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La compatibilité des produits de ressuage avec l’oxygène liquide

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Écrit par Administrator
Vendredi, 12 Avril 2013 09:10

Mai 2013

Introduction

L’oxygène liquide est un oxydant très puissant utilisé comme comburant dans un très grand nombre de fusées et autres engins balistiques tels que les navettes spatiales.

L’oxygène liquide réagit violemment au contact des composés organiques et la réaction chimique qui en résulte est fortement exothermique.
Le simple contact de l’oxygène liquide avec de telles substances peut provoquer une violente explosion.

Comme les produits de ressuage renferment des composés organiques, nous pouvons nous poser les questions suivantes :
• Pouvons–nous utiliser la méthode du ressuage pour le contrôle d’éléments de moteurs cryogéniques ?
• Existe-t-il alors des produits de ressuage compatibles avec l’oxygène liquide ?
• Si oui, quelles précautions prendre ?

Le brevet américain N° 3 418 078(1), déposé le 24 décembre 1968, porte sur des produits de ressuage pour la détection de discontinuités sur des surfaces venant en contact avec l’oxygène liquide comme celles des missiles, des fusées, etc.

Tous ces produits de ressuage brevetés, à l’exception du révélateur sec, renferment des composés halogénés.

À cette époque, on ne se souciait guère ni de l’hygiène et de la sécurité des opérateurs, ni de l’impact des produits halogénés sur certains alliages métalliques : aciers à haute résistance, aciers inoxydables, alliages de titane, etc.

Quant à la réduction de la couche d’ozone, on l’ignorait !

Présence des composés organiques dans les produits de ressuage

Les produits de ressuage, selon leur composition chimique, sont susceptibles de contenir des composés organiques, soit volatils, soit non volatils(2), qui peuvent être les suivants :

Produits de ressuage Composés organiques non volatils Composés organiques volatils
Pénétrants à base pétrolière Hydrocarbures, agents de surface (agents tensioactifs), colorants, etc.
Pénétrants à base aqueuse Agents de surface, éthers de glycol, colorants, etc.
Solvants de dégraissage et d’élimination de l’excès de pénétrant en surface Hydrocarbures, alcools, cétones, etc.
Émulsifiants lipophiles Distillats de pétrole, éthoxylats d’alcool, agents de surface, etc.
Huiles minérales, hydrocarbures, agents de surface, etc.
Émulsifiants hydrophiles Agents de surface, glycols, etc.
Révélateurs humides non aqueux Agents de surface Alcools, cétones, hydrocarbures
Révélateurs secs Pentaérythritol (parfois)

Les pénétrants qui seraient susceptibles d’être compatibles avec l’oxygène liquide sont naturellement ceux qui renferment le moins de composés organiques non volatils. En effet, les composés organiques volatils après évaporation ont complètement disparu.
Les pénétrants à base aqueuse, qui sont exempts d’hydrocarbures, semblent être le meilleur choix bien qu’ils renferment une concentration relativement élevée d’agents de surface nécessaire pour assurer un bon mouillage de la surface de la pièce.
Par ailleurs, la concentration en colorants des pénétrants fluorescents est beaucoup plus faible que celle des pénétrants colorés.

Le premier brevet que nous ayons trouvé, concernant les pénétrants à base aqueuse, est celui déposé Donald W. Parker Jr., en 1962(3).

Les pénétrants fluorescents à base aqueuse présentent les avantages suivants :
• Ils peuvent être utilisés dilués avec de l’eau selon les recommandations du fabricant/fournisseur de produits de ressuage,
• Ils s’éliminent à l’eau ; il n’est donc pas nécessaire d’utiliser de solvant ou d’émulsifiant,
• Ils peuvent, si nécessaire, être utilisés sans révélateur. Dans le cas d’utilisation d’un révélateur, mieux vaut utiliser un révélateur exempt de composant organique.

Malgré tout cela, rien ne prouve qu’un pénétrant fluorescent à base aqueuse soit compatible avec l’oxygène liquide : c’est la raison pour laquelle nous avons écrit dans un de nos articles(4), publié initialement en mai 2009 :

"Le premier pénétrant à base aqueuse a été conçu dans les années 60 : la NASA recherchait le moyen de vérifier l’étanchéité des circuits d'oxygène liquide sur les fusées, parmi elles la Saturne 5 - la fusée la plus puissante, la plus haute, la plus lourde jamais fabriquée".

Quelques utilisateurs demandent aux fabricants/fournisseurs de produits de ressuage de leur fournir des certificats stipulant que leurs produits sont compatibles avec l'oxygène liquide. Cela n’est pas possible car les fournisseurs n'ont aucune maîtrise de la mise en œuvre de leurs produits par les utilisateurs. L'oxygène liquide est très dangereux au contact de n'importe quelle substance organique (une simple empreinte digitale !). Même les pénétrants à base aqueuse renferment certains composés organiques (c'est-à-dire à base de carbone) dans leurs formules : des colorants, des agents de surface (agents tensioactifs), etc.

Si des pénétrants "classiques", ceux à base d’hydrocarbures, sont utilisés pour contrôler des pièces prévues pour fonctionner ultérieurement dans l’espace, un dégazage lent des hydrocarbures sous vide peut se produire, polluant les télescopes, par exemple. Après ressuage avec un pénétrant à base aqueuse, il est plus facile (pas facile, plus facile) de faire évaporer l’eau avant d’assembler les pièces contrôlées.

Le besoin à satisfaire

Une norme à laquelle les fabricants/fournisseurs de produits de ressuage pourraient se référer pour certifier aux donneurs d’ordres et utilisateurs que tel pénétrant est compatible avec l’oxygène liquide conformément à la dite-norme permettrait de résoudre le problème.

La norme SAE-AMS 3158

La norme SAE-AMS 3158B, relative aux pénétrants fluorescents à base aqueuse, traitait pas apparemment de leur compatibilité avec l’oxygène liquide, la norme révisée SAE-AMS 3158C traite de ce sujet.

La norme SAE-AMS 3158C fait référence à la méthode d’essai ASTM D2512 - 5(2008) qui est une méthode d’essai normalisée pour évaluer la compatibilité de produits avec l’oxygène liquide. Elle nécessite l’utilisation de la machine d’essais d’impact-type de l’Agence Militaire américaine des Missiles Balistiques. Cette machine très spécifique est décrite, au chapitre intitulé Recommended Changes in ASTM Test Methods D2512-82 and G86-84 for Oxygen - Compatibility Mechanical Impact Tests on Metals, dans le cinquième volume de Joel M. Stoltzfus et Kenneth McIlroy intitulé Flammability and sensitivity of materials in oxygen-enriched atmospheres.(5)

Nos interrogations

Comme nous venons de le voir, la méthode ASTM D2512 nécessite l’utilisation d’un équipement très spécifique. À notre connaissance, il n’existe pas de norme ISO équivalente à l’ASTM D2512.

Nous ignorons s’il existe à travers le monde des laboratoires nationaux ou indépendants homologués pour effectuer cet essai : nous aimerions les connaître et les faire connaître.

S’agit-il d’un essai à effectuer pour la qualification des pénétrants compatibles avec l’oxygène liquide ou sur chaque lot de ces pénétrants ?

Nous aimerions savoir également quelles spécifications et quelles normes utilisent les entreprises européennes entre autres.

Nous remercions d’avance ceux de nos lecteurs qui pourraient répondre à ces questions.

Remise en état de la propreté initiale

Après contrôle et avant remise en service, il faut vérifier la propreté des équipements contrôlés, en particulier : l’absence de pollutions organiques (huiles, graisses, etc.), de papiers ou de chiffons qui auraient été oubliés, qui sont autant de substances combustibles qui, par conséquent, réagissent avec l’oxygène liquide.
Cette vérification de la propreté est effectuée en utilisant un projecteur de rayonnement ultraviolet (UV-A) car toutes ces substances émettent généralement une fluorescence blanc-bleutée. De plus, toute fluorescence jaune/vert ou vert/jaune, sous rayonnement ultraviolet (UV-A) indique la présence de traces résiduelles de pénétrant prouvant que la surface n’a pas été correctement nettoyée après contrôle.

Conclusion

Indéniablement, la norme SAE-AMS 3158C résout une ambiguïté qui a duré pendant des décennies.

En revanche, nous n’avons toujours pas trouvé de fabricant/fournisseur de produits de ressuage mentionnant dans ses fiches techniques que certains de ses pénétrants fluorescents à base aqueuse sont compatibles avec l’oxygène liquide ou tout du moins conformes aux exigences de la norme SAE-AMS 3158C.

Les raisons peuvent être multiples :
• Difficulté de trouver un laboratoire capable de faire cet essai de compatibilité,
• Méconnaissance des fabricants/fournisseurs et/ou des utilisateurs quant à l’existence d’une telle norme,
• Les fabricants/les fournisseurs de produits de ressuage et/ou les utilisateurs ne sont pas disposés à payer pour cet essai.

À notre avis, cette norme ne sera appliquée que lorsque les donneurs d’ordre imposeront à leurs fournisseurs la conformité de leurs pénétrants fluorescents à base aqueuse à cette norme. Mais, évidemment, il y a un coût induit non négligeable. Il faudrait alors faire payer de nombreux utilisateurs qui ne sont absolument pas concernés par ce problème de compatibilité, afin de répartir les frais, tout comme quasiment tous les produits de ressuage courants sont analysés selon les exigences des industries nucléaire et aéronautique notamment : n’importe quel utilisateur paie pour cette analyse, même s’il n’en a nul besoin.

Enfin, nous notons que le paragraphe 6.5.2 de la norme ASTM E1417/E1417M traite de la compatibilité des produits de ressuage avec l’oxygène liquide en utilisant la méthode d’essais ASTM D2512. Elle stipule que lorsque ces produits de ressuage ne satisfont pas aux exigences de la spécification SAE-AMS 2644, ils nécessitent une approbation de l’organisme compétent.

Références

(1) Brevet américain N° 3 418 078, publié le 24 décembre 1968, Method of detecting flaws, déposé par Adolf Mlot-Fijalkowski, Elmwood Park et Joseph A. Strosnik, Hillside, Illinois.

(2) Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, Les composés organiques volatils (COV) et ressuage/magnétoscopie (PT/MT), DPCNewsletter N° 011 (document actualisé en avril 2009) : sur notre site Internet.

(3) Brevet américain N° 3 028 338, publié le 3 avril 1962, Composition for detecting surface discontinuities, déposé par Donald W. Parker, Donald W. Parker, Jr., Park Ridge Illinois.

(4) Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, Pénétrants exempts d’hydrocarbures, mai 2009 (document actualisé en décembre 2010) : sur notre site Internet.

(5) Recommended Changes in ASTM Test Methods D2512-82 and G86-84 for Oxygen- Compatibility Mechanical Impact Tests on Metals -- J. D. Mccolskey, R. P. Reed, N.J. Simon and J. W. Bransford. Pages 128-130, Flammability and sensitivity of materials in oxygen-enriched atmospheres: Fifth volume Joel M. Stoltzfus and Kenneth McIlroy Editors. 1991.
ASTM STP 1111
ISBN: 0-8031-1461-3
ASTM Publication Code Number (PCN): 04-011110-31
Disponible sur ce site Internet.


Références normatives

• SAE-AMS 3158B, Solution, Fluorescent Penetrant, Water Base, Society of Automotive Engineers (SAE), 400 Commonwealth Drive, Warrendale, Pennsylvania 15096, États-Unis d’Amérique, 1996.

• SAE-AMS 3158C, Solution, Fluorescent Penetrant, Water Base for LOX Compatibility, Society of Automotive Engineers (SAE), 400 Commonwealth Drive, Warrendale, Pennsylvania 15096, États-Unis d’Amérique, juillet 2009.

• ASTM D2512 - 5 Standard Test Method for Compatibility of Materials with Liquid Oxygen (Impact Sensitivity Threshold and Pass-Fail Techniques), ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA, 19428-2959, États-Unis d’Amérique, 2008.

• ASTM E1417/E1417M, Standard Practice for Liquid Penetrant Testing, ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA, 19428-2959, États-Unis d’Amérique, 2011.

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

Mis à jour ( Samedi, 13 Avril 2013 12:30 )