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DPCNews 010 - Nettoyage en ressuage

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Écrit par Administrator
Dimanche, 01 Mars 2009 11:19

Mars 2009

Ressuage: nettoyage des éprouvettes/pièces

I - Domaine d’application

Cet article traite de TOUTES LES SORTES DE PIÈCES DE RÉFÉRENCE: des éprouvettes comme celles décrites dans les normes (telle que l’ISO 3452-3) ou des pièces réelles prélevées sur chaîne de production et mises de côté parce qu’elles présentent des discontinuités spécifiques ou difficiles à détecter, ou une rugosité spécifique ou pour toute autre raison. Dans certaines industries (telle que l’automobile), on les appelle ‘‘pièces fantômes’’.

II - Introduction

Quelles sont les éprouvettes les plus largement utilisées ? Il n’y a pas réponse : cela dépend du secteur industriel, du pays.

Par exemple aux États-Unis, l’aéronautique utilise presqu’exclusivement la PSM-5® (Penetrant System Monitor-5: le chiffre 5 provient du fait qu’il y a 5 défauts générés en forme d’étoile sur l’éprouvette).

En France, les éprouvettes nickel-chrome, décrites comme pièces de référence-Type 1 dans la norme ISO 3452-3, sont largement utilisées en aéronautique et dans le nucléaire.

La PSM-5® est également utilisée dans l’aéronautique française conformément aux exigences des constructeurs américains. En Allemagne, l’aéronautique fait appel à la PSM-5® et aux éprouvettes nickel-chrome tandis que l’industrie automobile utilise la pièce de référence- Type 2 décrite dans la norme ISO 3452-3.

Un grand nombre de sous-traitants aéronautiques travaillant pour l’industrie US à travers le monde utilise l’éprouvette PSM-5®.

L’éprouvette Type 2 de l’ISO 3452-3 est unique dans les mesure où elle comporte quatre rugosités de surface (Ra) différentes ce qui fournit une information très complète sur la lavabilité, l’efficacité de l’émulsifiant, etc. En revanche, les 5 défauts en forme d’étoile sont plus grands que sur la PSM-5®. De ce fait, elles sont moins aptes pour alerter l’utilisateur d’un changement défavorable dans la performance de l’installation de ressuage.

La PSM-5® est connue comme étant l’éprouvette TAM 146460, d’après un document de Pratt and Whitney qui décrit exactement ce qu’elle est.

Ces éprouvettes, tout spécialement la PSM-5® N’ÉTAIENT PAS initialement conçues pour "mesurer une sensibilité" : leur vocation était d’établir une "base de référence" avec des produits de ressuage neufs dans une installation avec tous les paramètres réglés à leur valeur nominales (température et pression de l’eau, température de l’étuve de séchage, minuteries en tous genres, éclairement énergétique UV-A au poste de lavage et dans la cabine d’examen, éclairement lumineux dû à la lumière visible dans la cabine d’examen, etc.). Puis, chaque jour, ou à chaque changement de poste ou chaque fois que l’installation est remise en route, l’éprouvette accompagne le premier jeu de pièces. Lorsqu’elle est examinée dans la cabine d’examen, elle doit montrer le même réseau d’indications. S’il y a une différence, elle doit être retraitée. Si la différence est confirmée, soit une éprouvette ‘‘maître’’ doit être utilisée pour vérifier si la différence provient de l’éprouvette elle-même ou de l’installation, soit le Responsable Qualité cherchera s’il y a un problème sur la chaîne de ressuage, à lui (elle) de décider ce qu’il y a lieu de faire.

Au cours des années, nous avons constaté une dérive en matière d’exigences. En ce qui concerne la PSM-5®, de plus en plus l’exigence suivante est stipulée :

- Un pénétrant de sensibilité Niveau 2 : doit détecter nettement au moins 3 étoiles.

- Un pénétrant de sensibilité Niveau 3 : au moins 4 étoiles.

- Un pénétrant de sensibilité Niveau 4 : les 5 étoiles.

Cela n’avait pas été envisagé, encore une fois, lors de la conception de cette éprouvette.

Les pièces de référence de Type 1 de la norme ISO 3452-3 (également appelées comme les éprouvettes Nickel- Chrome) sont utilisées depuis de nombreuses années par le constructeur français de moteurs d’avions SNECMA pour déterminer la sensibilité des pénétrants fluorescents. Jusqu’au milieu des années 70, il n'existait aucun moyen efficace pour classer les pénétrants. Jean VAERMAN †, responsable des méthodes CND au Laboratoire des Matériaux, décida d’utiliser ces éprouvettes reproductibles sur une machine automatique. Les quatre éprouvettes (appelées : 10 µm, 20 µm, 30 µm et 50 µm en raison de l’épaisseur du revêtement de nickel + chrome dans lequel les fissures sont induites) ont été utilisées et, selon le pourcentage de fissures détectées sur les quatre éprouvettes par un détecteur, les indications étaient enregistrées comme vues (1) ou non vues (0) par le processeur automatique capteur+traitement du signal. Aucune situation "peut-être" ou "peut-être pas" vue. Aucune comparaison visuelle avec des "pénétrants artificiels" dont la formule avait été conçue par. le Laboratoire des Matériaux de l'Armée de l'Air des Etats-Unis (US Air Force Materials Laboratory). La machine décidait de classer le pénétrant testé à la sensibilité Niveau 2, 3 ou 4 (Niveaux appelés S2, S3 et S4 conformément à la spécification DMC0010 de la SNECMA).

Ce système était bien meilleur que l'équivalent dans la MIL-I-25135, révisions C, D et E dans lesquelles les discontinuités étaient beaucoup plus grandes et non reproductibles.

Ultérieurement, la spécification américaine SAE-AMS 2644 utilisa un autre type de pièces de référence et choisit des pénétrants commerciaux qui avaient fait leur preuve, comme référence pour chaque niveau de sensibilité.

Personne aujourd’hui ne peut imaginer utiliser une chaîne de ressuage sans pièce de référence. Il n’en demeure pas moins vrai que des pièces réelles peuvent être utilisées à la place de, ou avec les pièces de référence largement utilisées. En fait, les pièces réelles sont plus proches que les éprouvettes, des vrais: matériaux, rugosités de surface, géométries, endroits des défauts probables. Elles sont un très bon moyen pour tester régulièrement l’aptitude des contrôleurs à traiter les pièces fabriquées par l’entreprise. Mais ces pièces ne peuvent pas être reproduites et les résultats qu’elles fournissent ne peuvent pas être comparés à ceux obtenus sur d’autres chaînes.

Depuis très peu d’années maintenant, la meilleure façon de comparer une éprouvette traitée sur place à la même éprouvette traitée à l’origine est d’avoir une photographie de référence. Après des années au cours desquelles nous avons beaucoup insisté, il est quasiment toujours obligatoire que :

- la photographie soit à l’échelle 1/1 par rapport à l’éprouvette réelle.

- les photographies soient visibles sous rayonnement UV-A si des pénétrants fluorescents sont utilisés.

- elles doivent être en couleur.

La qualité des photos est un sujet de préoccupation pour beaucoup d’utilisateurs qui pensent qu’ils peuvent faire eux-mêmes leurs propres photos parce que les appareils photos numériques semblent permettre de prendre des photos même dans les conditions les plus difficiles.

La qualité des éprouvettes est l’une des causes les plus fréquentes de rapport de non conformité (RNC) lors des audits (NADCAP ou autres).

Et en dernier point, le nettoyage de ces pièces est de la PLUS GRANDE importance en ce qui concerne la fiabilité, la cohérence et la reproductibilité des résultats d’essais. Un nettoyage inapproprié est le facteur N°1 qui conduit à des résultats non-cohérents, cause de la mise hors service de chaînes de ressuage alors que la chaîne est en bon état de fonctionnement - mais pas les éprouvettes !

III - Précautions de manipulation

La manipulation des éprouvettes exige des précautions indispensables, parfois fondamentales pour éviter tout risque d’endommagement, tels que éraflures, génération de nouvelles fissures, élargissement des criques existantes. Quand les pièces de référence Type 1 (nickel- chrome) sont brossées, utiliser uniquement une brosse de soie douce. Brossez parallèlement aux fissures pour éviter de les ébrécher. Ne laissez pas traîner les éprouvettes: stockez-les dans leur coffret ou dans une pochette.

Saisir les éprouvettes par la tranche : le contact avec la peau est néfaste en raison de la couche lipo-acide qui protège la peau des infections et de la déshydratation. Ce produit chimique lipo-acide laisse un dépôt "gras" sur la surface qui peut empêcher le pénétrant de mouiller cette zone.

Il est nécessaire de remettre les éprouvettes dans leur état de propreté initiale après CHAQUE utilisation. Après un essai de ressuage, il y a TOUJOURS une certaine quantité de pénétrant retenu fortement dans les fissures par l'effet capillaire. Ces résidus peuvent interférer lors d’un nouveau essai, augmentant parfois la ‘‘sensibilité’’, plus souvent conduisant à des résultats non fiables.

IV - Comment nettoyer efficacement les éprouvettes

IV-1- Les solvants chlorés

Indiscutablement la meilleure manière ! Et le "nec plus ultra" est d’utiliser le procédé en phase vapeur! Quand il est disponible !! Voir ci-dessous, le Chapitre relatif à l’Hygiène, Sécurité et l'Environnement.

NE PAS conserver les éprouvettes dans un solvant chloré: ces solvants sont tous instables au contact de l'humidité (l'eau de l'atmosphère), à la lumière visible ou sous rayonnement UV-A, ou à la chaleur. Ces facteurs conduisent à la rupture de la liaison carbone-chlore et les radicaux libres de chlore sont de très puissants agents de corrosion. Les éprouvettes sont rapidement corrodées !

IV-2- Les nettoyants alcalins

Également appelés "détergents alcalins".

Le savon et l'eau NE DOIVENT PAS être utilisés ! Le savon est un détergent doux pour la peau…, mais il n'y a aucun inhibiteur de corrosion dans la formule ! De plus, le savon contient des produits chimiques saponifiés qui sont susceptibles de colmater les fissures si leur élimination est incomplète. Le savon n'est pas soluble dans les solvants ; donc il ne peut pas être éliminé des fissures en utilisant un solvant.

Les savons NE sont JAMAIS utilisés pour nettoyer la surface des pièces avant ressuage. Des nettoyants alcalins sont utilisés sur des pièces en titane et peuvent être utilisés sur des pièces en alliages légers, sous réserve que la formule soit compatible avec ces matériaux.

Les nettoyants alcalins sont utilisés à des températures comprises entre 70 et 80°C. Ils doivent être :

- inhibés contre la corrosion.

- exempts de silicates (ou à très faible teneur en silicates).

Les silicates sont des substances minérales bon marché qui donnent des nettoyants très efficaces pour éliminer des polluants spécifiques difficiles à éliminer. L'inconvénient inacceptable, quand un contrôle par ressuage est effectué après un nettoyage avec ces produits à base de silicates, est que lorsque les pièces, qui sont à température ambiante, sont immergées dans, ou pulvérisées avec, le détergent chaud, les silicates donnent une couche mince, impossible à éliminer sur les pièces. Le pénétrant ne peut pas entrer dans les discontinuités … et les pièces sont alors toutes "acceptées" car aucune indication n’est jamais vue !

Après le temps requis de dégraissage, les pièces sont rincées à l'eau (froide ou chaude, un ou plusieurs rinçages). Les dégraissants renferment des agents de surfaces (agents tensio-actifs), des substances chimiques qui abaissent considérablement la tension superficielle de l'eau. Les dégraissants pénètrent facilement dans les discontinuités tandis que l’eau de rinçage, privée de tels agents de surface (agents tensio-actifs) a une tension superficielle très élevée et ne peut pas pénétrer dans les discontinuités et dissoudre les substances chimiques solubles apportées par le dégraissant.

Après le séchage, si des produits chimiques solubles restent dans la discontinuité ils rendront plus difficile, même impossible, l’entrée du pénétrant dans la discontinuité.

Comme de l'eau de rinçage a néanmoins cheminé dans les discontinuités un des soucis majeurs est de la faire S'ÉVAPORER COMPLÈTEMENT PENDANT LE TEMPS DE SÉCHAGE AVANT L’APPLICATION DU PÉNÉTRANT. Le séchage DOIT ÊTRE EFFICACE. De nombreuses expériences montrent qu'une température de séchage comprise entre 105 et 125°C et un temps assez longtemps (souvent supérieur à une heure) dans une étuve ventilée sont requis pour assurer une évaporation complète d'eau.

Les éprouvettes ne doivent pas être soumises à des températures aussi élevées.

De plus, une fois encore, l'expérience montre que TOUT DEGRAISSANT ALCALIN A UN EFFET NEFASTE sur les éprouvettes.

Par conséquent, OUBLIEZ LES DEGRAISSANTS ALCALINS POUR LE NETTOYAGE DES EPROUVETTES !

IV-3- Solvants non halogénés

Qu'est-ce qu’un "solvant non halogéné" ? Un solvant exempt de chlore, de fluor, de brome, d’iode. Généralement les solvants non halogénés sont des hydrocarbures, bien que quelques solvants oxygénés puissent être utilisés (divers alcools, sauf le méthanol, l’acétone, par exemple).

Les solvants uniquement à base d'hydrocarbures ne sont pas de très bons nettoyants avant ressuage. Ces substances chimiques ne dissolvent pas l'eau, ni les substances minérales hydrosolubles ; elles ont une masse spécifique inférieure à celle de l'eau et de ce fait si de l'eau se trouve dans une discontinuité (par exemple l'humidité qui est restée toute la nuit sur la pièce), les hydrocarbures viendront à la surface de l’eau et ne la déplaceront pas.

Les meilleurs dégraissants/solvants sont à base d’un mélange d'hydrocarbures + un alcool léger (comme l'alcool isopropylique) + une cétone (comme l'acétone). Un tel mélange est en même temps polaire et non-polaire et peut dissoudre des polluants à base d'hydrocarbures aussi bien que l'eau et beaucoup de substances chimiques hydrosolubles.

Veuillez noter que la spécification américaine SAE AMS 2647B (R) ‘‘Fluorescent Penetrant Inspection Aircraft and Engine Component Maintenance’’ stipule que les pièces doivent être traitées (nettoyage et le stockage) conformément aux instructions du fabricant ou selon l’AMS 2647B paragraphes 3.3.7.1 à 3.3.7.3 qui, en résumé, suggère : l’élimination du révélateur à l’eau et avec une brosse souple en nylon, le séchage puis l’immersion de l’éprouvette dans un solvant volatil tel que: l’alcool isopropylique, l’acétone, la méthyléthylcétone (en Europe, il est maintenant interdit d’utiliser cette substance chimique en cuve ouverte), pendant au moins dix minutes. Puis, sécher soigneusement les pièces.

Quelques commentaires : les solvants volatils mentionnés peuvent s'évaporer en une heure à température ambiante. Comme les éprouvettes sont supposées être utilisées à chaque changement de poste (c'est-à-dire à peu près toutes les 8 heures) cela permet une évaporation complète entre deux utilisations successives.

Des traces de solvant n'empêchent pas le pénétrant d'entrer dans les discontinuités ; ce qui se produit, c’est une dilution du pénétrant qui s’y introduit par le solvant conduisant à un résultat probable ‘‘moins sensible’’.

V - Comment remettre en état de propreté initiale : une procédure recommandée

Fruit d’une expérience de plus de 30 ans, la procédure suivante est celle qui :

- donne la meilleure fiabilité aux utilisateurs,

- permet une utilisation prolongée des éprouvettes,

- s’applique tant aux éprouvettes comportant des défauts artificiels qu’aux pièces fantômes.

Pour comprendre le procédé, nous devons rappeler aux lecteurs les points suivants :

- le pénétrant s’introduit dans toute discontinuité, même dans celles que nous ne détectons pas à l’issue de la gamme de ressuage.

- les pénétrants colorés ou les pénétrants fluorescents ont exactement la même aptitude à entrer dans les discontinuités.

- les yeux et le cerveau humain détectent des quantités beaucoup plus faibles de colorant fluorescent que de n'importe quel colorant coloré.

- toute trace résiduelle de pénétrant dans les discontinuités a des conséquences sur la gamme de ressuage qui suit : une trace résiduelle peut défavorablement réagir avec le pénétrant appliqué sur la surface ; au contraire, si le pénétrant utilisé pour le contrôle habituel a été sévèrement pollué depuis le précédent ressuage, les traces résiduelles du ‘‘bon’’ (c’est à dire non pollué) pénétrant peuvent accroître la sensibilité de sorte que le contrôleur accepte l’essai comme étant "conforme", tout en utilisant un pénétrant mauvais sous-performant.

Maintenant, lisez cette procédure : elle est économique, facile à réaliser dans n’importe quelle installation.

1 - Enlever la couche de révélateur en utilisant une brosse de soie douce.

2 - Immerger la pièce dans un solvant volatil non halogéné (l’alcool isopropylique ou l’acétone sont les mieux appropriés) pendant au moins 4 heures.

3 - Sortir la pièce et la laisser sécher (au moins 10 minutes: ne pas oublier pas qu’un liquide qui s’évapore rapidement refroidit la surface; si l’hygrométrie de l'atmosphère est proche de 80/100 %, cela peut conduire à ce que de l’humidité mouille la surface ! La surface doit être ABSOLUMENT SÈCHE en arrivant à l’opération N°4.

4 - Appliquer une couche ÉPAISSE de révélateur humide non aqueux.

5 - Placer la pièce dans une étuve réglée à 70/80 °C pendant au moins 10 minutes. La chaleur aide le révélateur humide non aqueux à extraire les traces de pénétrant hors des discontinuités.

6 - Laisser le révélateur sur la pièce, laisser refroidir la pièce et examinez-la comme s’il s’agissait d’une pièce à contrôler: rayonnement UV-A ou lumière blanche avec les conditions d’observation requises.

7 - En cas de réapparition d’une indication, recommencer le procédé depuis l’opération N°1 et retraiter la pièce jusqu’à ce que plus une indication ne soit visible.

Lorsque le nettoyage des éprouvettes selon cette procédure ne conduit pas à un résultat satisfaisant, cela signifie que:

- Les pièces peuvent avoir été laissées longtemps sans être nettoyées.

- Des substances minérales peuvent avoir pénétré dans les discontinuités (dues aux nettoyants alcalins!)

- De la corrosion peut affecter le sommet des discontinuités.

Si des substances minérales ou de la corrosion sont impliquées, le processus de nettoyage n'est pas une chose facile ! La corrosion est une raison pour jeter les pièces à la poubelle et pour en acheter des neuves ! Fournisseurs heureux qui aiment que les utilisateurs emploient des nettoyants alcalins, des acides, etc. (GARDEZ À L'ESPRIT QUE LES ÉPROUVETTES DOIVENT ÊTRE SOUMISES UNIQUEMENT À LA GAMME DE RESSUAGE, PAS À TOUTE LA GAMME DE PRÉPARATION DE SURFACE QU’UN GRAND NOMBRE DE PIÈCES SUBISSENT AVANT RESSUAGE). Pas possible de revenir à l’état initial avec de la corrosion.

Si le problème ne provient que des substances minérales (à l’exception des silicates, encore une fois), la meilleure façon consiste à:

- Immerger les pièces dans de l'eau déminéralisée dans une cuve de dégraissage à ultrasons et faire agir les ultrasons pendant environ 30 minutes. Vérifier le niveau de l'eau car l'eau chauffera et le niveau descendra. NE JAMAIS UTILISER UN CUVE DE NETTOYAGE À ULTRASONS SANS AUCUN LIQUIDE DEDANS.

- Sortir la pièce de la cuve, la rincer soigneusement avec de l’eau déminéralisée à température ambiante.

- Sécher la pièce dans une étuve réglée à 70/80 °C pendant 30 minutes.

- Laisser refroidir la pièce à température ambiante.

- Revenir à l’opération N°1 !

L'utilisation trop fréquente du nettoyage aux ultrasons peut modifier la partie extérieure des discontinuités. Nous écrivons "peut" car les avis divergent sur ce sujet. Donc, la décision en revient au Responsable Assurance Qualité.

VI - Hygiène, sécurité, environnement

Nous devons apporter ici quelques précisions qui peuvent vous aider à faire votre choix parmi les différents procédés de nettoyage (pour vos pièces fabriquées aussi bien que pour les éprouvettes).

Les solvants volatils non halogénés SONT INFLAMMABLES OU MÊME FACILEMENT INFLAMMABLES. Si un solvant non halogéné n'est pas classé au moins ‘‘inflammable’’, cela signifie que sa volatilité est très faible (la valeur du point d'éclair est un bon indicateur): il ne s'évaporera pas rapidement; et c'est un problème en ce qui concerne l'efficacité du contrôle par ressuage.

Les solvants halogénés (principalement ceux qui sont chlorés, mais aussi certains comportant du fluor dans la molécule) sont ininflammables, à de très rares exceptions près. Mais leur utilisation est de plus en plus réglementée. De plus, comme nous l’avons vu précédemment, certains d'entre eux peuvent provoquer de la corrosion sur les pièces.

Les détergents alcalins sont onéreux : pas les produits eux-mêmes, mais leur utilisation exige beaucoup de surface au sol, beaucoup d'énergie (pour le chauffage), beaucoup d'eau (l'eau s'évapore de la cuve car ces nettoyants sont généralement utilisés dans de l'eau chaude), beaucoup d’eau pour le rinçage, encore pire si au moins le dernier rinçage est effectué avec de l'eau déminéralisée, et ces produits génèrent un volume impressionnant d'eaux usées. Le coût de traitement n'est pas la ligne la moins chère du bilan !

L’utilisation d’un solvant inflammable dans une cuve à ultrasons est interdite. Néanmoins c'est tout à fait facile à utiliser en laboratoire et pas dangereux si les vapeurs inflammables ne peuvent pas s’accumuler! Mais laissez faire cela aux gens du laboratoire; n'utilisez pas cela en usine, à proximité de la chaîne de ressuage, pour nettoyer vos éprouvettes !!!


Nous, Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, accueillons tout commentaire, toute idée. Si vous avez quelques exemples que vous souhaiteriez voir discutés ici, veuillez nous fournir, s'il vous plaît, toutes les indications utiles. Si vous exigez la confidentialité, nous modifierions les lieux, les noms et quelques paramètres pour empêcher d’identifier la source d’information. Néanmoins, nous sommes convaincus que notre site peut être une sorte de soupape de sécurité: le but N'EST PAS de viser telle ou telle Société, ou tel ou tel auditeur; mais c’est toujours afin que les utilisateurs réfléchissent et se posent des questions, les vraies, à eux et aux autres.

Nous pouvons également fournir un conseil, là encore, à titre confidentiel si nécessaire, n'hésitez pas, s’il vous plaît, à nous poser des questions, pour alimenter notre base de données, concernant: les Fiches de Données de Sécurité (FDS), l'environnement, un nom chimique que vous ne comprenez pas, une gamme de ressuage dont vous avez entendu parler, etc. Nous avons une multitude d'exemples, certains ne figurant dans aucune spécification/norme, qui permettent la détection de discontinuités, lorsque "les procédés courants ou habituels" ne permettent pas la détection de ces discontinuités.

Mis à jour ( Lundi, 23 Mai 2011 16:29 )