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Contrôle radiographique sur pièce de fonderie en aluminium.

Les différentes technologies de CND (Contrôle Non Destructif ou NDT pour Non Destructive Testing) peuvent intervenir à différentes étapes de la gamme de fabrication, avec pour avantages de ne pas détruire les pièces et de pouvoir être réalisées au cours du processus. En effet, si la pièce présente des discontinuités importantes, il peut être envisagé de faire des réparations par soudage (si autorisé dans le cahier des charges). Dans le cas où la réparation n’est pas envisageable, un usinage final ou une mise en peinture peuvent être économisés.

Les différentes méthodes de contrôle CND

Le contrôle non destructif (CND) est certainement né avec le besoin de savoir si les pièces répondent aux exigences qualités et au cahier des charges. Il existe quatre grandes méthodes de contrôle non destructif que nous allons aborder dans cet article : la magnétoscopie, le ressuage, la radiographie et enfin les ultrasons .

Les méthodes de contrôle surfaciques et volumiques

La magnétoscopie et le ressuage sont appelés méthodes surfaciques car elles ne permettent de déceler que des discontinuités présentes en surface. Des méthodes dites volumiques sont par exemple la radiographie et les ultrasons qui permettent de détecter les discontinuités dans le volume de la pièce. Ces méthodes peuvent être moins adaptées pour mettre en évidence ce qui se trouve à la surface des pièces. Dans les faits, les méthodes surfaciques et volumiques peuvent être complémentaires.

Les indications et les défauts

Il faut noter les différences entre le langage commun et le vocabulaire utilisé dans les contrôles non destructifs. Ainsi, à la surface ou dans la pièce il est question de discontinuité pour ce qui est de la retassure, des porosités, criques, tapures, …. L’image de la discontinuité mise en évidence par une méthode CND se nomme indication, et c’est seulement si cette dernière est supérieure aux tolérances autorisées que le terme défaut est utilisé.

Le contrôle par magnétoscopie

La magnétoscopie s’applique uniquement aux pièces ferromagnétiques. Elle ne permet de détecter que des discontinuités débouchantes ou légèrement sous-jacentes (environ 1 mm) comme les criques ou les tapures par exemple. Une pièce peinte peut être contrôlée si la couche de peinture est inférieure à 50 µm. Cette méthode est sensible à l’orientation des discontinuités présentes à la surface. Ainsi, détecter une crique dans le sens longitudinal ou dans le sens transversal ne nécessite pas exactement la même technique.

Le principe du contrôle par magnétoscopie est le suivant : il s’agit de magnétiser la zone à contrôler afin de créer une fuite du champ magnétique dans une discontinuité. Cela entraine des particules ferromagnétiques au droit de la discontinuité et va permettre de voir l’indication. Dans la pratique, il existe différents types de matériel. Certains sont portatifs et permettent de faire les contrôles sur site. Pour magnétiser, on fait soit passer du courant dans la pièce, ce qui a pour effet d’induire un champ magnétique, soit on place directement la zone de pièce à examiner dans un champ magnétique. La surface à inspecter est ensuite aspergée ou saupoudrée par des particules ferromagnétiques qui sont colorées ou fluorescentes et que l’on nomme révélateur.

Enfin, la pièce est observée sous un éclairage adéquat, en lumière blanche ou UV, pour déceler d’éventuelles indications qui se présenteront sous forme de lignes ou de taches. A la fin de l’essai, il peut être nécessaire de procéder à une démagnétisation de la pièce, sans quoi des étapes d’usinages ultérieurs pourraient être perturbées, ou cela pourrait entrainer des dysfonctionnements de la pièce en service. Les indications sont évaluées par rapport aux critères d’acceptation. Si elles dépassent les limites autorisées, on emploie alors le terme de défaut et la pièce est déclarée non conforme.

Le contrôle par ressuage

Le ressuage est adapté à une grande variété de matériaux, à condition qu’ils ne soient pas trop poreux. Cette méthode nécessite que la surface à examiner soit exempte de peinture, de graisse ou de revêtement qui pourraient gêner le processus de ressuage. Seules les discontinuités débouchantes seront misent en évidence par cette méthode.

Le principe du ressuage consiste à faire pénétrer un produit dans les discontinuités et de lui permettre de sortir (faire ressuer). L’indication qui apparait est observée et comparé aux exigences du cahier des charges pièce. Il existe plusieurs procédés qui permettent de mettre en contact le pénétrant (nom du produit qui pénètre dans les discontinuités) avec la surface de la pièce. Il y a des moyens d’immersion, de pulvérisation ou encore d’application au pinceau. Il faut laisser au produit un temps d’action suffisant afin qu’ils puisse rentrer par capillarité à l’intérieur d’éventuelles discontinuités débouchantes. Apres ce temps d’action défini par des documents de référence, on procède à une opération qui consiste à éliminer l’excès de pénétrant à la surface sans enlever celui qui se trouve dans les discontinuités. Pour cela, là encore, différents procédés peuvent être mis en œuvre tels que le rinçage à l’eau ou l’élimination par solvant. L’étape suivante consiste à appliquer un révélateur qui se compose généralement de fines particules, afin de faciliter la sortie du pénétrant encore présent dans les discontinuités, ainsi que de fournir un bon contraste entre la couleur du pénétrant (coloré ou fluorescent) et la surface de la pièce.

Le contrôle par radiographie

La radiographie s’utilise sur tous types de matériaux. Cette méthode utilise la propriété des rayonnements ionisants de traverser la matière, et d’être plus ou moins atténués en fonction du type de matériau rencontré et des épaisseurs traversées. De ce fait, la radiographie offrira une meilleure détection des discontinuités qui ont une taille importante par rapport à l’épaisseur de matière saine traversée. De même, si un corps étranger se trouve dans la pièce, il sera d’autant mieux détectable si sa composition permet une atténuation des rayons sensiblement différente de la matière qui l’entoure. Ainsi, en traversant 10 mm de paroi de pièce, une porosité de 1 mm sera moins visible qu’une porosité de 3 mm. De la même manière, des inclusions de sable se détectent moins bien qu’une inclusion de tungstène dans de l’acier à cause des différences d’atténuation des rayonnements ionisants entre le sable, l’acier et le tungstène.

Il existe plusieurs technologies qui vont permettre d’émettre des rayonnements pour effectuer les contrôles, tels que les tubes à rayons x, la gammagraphie ou encore l’accélérateur linéaire. Le choix d’une de ces technologies est fonction de l’alliage, des épaisseurs à contrôler, ainsi que du type de discontinuité à rechercher. Pour obtenir une image de la pièce examinée, il faut un détecteur qui peut être de type argentique (comme les cliché photographique, ou les radiographies médicales il y a quelque années) ou numérique avec l’utilisation d’écran. Ensuite, les images obtenues sont comparées à des images de référence afin d’évaluer la santé matière et de valider la conformité par rapport au cahier des charges.

Les contrôles par ultrasons

Les ultrasons peuvent être utilisés pour une large gamme de matériaux, mais seront influencés par la structure ou la taille de grain. Ils offrent aussi la possibilité de faire de la mesure d’épaisseur. Les types de discontinuité mis en évidence dépendent de leurs tailles, leurs compositions et de l’orientation dans la pièce.

La méthode de contrôle utilise des ondes ultrasonores qui vont se propager dans la pièce, et réagir différemment en fonction des discontinuités rencontrées. Dans la pratique, divers matériels permettent de choisir le moyen de contrôle ad-hoc pour optimiser la propagation des ultrasons en fonction des discontinuités recherchées. Il est possible par exemple de choisir la fréquence des ultrasons utilisés. Une fréquence de 4 MHz donnera ainsi une meilleure sensibilité de détection qu’une fréquence de 2 MHz. A contrario, si la structure de la zone examinée est grossière il faudra privilégier la fréquence de 2 MHz plutôt que le 4 MHz. L’évaluation de la conformité d’une pièce se fera en comparant ce qui est détectée à l’exigence du cahier des charges.

Conclusions

En conclusion, parmi les facteurs important pour choisir une méthode CND, il y a le type de discontinuité recherché (surfacique ou volumique) ou encore l’alliage. Il est parfois nécessaire de recourir à deux méthodes complémentaires de contrôle afin de s’assurer du respect des exigences à atteindre. Le CTIF réalise de nombreux contrôles de pièces (en unitaire ou en série) sur des pièces métalliques issues de fonderie, fabrication additive, …, forge.