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Stage National TIV-Version 2006 1
Panorama sur les contrôles non destructifsPanorama sur les contrôles non destructifs
FFESSMCommission Technique Nationale
Philippe POINBOEUF
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1) Introduction2) Objectifs des contrôles non destructifs2) Principe doctrinal du contrôle3) Examen visuel4) Ressuage5) Magnétoscopie6) Courants de Foucault7) Essais hydrauliques8) Test d ’étanchéité ( hélium)9) Rayonnements ionisants ( radiographie et gammagraphie)10) Emission acoustique11) Les ultrasons ( notions fréquence, mesures épaisseurs…)12) Tableau de synthèse comparatif13) L ’application aux bouteilles de plongée14) Conclusion
Philippe POINBOEUF
Sommaire
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Etudes et Spécification de
fabrication
Un client, une expression de besoin
Réalisation du produit
Contrôle du produit
Conformité ???Service Contrôle
Positionnement du contrôle dans l’entreprise
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Principe doctrinal du contrôlePrincipe doctrinal du contrôle
Produit à contrôler
Pourquoi?
Choix technique (s)de contrôle
Spécification (s)de contrôle
Personnelqualifié
Matérielétalonné
Critèresd ’évaluation
Qualité ProduitSécuritéFiabilitéCoûts...
Procès verbal
Décision( acceptation ou rebut)
Démarche QualitéPhilippe POINBOEUF
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Les opérateurs de Niveau 1« COFREND 1 » ( Techniciens )
Les opérateurs de Niveau 2« COFREND 2 » ( Techniciens supérieurs )
Les opérateurs de niveau 3« COFREND 3 » ( Ingénieurs )
Industrie FFESSM
Les TIV
Les formateurs de TIV
Les Formateurs de Formateursde TIV
Un objectif commun: la Qualité de la prestation et sa rigueur
Les acteurs du contrôle: « les contrôleurs »
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La procédure Le rapport de contrôle
L’archivage des documents
Les documents de référence
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Les techniques Contrôle et leur Les techniques Contrôle et leur objectifobjectif
DestructifsNon destructifs
Essais mécaniquesMétallographie
Visuel, ressuage,vide,radio…..
Dégradation du matériau
Intégrité du matériau
Connaissance des défauts
( localisation, géomètrie...)
Souci Qualité,sécuritéd ’économie...
Philippe POINBOEUF
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Définition du contrôle non Définition du contrôle non destructifdestructif
Définition: Méthode de diagnostic de produits, afin de détecter, localiser, dimensionner, caractériser,d ’éventuels défauts dans ceux-ci.
Moyens: Utilisation de capteurs dont le fonctionnement est basé sur les principes de la physique ( électromagnétisme, rayonnements,propagation, électricité….)
Philippe POINBOEUF
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L’examen visuel 1/3L’examen visuel 1/3
Tout examen visuel doit être réalisé suivant des prescriptions définies dans un ensemble de documents( procédures, spécifications lesquels doivent comporter à minima les informations suivantes: Type, forme et dimensions des éléments examinés Références des documents applicables ( ex:spécification FFESSM) Caractéristiques du matériel de contrôle Processus de contrôle: zones d’examen, état de surface…. Critères d’acceptation d’après la spécification de contrôle avec un référentiel( CODAP,SNCT, RCCM,FFESSM…)Qualification et références du contrôleur
Philippe POINBOEUF
Définition
Technique de contrôle faisant appel essentiellement appel à l’œil humain comme capteur
Variantes
Assistance de matériel complémentaire ( loupe, miroir, endoscope, fibroscope)
Règles
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Les moyens 1/2
L’ oeil
La lampe du TIV
Les endoscopes
Loupe
L’examen visuel 2/3L’examen visuel 2/3
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Les moyens 2/2
Les fibroscopes
L’imagerie associée
CaméraEcran de visualisationExemple: flamme de four
L’examen visuel 3/3L’examen visuel 3/3
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Principe:Détection de cavités débouchantes à la surface d’un matériau qui repose sur la Capacité de certains liquides à pénétrer, puis à ressuer par capillarité, dans ces discontinuités géométriques
Notion de liquide avec tension superficielle faiblePrésence de traceurs colorés
Le Ressuage 1/10Le Ressuage 1/10
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Le Ressuage 2/10Le Ressuage 2/10
Les grandes phases
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Le Ressuage 3/10Le Ressuage 3/10
5 étapes principales
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Le Ressuage 4/10Le Ressuage 4/10
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Le Ressuage 5/10Le Ressuage 5/10
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Le Ressuage 6/10Le Ressuage 6/10
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Le Ressuage 6/10Le Ressuage 6/10
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Le Ressuage 7/10Le Ressuage 7/10
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Le Ressuage 8/10Le Ressuage 8/10
Ressuage classique
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Le Ressuage 9/10Le Ressuage 9/10
Ressuage avec éclairage lampe de WOOD
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Le Ressuage 10/10Le Ressuage 10/10
Ressuage avec éclairage lampe de WOOD
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La Magnétoscopie 1/4La Magnétoscopie 1/4
Principe:-La zone à contrôler est soumise à un flux magnétique, crée par l’aimant-projection de poudre magnétique, qui se répartit de manière homogène si la pièce est saine-agglomération de poudre dans les zones de défauts
Conditions opératoires:- un aimant ou un électro-aimant- des matériaux ferromagnétiques- des défauts proches de la surface ( débouchants ou non)
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La Magnétoscopie 2/4La Magnétoscopie 2/4
Le principe
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La Magnétoscopie 3/4La Magnétoscopie 3/4
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La Magnétoscopie 4/4La Magnétoscopie 4/4
Les limites de la technique
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Les Courants de FoucaultLes Courants de Foucault
Conditions:-Matériaux conducteurs d’électricité-Capteur générant un champ magnétique-Création de courants induits « courants de Foucault »-Présence de défauts créant une variation d’impédance du capteur
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Les Courants de FoucaultLes Courants de Foucault
Principe
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Les Courants de FoucaultLes Courants de Foucault
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Les Courants de FoucaultLes Courants de FoucaultLes limites de la technique
Fonction de la fréquence
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Les essais hydrauliques 1/2Les essais hydrauliques 1/2
Opérateurs de contrôle
Procédure, protocole
Critères
Conditions d’acceptation:1) Pas de fuite2) Pas de déformation permanente
Les moyens:
- Eau- Pompe épreuve- Manomètres de contrôle( pompe, sur la rampe, bouteille)- Flexibles de raccordement- Vannes d’isolement- Vannes de purge- Caisson type « bunker » ( ?)- Moyens visuels de contrôle
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Les essais hydrauliques 2/2Les essais hydrauliques 2/2
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Tests étanchéité1/4Tests étanchéité1/4
Principe:Toute perte d’étanchéïté se traduit par une fuite que le contrôleur se doit de détecter, de localiser de quantifier, si possible ( notion de taux de fuite
Les moyens utilisés: un gaz utilisé comme traceur et un détecteur
Les techniques:La bulle dans l’eauLa mousse de savon ( ou le détecteur type « mille-bulles)L’ammoniacLes halogènesL’oxygène-mètreLa technique à l’hélium ( la plus courante dans l’industrie)
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Tests étanchéité 2/4: le test HéliumTests étanchéité 2/4: le test Hélium
Principe:
La paroi dont on veut contrôler l’étanchéité est soumise à une différence de pression:
-du côté de la pression la plus forte se trouve un gaz traceur ( hélium)-du côté de la pression la plus faible, on localise un détecteur capable de décelerdans l’atmosphère de très faibles concentration de gaz
Gaz: l’hélium du fait de sa « fluidité »( bonne diffusion ( très sûr en terme de détection)Capteur: un spectromètre de masse calé sur l’hélium
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Tests étanchéité 3/4: le test HéliumTests étanchéité 3/4: le test Hélium
2 techniques :
Méthode sous vide:L’enceinte à tester est mise sous vide avec un groupe de pompage, relié au détecteur.Aspersion ou immersion avec de l’Hélium
Méthode sous pression:L’enceinte à tester est mise sous pression d’hélium. Le détecteur He vient renifler la surface de l’enceinte
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Tests étanchéité 4/4 : le test HéliumTests étanchéité 4/4 : le test Hélium
Les matériels
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Rayonnements ionisants 1/15Rayonnements ionisants 1/15
Principe:
Le contrôle interne d’un objet à l’aide rayonnements ionisants, consiste à le faire traverser par un rayonnement ( X ou γ) de très courte longueur d’onde, et à recueillir la variation d’intensité du faisceau ( fonction de l’atténuation dans le matériau), sous forme d’une image sur un récepteur.
Les moyens:
un rayonnement primaire dont le choix est fonction du matériau à contrôler une source de production du rayonnement primaire un objet avec des caractéristiques et défauts propres((notamment épaisseur et densité) un rayonnement résiduel dit « secondaire » un support de sensibilisation ( film, plaque avec convertisseur analogique-numérique)
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Principe général
Rayonnements ionisants 2/15Rayonnements ionisants 2/15
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Impact de la géométrie et du type d’anomalie
Rayonnements ionisants 3/15Rayonnements ionisants 3/15
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Rayonnements ionisants 4/15Rayonnements ionisants 4/15
La Radiographie
Principe:Le rayonnement X est émis par un tube en verre ou en céramique sous un vide poussécomportant, une cathode émettrice d’électrons ( par effet thermo-ionique) et une anti-cathode encastrée dans une anode inclinée, portée à un potentiel électrique Élevé ( 100 à 400 kV). Le champ électrique ainsi crée, permet l’accélération des électrons arrachés à la cathode et qui viennent percuter la « cible », provoquant ainsila production du rayonnement X ( 0,01 nm < L< 0,18 nm). Il est en principe récupéré au travers une fenêtre latérale
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Avantage: coupure de la source rapide ( alimentation électrique)
Inconvénient: manipulation à risque ( Aptitude CAMARI pour les opérateurs)
Rayonnements ionisants 5/15Rayonnements ionisants 5/15
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Rayonnements ionisants 6/15Rayonnements ionisants 6/15
Les différents tubes X
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Caractéristiques des rayonnements X
Rayonnements ionisants 7/15Rayonnements ionisants 7/15
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Rayonnements ionisants 8/15Rayonnements ionisants 8/15
On définit un 3ème facteur qui est l’activité de la source radioactive ( « sa puissance nucléaire ») qui correspond au nombre d’atomes se transformant par unité de temps. Elle s’exprime en Becquerel ( anciennement le Curie)
:Principe de la Gammagraphie:
Certains isotopes d’éléments sont radioactifs, c’est à dire,qu’ils subissent Spontanément une modification de leur structure nucléaire, qui s’accompagneD’une émission de rayonnements ( α, β( électrons) ou γ ( rayonnement des photons) . Ces éléments peuvent être naturels ( comme le radium ou l’uranium) ou artificiels ( cobalt, césium, iridium) et sont caractérisés par leur énergie.
L’émission de ce rayonnement décroît de façon exponentielle avec le temps. On définit ainsi la notion de période ( comme en plongée) qui caractérise la demi-vie de l’élément ( temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux actifs.
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Rayonnements ionisants 9/15Rayonnements ionisants 9/15
Les caractéristiques des rayonnemments en gammagraphie
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Rayonnements ionisants 10/15Rayonnements ionisants 10/15Le Matériel en gammagraphiel
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Rayonnements ionisants 11/15Rayonnements ionisants 11/15Les limites de la méthode
Les différences d’absorption:La sensibilité des détecteurs fait que ne seront mis en évidence que les différences d’absorption suffisantes pour l’énergie du rayonnement utilisé. En effet:
il est plus délicat de mettre en évidence une bulle d’air dans un matériau léger ( type caoutchouc que dans l’acier un défaut plat ( fissure) , ne sera détectable que dans la mesure où il est dans une orientation correcte par rapport à la direction du rayonnement
Il est difficile, voire impossible de détecter des défauts mineurs derrière une particule lourde
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Rayonnements ionisants 12/15Rayonnements ionisants 12/15
Etat de surface:
Un état de surface irrégulier ( rugosité de moulage en fonderie par exemple)ne permet pas, ou du moins perturbera considérablement la détection des défauts.En effet leur image sera noyée dans le « bruit de fond » hétérogène du cliché radiographique, d’où la nécessité dans ce cas de préparer la surface par meulage.
Les limites de la méthode
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Exemples
Corps de Vanne
Rayonnements ionisants 13/15Rayonnements ionisants 13/15
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Exemples
Gammagraphie de bouteille de plongée
Rayonnements ionisants 14/15Rayonnements ionisants 14/15
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Rayonnements ionisants 15/15Rayonnements ionisants 15/15Limites de la technique
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L’émission acoustique: principe 1/4L’émission acoustique: principe 1/4PrincipeQuand un matériau se déforme, se fissure, sous l’action de contraintes, il génère des ondes élastiques.Ces trains d’ondes se propagent dans le matériau en fonction des ses propriétés acoustiques et de la géométrie de la pièce à Contrôler et parviennent aux différents capteurs installés sur la structure. Les signaux ainsi recueilles et traités par une chaîne de mesure, permettent de: localiser la zone de dégradation évaluer son intensité en fonction de la sollicitation mécanique de la structure suivre son évolution par rapport à un référentiel
Avantage:
Rapidité de contrôlePossibilité de réaliser les contrôles sans altération du process
Domaine d’application
Les réservoirs de stockageLes matériaux composites
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L’émission acoustique 2/4L’émission acoustique 2/4Exemple:
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L’émission acoustique 3/4L’émission acoustique 3/4
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L’émission acoustique 4/4L’émission acoustique 4/4
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Les ultrasons: la matièreLes ultrasons: la matière
Les états de la matière
Les gaz:Les molécules sonttrès éloignées
Les liquides:Molécules plus proches, moinsMobiles car elles s’attirent
Les solides:Les molécules sont très proches.Ils sont dits cristallisés ( sous formede réseaux)
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Les ultrasons: le principeLes ultrasons: le principe
Le principe:
Transfert d’une onde acoustique, à l’aide d’un capteur, dans un matériau àContrôler. En fonction des défauts rencontrés dans la structure, une partie de l’énergie est réfléchie vers un capteur récepteur. C’est le principe qui est utilisé en échographie médicale.
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Les ultrasons:les paramètres 1/2Les ultrasons:les paramètres 1/2Les différents paramètres d’une onde 1/2
Analogie avec système masse ressort ( en mécanique)
LA PERIODE ( T):Le temps qui s’écoule entre 2 passages de la masse, dans le même sens, à un endroit donné ( par exemple pour un maximum d’amplitude)Unité: Seconde
LA FREQUENCE:Le nombre de cycle du phénomène par seconde (F= 1/T)Unité: le Hertz ( Hz)Par exemple un événement se reproduisant 1 fois par seconde, a une fréquence de 1 Hz
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Les ultrasons: les paramètres2/2Les ultrasons: les paramètres2/2
Les différents paramètres d’une onde 2/2
Enregistrement du déplacement
La longueur d’onde ( λ) :La distance qui sépare 2 points dans le même état vibratoireUnité: mètre
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Les ultrasons: les types d’ondesLes ultrasons: les types d’ondesLes différents type d’ondes
Ondes longitudinales ( compression):L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaireest parallèle à la direction de propagation
Exemple du ressort
Dans la matière( propagation dans tous les milieux)
La vitesse de l’onde
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Les ultrasons: les ondesLes ultrasons: les ondesLes différents type d’ondes
Ondes transversales ( cisaillement):L’oscillation engendre une vibration des particules dont le déplacement élémentaireest perpendiculaire à la direction de propagation
Exemple du ressor:t
Dans la matière( pas dans les gaz et les liquides)
La vitesse de l’onde
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Les ultrasons: les vitessesLes ultrasons: les vitesses
Les vitesses de propagation
Les fréquences de travail
1 MHz< F < 15 MHz
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Les ultrasons: l’impédance acoustiqueLes ultrasons: l’impédance acoustique
Définition:Chaque matériau est caractérisé, en ce qui concerne son comportement face aux ondes acoustiques qui s’y propagent, par son impédance acoustique ( Z)
Impédance ( Z) = Masse volumique ( ⍴) X Vitesse ( V)
Analogie: impédance d’un circuit électrique ( adaptation d’impédance)
Conséquence pour le contrôleur: avoir l’adaptation d’impédance acoustique optimale
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Onde incidente issue du capteur amplitude Ai
Onde réfléchie par l’interface amplitude Ar
Onde transmise dans le matériau amplitude At
Conséquence: Pour un bon couplage acoustique entre un bloc de plongée et le Capteur ( air-acier) , le contrôleur doit interposer un liquide intermédiaire.Dans le cas contraire, seul 1% de l’énergie est transmise dans le matériau
Les ultrasons: les interfaces entre 2 matériauxLes ultrasons: les interfaces entre 2 matériaux
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Les ultrasons: l’atténuation des ondes ( info)Les ultrasons: l’atténuation des ondes ( info)
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Les ultrasons:les interfaces (applications)Les ultrasons:les interfaces (applications)
ondes
capteur
Bouteille de plongée
Exemple industriel
Stage National TIV-Version 2006 67
Les ultrasons:la piézo-électricitéLes ultrasons:la piézo-électricité
Stage National TIV-Version 2006 68
Les ultrasons:constitution d’un capteurLes ultrasons:constitution d’un capteur
Coupe d’un capteur
Stage National TIV-Version 2006 69
Un capteur est caractérisé par:son type ( droit, angle…)sa fréquence ( de 1 à 15 MHz) son diamètre ( qlqes mm à 300 mm)son amortissement
Les ultrasons:les caractéristiquesLes ultrasons:les caractéristiques
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Les ultrasons:la chaîne de contrôleLes ultrasons:la chaîne de contrôle
Stage National TIV-Version 2006 71
Les ultrasons:la visualisationLes ultrasons:la visualisation
Stage National TIV-Version 2006 72
Les ultrasons:les matérielsLes ultrasons:les matériels
Stage National TIV-Version 2006 73
Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseurLes ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur
Principe:Toute discontinuité ou interface se comporte comme un réflecteur vis à vis des ondesacoustiques. De ce fait, connaissant les caractéristiques du matériau et des ondes ( notamment la vitesse de propagation ( V) et les temps de parcours ( t)), il est possiblede calculer la distance correspondante, avec la relation:
Distance ( mm)= vitesse ( m/s) X temps ( t)
Nota: attention la distance correspond à un trajet aller et retour dans le matériau.Ainsi pour accéder à l’épaisseur il faut diviser par un facteur 2 Nécessité d’avoir une référence préalable ( étalonnage notamment- cf TP)
Stage National TIV-Version 2006 74
Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur ( exemple)Les ultrasons:le principe de la mesure d’épaisseur ( exemple)
Stage National TIV-Version 2006 75
Les ultrasons: domaines d’utilisationLes ultrasons: domaines d’utilisation
Stage National TIV-Version 2006 76
Les ultrasons: les limites de la techniqueLes ultrasons: les limites de la technique
Stage National TIV-Version 2006 77
Comparatif des techniques 1/2Comparatif des techniques 1/2Avantages et inconvénients des techniques de CND/1
-essentiellement sur métaux-faible profondeur-sensible à la température et parasites
-pas de contact nécessaire-grande sensibilité-dimensionnement de défauts possible
Courants de Foucault
-uniquement matériaux ferromagnétiques-pas d’information de profondeur-orientation de magnétisation préférentielle
-sensible pour défauts sous-jacents-facile d’emploi-peu de calibration
Magnétoscopie
-uniquement sur défauts sufaciques-bon état de surface-multiples manipulations
-facile d’emploi-rapide et sensible-peu onéreuse
Ressuage
-difficulté de repérage ( espace- -parfois onéreux ( endoscope)
-bonne précision-preuve: photo, enregistrement
Examen visuel
(assisté)
-définition correcte des critères-complémentaire à une autre technique
-souplesse de mise en œuvre-peu onéreux
Examen visuel
( simple)
InconvénientsAvantagesMéthodes
Philippe POINBOEUF
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Avantages et inconvénients des techniques de CND/2
-influence de l’état de surface-utilisation de milieu intermédiaire-importance de l’orientation des défauts
-bonne résolution ( dimensionnement et fissuration)-résultats rapides-dimensionnement et localisation-accessible au TIV FFESSM-coût accessible aux Comité
Ultrasons
-interprétation délicate- coût élevé
-technique intéressante pour suivre l’évolution d’une signature dans le temps
Emission acoustique
-coût élevé-accès aux 2 faces-orientation préférentielle-méthode à risque pour le contrôleur
-détection sur épaisseur importante-large gamme de matériaux-traçabilité: film ou vidéo-bonne reproductibilité
Rayonnements ionisants
-coût élevé-bonne sensibilité ( microfissuration)Test d’étanchéité
-risque d’être destructrice-homologation par des professionnels
-peu onéreuse-rapide de mise en œuvre-complémentaire avec le visuel
Essais hydrauliques
InconvénientsAvantagesMéthodes
Philippe POINBOEUF
Comparatif des techniques 2/2Comparatif des techniques 2/2
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Application aux bouteilles de plongéeApplication aux bouteilles de plongéeApplication aux bouteilles de plongée
le contexte
Matériau:-Acier de type 35 CD 4-Aluminium éventuellement
Caractéristiques géométriques:-épaisseur de quelques mm-surface non plane
Défauts recherchés:- Corrosion- Variation d’épaisseur- Fissuration éventuellement
Philippe POINBOEUF
Stage National TIV-Version 2006 80
Application aux bouteilles de plongéeles solutions
Techniques de contrôle:
Examen visuel et endoscopieUltrasons dans le cadre de la mesure d’épaisseur
Plan d’actions Définition d’une spécification de contrôle ( formalisme) Définition de critères Présentation théorique et pratique des méthodes Plan de formation et suivi ( formateur, formateurs de formateurs)
Nota: L’utilisation des ultrasons pour la détection de fissuration( dans le cadre non professionnel) est trop délicate pour envisagerune application aux bouteilles de plongée
Philippe POINBOEUF
Stage National TIV-Version 2006 81
ConclusionConclusionCette rapide approche des techniques de CND a permis de mettre en évidence:
La complexité de certaines techniques
L’aspect complémentaire des différentes techniques en fonction des anomalies recherchées
Le besoin de spécifications de contrôles
L’importance des défauts de référence et des critères d’évaluation
Le caractère indispensable de l’étalonnage du matériel
La nécessite de la qualification des opérateurs de contrôle
La pérennité de l’action TIV est basée sur la Qualité du processus de formation des Techniciens FFESSM et de leurs prestations au « quotidien »
Le formateur TIV en est le principal contributeur et garant