéristiques données par les constructeurs).

Une unité de traitement d'images.

Un magnétoscope pour enregistrement sur site, et/ou un stockage numérique des

données sur disquette, carte PCMCIA...

Un calculateur associé pour analyse des résultats en direct.

Un ensemble portatif de mesures (température ambiante, vitesse du vent,....).

Un logiciel d'analyse laboratoire : Thermagram , Thermonitor , TIC8000.

Cet équipement est mobile, portable ou sur chariot et ne nécessite pas

d'alimentation électrique externe.

L'ensemble du matériel infrarouge est obligatoirement étalonné annuellement

dans le respect des normes.

VII- APPLICATIONS DE LA THERMOGRAPHIE IR

VII.1- Maintenance électrique

Basé sur le principe U = RI où toute résistance de passage au courant entraîne un

échauffement (effet Joule) on détermine : les écrous mal serrés, les oxydations, les

déséquilibres de phase etc.

Une multitude d'autres secteurs sont utilisateurs de la thermographie infrarouge

(carte électronique, transformateur, batterie, cellule blindée (H.VIR...)



VII.2- Thermique industrielle

- Visualisation des calorifugeages, fours réfractaires...

- Séchoirs, étuves....

VII.3- Mécanique

VII.4- Pétrochimie, chimie

La pétrochimie et la chimie sont les premiers secteurs à avoir utilisé la

thermographie, notamment en procès, décochages de fours et sécurité (vérification

des soupapes) sur des : réfractaire, pipeway, tubes de four (activité très pointue).

VII.5- Réseaux d'eau froide

Cette technique est appliquée en Europe uniquement l'été, associée s'il y a lieu

aux hautes fréquences et système neutronique.



Certaines conditions doivent être respectées (la sécheresse, absence de pluie

depuis 8 jours...)

VII.6- Réseaux d'eau chaude

La technique de recherche de fuites d’eau chaude s’applique sur les réseaux de

chauffage urbain afin de déterminer : les fuites thermiques, les fuites hydrauliques…

VII.7- Autres

Armement ;

Chirurgie esthétique ;

Alimentaire ;

Etc.

Chapitre 10

L’ANALYSE DES

VIBRATIONS



I- VIBRATIONS ET FORCES INTERNES

Une vibration est un mouvement décrit autour d’une position d’équilibre. Pour une

machine tournante, celle-ci correspond souvent à la position de la machine à l’arrêt.

Les vibrations externes de la machine, une fois celle-ci en marche dépendent

directement des forces générées par les différents éléments internes en

mouvements.

Ces forces s’appliquent à la structure de la machine qui répond (vibre) suivant ses

caractéristiques propres. Ainsi, on peut considérer les vibrations comme une image

des forces internes. (V = image des forces internes)

L’intensité et la variation de ces forces dépendant de l’état mécanique de la

machine, une surveillance des vibrations en sera un écho.

Comme tout mouvement, une vibration peut être étudiée en termes de

déplacement, vitesse (variation du déplacement par unité de temps) et accélération

(variation de la vitesse par unité de temps).

I.1- Les correspondances : déplacement, vitesse, accélération

Tout mouvement peut être étudié en termes de déplacement, vitesse ou

accélération. Lorsque l’on considère un sinus, donc une seule fréquence, on peut,

connaissant l’une de ces grandeurs, calculer les autres.

Déplacement :

On peut écrire l‘équation de la variation du déplacement en fonction du temps de

la manière suivante :

x(t) = A sint avec : x : déplacement du palier

t : temps

A : amplitude

: pulsation ou vitesse angulaire

L’ANALYSE DES VIBRATIONS

Chapitre 10



La période de ce mouvement (ici égale à un tour du rotor) est notée T est exprimée

en secondes (s).

L’inverse de la période, c’est-à-dire la fréquence est notée f est exprimée en Hertz

(Hz).

est exprimée en radian par seconde (rad/s).

Nous vous rappelons que: f = 1/T et = 2π f = 2π / T

Vitesse :

La vitesse du mouvement vibratoire correspond à la variation de son déplacement

pour une unité de temps.

Mathématiquement, la vitesse notée v est la dérivée du déplacement par rapport au

temps. Elle s’écrit :

v = dx/dt = d[A sin(t)]/dt = A cos(t)

Accélération :

L’accélération est une variation de vitesse par unité de temps.

Mathématiquement, l’accélération notée est la dérivée de la vitesse par rapport au

temps. Elle s’écrit :

= dv/dt = d[A cos(t)]/dt = - A 2 sin(t)

Ce sont trois sinusoïdes, de même fréquence, mais d’amplitudes et de phases

différentes.

I.2- Exercice d’application

Un arbre tourne à une vitesse de 1 500 tours/minute. Son balourd crée un

déplacement du palier de 20 µm.

a- Quelle est la période de la rotation de l’arbre ?

b- Quelle est la période du mouvement vibratoire du palier ?

c- Quelles sont les fréquences et pulsations correspondantes ?

d- Quels sont les niveaux d’accélération et de vitesse de ce mouvement vibratoire ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

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II- CARACTERISTIQUES DE LA VIBRATION DE DEFAUTS

COURANTS DE MACHINES TOURNANTES

Chaque défaut d'une machine produit un ensemble particulier de composantes de

vibration qu'on peut utiliser pour l'identification. Cette partie décrit ces

configurations de vibrations pour les défauts de machines les plus courants. Les

descriptions apportent l'information de base nécessaire pour corréler les

composantes de vibration des défauts.

II.1- Déséquilibre

Un déséquilibre du rotor existe dans toutes les machines et est caractérisé par

une vibration sinusoïdale à une fréquence d'une fois par tour. Le déséquilibre est

habituellement le premier à être mis en cause en cas de vibration excessive à la

cadence d'une fois par tour, alors que cette vibration peut résulter de plusieurs

défauts différents : défaut d'alignement, variation de la charge, jeu mécanique,

résonance ...

II.2- Défauts de roulements

Les roulements, ou paliers à éléments roulants, constituent la cause la plus

courante de pannes pour les petites machines. Les changements du niveau global sont

pratiquement indéfectibles dans les stades précoces de détérioration. Cependant, les

caractéristiques de vibration particulières de roulements font de l'analyse de

vibration un outil efficace pour la détection comme pour l'analyse.

Les fréquences spécifiques qui résultent de défauts de roulements dépendent de

défaut, des caractéristiques géométriques du roulement et de la vitesse de rotation.

Des logiciels fournis par les fabricants de roulements calcul les fréquences attendues.

II.3- Défaut de lignage

La vibration due à un défaut d'alignement est habituellement caractérisée par une

composante au double de la vitesse de fonctionnement et par des niveaux axiaux

élevés.

Un défaut d'alignement prend deux formes fondamentales:

Une pré charge résultant d'un arbre courbe ou d'un palier mis en place d'une façon

incorrecte ;

Un décalage des axes des arbres de machines appartenant au même train.

II.4- Jeux mécaniques

Le jeu mécanique manifeste habituellement dans des montures ou des chapeaux de

paliers et qui produit toujours un grand nombre d'harmoniques dans le spectre de

vibration. Le jeu tend à produire une vibration directionnelle, ce qui est une

caractéristique utile pour le différentier de défauts de rotation tels que le

déséquilibre.

Les transmissions à courroie présentent une situation dans laquelle un jeu ne fait

pas apparaître un grand nombre d'harmoniques.



II.5- Défaut d'engrenages

Les problèmes d'engrenages sont caractérisés par des spectres de vibration aisés

à reconnaître mais difficile à interpréter. La difficulté est due à deux facteurs:

Il est souvent difficile de monter le transducteur à proximité du problème ;

Le nombre de sources de vibrations dans une transmission à plusieurs engrenages

conduit à une combinaison complexe de fréquences d'engrènement des roues dentées.

Des spectres de bases relevés lorsque l'engrenage est en bon état facilitent

l'identification de nouvelles composantes ou de composantes dont le niveau a changé

notablement.

II.6- Défaut d'aubage

Les problèmes concernant les aubes sont habituellement caractérisés par une

vibration fondamentale élevée ou par un grand nombre d'harmoniques au voisinage de

la fréquence de passage des aubes. Certaines composantes de la fréquence de passage

(nombre d'aubes x vitesse) sont toujours présentes et les niveaux peuvent varier

considérablement avec la charge. Ceci est particulièrement vrai pour les machines

rapides et rend critique le travail d'enregistrement de paramètres de fonctionnement

pour l'obtention de données d'historique. Il est très utile dans la phase d'analyse de

disposer de spectres de base pour plusieurs niveaux de fonctionnement.

II.7- Résonances

Les problèmes de résonances apparaissent lorsque des fréquences naturelles de

l'arbre, du carter de la machine ou de la structure associées sont excitées par la

vitesse de fonctionnement (ou des harmonique de celle ci). On peut habituellement

identifier aisément ces problèmes du fait que les niveaux diminuent considérablement

lorsqu'on augmente ou on diminue la vitesse de fonctionnement.



I- INTRODUCTION

Le balourd est une force tournante générée par un déséquilibre de la masse

tournante du rotor. Ce déséquilibre est déjà présent dès la fabrication du rotor et qui

est du à ses imperfections géométriques, ses hétérogénéités de matière, la

dissymétrie des éléments constituants,…

Le balourd s’accentue avec le temps : usure et arrachement de matière, dépôt de

matière extérieure, déformation des éléments tournants ...

L’équilibrage du rotor vise à déterminer les masses équivalentes à ce balourd, et

leur position. La correction du balourd est alors réalisée par la mise en place (ou

l’enlèvement) de masses connues en des endroits déterminés du rotor pour annuler ses

effets.

L’objectif de l’équilibrage est donc de répondre aux questions :

Quelles masses faut-il mettre en place sur le rotor ?

Où faut-il les fixer ?

Cet objectif peut être nécessité par les impératifs suivants :

Un balourd élevé exerce une force sur les paliers susceptible d’accélérer leur

dégradation ;

Un balourd génère des vibrations sur la machine pouvant être gênantes à plusieurs

titres :

Transmission vers des machines arrêtées proches : dégradation des roulements) ;

Transmission vers des locaux proches : problème de confort ;

Bruit généré : problème de confort et/ou de discrétion acoustique.

II- LES DEFERENTS TYPES DE BALOURD

II.1- Notations

On considère un arbre « idéal », constitué d’un cylindre de révolution homogène.

On appellera par la suite :

G : centre de gravité de l’arbre « idéal » ;

Z : axe de rotation ;

: axe central d’inertie ;

G’ : centre de gravité de l’arbre déséquilibré

(cylindre homogène + masses de déséquilibre).

Notation

EQUILIBRAGE DES ROTORS

Chapitre 11

G

X Z

Y



II.2- Classification des balourds

II.2.1- Balourd statique

C’est l’état tel que l’axe central d’inertie () est uniquement déplacé parallèlement

par rapport à l’axe de rotation de l’arbre.

En pratique le balourd statique correspond essentiellement aux rotors sur lesquels

le déséquilibre est prépondérant dans un seul plan de diamètre important (ex.

ventilateur). Le déséquilibre est alors ponctuel dans ce plan.

II.2.2- Balourd de couple

C’est l’état tel que l’axe central d’inertie () coupe l’axe de rotation de l’arbre au

centre de gravité.

Le centre de gravité est situé sur l’axe de rotation : l’équilibre statique est

réalisé. On conçoit que le déséquilibre de couple n’engendre des effets sur les paliers

que lorsque le rotor est en rotation.

: axe central d’inertie

Z : axe de rotation


Z : axe de rotation

Balourd statique

Balourd de couple



II.2.3- Balourd quasi-statique

C’est l’état tel que l’axe central d’inertie () coupe l’axe de l’arbre en un point

autre que le centre de gravité.

Les trois masses sont contenues dans le même plan diamétral . Ce cas de figure

est une superposition des deux exemples précédents : il cumule le déséquilibre

statique et le déséquilibre de couple.

On remarque que si l’on conserve la masse inférieure seule, on se trouve toujours

dans un cas de déséquilibre quasi-statique. Cette dernière remarque permet de

comprendre comment un tel cas de figure peut se rencontrer dans la réalité. Il suffit

de considérer un rotor parfaitement équilibré ayant subi un arrachement de matière

quasi ponctuel, ailleurs que dans le plan passant par le centre de gravité.

II.2.4- Balourd dynamique

C’est l’état tel que l’axe central d’inertie () et l’axe de rotation de l’arbre ne sont

pas coplanaires.

Les trois masses ne sont plus contenues dans un plan diamétral.

Balourd quasi-statique


Z : axe de rotation


Z : axe de rotation

Balourd dynamique



Cette dernière configuration permet de schématiser le déséquilibre le plus

général, auquel nous sommes confrontés lors de la plupart des tentatives

d’équilibrage.

II.3- Incidence sur l’équilibrage

Les différences de types de balourd ont une incidence sur le choix des plans

d’équilibrage, c’est-à-dire des plans perpendiculaires à l’axe du rotor dans lesquels on

mettra en place les masses de correction du balourd.

Le balourd statique s’équilibre en un seul plan ;

On montre que le balourd dynamique peut toujours se compenser par la mise

en place de masses ponctuelles dans deux plans d’équilibrage.

Les balourds quasi-statiques et de couple sont plus des « cas d’école » qui peuvent

également se résoudre par un équilibrage en deux plans.

III- PRINCIPES GENERAUX DE L’EQUILIBRAGE

III.1- Masse et force

On peut assimiler le balourd à une force F tournante, centrifuge, générée par une

masse de déséquilibre m et située à la distance r du centre de gravité de l’arbre.

Si on appelle la vitesse angulaire de l’arbre, l’amplitude de la force est :

F= m r ²

REMARQUE

, vitesse angulaire de l’arbre, est liée aux paramètres suivants :

N : vitesse de rotation en t/mn ;

fo : fréquence de rotation en Hz ;

T : période de la rotation en secondes.

On a : N = fo x 60 et fo = 1/T

D’où: = 2π fo = 2π N/60

Force de balourd



On note, à partir de la formule du balourd, que, pour une masse de

déséquilibre donnée :

Le balourd croît avec la distance de la masse par rapport au centre de l’arbre

(rayon) ;

Le balourd croît avec le carré de la vitesse de rotation.

Pour une vitesse de rotation donnée et pour un rayon donné, il y a donc une

relation linéaire entre la masse de déséquilibre et la force de balourd correspondant.

La procédure d’équilibrage nécessiterait de déterminer cette force. Cependant,

celle-ci n’est pas mesurable. On intéressera au mouvement de palier qu’elle génère, qui

pour sa part est mesurable de manière simple.

III.2- Vibration

Sous l’effet du balourd, le palier aura un mouvement autour de sa position

d’équilibre (représentée par sa position, machine à l’arrêt).

Projeté sur un axe, ce mouvement aura l’allure indiquée sur la figure suivante.

Vibration générée par le balourd

Les repères 1, 2, 3 et 4 indiquent les correspondances entre la position verticale

du palier et la position angulaire de la masse de déséquilibre.

Ce mouvement est la vibration du palier généré par le balourd. Il est périodique et

sinusoïdal, à la période d’un tour ou à la fréquence de rotation fo. L’amplitude de cette

vibration, pour une force de balourd donnée, dépend de la rigidité du palier selon la

direction de mesure. Ainsi un même balourd va générer une vibration différente sur

deux machines différentes ou pour deux montages différents d’une même machine ou

pour deux points de mesure différents.

Cette notion de rapport entre la force et la vibration est complexe. Elle dépend

également de la fréquence. On l’appelle le transfert vibratoire, et c’est un chapitre

fondamental du diagnostic vibratoire de machines tournantes.

Temps0

Déplacement

1

2

3

4

T

Palier

Force du

balourd

Masse

1

4

3

2



En résumé :

L’amplitude le la vibration générée par le balourd est directement proportionnelle à la masse de déséquilibre. Du fait du transfert vibratoire du palier (force vibration), le rapport masse/vibration doit se déterminer pour chaque machine, pour un montage donné, en un point de mesure donné (un palier, une direction) et à une vitesse de rotation donnée.

III.3- Notion de phase

On s’intéresse ci-après au rapport masse/amplitude vibratoire. On s’attache au

repérage de la position radiale de la masse du déséquilibre.

Il serait intéressant de connaître la position de l’arbre lorsque, par exemple, la

vibration passe par un maximum. On utilise pour cela un « top-tour ».

L’objectif d’un « top-tour » est de générer une référence de rotation d’un arbre.

On peut réaliser celle-ci par la mise en place d’un scotch brillant à un endroit donné de

la périphérie de l'arbre, utilisé comme repère de position ; une cellule photo-

électrique placée radialement à l’arbre délivrera alors une impulsion électrique à

chaque passage du scotch.

Utilisation d’un « top-tour »

Phase vibration/top-tour

La mesure simultanée de la vibration sinusoïdale générée par le balourd et des

impulsions générées par le top tour permet de déterminer le décalage temporel

séparant ces deux signaux.

Afin d’adapter cette information de décalage temporel à une position radiale de

l’arbre, on ramène la durée d’un tour (période) à un angle de 360°. Le « retard » de la

vibration par rapport au top tour correspondra alors à un angle, en degrés. C’est ce

que l’on appelle la phase entre le top-tour et la vibration mesurée.



Exemple :

- Un déphasage de 180° correspond à un retard d’un demi-tour d’arbre.

- Un déphasage de 90° correspond à un retard d’un quart de tour d’arbre.

On remarque que l’utilisation de la notion de phase permet de s’affranchir de la

vitesse de rotation de la machine : pour deux vitesses de rotation, la période d’un tour

est différente. Un demi-tour donnera donc deux temps différents, alors que la phase

sera toujours 180°.

Phase et position angulaire

Il ne faut pas confondre la phase entre le top-tour et la vibration d’une part, avec

l’angle entre le top-tour et la masse de déséquilibre d’autre part.

En effet, le transfert force/vibration évoqué au paragraphe précédent affecte

également la phase (la vibration n’est pas forcement en phase avec le balourd).

Néanmoins, le déphasage introduit par le transfert est constant pour une

fréquence, un point de mesure, une machine et un montage donnés.

Dans ces conditions l’angle entre la masse et le top-tour est donc décalé d’un angle

donné par rapport à la phase vibration/top-tour.

La mesure de la phase de la vibration générée par le balourd, par rapport à un top tour, donne une information de repérage de position de la masse de déséquilibre.

Cette position angulaire est décalée d’un « angle » donné par rapport à la phase mesurée ; cet « angle » est fixe pour une machine, un montage, un point de mesure et une vitesse de rotation donnés.

III.4- Equilibrage un plan

Le principe de l’équilibrage un plan est le plus simple à assimiler et à mettre en

œuvre.

Si l’on sait que l’amplitude vibratoire est directement reliée à la masse de

déséquilibre et la phase vibratoire à la position angulaire de cette masse, les relations

sont à déterminer pour une machine, un montage, un point de mesure et une vitesse de

rotation donnée.

Afin de réaliser cet « étalonnage », on va réaliser un essai sur la machine en y

fixant une masse connue (pesée au préalable), que l’on va fixer sur l’arbre à un endroit

repéré.

Le déroulement du calcul est alors le suivant : il est représenté par les figures a et d.

Mesure de l’état initial de la machine, correspondant au déséquilibre à compenser :

amplitude vibratoire Vo phase o (figure a).

Mise en place de la masse d’essai ; nouvelle mesure donnant V1 et 1 (figure b),

amplitude et phase de l’état balourd initial + masse d’essai.

Par différence vectorielle, on déduit :

Vm = V1 – Vo ( Vm : Vibration due à la masse d’essai seule).



La relation amplitude vibratoire/masse est alors connue (« longueur » de Vm

ramenée à la masse d’essai connue).

La position angulaire du balourd est repérée par l’angle m entre Vo (balourd) et Vm

(masse d’essai), le sens positif étant celui de la rotation de l’arbre (figure d).

Figures a à d – Principe de l’équilibrage un plan

Vo

m

Top tour

Vm

-Vo

a – Vibration due au balourd initial

b – Vibration due au balourd initial

+

masse d’essai

c – Détermination de la vibration

virtuelle Vm due à la masse d’essai

d – Calcul de la masse de correction

mc = m x V0 / Vm positionnée à m

de la masse d’essai



III.5- Equilibrage deux plans

III.5.1- Principe

Il est évident que la plupart des problèmes d’équilibrage de rotors rigides peuvent

être résolus par un équilibrage deux plans. On choisira, pour cela, deux plans

d’équilibrage les plus proches possibles des points de mesure vibratoire (paliers).

Le problème est alors plus compliqué que pour l’équilibrage un plan, dans la mesure

où se pose l’inconnue supplémentaire qui est l’influence du balourd d’un plan sur l’autre.

Il est don nécessaire de procéder à deux essais successifs, un dans chaque plan, et

d’en mesurer l’incidence sur les vibrations mesurées dans les deux plans.

Les calculs correspondants sont, ici aussi, aisément programmables sur une

calculatrice.

III.5.2- Démarche

Toutes les quantités considérées ci-après sont des nombres complexes.

Soient :

V : la vibration mesurée dans un des deux plans de mesure ;

B : le balourd dans un des deux plans de compensation ;

M : une masse additionnelle dans un des deux plans de compensation ;

ij : les coefficients de proportionnalité entre les vibrations et les balourds.

ij : des indices tels que :

i = 1 ou 2 selon les plans de mesure ou de compensation considérés

j : permet de distinguer l’état du rotor

si j = 0 état initial

si j = 1 rotor avec masse additionnelle dans le plan 1

si j = 2 rotor avec masse additionnelle dans le plan 2.

Ecrivons que dans l’état initial les vibrations sont proportionnelles aux balourds :

V10 = 11 B1 + 12 B2 (1)

V20 = 21 B1 + 22 B2

Les coefficients complexes de proportionnalité ij se déterminent à l’aide de

deux essais successifs.

- On ajoute tout d’abord une masse additionnelle M1 dans le plan 1 et l’on mesure

les vibrations correspondantes V11 en 1 et V21 en 2, d’où :

V11 = 11 (B1 + M1) + 12 B2 (2)

V21 = 21 (B1 + M1) + 22 B2

- On ajoute ensuite une masse additionnelle M2, dans le plan 2 (M1 étant retirée)

On mesure alors les vibrations V12 en 1 et V22 en 2, d’où :

V12 = 11 B1 + 12 (B2 + M2) (3)

V22 = 21 B1 + 22 (B2 + M2)



Des six équations précédentes, on tire :

2

202222

1

202121

2

101212

1

101111

M

VV

M

VV

M

VV

M

VV

Ces quatre expressions permettent de déterminer numériquement les quatre

coefficients d’influence.

La résolution du système (1) permet alors de calculer les balourds existants dans

les plans 1 et 2.

12212211

10212011

2

12212211

201210221

VVB

VVB

Remarque 1

Si l’on procède à un équilibrage par « retrait de matière », les angles de phase à

considérer sont ceux des balourds B1 et B2 ;

Remarque 2

Après compensation des balourds, on constate généralement des vibrations

résiduelles qui s’expliquent par le fait que l’hypothèse de linéarité n’est jamais

totalement satisfaite.

On doit alors, avec les mêmes coefficients d’influence, calculer les balourds

résiduels, à partir des vibrations résiduelles.

Remarque 3

Cette méthode d’équilibrage des rotors rigides est facilement programmable sur

une calculatrice de bureau.



DIAGRAMME DE FRESNEL

Chapitre 12

ANALYSE

DES HUILES



I- INTRODUCTION

La lubrification a une importance primordiale dans le fonctionnement de tous les

systèmes mécaniques. Avec la thermographie infrarouge et l’analyse vibratoire,

l’analyse d’huile est une des méthodes les plus intéressantes pour assurer la santé et

la longévité des machines. Sa mise en œuvre est simple et les informations fournies

permettent des diagnostics précis. De plus, l’investissement est faible en

contrepartie de l’information apportée et des coûts générés par des arrêts non

programmés.

II- UTILITE DE L'ANALYSE D'HUILE

Le lubrifiant est pour la machine comme le sang pour l'organisme. Il reflète le

comportement et l'état du système dans lequel il circule. Le suivi des caractéristiques

physico-chimiques du lubrifiant permet d'apprécier l'état de dégradation de l'huile et

par voie de conséquence, son aptitude à remplir totalement ses fonctions initiales de

lubrification. L'évolution de cette dégradation peut être un indicateur des conditions

d'exploitation de l'équipement. Elle va permettre d'optimiser les fréquences des

vidanges, dans le cas de charges importantes. Le suivi de la contamination permet

dans le cas d'une pollution par des particules internes à la machine de situer l'organe

défectueux, d'apprécier l'évolution et le type d'usure et dans le cas d'une pollution

par des agents extérieurs, d'en apprécier leur nature et leur origine. Afin de pouvoir

dresser un diagnostic le plus précis possible sur une charge d'huile et sur le matériel

qu'elle lubrifie, il convient de suivre régulièrement les évolutions des caractéristiques

de l'huile et de comparer les résultats obtenus à chaque analyse d'une fois sur

l'autre, et ceci par rapport aux caractéristiques de l'huile neuve. Si l'on constate une

évolution brutale des caractéristiques ou si l'on atteint des valeurs trop éloignées des

valeurs initiales, il conviendra d'intervenir, soit au niveau du matériel, soit en

changeant la charge d'huile. Un résultat d'analyse pris isolément n'a pas de valeur

très pertinente quant aux objectifs de maintenance conditionnelle.

ANALYSE DES HUILES

Chapitre 12



III- DOMAINES D’APPLICATION DE L'ANALYSE D'HUILE

L'analyse des lubrifiants en service contribue à optimiser les coûts de

maintenance (directs et indirects) par une meilleure connaissance de l'état des

machines et de l'évolution du lubrifiant. Cette technique s'applique à l'ensemble du

parc des machines lubrifiées. Cette méthode est complémentaire des suivis par

analyses vibratoire et thermographique. L'analyse d'huile, pratiquée dans le cadre

d'une maintenance préventive conditionnelle, va permettre de détecter et de suivre

les dysfonctionnements potentiels suivants :

III.1- Moteurs thermiques

Problèmes d'étanchéité de la filtration d'air ;

Infiltration de liquide de refroidissement ;

Déréglage du système d'injection ;

Etat mécanique du moteur : usure ;

Conduite ou contrainte d'exploitation plus ou moins sévère.

III.2- Réducteurs

Mauvais état d'un roulement ou d'un palier ;

Transmission défectueuse : engrenages endommagés ;

Performance des additifs ;

Appréciation des caractéristiques résiduelles du lubrifiant ;

Pollution externe : eau, poussières...

III.3- Compresseurs

Etat mécanique ;

Pollution externe : eau, silice... ;

Evolution du lubrifiant en service : dépôts, oxydation...

III.4- Systèmes hydrauliques

Pollution du circuit : matières solides, eau... ;

Usure des composants : pompes, moteurs, distributeurs... ;

Efficacité de la filtration : niveau de pollution... ;

Caractéristiques résiduelles du lubrifiant.

IV- FRÉQUENCE DE PRÉLÈVEMENT - PARAMÈTRES À MESURER

La fréquence de prélèvement doit être fixée en fonction de la criticité des

équipements surveillés. Cette fréquence sera de plus modulée en fonction des

éléments suivants :

La charge permanente appliquée au matériel ;

La pollution éventuelle du lubrifiant par l'environnement dans lequel évolue le

matériel ;

La pollution éventuelle du lubrifiant par le processus ;

Le rapport coût / efficacité ;



Une éventuelle anomalie de fonctionnement de l'organe décelée par le personnel

d'entretien ou d'exploitation ;

La nature de l'huile utilisée (minérale ou synthétique).

Compte tenu de ces différents éléments, nous pouvons donner, à titre indicatif,

les fréquences moyennes de prélèvement ci-dessous pour chaque type d'équipements :

Type d'équipement Fréquence moyenne de

prélèvement en continu

Fréquence moyenne de

prélèvement en intermittent Matériels hydrauliques 2000 h 2 fois/an ou 2000 h

Turbines à gaz 1500 h 2 fois/an ou 1500 h

Turbines à vapeur 1500 h 2 fois/an ou 1500 h

Compresseurs rotatifs 1500 h 2 fois/an ou 1500 h

Compresseurs alternatifs 1500 h 2 fois/an ou 1500 h

Compresseurs frigorifiques 1500 h 2 fois/an ou 1500 h

Machines alternatives 1500 h 2 fois/an ou 1500 h

Réducteurs 1500 h 2 fois/an ou 1500 h

Transformateurs 1 fois/an

Caloporteurs 1 fois/an

Moto-compresseurs à gaz 1000 h 2 fois/an ou 1000 h

Moteurs à gaz 250-500 h suivant la taille

Moteurs diesels 750 h 2 fois/an ou 750 h

Les principaux paramètres à mesurer sont :

L'aspect ;

L'eau ;

Les insolubles ;

La viscosité cinématique et l'indice de viscosité ;

L'indice d'acide / TAN (Total Acide Number) ;

Les métaux d'usure ;

Les éléments additifs ;

L'indice particulaire ;

La désaération et le moussage (turbines).

V- LES PRÉCAUTIONS POUR DE MEILLEURS RÉSULTATS

Pour effectuer correctement les comparaisons de résultats, il est nécessaire

d'assurer la représentativité des échantillons grâce à un mode de prélèvement

convenable. Pour cela, il est indispensable de respecter les précautions suivantes :

Prélever un échantillon aussi homogène que possible, au même endroit, idéalement

par le même opérateur, machine en service ou immédiatement après l'arrêt.

Prélever de préférence à chaud, pour éviter les décantations de produits insolubles

à froid.

Prendre l'échantillon, quand cela est possible en dynamique, juste avant le

composant le plus fragile et le plus onéreux.



Ne pas recueillir le premier soutirage à la purge, ni à la fin de la vidange. Dans le

fond du bac de retour d'une turbine, on pourrait avoir de l'eau. A la vidange d'un

moteur, on a d'abord les dépôts les plus épais, etc.

Eviter de recueillir les volumes d'huile piégés dans les zones mortes.

Recueillir directement l'échantillon dans un récipient propre non susceptible

d'altérer la composition du prélèvement fourni par le laboratoire.

Dans tous les cas, c'est par une coopération étroite entre le responsable

maintenance et des techniciens spécialisés dans le suivi des lubrifiants que

s'obtiennent dans ce domaine les meilleurs résultats.

BIBLIOGRAPHIE



BIBLIOGRAPHIE

[1] B. BANKS; G.E. OLDFIELD et H. RAWDING

La détection ultrasonique des défauts dans les matériaux

EYROLLES

[2] M.C. GUILPIN, Maître de conférence à l’Université Paris VII

Mme B. MANGEOT, Maître de conférence à l’Université Paris VI

Magnétoscopie Niveau 2

2ème Edition 1990

[3] J. CORNU

Traité de soudage automatique. Procédés 1 et 2

HERMES

[4] NAMICON: Measurement and Non Destructive Testing Instruments – Italie

Catalogue produits

[5] G. GAUSSORGUES

La thermographie infrarouge

Edition Techniques et Documentation

[6] Manuel pour l'examen par ultrasons des soudures

Publication de la soudure autogène

[7] APAVE Lyon France

Présentation des principaux moyens d’investigation par contrôle non destructif

Document de formation

[8] Recueil de normes AFNOR

Soudage et techniques connexes - Tome 3

Contrôles et essais

[9] Bernard Chalmond

Diagnostic et évaluation des systèmes de production: Cours de dessin techniques

de modélisation et simulation.

Université de Cergy Pontoise, Cachan 1997, révisé 2003

[10] A. VALLINI

Joints soudés - Contrôle, métallurgie, résistance

DUNOD

[11] G. WACHE

Contrôles non destructifs

Traitements thermiques N°216-88 à 226-89

CONTROLE NON DESTRUCTIF CND - isetgf.rnu.tn€¦ · ressuage, matériels utilisés ainsi que les...

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