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Quelques applications industrielles de la magnétoscopie

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Écrit par Administrator
Samedi, 01 Janvier 2011 13:18

Chères Lectrices et chers Lecteurs,
Cet article est le fruit de notre longue expérience industrielle ; nous sommes bien conscients qu’il est loin d’être complet et qu’il peut comporter des inexactitudes et/ou des imprécisions.
C’est la raison pour laquelle nous vous sollicitons afin que vous nous fassiez part de vos commentaires, de vos remarques et de vos suggestions pour l’améliorer et le compléter.
Nous vous remercions vivement par avance de votre aimable contribution.
Les Auteurs : Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC

Janvier 2011

Document actualisé en mars 2011

I - Introduction

La magnétoscopie est utilisée pour détecter des discontinuités superficielles débouchantes et des discontinuités sous-jacentes (généralement jusqu’à quelques millimètres de profondeur), exclusivement sur matériaux ferromagnétiques.

Il en résulte que la magnétoscopie est plus "restrictive" que le ressuage mais elle lui est préférée quand elle est applicable car elle est, entre autres, beaucoup plus rapide.

Si les indications sont plus nettes qu’en ressuage en raison de l’absence du phénomène de ‘‘bavage’’, elles peuvent correspondre à des images fallacieuses (artefacts), par exemple dans certains angles, filetages et zones de changements de sections.

Un des plus importants domaines d’utilisation de la magnétoscopie est celui des ensembles mécanosoudés.

De nombreuses industries, telles que les transports (aviation, automobile, ferroviaire, remontées mécaniques), l’énergie, la chaudronnerie, la mécanique, la Défense, le médical, etc. utilisent la magnétoscopie tant en fabrication qu’en maintenance.
Cet article décrit, de manière détaillée, les divers domaines d’application de la magnétoscopie, tant en fabrication qu’en révision ou maintenance, tels que : énergie, transports (air, fer, terre, mer) en ce qui concerne les éléments structuraux et les organes mécaniques.

Bien souvent, nous suggérons les produits indicateurs à utiliser pour satisfaire aux critères d’acceptation.

À titre d’informations complémentaires, nous donnons des exemples d’utilisations spécifiques telles que la magnétoscopie à hautes et basses températures, etc.

II – Bilan de santé des pièces/systèmes

Un organe structural ou mécanique en bonne santé est celui qui possède 100 % des caractéristiques métallurgiques et de limites de fatigue prévues par la nature de l’alliage métallique en fonction de ses traitements thermiques, de sa géométrie et des sollicitations qu’il subira en service.

Le diagnostic de cet état de santé est donc primordial au cours de l’élaboration de la pièce, comme avant sa mise en service. Ce diagnostic est également souhaitable et souvent indispensable en cours de service pour déceler toute fatigue prématurée ou corrosion.

Ce bilan de santé devra permettre de conclure sans ambiguïté sur l’utilisation en sécurité ou le rejet de l’élément contrôlé.

Même opération après élimination éventuelle de défauts qui affecteraient les 100 % de caractéristiques d’emploi de la pièce.

La magnétoscopie est une des méthodes de contrôle non destructif qui permet au technicien de la qualité comme au technicien de production ou de maintenance de faire ce bilan de santé.

Lors de la Première Guerre Mondiale, le Major William E. HOKE observa que de fines particules magnétiques (copeaux métalliques colorés) produites lors de la rectification de pièces en acier avaient parfois tendance à former des sortes de dessins très nets. C’est ainsi qu’il découvrit la méthode de détection de criques par des particules magnétiques qui est appelée magnétoscopie(1).

III – L’utilisation croissante de la magnétoscopie

Depuis la Première Guerre mondiale, de nombreuses défaillances se sont traduites par des catastrophes dans différentes industries, entraînant la perte de vies humaines et portant atteinte à la réputation d’entreprises et de fabricants. Cela mit l’accent sur l’utilisation d’une méthode de CND simple, facile à comprendre, bon marché qui, au cours des décennies, a amélioré la qualité et la sensibilité de ses produits à un niveau incroyable tout en réduisant l’impact sur la santé des travailleurs et l’environnement.

De nos jours, l’utilisation croissante de la magnétoscopie peut s’expliquer par sa fiabilité. Cependant, au fil des années, un changement majeur s’est produit peu à peu en raison de l’utilisation croissante d’alliages non ferromagnétiques qui ne peuvent pas être contrôlés par magnétoscopie, comme dans :

• L’aéronautique : alliages de titane, d’aluminium et de lithium-aluminium, matières plastiques, carbone, composites, céramiques, revêtements plasma, pièces obtenues par métallurgie des poudres.

• L’automobile : plastiques, composites, alliages d’aluminium.

• Le nucléaire : aciers austénitiques.

• Le ferroviaire : Structures en alliages d’aluminium des voitures duplex (à deux niveaux) des rames TGV et AGV.

Par conséquent, il est facile de comprendre pourquoi de nos jours le ressuage croît plus rapidement et plus fortement que la magnétoscopie.

Bien que la magnétoscopie soit fiable, d’une sensibilité incroyable pour la détection de petites discontinuités et qu’elle donne des résultats reproductibles avec une confiance élevée, il n’en demeure pas moins vrai qu’une mauvaise mise en œuvre peut conduire à des résultats illusoires.

C’est une des raisons principales de la conception et du perfectionnement de l’automatisation de la mise en œuvre des contrôles par magnétoscopie.

De plus en plus d’utilisateurs demandent des bancs magnétoscopiques multifonctionnels capables de traiter aussi bien des petites pièces que des grandes. Pour atteindre cet objectif, les bureaux d’études des constructeurs doivent faire des prouesses et faire preuve de beaucoup d’ingéniosité.

IV –Niveaux de sensibilité des produits indicateurs

À la différence du ressuage, il n’existe pas de tierce partie qui évalue les sensibilités des produits indicateurs de magnétoscopie.

Il y a une dizaine d’années, un constructeur européen de bâtiments militaires avait tenté d’établir une telle classification en utilisant les pièces de référence types 1 et 2 de la norme ISO 9934-2(2). Ces travaux ne permirent de classer les produits qu’en deux catégories : les bons et les mauvais, mais il fut impossible de trouver le meilleur parmi les bons.

En l’absence de toute classification dans les normes et spécifications, de nombreux donneurs d’ordre ont publié leurs propres listes de produits homologués.
En l’absence de telles listes officielles, bien souvent l’utilisateur, ou même le service achat, choisit les produits indicateurs.
En l’absence de personnel suffisamment compétent et de moyens appropriés de vérification, nous pouvons parier que le produit le moins cher sera le gagnant, avec le risque de ne pas détecter certains défauts.
Les produits les moins chers sont rarement le bon choix.

Prenez le temps de lire la communication ‘‘Rising Costs and Price War - To the Debit of Quality, in Spite of European Standardisation?’’ (ndlr : Augmentation des Coûts et Guerre des Prix - Au Détriment de la Qualité, en Dépit de la Normalisation Européenne ?)(3).

V - À quels stades s’effectue le contrôle par magnétoscopie ?

La santé des pièces peut être compromise au cours de leur fabrication et de leur période de fonctionnement.

V.1 - En fabrication

Aux divers stades de leur élaboration, les pièces sont soumises à tout un ensemble d’opérations physicochimiques onéreuses entraînant la plupart du temps des frais élevés de main-d’œuvre, opérations qui peuvent engendrer des défauts. C’est pourquoi, au lieu de se contenter d’un contrôle final, il est beaucoup plus économique et logique de contrôler les pièces après chaque opération qui peut générer des défauts, de manière à rebuter les pièces défectueuses avant l’opération suivante afin de se dispenser d’usinages et traitements coûteux et chronophages.

Le stade préliminaire est même le contrôle de réception matières avant tout usinage quel que soit le procédé.

Le choix des bureaux d’études pour des alliages à hautes caractéristiques mécaniques, l’évolution des technologies d’usinage et de formage, le désir permanent d’alléger les ensembles mécaniques, les sollicitations toujours plus grandes auxquelles sont soumis les organes structuraux et mécaniques en raison de l’accroissement des performances, en plus d’autres exigences (meilleure résistance à la corrosion, recyclage plus facile des pièces après mise hors service, etc.), ont abouti à des chiffres statistiques plus élevés de rupture ou de détérioration rapide.

Il y a de nombreuses années, les contrôles ont tout d’abord été statistiques par prélèvement. Cette méthode statistique a souvent créé un sentiment de crainte sans apporter la certitude d’éliminer les risques à 100 %.

D’autre part, une partie de l’opinion trouvait que le contrôle coûtait cher, qu’il était inutile et que c’était une façon d’augmenter les prix sans pour autant améliorer la qualité de l’équipement.
Mais l’évolution de la législation concernant les responsabilités civiles et pénales, l’audience de plus en plus importante accordée par l’opinion publique aux média relatant des accidents, l’âpreté de la concurrence internationale ont conduit à une prise de conscience générale : le besoin de renforcer les contrôles pour au moins améliorer la sécurité et la fiabilité.

Les industriels sont finalement arrivés à la conclusion qu’investir dans du matériel de CND, payer des contrôleurs, contrôler à 100 % les pièces de sécurité était un bon investissement.

Les contrôles non destructifs sont, en fait, des sources d’économies et permettent entre autres :
• D’augmenter la productivité.
• De réduire les coûts de fabrication.
• D’améliorer l’image de marque et la réputation des Entreprises.
• De gagner ou de conserver la confiance des clients.
• De réduire les coûts engendrés par l’échange, à titre gratuit, de pièces défectueuses en fonctionnement sous garantie.
• Et bien d’autres raisons.

V.2 - En maintenance

Toute détérioration ou rupture d’un équipement en fonctionnement est une catastrophe qui peut avoir des conséquences considérables.

Sans le secours des contrôles non destructifs, il n’est pas possible de prévoir une rupture.

Dans les cas les moins graves, ces ruptures entraînent : la mise hors service des machines ou des installations, l’arrêt de la chaîne de production, l’immobilisation du matériel nécessitée par sa remise en état, l’indemnisation du personnel pour les heures perdues ou sa mise en chômage technique temporaire.

La rupture d’une seule pièce peut également entraîner la succession d’évènements catastrophiques qui détruiront d’autres pièces ou équipements en bon état, nécessitant des remises en état beaucoup plus onéreuses et des temps d’immobilisation plus longs.

Dans des cas plus graves, la non-détection de fissures ou d’amorces de rupture peut se traduire non seulement par des catastrophes matérielles, mais également par des pertes en vies humaines. Citons, à titre d’exemple, ceux de l’aéronautique, de l’automobile, des chemins de fer et de l’industrie chimique (Bhopal étant l’accident le plus dramatique qui se soit produit), etc.

La règle d’or en maintenance peut se résumer par le dicton ‘‘mieux vaut prévenir que guérir’’. Prévenir, ici, c’est d’utiliser le CND.

VI - Utilisation générale de la magnétoscopie

Les procédés de magnétoscopie sont suffisamment polyvalents pour contrôler beaucoup de pièces à la fois, ou à l’unité, ou un grand équipement complet ou seulement certaines zones de grandes pièces. Cependant, le contrôle de pièces à géométrie complexe ou de grandes dimensions, le contrôle peut nécessiter plusieurs étapes.

Les liqueurs magnétiques noires avec les peintures blanches de contraste sont les mieux adaptées au contrôle des ensembles mécanosoudés, tandis que les liqueurs magnétiques fluorescentes sont souvent préférées pour contrôler des organes mécaniques.
Pour des contrôles “sur place”, les générateurs d’aérosols sont très pratiques.

Les liqueurs magnétiques fluorescentes sous UV-A à support pétrolier sont utilisées pour le contrôle des pièces les plus critiques en aéronautique par exemple, alors que dans l’industrie automobile celles à support aqueux sont également employées.

VII - Domaines industriels et utilisation de la magnétoscopie

Il est impossible de citer tous les domaines industriels dans lesquels la magnétoscopie est utilisée. Nous nous bornerons à ne donner que quelques exemples.

VII.1 - Soudures

Ce contrôle est le plus couramment effectué à l’aide d’un électro-aimant portatif. En l’absence de source d’alimentation électrique ou pour des raisons de sécurité, un aimant permanent peut être utilisé.

Outre le cordon de soudure, les ZAT (Zones Affectées Thermiquement), situées de part et d’autre de celui-ci, soit 3 à 5 cm de chaque côté du cordon de soudure, doivent être contrôlées.

Une peinture blanche de contraste et une liqueur magnétique noire sont alors les produits de magnétoscopie les plus largement utilisés.

La peinture de contraste permet en quelque sorte de ‘‘lisser’’ la zone à contrôler et facilite donc la libre migration des particules magnétiques vers les fuites de flux magnétique générées par les discontinuités. Elle accroît également le contraste dans le cas de l’utilisation de particules magnétiques non fluorescentes (généralement rouges ou noires).

Parfois une liqueur magnétique fluorescente est utilisée, en particulier à l’intérieur des capacités et réservoirs pour éviter l’application puis l’élimination d’une peinture de contraste en atmosphère confinée.

Des électroaimants portatifs alimentés en basse tension (42 ou 48 volts, parfois 24 volts) sont obligatoires à l’intérieur des capacités et des réservoirs pour satisfaire aux exigences de sécurité.

Les conditions d’aimantation sont vérifiées à l’aide d’un mesureur de champ tangentiel ou de témoins d’aimantation, tels que : témoin de Berthold, témoin ASME, etc.

La magnétoscopie est l’une des principales méthodes de CND utilisée en chaudronnerie, sur les pipelines ainsi que dans le transport du gaz, etc.

Bien que les produits de magnétoscopie conditionnés en générateurs d’aérosols soient plus onéreux que ces mêmes produits en bidons, l’emploi des générateurs d’aérosols pour ce contrôle est en fait plus économique si l’on tient compte des pertes en produit et des coûts de main d’œuvre.

VII.2 - Aérospatiale


Les éléments structuraux sont réalisés essentiellement en alliages légers (aluminium, aluminium-lithium, titane) et en matériaux composites.

De moins en moins de matériaux ferromagnétiques sont utilisés pour les organes mécaniques. Là où des matériaux non ferromagnétiques remplacent des matériaux ferromagnétiques, la magnétoscopie (MT) est très souvent remplacée par le ressuage (PT). Cependant, au cours de ces 4 ou 5 dernières années, l’aéronautique s’est dotée de nombreux bancs magnétoscopiques en raison des dimensions de plus en plus importantes des pièces unitaires, de nouvelles règlementations sur l’hygiène et sécurité à proximité de champs magnétiques importants, et d’une ‘‘obligation’’ de contrôler, voire d’enregistrer un maximum de paramètres, selon les spécifications des donneurs d’ordre, reprises dans les questionnaires NADCAP.

Seules des liqueurs magnétiques fluorescentes à support pétrolier sont utilisées.

Les pièces sont contrôlées sur bancs magnétoscopiques et les conditions d’aimantation sont vérifiées à l’aide d’un mesureur numérique de champ magnétique tangentiel.

Après contrôle, les pièces présentent généralement une aimantation rémanente, souvent supérieure aux valeurs acceptables selon les spécifications applicables et les cahiers des charges des clients. Les pièces doivent être désaimantées de manière à obtenir une aimantation rémanente suffisamment faible pour satisfaire aux exigences requises en utilisant un démagnétiseur ou toute autre méthode appropriée. L’aimantation rémanente des pièces est vérifiée avec un mesureur numérique d’aimantation rémanente. Certaines pièces telles que cages de roulements peuvent nécessiter une aimantation rémanente inférieure à 0,1 mT. Il est dommage qu’une aussi faible valeur d’induction magnétique ne puisse pas être atteinte avec certitude : il faut prendre compte l’incertitude de mesure due à l’orientation de la pièce dans le champ magnétique terrestre, ainsi que la qualité du mesureur et de son étalonnage. N’oubliez pas que le champ magnétique terrestre dépend du lieu, il peut atteindre 60 A/m (0,075 mT). À Paris, en France, il est de 33 A/m (0,04 mT), la composante horizontale étant égale à 16 A/m (0,02 mT). Cela signifie une incertitude de 20 % lorsque 0,1 mT est requis… juste à cause du champ magnétique terrestre ! Ajoutez plusieurs % en raison de l’étalonnage, un affichage a +/-1 digit par chaque fabricant… Vous pouvez commencer à vous gratter la tête pour savoir comment satisfaire à une telle exigence.

- VII.2.1 - Les organes structuraux


Comme nous l’avons écrit, ci-dessus, les matériaux ferromagnétiques sont de moins en moins utilisés pour les éléments structuraux, c’est pourquoi la magnétoscopie y est de moins en moins employée.

Prenons un exemple :
Dans le passé, les boulons d’attache des roues et des mâts réacteurs étaient réalisés en acier au carbone, alors que, de nos jours, ils sont en Inconel®, alliage non ferromagnétique.

- VII.2.2 - Les organes de turbines à gaz

Certaines aubes sont encore réalisées en alliages ferromagnétiques. Celles-ci sont contrôlées par magnétoscopie, de même que les arbres de turbines et de compresseurs.

- VII.2.3 - Les autres organes mécaniques

Les pièces suivantes sont contrôlées par magnétoscopie :
• Les structures d’atterrisseurs (trains d’atterrissage).
• Les roulements.
• Etc.

- VII.2.4 - Maintenance


La magnétoscopie est largement utilisée en révision et réparation des moteurs pour la détection des criques de fatigue sur les pièces réalisées en alliages ferromagnétiques telles que : certaines aubes, arbres de compresseur et de turbine, pignons, etc.
Il en est de même que ci-dessus concernant : les structures d’atterrisseurs (trains d’atterrissage), les pignons, etc.

VII.3 - Nucléaire

Dans les réacteurs à eau sous pression (REP), un grand nombre de pièces du circuit primaire sont réalisées en acier inoxydable. Il faut cependant noter que les deux viroles, le fond et le couvercle de la cuve sont en acier au carbone. Ils reçoivent sur leurs surfaces intérieures deux revêtements d’inox pour assurer la résistance à la corrosion. Le circuit secondaire comporte un grand nombre de pièces en acier au carbone contrôlées par magnétoscopie, en fabrication comme en maintenance sur site. Des électroaimants portatifs avec une peinture blanche de contraste et une liqueur magnétique noire sont largement utilisés, bien que parfois d’autres techniques d’aimantation, et des liqueurs magnétiques fluorescentes soient préférées.

Les générateurs d’aérosols sont largement utilisés dans le nucléaire, car c’est le meilleur moyen d’éviter toute pollution accidentelle des produits de magnétoscopie par des produits contenant du chlore, du fluor ou du soufre.

- VII.3.1 - Le code RCC-M
En France, le document fondamental pour toute l’industrie nucléaire est le code RCC-M. Toute substance entrant dans une centrale nucléaire doit être PMUC (acronyme de : Produits et matériels utilisables dans les centrales nucléaires).

Tous les produits doivent satisfaire aux exigences requises : teneur en halogènes totaux (Fluor + Chlore + Brome) inférieure à 200 ppm de même que teneur en soufre inférieure à 200 ppm. L’échantillonnage et l’analyse doivent être effectués selon les procédures en vigueur d’EDF.

Ces échantillonnages/analyses sont effectués par des laboratoires agréés par l’EDF selon la procédure PMUC D5713/DJX/RB 90 0295 Indice 1 exclusivement.

L’analyse est effectuée après combustion pour les produits entièrement organiques et après minéralisation pour les produits qui comportent une partie minérale, tels que les peintures de contraste et les liqueurs magnétiques. Cette analyse est effectuée sur le produit complet, et non pas sur le résidu après chauffage, comme cela est décrit dans le code ASME pour le ressuage.

- VII.3.2 - Le code ASME (Boiler and Pressure Vessel Code)

À notre connaissance, le code ASME ne stipule pas l’analyse des halogènes et du soufre dans les produits indicateurs utilisés en magnétoscopie.

VII.4 - Maintenance des turbines à gaz industrielles

Nous nous limiterons au cas du contrôle de maintenance des aubes.

Comme les durées d’arrêt pour la maintenance sont courtes, on n’a pas le temps de démonter les aubes, de les contrôler, de les remonter et de procéder à un rééquilibrage de l’arbre pour éviter le balourd qui causerait des vibrations extrêmement dangereuses pouvant conduire à des endommagements catastrophiques. De ce fait, les aubes sont contrôlées in situ comme il suit.

Le courant est envoyé dans un câble en cuivre enroulé formant une bobine plate de quelques spires qui est parfois appelée, en raison de sa forme, une ‘‘raquette’’. La raquette est appliquée à plat sur les aubes. Une liqueur magnétique fluorescente à support aqueux est utilisée.

Certaines spécifications préconisent un courant alternatif sinusoïdal, passant dans le câble d’aimantation de 70 mm² de section, de l’ordre de 1 200 A (valeur efficace), un tel courant peut être délivré par un générateur de courant portable. Le câble chauffe et il est donc nécessaire de respecter une durée de fonctionnement de 4 secondes et un facteur de marche au courant de sortie de 10 %, c’est-à-dire 4 secondes toutes les 40 secondes. Des températures supérieures à 100°C, si le système est utilisé de manière trop intensive, peuvent détruire la gaine isolante du câble.

D’autres spécifications préconisent d’utiliser un courant alternatif pulsé, c'est-à-dire redressé une alternance (R1A), de 5 000 A, délivré par un générateur de courant mobile, donc plus lourd, passant dans le câble d’aimantation de 90 mm², voire même 120 mm² de section. Là encore le câble chauffe et il est donc nécessaire de respecter une durée de fonctionnement de quelques secondes par minute.

Pour éviter des échauffements excessifs qui risqueraient de faire fondre l’isolant du câble d’aimantation et de provoquer un court-circuit, les générateurs de courant utilisés sont généralement dotés d’un disjoncteur thermique.

VII.5 - Maintenance dans les centrales hydroélectriques

À titre d’exemple, voyons le contrôle de maintenance des turbines PELTON qui comportent une roue mobile munie d’aubes appelées ‘‘augets’’ sur sa périphérie. Le contrôle des aubes est effectué avec un générateur de courant et une liqueur magnétique fluorescente.

VII.6 - Automobile

- VII.6.1 - Fabrication
De nombreuses pièces de fonderie et de forge sont contrôlées par magnétoscopie : bielles, roulements, pignons, vilebrequins, crémaillères de colonne de direction, etc. sur bancs magnétoscopiques manuels, semi-automatiques ou automatiques avec des liqueurs magnétiques fluorescentes à support aqueux ou à support pétrolier.

Nous pouvons ajouter les lames de ressorts de suspension des camions avec une liqueur magnétique fluorescente à support pétrolier.

- VII.6.2 - Maintenance
En reconstruction de moteurs, la magnétoscopie est utilisée pour le contrôle des organes mécaniques tels que vilebrequins et arbres à cames avec une liqueur magnétique fluorescente sur bancs magnétoscopiques.

La magnétoscopie est également fréquemment utilisée lors des courses automobiles ou de manière périodique. L’ensemble des pièces de la voiture est démonté et celles qui peuvent l’être sont contrôlées sur un banc magnétoscopique.

VII.7 - Ferroviaire

- VII.7.1 - Fabrication
La magnétoscopie est utilisée pour le contrôle de pièces de sécurité : essieux, bogies, roues, vilebrequins, arbres à came, roues dentées etc. La majorité de ces pièces sont contrôlées avec des liqueurs magnétiques fluorescentes à support pétrolier bien que celles à support aqueux soient parfois préférées.

Les crochets d’attelage des voitures et des wagons sont contrôlés avec des liqueurs magnétiques fluorescentes à support aqueux ou pétrolier.

Les wagons citernes sont également contrôlés par magnétoscopie, car ils transportent des produits chimiques et des hydrocarbures, des gaz sous pression, des liquides toxiques ou corrosifs, etc. Par conséquent, le CND est obligatoire.

- VII.7.2 - Maintenance
Les mêmes pièces que ci-dessus sont contrôlées en maintenance.

VII.8 - Marine

- VII.8.1 - En fabrication
La magnétoscopie est très largement utilisée pour le contrôle des cordons de soudures et des pièces de sécurité.

Les soudures sur la coque et les autres éléments structuraux sont contrôlés avec un électroaimant portatif ou parfois avec un aimant permanent et une peinture blanche de contraste plus une liqueur magnétique noire. Cependant, le ressuage est utilisé sur les coques en titane des sous-marins nucléaires.

Les organes mécaniques de propulsion sont contrôlés, y compris arbres de transmission, vilebrequins, bielles, etc. en utilisant une liqueur magnétique fluorescente à support pétrolier.

- VII.8.2 - Réparation
La magnétoscopie est employée pour contrôler les organes de moteurs Diesel, de turbines à gaz, de propulsion nucléaire, les cordons de soudures de la carène et des citernes de même que les éléments de propulseur tels que les arbres de couche, les arbres porte-hélices, etc.

VII.9 - Défense

En fabrication comme en maintenance, la magnétoscopie est largement utilisée sur les camions, les avions, les bâtiments de la flotte, les chars, etc.

Tous les contrôles CND sont de la plus haute importance car tous ces matériels doivent être disponibles en permanence pour assurer des missions par tout temps.

VII.10 - Champs pétrolifères ; parapétrolier

La magnétoscopie est l’une des méthodes majeures de CND utilisées dans l’exploration du pétrole et du gaz ou les puits de production dans le monde entier. Comme toujours, sa facilité, son coût bas, sa disponibilité (aimants permanents et électro-aimants portatifs) sont les raisons, entre autres, pour lesquelles tant de générateurs d’aérosols sont utilisés chaque jour sur les puits de pétrole en Mer du Nord… et ailleurs.

Il y a tellement de pièces qui sont contrôlées en fabrication qu’il est presque impossible de toutes les énumérer. Parmi elles : les têtes et tubes de forage mais aussi les pompes, les vannes.

La maintenance préventive est une autre raison pour effectuer la magnétoscopie à grande échelle, car toute rupture en service entraîne des arrêts de production avec de sérieuses conséquences financières. Imaginez un tube d’exploration qui casse à 1 000 mètres sous terre… ou à 500 mètres sous le fond de la mer, à 1 500 mètres de profondeur !

- VII.10.1 - Contrôles subaquatiques
La magnétoscopie est utilisée pour le contrôle des structures immergées telles que les plateformes de forage et d’exploitation en mer. Des plongeurs formés spécifiquement procèdent au contrôle.

La liqueur magnétique est préparée en mélangeant une poudre magnétique mixte (couleur rouge en lumière du jour et de fluorescence orangée sous rayonnement UV-A), ou colorée en or (la couleur or est facilement visible à quelques dizaines de mètres de profondeur sous l’eau), avec de l’eau additionnée d’agents mouillants.

La ‘‘méthode simultanée’’ est utilisée, c’est-à-dire que la liqueur magnétique est appliquée à l’aide d’un pulvérisateur manuel spécifique pendant l’aimantation de la pièce.

Il y a deux possibilités : soit modification des équipements standards pour utilisation subaquatique, soit utilisation d’équipements spécifiquement conçus pour le contrôle subaquatique.

→ VII.10.1.1 - Équipements standards modifiés pour utilisation subaquatique
C’est le moyen le plus économique mais généralement pas le plus pratique pour le plongeur.

Un électroaimant portatif étanche à l’eau alimenté en courant alternatif pulsé, c’est à dire un courant redressé une alternance (R1A) est un type d’équipement standard. Il doit être débranché hors de l’eau car il n’a pas d’interrupteur. Dans l’eau, il est refroidi par l’eau, mais hors de l’eau il peut s’échauffer et atteindre des températures inacceptables.

Il est muni d’un câble de plusieurs dizaines de mètres de long le reliant à un transformateur/redresseur de courant, placé sur une barge hors de l’eau.

Les projecteurs ultraviolets (UV-A) ne sont pas étanches ; il faut donc les conditionner dans un caisson étanche à l’eau doté d’une fenêtre en verre qui laisse passer le rayonnement UV-A. Le polycarbonate ne doit pas être utilisé car il bloque le rayonnement UV-A. De nombreuses sources UV-A dégagent de la chaleur : il faut y penser lors de la conception de l’équipement. L’utilisation de diodes électroluminescentes (DEL) peut résoudre le problème.

→ VII.10.1.2 - Équipements spécifiques
Quelques sociétés, peu nombreuses, ont une gamme d’équipement spécifiquement conçue pour la magnétoscopie subaquatique, ce qui facilite le travail du plongeur.

Un système comprend une batterie de 12 volts, un électroaimant portatif et une lampe UV-A à xénon ou à diodes électroluminescentes (DEL), tous dotés d’interrupteurs.

→ VII.10.1.3 - Nouvelle technique
Une nouvelle technique existe aujourd’hui. Ce texte est adapté d’un document BabbCo(4).

Nous savons que l’eau de mer est relativement transparente à la lumière bleue et beaucoup moins à l’UV-A. En deçà de 10 mètres de profondeur, il n’y a plus que du bleu, la couleur rouge orange ayant été, en partie, absorbée.

Or, de nos jours, il existe un grand nombre de sources d’éclairage étanches pour la vision sous-marine basées sur des diodes électroluminescentes blanches de puissance qu’il suffit de filtrer, et des lampes bleues actiniques conçues pour les sciences océaniques : recherche de coraux reproducteurs, par exemple.

Il se trouve que la lumière bleue actinique (420 – 460 nm) a, elle aussi, un puissant effet sur certains colorants qui fluorescent en jaune/orange (560 - 660 nm) ; la couleur verte (540-560 nm) peut même permettre d’obtenir une fluorescence dans le rouge (660 - 700 nm).

Ainsi, certaines particules magnétiques mixtes, rouges en lumière blanche et oranges sous UV-A, émettent une intensité de fluorescence beaucoup plus élevée sous lumière bleue actinique.

L’utilisation de produits indicateurs mixtes, en conjonction avec ces sources d’éclairage, permet donc d’effectuer le contrôle magnétoscopique subaquatique dans de meilleures conditions qu’antérieurement, même en pleine journée puisque ce produit indicateur est également utilisable en lumière blanche.

Pour assombrir la luminosité ambiante, le filtre jaune, indispensable pour bloquer le faisceau excitant bleu éblouissant, est parfaitement adapté aux conditions sous-marines : en effet les photons qui persistent au delà de 10 m sont majoritairement bleutés ; la filtration jaune agit alors comme un voile de luminosité et le plongeur a l’impression d’être dans une obscurité relative même en milieu de journée. Il est en effet préférable de ne pas opérer de nuit pour des raisons de sécurité (pour les plongeurs, pour la navigation).

VII.11 - Métallurgie

Les pièces contrôlées sont par exemple des barres, des tubes, des profilés.

Sur pièces non usinées, des poudres magnétiques sèches sont utilisées, alors que sur pièces usinées, on utilise des liqueurs magnétiques.

Une liqueur magnétique fluorescente est généralement utilisée sur pièces de forge ou de fonderie.
Beaucoup de cylindres de laminoirs sont contrôlés à l’aide d’une liqueur magnétique pour observation soit en lumière blanche, soit sous rayonnement ultraviolet (UV-A). Comme les cylindres de laminoirs tournent toujours dans le même sens dans le champ magnétique terrestre, ils s’aimantent.

Cette aimantation peut modifier la direction et la valeur du champ magnétique créé dans la pièce lors du contrôle magnétoscopique ; l’utilisation d’un mesureur de champ magnétique tangentiel permet de la vérifier. Seuls les ‘‘Puristes’’ (plutôt en aéronautique) désaimantent ces pièces avant contrôle magnétoscopique. Certains prestataires de service ont les moyens de désaimanter les cylindres de laminoirs.

VII.12 - Remontées mécaniques

La magnétoscopie est largement utilisée en maintenance.

Outre les contrôles en fabrication et lors de la mise en service, les remontées mécaniques (télésièges, téléskis, téléphériques, télécabines, etc.) font l’objet de contrôles annuels réglementaires. Les assemblages soudés (pylônes par exemple), les pièces forgées, les pièces moulées, les roues de renvoi, etc. sont contrôlés par magnétoscopie, le plus souvent avec un électroaimant portable ou un aimant permanent (si le courant électrique n’est pas disponible), une peinture blanche de contraste et une liqueur magnétique noire.

Certaines pièces plus importantes pour la sécurité, telles que les axes ou les agrafes, sont contrôlées avec une liqueur magnétique fluorescente sous rayonnement (UV-A).

VII-13 - Engins de levage

Le frottement des élingues entraîne le fluage du métal sur les zones en contact des crochets de grues ; par conséquent le ressuage ne peut pas être utilisé.

La magnétoscopie avec une liqueur magnétique fluorescente à support pétrolier donne de bons résultats.

Dans certains pays, le contrôle réglementaire des fourches de chariots élévateurs se limite à un test visuel de résistance à la charge.

Cet essai consiste à placer un ou plusieurs poids de fonte sur chaque fourche selon la charge maximale acceptable pour la fourche contrôlée. Le contrôleur se contente d’observer visuellement l’apparition d’une fissure dans la zone courbée reliant les bras vertical et horizontal de la fourche. C'est la zone qui est la plus soumise aux contraintes en service et c'est dans cette zone que d’éventuelles criques, toutes perpendiculaires aux efforts, apparaîtront. Lorsqu’une fissure s’initie, elle est si fine qu’elle n’est pas visible à l'oeil nu.

La magnétoscopie est un moyen facile pour détecter l’initiation de ces fissures. Un électroaimant portatif, une peinture blanche de contraste et une liqueur magnétique noire : c’est tout ce qu’il faut ! En quelques secondes, le contrôleur détecte la fissure… même si la fourche n'est pas sous contrainte.

VII.14 - Travaux publics & mines

Les engins de travaux publics sont soumis à de rudes conditions en service, et ils nécessitent de soigneux contrôles pour éviter des accidents matériels ou entraînant des blessures.

Les éléments structuraux des grues sont contrôlés avec un électroaimant portatif, une peinture blanche de contraste et une liqueur magnétique noire.

VII.15 - Maintenance dans les usines

Dans de nombreuses usines, les sucreries et les cimenteries n’étant que quelques exemples, les soudures et les organes mécaniques, par exemple les pignons ou les carters des réducteurs, doivent être contrôlés pendant les périodes d’arrêts. Les contrôles magnétoscopiques sont généralement effectués avec un électroaimant portatif, une peinture blanche de contraste et une liqueur magnétique noire, parfois avec une liqueur magnétique fluorescente.

Dans un tout autre domaine, une désaimantation des cylindres des rotatives est effectuée après contrôle magnétoscopique.

VII.16 - Maintenance dans les parcs d’attraction
Sur montagnes russes et autres manèges à sensations, un grand nombre de pièces sollicitées sont en acier au carbone. C’est pourquoi la magnétoscopie est la méthode de choix. Certains parcs d’attraction ont leur propre service de CND.

VII.17 - Rectification

Les criques de rectification sont détectées en utilisant une liqueur magnétique fluorescente.

VII.18 - Traitements thermiques

Les traitements thermiques peuvent générer des criques qui peuvent être très petites, les tapures de trempe, par exemple. Si le matériau est contrôlé par magnétoscopie, ces fissures peuvent être détectées si l’on utilise une liqueur magnétique fluorescente.

VII.19 - Métaux frittés

Les pièces en métaux frittés présentent une porosité importante mais contrôlée. Le taux de porosité de la pièce peut être tel que le ressuage est inapplicable : le niveau de fond très important peut rendre difficile l’observation des indications de discontinuités car le contraste sera insuffisant.

Dans certains cas, une liqueur magnétique fluorescente est le bon choix.

VIII – Autres applications

D’autres techniques sont utilisées :
• La magnétoscopie à haute température.
• La magnétoscopie à basse température.

Quelques exemples sont décrits ci-dessous.

VIII.1 - Magnétoscopie à haute température

Les liqueurs magnétiques à support aqueux ou pétrolier ne peuvent pas être pas utilisées à des températures supérieures à 80°C. Un autre support organique pourrait utiliser mais probablement pas au-dessus de 120°C.

Un bon choix est la technique de poudre sèche. Des poudres magnétiques sèches colorées, selon le type et la couleur, peuvent être utilisées à des températures pouvant atteindre 200-300°C, et même supérieures à 400°C pour certaines. Soumises à haute température pendant un certain temps, certaines particules magnétiques sèchent peuvent s’altérer : la couleur s’estompe, elles collent les unes aux autres et elles dégagent des fumées. Certains types à des températures supérieures à 480°C ou qui passent dans une flamme peuvent se consumer lentement ou faire des gerbes d’étincelles.

La magnétoscopie à haute température est très utile lors des contrôles périodiques d’unités qui ne peuvent pas être refroidies ou pour lesquelles tout arrêt entraîne des risques du point de vue sécurité, ou de coûteuses pertes de production.

De nombreux exemples sont disponibles : les centrales nucléaires ou les centrales thermiques brûlant du charbon/gaz/pétrole, les usines chimiques et pétrochimiques, les chaudières industrielles avec leurs tuyauteries et leurs échangeurs de chaleur, les raffineries de pétrole, etc.

La température de surface est mesurée avec un thermomètre numérique étalonné muni d’une sonde de surface ou d’un thermocouple.

VIII.2 - Magnétoscopie à basse température

Les liqueurs magnétiques à support aqueux ne sont pas conçues pour être utilisées à des températures inférieures à 0°C.

Les liqueurs magnétiques à support pétrolier peuvent être utilisées jusqu’à une température aussi basse que -40°C. D’autres supports organiques peuvent être utilisés tels que distillat léger de pétrole, alcools, etc, pour travailler à des températures plus basses. Mais sachez que certaines sources UV-A peuvent ne pas fonctionner à très basses températures : mieux vaut vérifier ce point avant de partir au Pôle Nord ou au Pôle Sud !

Il est également toujours possible d’utiliser la technique de poudre sèche.

L’agent propulseur des générateurs d’aérosols est le plus souvent du GPL (gaz de pétrole liquéfié) ou du DME (diméthyléther), les deux étant des gaz liquéfiés. Lorsque les températures sont très basses, la pression dans un générateur d’aérosols propulsé par un gaz liquéfié peut sérieusement baisser, plus que dans les générateurs d’aérosols propulsés avec des gaz comprimés, tels que le dioxyde de carbone CO2. C’est pourquoi les générateurs d’aérosols doivent être conservés à une température minimale de +10°C, cela étant facile à réaliser en gardant les générateurs d’aérosols sur soi, sous ses vêtements de travail par exemple.

IX - Limites du champ d'applications industrielles de la magnétoscopie.

Comme toute méthode de contrôle non destructif, la magnétoscopie a ses limitations d’applications qui feront l’objet d’un prochain article.

Conclusion

Cet article n’a pas l’ambition d’être exhaustif : son seul but est de montrer combien la magnétoscopie est utile dans de nombreuses industries.


Avertissement a nos lecteurs

Les informations mentionnées ci-dessus sont basées sur l’état de nos connaissances actuelles et le fruit de notre longue expérience. Cependant, l’attention du lecteur est attirée sur le fait que ces informations ne sont fournies qu’à titre indicatif et qu’elles ne constituent, en aucun cas, une spécification/recommandation : notre responsabilité ne peut en aucune manière être engagée.


Références

(1) Pierre Chemin et Patrick Dubosc, Historique de la magnétoscopie : Sur notre site Internet.

(2) ISO 9934-2:2002 Essais non destructifs -- Magnétoscopie -- Partie 2 : Produits magnétoscopiques, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2002.

(3) Nathanael RIESS, Andre IVANKOV, Harri HAACKE, Rising Costs and Price War - To the Debit of Quality, in Spite of European Standardisation? (Quality Requires its Price; Critical Views; Negative Examples by Means Of MT- and PT-Inspection Media), 9e Conférence européenne sur les END, Berlin (Allemagne), Septembre 2006.

(4) Babbco Info N°206 La fluorescence sous un autre jour, février 2011 sur ce site Internet.

• RCC-M Règles de Conception et de Construction des Matériels Mécaniques des Îlots Nucléaires REP, 1er Addendum (décembre 2008), 2e Addendum (décembre 2009), AFCEN, 1 Place Jean Miller, 92084 La Défense cedex, France.

D.5713/DJX/RB 90 0295 Indice 1, Procédure de détermination des teneurs en halogènes et en soufre des produits et matériaux utilisables en centrales – PMUC, EDF, Groupe des Laboratoires (GDL), Services Contrôles Physico-Chimiques (SCPC), 21 Allée Privé Carrefour Pleyel, F-93206 Saint-Denis cedex, France, 23 septembre 1994.

• ASME ASME's Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), West Caldwell, New Jersey, USA, 2010 Edition.

Mis à jour ( Samedi, 12 Octobre 2013 14:17 )