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Les spécifications qui ont changé les produits de ressuage

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Écrit par Administrator
Vendredi, 01 Août 2008 17:38

Août 2008
Document complété et actualisé en avril 2012

I- Introduction

Pendant de nombreuses années, la spécification militaire américaine MIL-I-25135, à laquelle était annexée une liste des produits homologués, fut la norme de référence en matière de ressuage en aéronautique.

En effet, les constructeurs aéronautiques américains ont toujours exercé une partie, plus ou moins importante, de leurs activités dans le secteur de la Défense avec le DOD (Department of Defence)

Par ailleurs, les liens noués, de part et d’autre de l’Atlantique, entre les constructeurs, les sous-traitants, les équipementiers, les sociétés de maintenance et de réparation ont amené la totalité des intervenants à prendre en compte cette spécification tant pour l’appliquer que pour élaborer leurs propres spécifications.

Compte tenu de la spécificité de leurs fabrications, les constructeurs aéronautiques ont en effet élaboré leurs propres instructions à partir du moment où leurs procédures de contrôle, les périodicités de contrôle et les produits recommandés ou homologués sont du domaine de leur responsabilité vis à vis de leurs clients.

Par conséquent, la MIL-I-25135 devint LA norme.

II- Évolution de la MIL-I-25135

William E.MOOZ(1)(2) nous a rappelé l’évolution de cette spécification que nous vous présentons sous la forme du tableau suivant :

Dates Révisions/Amendements Classifications
6 août 1956 Titre : "Classification" • Type I - Inspection materials to be used with fluorescent inspection methods. (ndlr : Type I – Produits de contrôle à utiliser avec les méthodes de contrôle fluorescent).
• Type II - Inspection materials to be used with non fluorescent (visible) inspection methods.
(ndlr : Type II – Produits de contrôle à utiliser avec les méthodes de contrôle (visible) non fluorescent).
2 juillet 1958 Révision B Pas d’exemplaire disponible de ce document.
21 octobre 1959 Révision C Classification des pénétrants en groupes :
• Groupe I : pénétrant coloré, pour examen en lumière du jour, éliminable au solvant.
• Groupe II : pénétrant coloré, pour examen en lumière du jour, à post émulsion.
• Groupe III : pénétrant coloré, lavable à l'eau pour examen en lumière du jour.
• Groupe IV : pénétrant fluorescent, lavable à l'eau, sensibilité moyenne.
• Groupe V : pénétrant fluorescent, lavable à l'eau ou à post-émulsion, haute sensibilité.
• Groupe VI : pénétrant fluorescent, lavable à l'eau, ou à post- émulsion, très haute sensibilité.
27 mai 1960 Révision C, Amendement 1 Accroissement des exigences la lavabilité afin que le fond fluorescent soit réduit.
25 juillet 1961 Révision C, Amendement 2 Nouvel accroissement des exigences de lavabilité.
1 juin 1964 Révision C, Amendement 3 Addition du Groupe VII : pénétrant fluorescent éliminable au solvant, très haute sensibilité.
(jeu de générateurs d’aérosols de produits de ressuage fluorescent).
25 mars 1969 Révision C, Amendement 4 Addition d’exigences concernant les générateurs d’aérosols (en particulier fuite de la valve) et accroissement des exigences relatives à la toxicité.
12 septembre 1979 Révision C, Aucun numéro d’amendement Division du Groupe VI en Groupe VIA et Groupe VIB :
• Groupe VIA : pénétrant fluorescent à post-émulsion, très haute sensibilité.
• Groupe VlB : pénétrant fluorescent à post-émulsion, sensibilité supérieure au groupe VIA.
29 juin 1984 Révision D Remplacement de la classification en "Groupes" par la classification en "Type, Méthode, Sensibilité, Forme et Classe".
26 juin 1989 Révision E Addition du niveau de sensibilité ½.

La MIL-I-25135, de même que la liste des produits homologués (Qualified Products List = Liste des Produits homologués) qui s’y rapporte, furent mis à jour au fil des années.

Alors que la technologie aéronautique progressait rapidement, avec l’intégration de nouveaux alliages, en particulier ceux du titane et ceux du nickel, il est assez surprenant de constater que la MIL-I-25135C est restée en vigueur (pendant des dizaines d’années) avant d’être remplacée par la MIL-I-25135D, le 24 juin 1984, puis par la MIL-I-25135E, le 26 juin 1989. En effet, la MIL-I-25135C ne répondait pas aux exigences en raison du progrès technologique. Les lacunes de la MIL-I-25135C se firent ressentir déjà en 1972 et 1973, époque à laquelle la Direction de la Qualité d’un motoriste aéronautique français commença à stipuler des teneurs maximales admissibles en impuretés chlore et soufre dans les produits de ressuage.

III- Les lacunes de la MIL-I-25135C

Les considérations suivantes n’avaient pas été prévues par la MIL-I-25135C.

III-1- Cas des alliages de titane

L’utilisation croissante des alliages à base de titane, qui ont permis de réaliser de substantiels gains de poids et d’obtenir des caractéristiques métallurgiques intéressantes, a amené les constructeurs aéronautiques à interdire l’utilisation des solvants chlorés. En effet, sous l’action de divers phénomènes physico-chimiques, la libération de radicaux libres de chlore, sous forme de chlore atomique, se produit, par exemple lors de la scission radicalaire résultant de la photolyse. Le chlore ainsi libéré s’est avéré induire à chaud des phénomènes de fissuration des alliages de titane sous contrainte. General Electric (USA) suspecta même le méthanol d’exercer une action néfaste sur ces mêmes alliages. Cette suspicion était due à la présence de radicaux OH, ou moins plausible de radicaux H. Ce problème n’en est plus un, dans la mesure où le méthanol, étant classé toxique, n’est pratiquement plus utilisé.

III-2- Cas des alliages réfractaires du type base de nickel

La recherche constante d’amélioration des performances nécessitait d’accroître le rendement thermodynamique des turbomachines. Conformément au deuxième principe de Carnot, un accroissement de la température de la zone chaude des turbomachines nécessitait de recourir d’une part à la technologie des aubes dotées de canaux de refroidissement et d’autre part à des alliages réfractaires capables de résister à des températures de plus en plus élevées, tels que ceux composés, entre autres, de cobalt, de chrome et de nickel. À des températures supérieures à 900°C environ, le nickel est susceptible de subir une "oxydation" par le soufre. Cette réaction chimique est la sulfuration (sulphidation, en anglais) qui conduit à la formation de produits de corrosion de couleur noire à base de sulfure de nickel, d’où le vocable anglo-saxon de "black plague", qui se traduit littéralement par "peste noire", donné à ce phénomène par les métallurgistes anglo-saxons.

Le rôle de catalyseur joué par les métaux alcalins, tels que le sodium et le potassium, fut mis en évidence dans la réaction de sulfuration selon la réaction :

Na
Ni + S → NiS
ou K

Le soufre se trouve présent dans des composés organiques et à l’état d’impuretés dans les produits pétroliers. Les métaux alcalins se trouvent présents dans des agents tensioactifs, tels que ceux du type anionique, parmi lesquels on peut citer l’un des plus connus : le dodécylbenzènesulfonate de sodium (CAS N° 27323-41-7). Il faut signaler certains agents de surface (tensioactifs) du type non ionique dont la synthèse organique peut faire intervenir le sulfate de potassium comme catalyseur. Aussi, de tels agents de surface (tensioactifs) renferment-ils à la fois les deux impuretés indésirables : le soufre et le potassium. Comme les pénétrants et les émulsifiants hydrophiles renferment des agents de surface (tensioactifs), il y a lieu en conséquence de procéder à une sélection rigoureuse. Pour éliminer les impuretés alcalines, certains fabricants, au début des années 80, leur faisaient même subir un traitement fastidieux sur résines échangeuses d’ions.

III-3- Phénomène de l’atténuation (de la fluorescence) par la chaleur "heat fading"

L’atténuation (de la fluorescence) par la chaleur des indications de défauts révélés par ressuage, phénomène connu sous le vocable anglo-saxon de "heat fading" se manifeste lors du séchage par étuvage des pièces après rinçage à l’eau : soit la température d’étuvage est trop élevée, soit le temps de séjour des pièces dans l’étuve est trop long.
Ce sujet a été traité par Pierre CHEMIN dans une conférence (3).

III-4- Un point d’éclair plus élevé

Le point d’éclair, en vase clos Pensky-Martens de la quasi-totalité des pénétrants colorés et fluorescents homologués conformément à la MIL-I-25135C était de 70°C. Ce point d’éclair, relativement bas, résultait de la présence, dans la composition de ces pénétrants, de fractions pétrolières du type aliphatique à échelle de distillation relativement basse. Ces hydrocarbures étaient facilement disponibles.

En effet, plus le point d’éclair est élevé, plus le prix des hydrocarbures est élevé.

En raison de ce point d’éclair de 70°C, ces pénétrants fluorescents présentaient un inconvénient majeur lorsqu’ils étaient utilisés par immersion. En effet, en cuve, il se produisait une lente, mais réelle évaporation des fractions pétrolières, d’autant plus importante que la température ambiante était élevée. Cela entraînait également l’évaporation des autres composants moins volatils du pénétrant. Ce même phénomène pouvait également se produire en immergeant les pièces dans la cuve de pénétrant si les pièces en sortant de la cuve de dégraissage au trichloréthylène en phase vapeur n’avaient pas été suffisamment laissées refroidir pour revenir à la température ambiante. Il en résultait donc un déséquilibre général dans la composition du pénétrant ayant pour conséquence un accroissement d’une part, de la viscosité, qui augmentait les pertes par entraînement des pièces et, d’autre part, du fond fluorescent à la surface des pièces.

C’est pourquoi les opérateurs, qui voulaient réduire ce fond fluorescent, avaient tendance à surlaver les pièces. L’inconvénient était qu’en raison de la faible résistance de ces pénétrants au surlavage, il y avait chute de la sensibilité, certaines indications de fissures n’étaient pas vues et, en fin de compte, leur fiabilité de détection était diminuée.

En raison du déséquilibre dans la formule, les ajouts requis, pour obtenir le niveau correct dans la cuve, étaient effectués en ajoutant un mélange standard d’hydrocarbures et d’autres constituant relativement volatils, tels que le méthylisobutylcarbinol, le kérosène sans odeur. Tout cela après qu’une analyse avait été effectuée, sur le pénétrant restant dans la cuve, par distillation de produits inflammables !
De nos jours, en raison du point d’éclair élevé des pénétrants, il n’y pas besoin de tels ajouts. Pour compenser la perte par entraînement des pièces, la remise à niveau de la cuve est effectuée avec du pénétrant entièrement neuf.

IV- Spécification Pratt and Whitney

Les premiers travaux sérieux de quantification de la sensibilité des gammes de ressuage furent entrepris dans les années 70. Parmi ceux-ci, citons ceux de Norman H.HYAM † (1972), puis ceux de E.O. Lormerson Junior (5) (Test de double congruence) de Pratt and Whitney et un peu plus tard encore ceux de Jean VAERMAN † de (SNECMA) (6)(7).

Tous ces travaux importants et remarquables permirent de déterminer l’influence de la variation de paramètres de fonctionnement des gammes de ressuage sur la sensibilité de détection des défauts.

Ces travaux amenèrent Pratt and Whitney, en l’absence de la révision de la spécification MIL-I-25135C, à rédiger une nouvelle spécification de ressuage qui entra en vigueur à la fin des années 70.

Pratt and Whitney s’attachait tout particulièrement au point d’éclair. Une de leurs usines n’avait-elle pas été victime à cette époque d’un incendie ? Toujours est-il que Pratt and Whitney retira l’homologation et refusa tout produit, quelle que soit l’utilisation pour laquelle il était conçu, dont le point d’éclair en coupe fermée Pensky-Martens était inférieur à 200°F (93°C).

À titre d’exemple, citons les liquides de nettoyage des compresseurs (utilisés pour restaurer la poussée des turbomachines aéronautiques et terrestres) bien que ceux-ci s’utilisent à la concentration de 20 % dans l’eau.

La spécification de Pratt and Whitney imposa également :
• Des teneurs maximales admissibles en impuretés : chlore, soufre, sodium, potassium.
• La résistance au phénomène de l’atténuation (de la fluorescence) par la chaleur (heat fading).

Ces nouvelles exigences obligèrent les fabricants de produits de ressuage à concevoir de nouveaux pénétrants car beaucoup de ceux qui existaient sur le marché, à cette époque, ne répondaient pas à cette spécification. Par conséquent, se démarqua Pratt and Whitney, ce qui obligea certains fabricants à se creuser la cervelle pour avoir de nouveaux produits rapidement homologués. Trop rapidement, pour certains.

Alors que de nouveaux pénétrants furent homologués conformément à cette spécification, certains réservèrent quelques surprises ; en particulier, des problèmes de rinçabilité à l’eau, et d’autres problèmes associés à l’élimination du pénétrant en utilisant un émulsifiant hydrophile, même à la concentration (excessive) de 20 % en volume dans l’eau, au lieu de 10 % pour la technique par immersion, comme le recommandait le fabricant.

Par conséquent, les fournisseurs et les sous-traitants travaillant pour ce motoriste furent obligés de doubler, à cette époque, le nombre de leurs chaînes de ressuage, les unes pour satisfaire Pratt and Whitney, les autres pour satisfaire les autres motoristes qui ne s’étaient pas ralliés à la norme de Pratt and Whitney. Même situation dans les Centres de réparation et de maintenance à travers le Monde.

L’avenir finit par donner raison à Pratt and Whitney puisque sa spécification devint le cœur de la MIL-I-25135D. Nul ne peut contester toute la pertinence des exigences qu’avait imposées, quelques années avant, Pratt and Whitney, et qui furent reprises dans la spécification tant attendue MIL-I-25135D en date du 29 juin 1984. Toute personne impliquée en ressuage dans les industries aéronautiques fut soulagé, car cette spécification fut largement approuvée par la plupart des donneurs d’ordre.

V- Différences essentielles des produits conformes à LA MIL-I-25135C et à la MIL-I-25135D/E

Signalons ici que les différences entre les MIL-I-25135D et E sont minimes.
En ce qui concerne les produits de ressuage inscrits dans la QPL de la MIL-I-25135C, ceux inscrits dans la QPL de la MIL-I-25135D/E présentent les avantages suivants :

• Garantie que les produits ont été examinés sur le plan hygiène et sécurité (clause 3.3.1) pour les opérateurs. Absence totale requise d’amiante dans les révélateurs.

• Point d‘éclair plus élevé : 93°C minimum (Clause 3.3.3), plus grande sécurité. De plus, une règle empirique conduit à relier la notion de point d’éclair à la température maximale des pièces sur lesquelles le pénétrant peut être appliqué. La relation est : Point d’éclair en coupe fermée Pensky-Martens moins 20°C sensiblement égale à la température maximale des pièces sur lesquelles le pénétrant peut être appliqué. Ainsi, si le point d’éclair est de 93°C, la température maximale des pièces sur lesquelles le pénétrant peut être appliqué est sensiblement de 73°C. Il en résulte qu’il est possible de réduire le temps d’attente après le dégraissage des pièces à chaud avant d’appliquer le pénétrant.

• Stabilité thermique (clause 3.4.5.4) qui traduit la résistance du pénétrant au phénomène d’atténuation de la fluorescence par la chaleur (heat fading)
• Stabilité du pénétrant en cuve (clause 3.4.7)
• Corrosion saline sous tension des alliages au titane (clause 4.5.2.2)
• Corrosion à haute température (1.010 ± 28°C) des alliages réfractaires du type base nickel (clause 4.5.2.3)
• Test de brillance pour les pénétrants conformément à la méthode d’essai ASTM E 1135.
• Stabilité aux rayonnements ultraviolets.
• Etc.

VI- Bilan

La spécification américaine MIL-I-25135 D/E a été remplacée depuis par la spécification SAE-AMS 2644 et c’est la SAE-AMS 2644E, publiée le 30 octobre 2006, qui est actuellement en vigueur. La dernière édition papier de la liste des produits homologués est la QPL-SAE-AMS-2644-4 datée du 1er octobre 2004.

Désormais, la QPL-SAE-AMS 2644E est publiée dans une base de données sur Internet et elle est régulièrement et plus fréquemment qu’avant mise à jour.

Chaque produit homologué est répertorié de la façon suivante :
• Désignation gouvernementale selon la classification de la SAE-AMS-2644E.
• Désignation commerciale attribuée par le fabricant.
• Nom et adresse de la source, c’est-à-dire du fabricant, avec la référence d’homologation du produit concerné.
• Un code CAGE (Commercial And Government Entity Code) alphanumérique à 5 chiffres/lettres et un "feu tricolore" mentionnant le statut de l’homologation du produit concerné:
> Vert : la source est certifiée.
> Jaune : la source est due à la certification.
> Rouge : la source est en retard pour la certification.
• Les liens connexes.

Par conséquent, un fabricant/fournisseur, un donneur d’ordre ou un utilisateur peut vérifier si tel ou tel produit est homologué et quel est son statut.

Les constructeurs aéronautiques (cellules et moteurs) français ont plus ou moins adapté leurs spécifications à la SAE-AMS 2644E et, les produits de ressuage qu’ils ont homologués sont inscrits dans la QPL-SAE-AMS-2644-4.

Les normes ISO 3452-1 et 3452-2 ont tenu compte de la spécification SAE-AMS 2644E.

Cependant, il est intéressant de noter que la norme ISO 3452-2 de mai 2000 ne comportait pas certaines exigences de la SAE-AMS 2644E, telles que la stabilité thermique, la corrosion saline sous tension des alliages au titane et la corrosion à haute température (1.010 ± 28°C) des alliages réfractaires du type base nickel, etc…

Néanmoins, considérant le fait que les américains ne prenaient pas compte cette norme ISO, il fut décidé que la norme ISO 3452-2 dupliquerait presque la SAE-AMS 2644E. C’est la principale raison de l’édition 2006 de la norme ISO 3452-2.

VII- Perspectives

De nos jours, il n’y a pratiquement plus beaucoup de travaux de recherche et de développement en ressuage. De plus, peu de communications sur le sujet ont été présentées lors des dernières conférences nationales, européennes ou internationales : la situation semble s’être à nouveau figée.

Pourtant, des travaux d’optimisation devraient être poursuivis pour améliorer : la sensibilité de détection, la rinçabilité des pénétrants associée à la résistance au surlavage, la fiabilité de détection.

Lorsque la spécification SAE-AMS 2644E sera révisée, il est souhaitable qu’elle puisse stipuler :
• L’interdiction d’utiliser les solvants halogénés dans les produits de ressuage.
• Une méthode d’essai normalisé de résistance des pénétrants au surlavage.
• Des teneurs maximales admissibles en impuretés : chlore, fluor, sodium, potassium et sodium.

Enfin, depuis le début des années 70, très peu d'essais et de travaux théoriques ont été entrepris pour avoir un équipement de lecture automatique capable d'accepter, rejeter des pièces ou les envoyer pour être réparées. Il y a quelques prototypes, mais l'expertise de l'opérateur, dans la décision dans un laps de temps très court de temps, ce qui est acceptable ou pas, n’est à la portée d’aucun système de ce type ! C’est pourquoi on peut avoir l’impression que le ressuage est à la traîne sur le plan capacité et fiabilité par rapport à d’autres méthodes de CND.

Gardez à l'esprit que le ressuage fut probablement la première "nanotechnologie" car seulement 25 à 75 nanogrammes de colorant ressuent des plus petites discontinuités acceptées sur les aubes de turboréacteurs. Cette très petite quantité est facilement détectée et traitée par ce très vieil équipement : œil humain (capteurs) + cerveau humain (équipement de traitement du signal) sans aucun recours à l’électronique, sans aucun risque de bogue informatique.

Références

(1) Patrick DUBOSC et Pierre CHEMIN, Un américain à Paris... qui aime Paris au mois de mai, Éditorial, juin 2010 : Sur notre site Internet.

(2) Numéro de février 2011 du Penetrant Professor sur ce site Internet.

(3) Pierre CHEMIN, Thermal effects in Penetrant Testing processes‚ (ndlr : Effets thermiques dans les procédés de contrôle par ressuage fluorescent). Recueil des communications de la Deuxième Conférence Européenne sur les Essais Non Destructifs, Salle des Cérémonies (Zeremoniensaal) du palais impérial de la Hofburg, Vienne (Autriche) 14-16 septembre 1981.

(4) Norman H. HYAM, Quantitative Evaluation of Factors Affecting the Sensitivity  of Penetrant Systems (ndlr : Évalutation quantitatibe des facteurs affectant la sensibilité des systems de ressuage), Materials Evaluation, pages 31-38, février 1972. Materials Evaluation, 1711 Arlingate Lane, PO Box 28518, Columbus, OH 43228-0518, États-Unis d’Amérique.

(5) E.O. LOMERSON Jr., Statistical Method for Evaluating Penetrant Sensitivity and Reproduceability (ndlr : méthode statistique d’évaluation de la sensibilité et de la reproductibilité en ressuage). Material Evaluation Volume 27, pages 67-70 - mars 1969. Materials Evaluation, 1711 Arlingate Lane, PO Box 28518, Columbus, OH 43228-0518, États-Unis d’Amérique.

(6) Jean VAERMAN, Fluorescent Penetrant Inspection Process, Automatic Method for Sensitivity Quantification (ndlr : Procédé de ressuage fluorescent, méthode automatique de quantification de la sensibilité). Recueil des communications de la 11e Conférence Mondiales sur les Essais Non Destructifs, Volume III, Las Vegas, États-Unis d’Amérique, novembre 1985, pp. 1920-1927.

(7) Jean VAERMAN, Fluorescent Penetrant Inspection, Quantified Evolution of the Sensitivity Versus Process Deviations (ndlr: Ressuage fluorescent, Évolution quantifiée de la sensibilité par rapport aux écarts dans le procédé). Recueil des communications de la 4ième Conférence Européenne sur les Essais Non Destructifs, Londres (Royaume-Uni). Pergamon Press, Maxwell House, Fairview Park, Elmsford, New York, Volume 4, septembre 1987, pp. 2814-2823.


Références normatives

• American Military Specification MIL-I-25135C (ASG), Inspection Materials, Penetrants, 21 octobre 1959.

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

• ASTM E1135 - 97(2008)e1 Standard Test Method for Comparing the Brightness of Fluorescent Penetrants, ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA, 19428-2959, États-Unis d’Amérique,2008.

• ISO 3452-1:2008 Essais non destructifs - Examen par ressuage - Partie 1 : Principes généraux, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2008.

• ISO 3452-2:2006 Essais non destructifs - Examen par ressuage - Partie 2 : Essai des produits de ressuage, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2006.

Mis à jour ( Dimanche, 16 Septembre 2012 16:59 )