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DPCNews 022 - Ressuage : lui en demande-t-on trop ?

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Écrit par Administrator
Lundi, 01 Mars 2010 08:13

Mars 2010

(revisité)

1- Introduction

Le ressuage est une méthode de contrôle non destructif remarquable : simple dans son principe, facile à mettre en œuvre et qui ne nécessite pas de moyens électroniques pour exciter les pièces, analyser les signaux ou encore enregistrer les données.

Pendant des décennies, le ressuage a eu plusieurs buts : la détection et la localisation des discontinuités débouchantes.

Depuis quelques années, on demande au ressuage des performances pour lesquelles il n’est pas conçu. Cela conduit à des spécifications, des exigences notamment concernant la taille des indications qui nous semblent incompatibles avec l’objectif du ressuage.

En préambule, rappelons que lorsque l’on effectue un contrôle non destructif, nous n’observons pas directement la discontinuité, mais l’image donnée par un intermédiaire : écran d’appareil UT ou ET, film ou écran pour RT, produit indicateur en magnétoscopie, pénétrant en ressuage. C’est cette image que nous allons caractériser avant toute conclusion d’ ‘‘acceptation’’ ou de ‘‘rebut’’.

En ressuage, les images ou les indications peuvent être trompeuses. Grâce à l’expérience les pièges sont généralement évités.

Quelques exemples :
• Une indication très fine, qui ‘‘sort’’ très lentement, peut très bien correspondre à une discontinuité importante mais dont l’ouverture est étroite ;
• Une indication ‘‘baveuse’’, qui s’étale rapidement, qui peut même donner une tache impressionnante, peut n’être qu’une porosité sans conséquence ;
• Une zone un peu plus ‘‘poreuse’’ sur une pièce de fonderie qui se traduit généralement par un bruit de fond peut être interprétée comme une zone de porosités, et non comme un bruit de fond ;
• Un(e) opérateur (opératrice) expérimenté(e), en un quart de seconde, détectera des indications alignées - aucun système de vision artificielle n’est capable d'une telle performance.

2- Les précautions

Le ressuage repose FORTEMENT SUR L’EXPÉRIENCE DES UTLISATEURS.

La machine remarquable constituée du détecteur stéréoscopique (les yeux) et du système de traitement du signal (le cerveau) est capable de réaliser des performances étonnantes.

La vue est donc cruciale pour le ressuage. Corrigée ou non, elle doit répondre correctement aux couleurs. Les yeux doivent travailler dans de bonnes conditions.

Les conditions correctes d’observation sont résumées ci-dessous :

2.1- Ressuage coloré

• Lumière blanche dont le spectre est très proche de celui du soleil ;
• Pas d’éclairage éblouissant ;
• Éviter les surfaces réfléchissantes ;
• Éclairement lumineux (lumière visible) d’au moins 500 lx (norme ISO 3059:2001) ou
1 000 lx (spécifications américaines) sur la surface à contrôler ;
• Par expérience, certains filtres peuvent accroître le contraste.

2.2- Ressuage fluorescent

• Éclairement énergétique UV-A supérieur à 10 W/m² (1 000 µW/cm²) la surface à examiner (norme ISO 3059:2001 et spécifications américaines).
Les spécifications américaines imposent en outre de mesurer l’éclairement énergétique ultraviolet (UV-A) des sources à 15’’ (38 cm). Si l’exigence de 10 W/m² (1 000 µW/cm²) est satisfaite, pourquoi alourdir le système d’assurance qualité par cette mesure à une distance spécifique ?

• Éclairement lumineux (lumière visible) inférieur à 20 lx sur la surface à contrôler, dans les conditions réelles de travail (ISO 3059:2001).

Dans cette norme, il est impératif que toutes les sources UV-A soient en fonctionnement lors de la mesure de l’éclairement lumineux, qu’aucune source de lumière visible ou de rayonnement UV-A ne soit dans le champ de vision de l’opérateur. De plus, l’éclairement lumineux dû à la lumière visible ambiante doit être inférieur à 20 lx. Cette exigence empêche qu’un opérateur contrôle à travers une vitre des pièces qui seraient dans une petite boîte sous des sources UV-A pendant que ses yeux seraient en pleine lumière visible dans l’atelier. Et pourtant !!!

• Certaines spécifications ont des exigences supplémentaires: par exemple, mesurer l’éclairement lumineux (lumière visible) de TOUTE source UV-A placée à une distance de la surface à examiner ou du capteur telle que l’éclairement énergétique (UV-A) soit de 1 200 µW/cm² sur la surface d’essai.

Ne pensez-vous pas que le point essentiel est : mesurer l’éclairement énergétique UV-A et l’éclairement lumineux sur la surface à contrôler et l’éclairement lumineux au niveau des yeux de l’opérateur dans les conditions réelles d’utilisation ?

Pourquoi exiger des conditions ‘‘artificielles’’ qui, une fois de plus, accroissent les exigences d’Assurance Qualité et cela sans procurer de garantie supplémentaire concernant la qualité du processus ? Il vaut mieux s’assurer que l’opérateur est bien dans une cabine d’examen et non pas dans l'atelier en train de faire le contrôle à travers une vitre !

Deux autres points importants :

• Respecter la période d’adaptation des yeux en entrant dans une cabine d’examen sous rayonnement ultraviolet (UV-A). En fonction des documents applicables, de l’âge du contrôleur, du niveau d’éclairement lumineux à l’extérieur de la cabine, il faut attendre 1 à 5 minutes avant de commencer toute inspection-surtout si l’on recherche des indications très fines ;

• Ne pas entrer dans la cabine ou en sortir trop souvent : chaque période d’adaptation (de la pleine lumière visible à la lumière UV-A et inversement de la lumière UV-A à la pleine lumière visible) est très fatigante pour les yeux.

3- Les dérives

Après la lecture du paragraphe ci-dessus concernant ces éléments fondamentaux et les précautions très importantes à prendre, regardons ce que nous appelons "les dérives".

Trois d’entre elles sont étudiées dans les paragraphes ci-dessous :
• Les moyens de mesurer les indications ;
• la performance et la sensibilité des pénétrants ;
• Les performances de la vue humaine.

3.1- Les moyens de mesurer des indications

Les dimensions des indications sont exprimées en tant que longueur ou diamètre. Des règles, piges, calibres, loupes à réticule, probablement d’autres gadgets sont utilisés! Devons-nous les appeler ‘‘équipements de mesure’’ ou indicateurs ? (voir le lexique en bas de l’article).
Si la valeur de la mesure d’une indication est proche du critère acceptable, peut-être vaut-il mieux utiliser un autre moyen.

3.2- La performance et la sensibilité des pénétrants

La norme ISO 3452-2:2006 exige que le ‘‘couple’’ pénétrant coloré/révélateur, pour un pénétrant de Niveau 2, doit mettre en évidence 75 % au moins des discontinuités sur une pièce de référence Type 1 de 30 µm de la norme ISO 3452-3:1998 (30 µm est la profondeur des discontinuités).

La version 2006 stipule que doivent être prises en compte ‘‘les indications continues couvrant au moins 80 % de la largeur de l’éprouvette et nettement visibles à l’œil nu (ou avec des lunettes si l’opérateur en porte)’’. Cette phrase doit être comprise comme : le nombre de toutes les indications comprenant un ou plusieurs segments de droite dont la longueur cumulée est d’au moins 80 % de la largeur de l’éprouvette, d'autant qu'il n'est pas stipulé que les 80 % doivent être en un seul segment.

Lorsque des pénétrants colorés sont utilisés, on peut admettre qu’une indication de 0,3 mm de long est visible à environ 30 cm (nous expliquerons le calcul dans le paragraphe traitant de la vue).

Quel est le volume ? Quelle est la quantité de colorant dans la fissure ?
• Profondeur : 30 µm (0,03 mm) ;
• Largeur : 1,5 µm (maximum) ;
• Longueur : 0,3 mm.

Une partie seulement du pénétrant qui est entré dans la fissure en ressort. Admettons qu’un maximum de 50 % du pénétrant ressorte de la fissure. Cela représente 6 750 µm³ c’est-à-dire 6,75 10 -6 mm³ ou encore 6,75 10 -9  mm.

Ce volume est le volume du pénétrant ! Le colorant (la molécule) est présent à environ 1 %. Si nous prenons une masse volumique de 1 000 kg/m³, nous obtenons une masse de 6,75 10 -11  gramme arrondie à 0,07 ng (nanogramme)!

Faisons un calcul similaire avec des pénétrants fluorescents.

Nous utilisons une pièce de référence Type 1 de 10 µm décrite dans la norme ISO3452-3:1998.

• Profondeur : 10 µm (0,01 mm) ;
• Largeur : 0,5 µm (maximum) ;
• Longueur : 0,2 mm.

Cette longueur est la plus petite du comparateur d’indication fluorescente et la plus petite indication considérée généralement comme étant non acceptable.

De plus, elle correspond à peu près à l'acuité visuelle moyenne à un mètre. À 30 cm, une distance plus courante d'examen, surtout pour des pièces critiques, l’acuité visuelle est proche de 87 µm, c’est-à-dire 0,087 mm (un angle d’une minute).

Pour des pénétrants à très haute sensibilité la concentration du complexe colorant + azurant optique est de l’ordre de 1,5 % en poids/volume.

Le volume de la discontinuité est :
0,010 x 0,0005 x 0,2 mm = 0,000001 mm³
ou 10 -6 mm³ ou 10 -9 cm3.

Si seule la moitié du pénétrant ressort, c’est-à-dire 0,5 10 -9 cm³, la masse de colorant + azurant optique est : 0,5 10 -9 x 15 10 -3 = 7,5  10 -12 gramme, soit la masse fantastique de 7,5 pg (picogrammes) ou 0,0075 ng !

3.3- Les performances de la vue humaine

Notre but n’est pas de vous faire un cours sur les yeux, nous voulons seulement vous rappeler quelques données.

- 3.3.1 Sensibilité aux couleurs
Le maximum de la courbe de réponse de l’œil humain est à 555 nm (en vision photopique), ce qui correspond au jaune vert.
En conditions scotopiques (lorsqu’il y a peu de lumière) le maximum est à 505 nm (vert/vert-jaune).
Les yeux sont beaucoup moins sensibles au rouge et au bleu.

- 3.3.2 Sensibilité au rapport de contraste
Les yeux humains sont sensibles au rapport de contraste : une indication noire sur un fond blanc est de loin plus facile à détecter que du jaune foncé sur du jaune pâle.
Si le fond est très foncé, presque invisible, si l’indication est verte ou vert-jaune ou jaune, le contraste sera élevé et même une indication très étroite et petite (telles que celles mises en évidence par des pénétrants fluorescents) sera vue lorsque plusieurs conditions seront satisfaites :
• Très faible lumière visible ambiante : tout photon visible atténue le rapport signal/bruit. Il est inadmissible que les yeux soient dans une zone très éclairée lors de l’examen de pièces avec des indications fluorescentes.
• Les yeux doivent s’adapter au faible niveau de lumière visible (éclairement lumineux). Cela peut demander plusieurs minutes. Les yeux de l’homme sont parmi les plus sensibles des êtres vivants : 4 ou 5 photons suffisent pour déclencher un signal.

Intéressant à savoir : dans certains pays, la comparaison de la fluorescence d’un pénétrant en service à celle du même pénétrant neuf est encore effectuée à l’œil nu ; les deux pénétrants doivent être dilués à 1/1 000, voire 1/5 000 afin qu’ils émettent très peu de photons visibles. Si l’on procède ainsi, les yeux pourront détecter une très faible différence de fluorescence. Si des pénétrants  sont purs, nous mettons au défi quiconque de détecter une différence de 50 % ! Les yeux sont ‘‘noyés’’ de photons !

Cela explique pourquoi l'utilisation d'un papier filtre humecté de pénétrants non dilués pour effectuer une comparaison directe n’a jamais conduit à une détection de perte de fluorescence !

De nos jours, la comparaison de l’intensité de fluorescence des pénétrants fluorescents doit être effectuée en utilisant un fluorimètre conformément à :
• Soit la norme ISO 3452-2:2006 Annexe A.
• Soit l’alinéa 3.3.8.3.2 de la spécification SAE-AMS 2644E, méthode d’essai décrite dans l’ASTM E 1135 ‘‘Standard Test Method for Comparing the Brightness of Fluorescent Penetrants’’.

- 3.3.3 Attirance des yeux
Lorsque des pénétrants fluorescents sont utilisés, après adaptation des yeux à un faible éclairement lumineux, l’œil sera attiré par des indications brillantes qui se détachent sur un fond foncé. La fiabilité et la rapidité du contrôle en sont sérieusement renforcées.

- 3.3.4 Détermination des alignements
Un observateur expérimenté est capable, en un quart de seconde, d’affirmer que des indications sont alignées et que la longueur totale doit être prise en compte, au lieu de la longueur de chacune des petites indications. Aucun système de vision artificielle n’est capable d’une telle performance. De la même manière, un contrôleur humain est irremplaçable quand il s’agit de ‘‘flairer’’ qu’une zone qui semble très similaire au bruit de fond habituel, comme on en rencontre sur les pièces de fonderie, est en fait une zone de porosité.

- 3.3.5 Pouvoir séparateur
L’œil humain moyen est capable de séparer 2 points distants d’une minute d’angle.
La minute d’angle correspond à 0,3 mm à 1 mètre (périmètre d’un cercle de 1 m de rayon : 6,28 m; 360° x 60 = 21 600 minutes. 6,28 m = 6 280 mm divisés par 21 600 = 0,29 mm !)

4- Autres limites

On commence à comprendre que le ressuage, malgré son apparente simplicité, bien que beaucoup de gens le considèrent comme obsolète, est capable de performances exceptionnelles – si on l’utilise dans de bonnes conditions.

Chaque lot de pénétrant est validé ‘‘aux limites’’. La performance ultime est vérifiée sur chaque lot.

De plus, on sait que le même opérateur, le même jour, sur les mêmes pièces de référence, en utilisant les mêmes produits (les mêmes générateurs d’aérosols du même lot, par exemple), peut obtenir des résultats différents. Cela est particulièrement vrai si l’on met en œuvre des produits de ressuage coloré sur pièce de référence Type 1 de 30 µm : cette méthode est alors ‘‘à la limite’’, et la moindre différence dans le nettoyage préliminaire des pièces ou lors de la pulvérisation du révélateur à base de solvant (humide non aqueux) entraîne une différence appréciable d’aptitude à la détection.

Parfois après une rectification très douce l’indication n’est plus visible. D’autres fois, la même rectification très douce ouvrira un ‘‘réservoir’’ sous une indication très fine.

De plus en plus d’exigences inutiles doivent être satisfaites : vérifier les performances de CHAQUE lot de pénétrant à 50°C, alors que les essais de qualification ont démontré que le pénétrant supporte 114°C pendant une heure. Ou démontrer que la température de l’étuve de séchage au démarrage ou dans toute autre circonstance ne dépasse pas le maximum nominal de 71°C plus les 8,3°C tolérés, même quand l’étuve est vide (bien souvent c’est le cas lorsque la chaîne de ressuage est mise en service), ayez présent à l’esprit que les pénétrants ont été qualifiés à 114°C pendant une heure! Gare à vous, sous-traitant, qui ne pouvez pas montrer les enregistrements de cette surveillance! C’est une non-conformité majeure ! Alors que parallèlement, aucun auditeur n’aura aucun doute concernant la capacité des organismes qui font les vérifications/étalonnages/calibrations des radiomètres/luxmètres. Évidemment, le certificat est la preuve que tout est correct !

Alors pourquoi ne pas accepter que les certificats de conformité à la norme ISO 3452-2:2006 délivrés par des fournisseurs renommés de produits de ressuage démontrent que les pénétrants peuvent être utilisés à 50°C sans autre essai spécifique ?

Lexique

• ‘‘Accuracy’’ : certains documents publiés par l’industrie aéronautique exigent que tout moyen utilisé pour mesurer les indications doit avoir une ‘‘accuracy’’ de 50 µm.
Certains de ces moyens de mesure pour vérifier les indications fluorescentes sont des comparateurs en matière plastique comportant des lignes, des points, des cercles de différentes dimensions, tracés avec une encre fluorescente. Pas moyen d’avoir une "accuracy" de 50 µm !

Dispositifs de mesure : les documents d’assurance qualité exigent ces appareils soient étalonnés ou vérifiés périodiquement et qu’un certificat/rapport d’essai stipule selon quelles normes, documents, procédures, cet essai est effectué.
Selon l’appareil, la périodicité peut aller d’une fois par jour à une fois tous les 12 mois, ou même plus.

Indicateur : un indicateur n’a pas besoin d’étalonnage/vérification.

Étalonnage : relevé d’écarts par rapport à une référence, sans jugement sur l’aptitude de l’appareil à répondre aux besoins de l’utilisateur.
Le terme anglais ‘‘calibration’’ s’applique à deux exigences différentes. Fondamentalement une ‘‘calibration’’ est ce que nous appelons en français un ‘‘étalonnage’’. De nombreux auditeurs utilisent également ce terme au lieu de "vérification" comme mentionné ci-dessous. C’est une situation qui prête à confusion.

Vérification : relevé des écarts entre l'appareil référence et l'appareil en essai, ajustement si nécessaire, jugement porté par l'organisme qui effectue la vérification sur l'aptitude de l'appareil à répondre aux exigences de l'utilisateur.

5- Remerciements

Les auteurs de cet article souhaitent adresser leurs remerciements à :

• SOGI COMMUNICATION qui a donné son accord pour que nous utilisions un article de Patrick DUBOSC intitulé ‘‘Ressuage : lui en demande-t-on trop ?’’ publié dans la Revue technique CONTRÔLES-ESSAIS-MESURES - Janvier 2007, pages 83 à 85.

• Le Département Recherche et Développement de la Société BABBCO qui a également donné son accord pour que nous utilisions cet article comme base pour une mise à jour.


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 ( Samedi, 21 Mai 2011 09:52 )