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Courrier - Juin 2012

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Écrit par Administrator
Samedi, 05 Mai 2012 12:19

Application du pénétrant : Pourquoi est-il capital "d’éviter l’accumulation" et "d’effectuer l’égouttage" du pénétrant ?

Juin 2012

Bob STEFFEN, Métallurgiste Ingénierie de Procédés, Membre Principal, un Niveau 3 CND travaillant depuis plus de 30 ans dans le secteur aéronautique/défense, nous a adressé le courriel suivant :

"Salutations du Texas !
La question suivante fait suite à une discussion que nous avons menée en interne à la suite du numéro d’avril 2012(2) de "The Penetrant Professor", rédigé par Bill MOOZ et Michael WHITE, de Met-L-Chek.

"The Professor" signale que : "Le paragraphe 7.1 de la norme ASTM E-1417 exige de tourner ou encore de déplacer les pièces, si nécessaire, pendant la durée de pénétration, pour éviter l’accumulation du pénétrant. Pour des durées d’imprégnation supérieures à 2 heures, le pénétrant doit être, le cas échéant, réappliqué pour éviter de sécher. La pièce doit être immergée dans le pénétrant, si c’est la technique d’application utilisée, pendant pas plus de la moitié du temps total de pénétration". Est-ce à dire que si les pièces sont immergées pendant toute la durée de pénétration, la sensibilité serait différente ? Nous n’avons pas connaissance de test qui aurait été effectué et permettrait de l’affirmer".

Notre équipe a émis plusieurs idées, mais nous n'avons pas pu trouver de preuve manifeste pour appuyer le fondement scientifique ou historique de cette exigence. Pouvez-vous, vous ou vos lecteurs, nous faire part de votre point de vue ?
Les idées qui nous sont venues à l’esprit sont toutes des suppositions et aucune d’entre elle n’est prouvée :

1. L’égouttage améliore-t-il la mouillabilité du pénétrant selon le mécanisme suivant ? Les forces de mouillage essayent de déplacer l'air piégé dans une discontinuité et de le remplacer par le pénétrant. L’égouttage crée une turbulence en surface et réduit l'épaisseur du film de pénétrant. L'air piégé dans la fissure traverse  plus facilement le film mince qui s’écoule qu’un film épais stagnant. Cela permet au pénétrant de remplir plus facilement  la discontinuité.

2. Certains pénétrants lavables à l’eau (Méthode A) sèchent-ils si rapidement que l’accumulation crée une zone dans laquelle la rinçabilité sera très variable selon l’endroit ? Ainsi une rétention pourrait être à peine rincée sur les bords, alors que le centre pourrait être sur-rincé.

3. Peut-être cela avait-il pour but d'améliorer les conditions de travail dans la cabine de rinçage et donc de réduire le risque de surlavage ? Après l’égouttage, toutes les surfaces ont une épaisseur de film raisonnablement uniforme. Plus important encore, il n'y a pas de grandes rétentions d'excès de pénétrant qui pourraient autrement éclabousser les surfaces déjà rincées. Si j'avais terminé une grande partie de mon rinçage, puis que l’eau arrive sur une de ces rétentions, elle éclabousserait tout et nécessiterait de rincer à nouveau toute la surface (ce qui pourrait conduire à un surlavage).

4. Est-ce que ça s’applique uniquement aux pénétrants à post-émulsion, qui bénéficieraient d'une épaisseur plus uniforme  pendant l'émulsification ?

5. Ou, comme suggéré par "The Professor", est-ce principalement une question de praticité et d'économie pour réduire la consommation de pénétrant ?

Cordialement
Bob"


Notre réponse est inhabituellement longue, et vous découvrirez une "divergence" intéressante entre deux spécialistes renommés en ressuage... les auteurs de ce site Internet exceptionnel.

"Bonjour Bob,
Salutation depuis la France !

Merci vivement pour votre nouveau courriel.
Une fois de plus, nous recevons de vous un sujet intéressant.
En fait, comme presque toujours lorsqu'il s'agit de ressuage, la réponse est plus compliquée que "Oui" ou "Non". Cela dépend...

Concernant le paragraphe 7.2.1 de la norme ASTM E-1417 :
• Nous préférons employer le terme de "penetration time" au lieu de "dwell time" parce que le terme "penetration time (ndlr : durée de pénétration) est défini dans la norme ISO 12706:2009.
• L’immersion n’est pas une "méthode" mais une "technique : c’est malheureusement une confusion assez fréquente comme nous l’avons expliqué dans notre Éditorial(3) publié en décembre 2011.

N’oubliez pas que, fondamentalement, le pénétrant, quelle que soit sa technique d’application, ne s’introduit dans les discontinuités que par capillarité. Cela signifie également que si les pièces sont immergées ou laissées égoutter, l’action capillaire est la même. Par conséquent, il n’y a aucune raison pour que la sensibilité soit différente.

Habituellement, la durée minimale d’immersion est de 5 minutes et la durée minimale de pénétration (c’est-à-dire durée d’immersion + durée d’égouttage) est de 10 minutes. De toute manière, nous devons nous référer à la norme, au code ou à la spécification applicable et adopter les durées stipulées de pénétration, d’immersion et d’égouttage.

Cependant, en théorie, en considérant  le phénomène qui est à la base du ressuage (la capillarité), un temps de pénétration de deux minutes serait suffisant : plus la discontinuité est étroite, plus la pression capillaire est élevée et plus la pénétration est rapide.

Alors, pourquoi tout code, norme, spécification, procédure de ressuage stipule des durées de pénétration de dix minutes au minimum, et, en général, jusqu'à 30 minutes sur les chaînes de ressuage, et même jusqu'à deux heures dans le cas où des discontinuités très étroites et très petites sont suspectées ?

Le temps est venu de… voir ce qu’il se passe à L'INTÉRIEUR de la discontinuité. Eh bien, nous n’avons pas besoin de binoculaire ou de microscope. Seul suffit un vieil outil, obsolète (diront certains), mais si efficace : notre cerveau !

Qu’y a-t-il à l’intérieur des discontinuités ? Probablement, des contaminants, quels qu’ils soient : huile, lubrifiant, résidus de nettoyage, eau, etc. Même, s’il n’y en a aucun, en tout cas, il y a de l’air. C’est inévitable.

Par conséquent, qu’arrive-t-il quand le pénétrant tente de s’introduire dans la discontinuité ?

Tout d'abord, il est préférable que le pénétrant puisse dissoudre les contaminants liquides. En ce qui concerne les solides qui peuvent s’y trouver, qu'ils résultent du procédé de fabrication, ou de l’utilisation normale (ou anormale, également !) d’une pièce qui arrive, pour maintenance, dans une chaîne de ressuage, ou des résidus de l'opération de nettoyage avant ressuage, il y a des chances qu’ils soient insolubles.

Qu'en est-il des contaminants liquides insolubles dans  pénétrant ?

Il est probable que les contaminants liquides seront répartis sur toute la surface interne de la discontinuité, grâce à l'effet capillaire. Cela signifie que le pénétrant pourrait avoir quelque peine à mouiller les parois de la discontinuité et à y entrer. Même s’il pénètre, il est probable qu'il aura une masse volumique inférieure à celle du contaminant : très souvent, le contaminant est de l’eau qui ne s’est pas évaporée après l'étape de nettoyage préliminaire. C'est pourquoi il est de la plus haute importance de sécher les pièces à plus de 100°C pendant une période suffisamment longue pour que l’eau puisse vraiment s’évaporer. En outre, certains pénétrants lavables à l'eau réagissent avec l'eau en donnant un "gel". Ce gel est très utile pour résister au sur-lavage du pénétrant une fois qu'il est entré dans la discontinuité. Le problème est que, si l'eau est à l'intérieur de la discontinuité lorsque le pénétrant lavable à l’eau tente d'entrer, cette réaction de gélification se produit... et nuit considérablement à la progression du pénétrant.

Qu'en est-il des contaminants solubles dans le pénétrant ?

De toute évidence, ils vont diluer le pénétrant qui s’introduit dans la discontinuité. Comme la nature est bien faite, lors de la durée de pénétration, la concentration des contaminants diminuera dans la discontinuité, du fait que certains contaminants passeront dans le pénétrant qui en contient moins, c'est à dire le pénétrant à la surface de la pièce. De plus en plus de pénétrant frais entrera dans la discontinuité, plus propre que le pénétrant déjà piégé, augmentant la quantité de colorant à l'intérieur de la discontinuité. Il ne faut pas oublier que la concentration et la quantité de colorant qui sort de la discontinuité, lors de l'étape de révélation, sont le PRINCIPAL facteur pour la détection.

Qu'en est-il de l'air dans la discontinuité ?

Même si l'intérieur de la discontinuité est totalement dépourvu de tout contaminant solide ou liquide, un "contaminant" subsiste : l'air ! Dans une discontinuité étroite, qu’arrive-t-il lorsque le pénétrant progresse ? L’air n'a aucun moyen de s'échapper. L'air est piégé. La pression capillaire, qui peut s’élever jusqu’à plusieurs centaines de kPa dans des discontinuités particulièrement étroites, fait que l’air atteint cette même pression. L’air, par la suite, se dissout dans le pénétrant, et sort. Le pénétrant continue d’avancer. Néanmoins, nous pouvons supposer que, sauf pour des durées de pénétration très longues (peut-être, toute une journée), il y a toujours un peu d'air dans la discontinuité : le volume de la discontinuité n'est jamais à 100 % plein de pénétrant, tout du moins dans des discontinuités borgnes. Nous avons déjà fait un calcul sur la quantité de colorant qui pouvait sortir des discontinuités. Dans cet article, vous pouvez trouver toutes les explications(1).

On commence à comprendre pourquoi cette exigence d'une d’une durée de pénétration plus longue que celle théoriquement-nécessaire est une bonne idée !

1- Compte tenu de cela, on peut s'interroger sur le bien-fondé de l’exigence d’absence de rétention et d’une longue durée d’égouttage pendant la durée de pénétration.
Ce qui est écrit, dans la publication d’avril 2012 du Penetrant Professor(2) Avril 2012, sur ce point, est vrai.

Si l’égouttage est correctement effectué, les quantités requises de pénétrant, d’émulsifiant, le cas échéant, et d'eau pour le rinçage/lavage seront plus faibles.

En outre, moins il y a de pénétrant sur la pièce, plus l’émulsification (si un émulsifiant est utilisé) est facile. Ce point est particulièrement important: un film mince de pénétrant est plus facilement émulsionné qu’un plus épais, lorsque vous utilisez un émulsifiant hydrophile. Une tel émulsifiant a une tendance faible à diffuser dans le pénétrant, contrairement aux émulsifiants lipophiles. Veuillez vous reporter à notre article(4).
Cela conduit à la réduction du risque de surlavage.

De plus, les coûts résultant du traitement des eaux usées sont plus faibles, puisque que le volume d'eau à traiter est plus faible. Vous pouvez obtenir des informations complémentaires en lisant le paragraphe 12.1 intitulé Réduction de la consommation en produits de ressuage de notre article(5).

Votre remarque sur les projections est également valable.

2- La régularité du film de pénétrant sur la surface de la pièce, en arrivant  à l'étape de rinçage, oui, c'est également une remarque valable. Évidemment, c’est plus facile à l’obtenir lorsque la durée de pénétration après l’immersion est assez longue, et lorsque les pièces ont été remises en place pour égoutter tout excès de pénétrant autant que possible.

3- Un pénétrant qui sèche : aucun risque. Cette "idée fausse" date probablement du temps où certaines personnes fabriquaient leurs propres pénétrants à la maison, en utilisant la formule, que l’on trouve encore dans certains documents, pour un pénétrant coloré. À base de toluène, de décaline (ou de tétraline) et d'alcool isopropylique, ce pénétrant séchait en 15-30 minutes.

En utilisant les pénétrants de fabricants réputés (tels que les pénétrants inscrits dans dans la liste des produits homologués annexée à la spécification SAE-AMS 2644E), un utilisateur est certain que, même avec une durée de pénétration de deux heures, le pénétrant, en aucune façon, ne séchera !

4- Une très fine couche de pénétrant fait-elle la différence ?
On dit souvent que le pouvoir d’étalement/pouvoir couvrant d'un pénétrant est d’environ 20 à 100 m² au litre. Cela signifie que, en fonction de la rugosité de surface, du matériau de la pièce, de la viscosité du pénétrant, de l'affinité du pénétrant pour le matériau (cela semble incroyable, mais deux pénétrants de même Niveau de sensibilité, provenant de différents fabricants, ou même du même fabricant, avec des viscosités très similaires, peuvent être retenus sur les pièces de manière très différente. Nous avons l'explication !), un litre de pénétrant peut couvrir, dans les conditions standard, jusqu'à 100 m². En fait, avec des conditions très particulières, telles que la pulvérisation électrostatique, le pouvoir couvrant peut considérablement augmenter.

Patrick DUBOSC pense qu’à l’exception des pénétrants exempts d’hydrocarbures (les prétendus pénétrants biodégradables) et les pénétrants à base aqueuse, qui sont plus enclins à ce que nous allons décrire, un pénétrant contient un mélange d'hydrocarbures. Même si ces hydrocarbures ont un point d'éclair élevé, comme cela est désormais obligatoire, même si leur pression partielle est très faible, même s’ils ne sont pas classés comme composés organiques volatils (COV), lorsque vous appliquez une couche très mince de pénétrant sur une pièce, il y a une très petite quantité de pénétrant répandu sur une très grande surface. Même si la vitesse d'évaporation est considérée comme négligeable, cette condition fait que la vitesse RELATIVE d'évaporation est grandement augmentée. Lorsque le pénétrant est en cuve, la surface de contact avec l'air est faible par rapport à sa masse. Même si l'on considère le mouvement du pénétrant quand les pièces sont immergées dans la cuve, puis sorties du pénétrant, cela ne change pas grand-chose.

La chanson est différente quand une masse très faible de pénétrant est répandue sur une très grande surface. La fraction la plus légère des hydrocarbures s'évapore à un rythme RELATIF beaucoup plus élevé qu’on pourrait l’imaginer. Par conséquent, comme seul ce constituant est légèrement volatil, toutes les concentrations des autres constituants augmentent un peu. Comme les concentrations doivent être équilibrées dans l’ensemble du pénétrant, au cours de la durée de pénétration de 30 minutes, certains hydrocarbures plus légers vont monter des discontinuités vers la surface, et ils sont remplacés par une fraction plus concentrée en colorant et azurant optique, si ce dernier est utilisé.

Bien que l'augmentation de la sensibilité soit faible (un pénétrant de Niveau 2 ne deviendra pas un Niveau 3 !), cela peut contribuer à accroître l’intensité de fluorescence des indications et leur contraste sur le bruit de fond.
Évidemment, cette augmentation est plus perceptible lorsque les pénétrants ont une fraction plus importante d’hydrocarbures légers, avec des points d'éclair plus bas. Néanmoins, cet effet ne peut pas être exclu avec les pénétrants actuels. Cette évaporation très lente des cuves n'a presque aucune influence sur la formule, car, encore une fois, la vitesse relative d'évaporation est beaucoup plus faible et la cuve est remise à niveau avec du pénétrant entièrement neuf lorsque le niveau dans la cuve diminue, en raison de l’entraînement par les pièces et l'équipement. C'est pourquoi les variations de sensibilité sont, alors, presque indétectables.

L’opinion de Patrick DUBOSC est que, même après une longue durée de pénétration, disons, plus de deux heures, comme parfois stipulée, il est inutile, voire préjudiciable à la sensibilité, de réappliquer  du pénétrant. La seule raison est que réappliquer du pénétrant quelques secondes avant le rinçage peut faciliter le rinçage… ce qui implique… qu’une évaporation de quelque chose s’est produite, et que la ré-application du pénétrant rétablit "l’équilibre" de la formule.

D’un autre côté, Pierre CHEMIN a présent à l’esprit que les pénétrants actuels ont un point d’éclair (vase clos Pensky-Martens) supérieur à 93°C et que leur tension de vapeur, extrêmement faible, est de l’ordre de 0,002 kPa à 20°C, 0,009 kPa à 38°C et 0,022 kPa à 50°C.
Les anciens pénétrants, dont le point d’éclair était de l’ordre de 70°C, avaient une tension de vapeur légèrement supérieure, de l’ordre de 0,035 kPa à 20°C.
Par conséquent, dans des conditions normales d’utilisation, à des températures habituelles comprises entre 10 et 50°C, si une légère évaporation se produisait, ce serait en surface et non à l’intérieur des discontinuités. Par conséquent, son effet serait négligeable, du fait que la durée de pénétration est généralement comprise entre 10 et 60 minutes.

Ainsi, dans des conditions normales d’utilisation, le pénétrant ne sèchera pas. Naturellement, dans les pays chauds et si la température de surface est élevée, le pénétrant pourrait sécher, et du pénétrant devrait être réappliqué dès que la couche de pénétrant semble "friser" en surface. C’est la justification de ce qui est stipulé au paragraphe 7.2.1 de la norme ASTM E1417-05.

Conclusion

Nous devons dire que nos points de vue ne sont pas partagés par tous les utilisateurs, Niveaux 3 ou fabricants. Ce qui est écrit ci-dessus est basé sur notre expérience  longue de plusieurs décennies, sur nos connaissances de chimistes, sur de nombreux tests que nous avons effectués, sur de nombreuses situations particulières que nous avons rencontrées, lorsque nous avons aidé les utilisateurs avec des façons inhabituelles: parfois, même avec les techniques décrites comme étant à ne-jamais-faire qui, néanmoins, marchaient. Cependant, le but ultime d'un contrôle non destructif n’est-t-il pas de "trouver cette fichue fissure qui, nous en sommes certains, est là", ou seulement de suivre les procédures, sans jamais tenter autre chose ?

En outre, vous comprenez que même nous deux, nous n’avons pas les mêmes points de vue ! Le ressuage est une méthode de CND fantastique, dont le gris pourrait être la couleur "standard" (ni blanc, ni noir), dans laquelle la réponse "peut-être, peut être pas" est assez fréquente, dans laquelle l’impression d’un opérateur expérimenté peut le conduire à mettre de côté des pièces comme étant douteuses, alors que beaucoup d'autres  les accepteraient sans arrière-pensée ; et l'opérateur expérimenté avait raison ! Évidemment, une telle situation ne peut pas se produire en courants de Foucault (ET), par exemple... du moins c'est ce que beaucoup de jeunes ingénieurs pourraient penser : bien souvent, c’est une machine qui décide à la place des hommes. Et une machine ne peut pas avoir tort, non ?

Nous serons heureux si nos lecteurs, à ce propos, nous envoient leurs réactions, des détails sur leurs essais controversés, et même les raisons pour lesquelles ils ne sont pas d'accord avec nous. Nous sommes ouverts à toute sorte d’information positive et "constructive" !

Merci.


Références

(1) Patrick DUBOSC et Pierre CHEMIN, Ressuage : lui en demande-t-on trop ? (revisité). DPCNewsletter n°022 mars 2010 : Sur notre site Internet.

(2) Numéro d’avril April 2012 du Penetrant Professor : Sur ce site Internet.

(3) Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, Méthodes et techniques en CND : une confusion encore assez fréquente. Éditorial décembre 2011 : Sur notre site Internet.

(4) Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, Quand l’émulsifiant hydrophile apparut, septembre 2009 : Sur notre site Internet.

(5) Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, Guide des bonnes pratiques en ressuage : une aide pour choisir la technique la mieux adaptée, Avril/Mai 2012 : Sur notre site Internet.

Références normatives

• ISO 12706:2009 Essais non destructifs - Contrôle par ressuage - Vocabulaire, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2009.

• ASTM E1417 - 11e1: Standard Practice for Liquid Penetrant Testing, ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA, 19428-2959, États-Unis d’Amérique, 2005.

• SAE-AMS 2644E: Inspection Material, Penetrant, Society of Automotive Engineers (SAE), 400 Commonwealth Drive, Warrendale, Pennsylvania 15096, États-Unis d’Amérique, 2006.

Mis à jour ( Dimanche, 02 Septembre 2012 07:14 )