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Mars / Avril / Mai 2016 : Ressuage | La longue route depuis la spécification MIL-I-25135 jusqu'à l'AMS-2644

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Écrit par Laurence
Lundi, 04 Avril 2016 19:26

Par William E. Mooz, Met-L-Chek Company

Traduction et adaptation par Patrick Dubosc et Pierre Chemin

En comparant la spécification militaire américaine initiale MIL-I-25135 à l’actuelle spécification américaine SAE AMS-2644, nous pouvons au moins dire : « Nous avons parcouru un long chemin ! ». En 1956, lorsque la première version de la MIL-I-25135 fut publiée, nous pouvons parfaitement imaginer que l'eau colorée aurait pu très bien être qualifiée et inscrite dans la QPL (Ndlr : QPL = Qualified products List, c’est-à-dire : liste des produits homologués) de la MIL-I-25135. En effet, Loy Sockman, le fondateur de la Société américaine Met-L-Chek, acheta un gallon d'un pénétrant homologué, le dilua avec un volume égal de kérosène, et le soumit à homologation. Ce mélange fut homologué ! Les rédacteurs de cette spécification n’avaient, tout simplement, pas les connaissances ou les données requises pour concevoir un meilleur document. À titre d'exemple, la spécification stipulait que : « le pénétrant doit contenir des colorants qui émettent une fluorescence »..., et que : « L’intensité de fluorescence et le contraste doivent être égaux ou supérieurs à ceux de l'échantillon de référence ». Aucun essai n'était stipulé pour évaluer ces exigences. Le présent article examine certains des dispositifs et des méthodes qui ont été impliqués dans l'histoire du développement de la SAE-AMS 2644, la spécification d’homologation en vigueur de nos jours.

Les lacunes des premières spécifications furent reconnues et tous les participants s’efforcèrent d’ élaborer des exigences plus explicites. Comme la technologie du ressuage était nouvelle, l'un des premiers sujets qui devait être abordé était d’identifier les caractéristiques considérées comme importantes, et comment les mesurer. De juin 1963 à décembre 1964, la société américaine Monsanto Research Corporation effectua des travaux pour élaborer des critères en vue d’une spécification de ressuage. (1) Les chercheurs conçurent plusieurs appareils de laboratoire et firent des essais sur : la lavabilité, la viscosité cinématique, la durée de vie en cuve, la masse volumique, le point d'éclair, les caractéristiques spectrales en infrarouge, la stabilité thermique, et la tolérance à l'eau. Trois équipements de laboratoire furent conçus et décrits dans leur rapport. À l’évidence, une norme relative à l’intensité de fluorescence des pénétrants devait être rédigée, et, pour cette raison, un dispositif (Fig. 1a) fut construit pour mesurer et tester cette caractéristique physique. Comme référence, une plaque de verre fluorescent fut utilisée. (Fig. 1c et 1d) Les pénétrants candidats étaient dilués, puis ils imbibaient un papier filtre trempé dedans, puis séché, et enfin testé dans le dispositif. L'idée sous-jacente était que le papier filtre imbibé de pénétrant dilué simulait une indication réelle observée en ressuage après révélation.



Figure 1a
Le dispositif d'essai

Figure 1b
Le panneau de commande du dispositif


Figure 1a
Plaque de verre de référence

Figure 1d
Plaque de verre de référence sous UV-A

Une boîte spéciale fut conçue pour faire un brouillard de révélateur sec pour les essais et un dispositif fut également inventé pour tester la lavabilité.



Figure 2a
Boite pour le révélateur sec

Figure 2b
Dispositif pour tester la lavabilité

Les dispositifs conçus furent ensuite décrits dans un projet de la spécification américaine MIL-I-8963 (ASG) en date du 13 octobre 1965, mais ne figurèrent jamais dans la MIL-I-25135. Les fabricants de ressuage réalisèrent chacun de ces dispositifs, et bien qu'intéressants à l'époque, ils furent jugés inutiles et entrèrent au musée des équipements d’essai rebutés.

Une plaque de verre sablée avec diverses granulométries de sable (Fig. 3) fut proposée pour évaluer le fond fluorescent, mais elle fut également enterrée.

Figure 3 : Plaque de verre sablée

D'autres essais pour déterminer la performance des systèmes de ressuage furent sélectionnés selon de nombreuses procédures de laboratoire normalisées, et inclurent des exigences pour évaluer les propriétés corrosives des produits de ressuage, leur point d'éclair, leur biorésistance, leur intensité de coloration ou de fluorescence, la tolérance à l'eau des pénétrants lavables à l'eau, l'élimination de l’excès de pénétrant en surface, leur durée de vie en cuve, leur stabilité au stockage, leur stabilité thermique, et leur stabilité aux UV. Ces tests furent adoptés sans difficulté parce que  la plupart d’entre eux étaient couramment effectués selon des procédures normalisées.

Mais le moyen de mesurer le paramètre-clé qui avait toujours échappé aux spécialistes devint le sujet principal des efforts du groupe pendant une longue période. Une méthode de mesure de la sensibilité des pénétrants, ou de leur aptitude à détecter des discontinuités de différentes dimensions, devait être trouvée. La méthode initiale, figurant dans la première édition de la MIL-I-25135, fut l’utilisation d’éprouvettes en aluminium, fissurées par choc thermique, divisées en deux moitiés. (Fig. 4a) Le pénétrant de référence était appliqué sur l’une des moitiés et le pénétrant candidat était appliqué sur l'autre moitié. Les deux moitiés de l’éprouvette subissaient ensuite le processus de ressuage et les résultats obtenus étaient comparés visuellement. (Fig. 4b)

Figure 4a
Éprouvette thermique fissurée

Figure 4b
Comparaison de pénétrant

Cette méthode n’était absolument pas satisfaisante et posait de grandes difficultés aux acheteurs de produits de ressuage, parce qu'ils ne disposaient d’aucun moyen de s’assurer que le pénétrant A était aussi sensible que le pénétrant B. Les éprouvettes étaient fabriquées sur place et n’étaient pas identiques, d’un jeu d’éprouvettes à l’autre. Les fissures obtenues étaient de dimensions différentes et n’étaient pas du tout représentatives des fissures recherchées lors des inspections habituelles. Le Laboratoire des Matériaux de l’Armée de l’Air américaine (US Air Force Materials Laboratory) le reconnut et rechercha activement, pendant plusieurs années, une meilleure méthode. Lorsque le gouvernement décida de se décharger de l’activité rédactionnelle des spécifications et de la céder à des organisations civiles, le Comité K de l’Aerospace Material Specification (AMS) de la Society of Automotive Engineers Inc. (SAE) fut créé, et la recherche d'une méthode plus scientifique de mesure de la sensibilité fut lancée. Un certain nombre de méthodes potentielles furent examinées.

L'Armée de l'Air américaine signa un contrat avec l’Université de l’État de l'Ohio (2) en 1960 pour répondre à cette question, qui conçut des éprouvettes chromées fissurées et qui fut capable de les produire avec des fissures grosses, moyennes ou fines. Le travail de recherche de Monsanto suggéra que les éprouvettes fissurées de l’Université de l’Ohio pouvaient être utilisées pour mesurer la sensibilité. Cependant, ils déclarèrent dans leur rapport : « La sensibilité de détection des fissures est une information d'une importance majeure nécessitant des améliorations par rapport aux éprouvettes criquées en aluminium, totalement inadaptées, au fer plaqué, aux céramiques, au titane et aux éprouvettes nickel-chrome de l’Université d’État de l'Ohio. »

Des sociétés japonaises furent, par la suite, en mesure d’améliorer ces éprouvettes au point qu’elles purent créer des fissures de tailles différentes, telles que 50 ou 30 µm de profondeur. Ces éprouvettes furent encore améliorées jusqu’à avoir, sur une même éprouvette, des fissures variant de grossière à fine. (Fig. 5a, 5b, 5c, 5d).



Figure 5a
Éprouvettes

Figure 5b
Éprouvettes utilisées


Figure 5c
Éprouvette à défaut croissants

Figure 5d
Éprouvette à défaut croissants utilisée

En conséquence, l’Armée de l’Air américaine attribua un contrat à Paul Packman de l'Université du Tennessee pour développer une éprouvette. Il créa ainsi le barreau d’essai qui fut surnommé le « Barreau hernie » (Ndlr : en anglais : « Hernia Bar »), en raison de sa grande taille et de son poids élevé. (Fig. 5e)

Figure 5e : Barreau hernie de Packam

Turco, un fabricant américain de produits de ressuage de cette époque, conçut des éprouvettes d'aluminium avec des empreintes circulaires de petite taille supposées permettre de déterminer la plus petite fissure détectable. Ces éprouvettes furent réalisées selon plusieurs variantes et pouvaient être utilisées pour tester un seul pénétrant ou pour effectuer des comparaisons entre deux pénétrants. (Fig. 6a, 6b, 6c, et 6d).



Figure 6a
Éprouvette Turco

Figure 6b
Éprouvette utilisée


Figure 6c
Éprouvette Turco

Figure 6d
Éprouvette utilisée

James R. Alburger, de la société américaine Uresco, un autre fabricant de produits de ressuage de cette époque, fit breveter la méthode du ménisque et vendit des trousses pour réaliser les mesures. Cet essai optique était censé évaluer la teneur en colorant d'un pénétrant par la mesure du diamètre d’une tache sombre au centre d'une lentille de verre. En théorie, la teneur en colorant mesurait la sensibilité du pénétrant. (Fig. 7a, 7b, et 7c).

Figure 7a
Trousse du test du ménisque
Figure 7b
Contenu de la trousse
Figure 7c Tâche noire

Le regretté Frank J. Vichi qui, à cette époque, présidait le Comité K de l’AMS SAE, conçut, en collaboration avec un fabricant japonais, une éprouvette chromée fissurée avec huit fissures parallèles de dimension décroissante, mesurées avec précision, qui fut également utilisée pour évaluer son aptitude à déterminer la sensibilité des pénétrants.

Chacune de ces méthodes posait deux problèmes. Le premier était que les défauts ou autres systèmes testés n’étaient pas représentatifs des défauts qui devaient être détectés sur des pièces réelles. Le second était que les essais ne quantifiaient, en aucune manière, les résultats en termes numériques. Le Laboratoire des Matériaux de l’Armée de l’Air américaine testa chacune de ces méthodes et fut l'arbitre des résultats. En outre, l'Armée de l'Air américaine examina des barreaux fissurés par fatigue oligocyclique qui étaient utilisés chez General Electric, et affirma qu’ils satisfaisaient au besoin de fissures typiques que les pénétrants étaient censés localiser. (Fig. 8a). À la même époque, un spotmètre (Fig. 8b) fut conçu qui pouvait être focalisé sur une indication de fissure et mesurer sa luminosité en termes numériques.

Vint, alors, un moment où l’Armée de l’Air américaine prépara sept échantillons de pénétrant qui avaient été testés à l’aide de barreaux fissurés par fatigue oligocyclique, et qui s’avéraient être de sensibilités différentes. Ces échantillons furent envoyés aux fabricants de produits de ressuage, invités à les tester. Grover L. Hardy, du Laboratoire des Matériaux de l’Armée de l’Air américaine, demanda à ce que les résultats soient classés par ordre de sensibilité des pénétrants. Chaque échantillon fut codé par une lettre, A, E, G, M, O, T et Y. On découvrit le sens de l’humour de Grover lorsque qu’il annonça que le classement exact des pénétrants, de la sensibilité la plus basse à la plus haute, selon les résultats de l’Armée de l’Air américaine, donnait la phrase « YA GOT EM ». (Ndlr : phonétiquement en anglais « Yeh, I got them » ; en français : « oui, je les ai eus », ou « oui, j’ai réussi »).

La conception du spotmètre et l'utilisation des barreaux fissurés par fatigue oligocyclique répondaient à ce qui avait été recherché, et ils furent choisis par le Comité K, avec l'approbation de l'Armée de l'Air américaine, pour figurer dans l’AMS-2644.



Figure 8a
Barreaux fissurés par fatigue oligocyclique

Figure 8b
Spotmètre

Un dernier point restait à traiter. Des essais répétés avec ce système sur un seul pénétrant aboutirent à une série de résultats formant une courbe de distribution normale. Ces informations statistiques devaient être utilisées pour décider si un pénétrant candidat était égal ou supérieur au pénétrant de référence. Initialement, le Comité K suggéra que le pénétrant candidat serait jugé égal au pénétrant de référence si la sensibilité mesurée se situait dans un écart-type du pénétrant de référence avec lequel il était comparé. Un problème apparut quand des essais montrèrent que si le pénétrant de référence était comparé à lui-même, il ne satisfaisait pas à cette exigence dans près de 32 % des cas. Le libellé final formulé et accepté pour la spécification vint comme suit :

« Critères d'acceptation: Les valeurs de luminosité des indications obtenues avec le produit candidat doivent être comparées à la courbe inférieure d’écart-type pour les valeurs correspondantes obtenues à l’aide du produit de référence approprié (tableau 2). La courbe inférieure d’écart-type standard doit être générée à partir d'un minimum de trois essais de la référence appropriée. Le produit candidat est acceptable lorsque 80 % des points qui génèrent cette courbe se situent au-dessus de la courbe inférieure d’écart-type du produit de référence approprié. Les essais ne sont valables que si les valeurs pour l'essai en cours avec le produit de référence se situent dans la fourchette de l’écart-type des essais précédents ou si ce sont les trois essais pour définir la courbe inférieure de l’écart-type. Le produit de référence doit être vérifié périodiquement pour contrôler la validité des essais. »

Cet article décrit quelques-unes des diverses méthodes qui ont été proposées et évaluées pour qualifier les pénétrants, en commençant par la première de ces spécifications, publiée en 1956. Un problème majeur fut l’identification des caractéristiques physiques qu’il était important d’inclure dans la spécification, de leur attribuer des valeurs, et de concevoir des méthodes d’essais des produits candidats pour s’assurer de leur conformité aux niveaux requis. Un certain nombre de ces caractéristiques furent initialement considérées comme importantes, mais elles furent ensuite rejetées. Finalement, un facteur-clé fut défini : le niveau de sensibilité, et les méthodes pour le quantifier ont été conçues et perfectionnées.

La route fut longue, mais nous avons désormais à notre disposition cinq niveaux de sensibilité pour les pénétrants fluorescents, quatre méthodes d'élimination de l’excès de pénétrant en surface et quatre formes différentes de révélateur. Douze ans auront été nécessaires pour publier la première version de l’AMS-2644, mais la question épineuse de la mesure de la sensibilité a été finalement mise en sommeil, au moins pour le moment. Le Comité K du SAE-AMS continue de travailler sur la spécification de manière à être certains que les acheteurs de pénétrants peuvent compter sur la liste de qualification, la QPL, comme une mesure de la qualité.

 

Références

Contrats de Monsanto Research Corporation AF-33 (616)-8483 et 33(615)-1484, Rapport daté de juillet 1965.

Contrat de la Fondation de Recherche de l’Université de l’État de l’Ohio AF-33 (616)-7420, Rapports datés de juin 1960, de novembre 1960, de février 1963 et de février 1964.

DOD, MIL-I-25135 (ASG) Inspection Materials, Penetrant, Department of Defense, 6 août 1956.

SAE, AMS 2644, Inspection Material, Penetrant, août 1996.

DOD, MIL-I-8963 (ASG), (proposition), Inspection Materials, Fluorescent Penetrant, Department of Defense, 13 octobre 1965.

Mis à jour ( Mardi, 05 Avril 2016 23:02 )