LE RESSUAGELE RESSUAGEI/ Introduction :

Comme décrites dans le premier chapitre, les méthodes de contrôle non destructif, autre que le ressuage, sont toutes locales : elles permettent de révéler des défauts (ou micro-défauts) ayant une orientation bien précise, et pour arriver à le faire sur toutes les orientations possibles on devrait multiplier les examens pour une même pièce. Ce qui n’est pas le cas pour le ressuage, connu comme étant une méthode globale mais seulement pour les défauts débouchants en surface. C’est à dire, quelle que soit la nature du matériau, on n’a pas besoin de connaître à priori l’orientation du défaut pour le détecter et un seul essai peut être suffisant. La limitation du ressuage aux discontinuités débouchantes ne représente pas en elle-même un point faible mais plutôt c’est là que réside tout l’intérêt de cette méthode : en effet lors de l’utilisation d’une pièce se sont ses défauts de surface qui peuvent nuire le plus et le ressuage est fréquemment utilisé comme méthode de lever de doute pour confirmer ou infirmer la présence de telles défauts mis en évidence par une autre technique.

II/ Principe du ressuage et domaine d’application :

II-1/ Méthode de base : (figure1)

Le ressuage consiste à appliquer sur une surface à contrôler préalablement nettoyée un liquide pénétrant, coloré ou fluorescent, qui va pénétrer par capillarité dans les défauts débouchants. Après un temps d'imprégnation de 15 à 20 mn à température ambiante, l'excès de pénétrant est éliminé par lavage. Après séchage, un révélateur à sec ou en suspension est appliqué sur la surface à contrôler. Le pénétrant contenu dans les défauts éventuels ressue alors dans le révélateur (qui agit comme un buvard) pour donner des indications colorées ou fluorescentes, caractéristiques des défauts, immédiatement ou jusqu'à 30 mn après l'application du révélateur.

figure1 :principe de la méthode

Pièce propre présentant un défaut ouvert débouchant en

surface (crique)

Application et diffusion par capillarité du

pénétrant

Elimination de l’excès de pénétrant en

surface

Application du révélateur après

séchage

Examen après ressuage du pénétrant

dans le révélateur

II-2/ Historique :

Le ressuage a vu la lumière dès les années 30. On utilisait à l’époque un pénétrant coloré à base d’huile et de kérosène, quant au révélateur s’était de la poudre de craie en suspension dans de l’alcool. L’apparition et la commercialisation des pénétrants fluorescents a commencé en 1942 suite aux travaux entrepris par R.C. Switzer. Depuis, les méthodes de ressuage n’ont cessé de se développer principalement en tant qu’outil de contrôle très utilisé en aéronautique : domaine ou les matériaux non magnétiques tels que les aciers austénitiques et les alliages d’aluminium sont dominants.

II-3/ Domaine d’application :

Le ressuage permet de détecter des défauts de compacité débouchant en surface sur des matériaux non poreux. Il est utilisé pour le contrôle : - des pièces moulées, - des pièces forgées, - après rectification et/ou traitement thermique de pièces mécaniques,- sur produits laminés ou étirés- des soudures : avant soudage, il peut être utilisé pour effectuer un

contrôle de toutes les surfaces devant recevoir des soudures (face des chanfreins par exemple) revêtements ou rechargementsPendant le soudage, il peut être mis en œuvre par exemple :

• lors d'une reprise envers pour s'assurer de l'élimination complète de défauts pouvant subsister à la racine du joint (manque de pénétration, fissures…), • entre passes : dans ce cas, le contrôle peut être effectué après la 1ère passe, puis toutes les passes, ou toutes les trois passes par exemple.

Après soudage, il permet la détection des défauts suivants, pourvu qu’ils débouchent à la surface : fissures, piqûres, retassures, certains manques de fusion, et les débordements.

- les fissures de fatigue et de corrosion peuvent si les conditions sont favorables être mises en évidence par ressuage. Le contrôle par magnétoscopie est en général mieux adapté dans ce cas.

III/ Les différents produits utilisés et leurs caractéristiques physiques :

Les produits utilisés en ressuage dépendent en nombre et en nature les uns des autres ainsi que de la qualité recherchée (précision). Dans le cas le plus général on utilise :

III-1/ Un pénétrant :

Les pénétrants peuvent être classés de deux manières : soit par leur couleur et le mode d’observation lors de l’examen final, soit par leur nature. La première classification donne trois familles principales :

Les pénétrants colorés, généralement rouges/violets distinguables en lumière blanche.

Les pénétrants fluorescents nécessitant un examen en lumière noire (lumière ultra-violette en ambiance sombre).

Les pénétrants mixtes qui peuvent être examinés soit en lumière blanche ou ultra-violette.

Pour chacune de ces familles, on peut rencontrer trois types de part leur nature (ou composition) :

Pénétrant pré-émulsifié (ou pré-émulsionné) directement rinçable à l’eau.

Pénétrant à post-émulsion devant être soumis à l’action d’un émulsifiant avant rinçage à l’eau.

Pénétrant nécessitant un solvant approprié pour être éliminer.

Toutes les familles et tous les types de pénétrants présentées sont valables pourvu qu’ils garantissent la qualité recherchée. Mais tous doivent présenter les caractéristiques physiques suivantes pour être efficace (ou du moins un compromis) :

III-1-1/ Grande aptitude à la pénétration :

Le pénétrant doit aisément pénétrer dans les discontinuités les plus fines (de l’ordre du nanomètre jusqu’à l’angström suivant la précision voulue) par diffusion et capillarité et en ressortir aussi facilement sous l’action d’un révélateur. Donc, pour avoir cette grande aptitude à la pénétration, il doit être un liquide mouillant (ou rendu mouillant par des adjonctions d’agents mouillants) et doit avoir une tension superficielle d'adhésion aussi élevée que possible ainsi qu’une viscosité faible garantissant une pénétration plus rapide. Seulement qu’il faut éviter que cette viscosité ne soit trop faible ce qui n’est pas favorable au maintien du produit dans les défauts, surtout très fin, lors de l’opération de lavage.

III-1-2/ Possibilité de mise en solution des produits colorants ou fluorescents :

Cette caractéristique est en relation avec la sensibilité de détection d’un pénétrant dépendant elle-même en grande partie de la nature et la concentration des colorants ajoutés. Donc pour obtenir une sensibilité satisfaisante, on doit pouvoir mettre en solution une large proportion de produits colorants et/ou fluorescents dans le liquide de base.

III-1-3/ Inertie chimique suffisante :

Un pénétrant ayant une inertie chimique suffisante est presque inoffensif : il ne provoque pas une corrosion pouvant endommager la pièce à contrôler. Mais le risque est toujours là, du fait de la rétention d’une faible quantité dans les défauts après le nettoyage final pendant une période assez longue.

Il est à noter que les risques de corrosion sont considérables pour : Les aciers austénitiques en présence de chlore L’aluminium et ses alliages en présence de produits alcalins Le titane et ses alliages en présence d’halogènes Certains alliages de nickel en présence de soufre et de chlore

III-1-4/ Peu volatil et ayant un point d’éclair élevé :

Se sont deux caractéristiques différentes qu’on a tendance souvent à les confondre.

Le pénétrant ne doit pas avoir une température d’ébullition assez basse pour qu’il ne se volatilise pas en grande quantité. Dans ce cas de figure l’imprégnation doit se faire par immersion totale sans pour autant garantir une bonne sensibilité parce que l’évaporation du pénétrant retenu dans les défauts peut être importante aussi.

Contrairement, le point d’éclaire, caractérisant la température pour laquelle la vapeur donne avec l’air ambiant un mélange détonnant, doit être le plus élevé possible (les produits commercialisés actuellement ont un point d’éclair > 65°C).

D’autres considérations, touchant notamment à la sécurité de l’utilisateur ou à l’économie sont aussi déterminantes lors du choix du pénétrant : il faut qu’il ne soit pas toxique et ne doit pas avoir un coût élevé.

III-2/ Un émulsifiant :

Comme déjà avancé ci-dessus, l’émulsifiant n’est utilisé que dans le cas où le pénétrant est à post-émulsion. Appliqué sur la surface de la pièce, il diffuse dans le pénétrant pour former une émulsion rinçable à l’eau. Ce sont les agents tensioactifs, à caractère hydrophile ou lipophile, ayant la propriété d’abaisser la tension inter-faciale, permettant d’obtenir des émulsions stables dont l’élimination est facile à l’eau.

Un émulsifiant hydrophile, solubles dans l’eau et insolubles dans les pénétrants, est généralement utilisé sous forme diluée. Après application sur la surface à contrôler l’excès de pénétrant est dispersé dans la solution aqueuse et puis éliminé par déplacement mécanique (figure2).Par opposition, un émulsifiant à caractère lipophile est soluble dans le pénétrant et le rend rinçable à l’eau (figure3). Mais il faut se méfier du fait que son action risque de ne pas être superficielle et peut par conséquent éliminer une partie importante du pénétrant retenue dans les défauts. Dans ce cas il faut limiter le temps de diffusion après application. C’est à dire qu’il ne faut pas trop retarder le rinçage.

Figure2

Figure3

Application du révélateur liquide

(suspension ou hydrosoluble)

III-3/ U n révélateur :

Le révélateur comme son nom l’indique permet de révéler la présence ou non de défauts de continuité en surface. Après rinçage, c’est le reste de pénétrant, se trouvant dans les défauts, qui permettra de les localiser. Le révélateur, appliqué à la surface en fine couche uniforme fait donc surgir cette petite quantité de pénétrant par absorption. En fait c’est l’effet de capillarité qui fait monter le liquide dans le révélateur.

On distingue essentiellement deux types de révélateurs, utilisables avec les différentes familles de pénétrants et d’émulsifiants : Les révélateurs secs sous forme de poudre, utilisable uniquement avec

les pénétrants fluorescents. Ils sont surtout destinés pour les pièces de grandes dimensions présentant des surfaces rugueuses ou des pièces de forme complexe (filetage, rainures, trou…).

Les révélateurs humides constitués d’une poudre en suspension, soit dans un liquide organique volatil soit dans de l’eau (type aqueux). Le premier type est universel et peut être utilisé indifféremment avec les pénétrants colorés ou fluorescents, quant au deuxième il est en voie de disparition à cause des manques de reproductibilité.Ce type est utilisé pour des petites pièces en grand nombre ayant des surfaces polies et lisses. Il révèle surtout les discontinuités larges et peu profondes.

En bref, on exige à un révélateur : D’avoir une grande aptitude d’absorption D’être facilement applicable en fine couche uniforme D’avoir une couleur qui doit contraster avec celle du pénétrant (blanc

pour les pénétrants colorés et non fluorescent pour les pénétrants fluorescents)

D’être inoffensif vis à vis de la pièce à contrôler (ne provoque pas de corrosions)

De ne pas présenter de danger pour l’utilisateur (non toxique) D’être facile à éliminer après contrôle.

IV/ Différents procédés et techniques opératoires utilisés :

Les procédés appliqués diffèrent par la nature des produits utilisés. Les techniques aussi diffèrent mais dans ce cas d’autres facteurs rentrent en jeu.

IV-1/ Ressuage fluorescent :

On distingue trois cas de figure selon que le pénétrant est pré-émulsionné ou à post-émulsion, ou bien nécessitant un solvant spécifique.

Application du révélateur liquide

(suspension ou hydrosoluble)

Application du révélateur sec ou liquide non aqueux

Séchage

Séchage

Application du révélateur liquide

(suspension ou hydrosoluble)

Pénétrant nécessitant un

émulsifiant lipophile

Nettoyage

Séchage

Application du pénétrant

Durée d’imprégnation

Contrôle sous lumière noire de l’élimination de l’excès de

pénétrant

Application du révélateur à support organique aqueux

Rinçage à l’eau

Contrôle du rinçage sous lumière noire

Application de l’émulsifiant lipophile

Rinçage préliminaire à l’eau

Application de l’émulsifiant hydrophile

Pénétrant avec solvant spécifique

Pénétrant pré-

émulsionné

Elimination de l’excès de pénétrant en surface à

l’aide du solvant et d’un chiffon

Inspection sous lumière noire

Nettoyage et protection

Oui Non

Non Oui

Oui Non

IV-2/ Ressuage coloré :

Comme précédemment, c’est la nature du pénétrant coloré qui fait la différence entre les procédés :

Nettoyage

Séchage

Application du pénétrant

Durée d’imprégnation

Pénétrant avec solvant spécifique

Pénétrant à post-

émulsion

Elimination de l’excès de pénétrant en surface à

l’aide du solvant et d’un chiffon

Application de l’émulsifiant lipophile

Rinçage à l’eau

Contrôle du rinçage sous lumière blanche

Séchage

Application du révélateur à support organique volatil

Inspection sous lumière blanche

Nettoyage et protection

Contrôle sous lumière blanche de l’élimination de

l’excès de pénétrant

Non

Non

Oui

Oui

IV-3/ Techniques opératoires :

Quel que soit le procédé utilisé, il existe des opérations de bases invariantes qui nécessitent un soin particulier pour garantir l’efficacité du contrôle. En examinant les diagrammes précédents on peut dégager :

IV-3-1/ Préparation des surfaces :

Cette opération constitue une étape fondamentale pour réussir le ressuage. Elle consiste à éliminer le produit recouvrant la surface à contrôler par une technique appropriée. Un tel produit, contaminant la surface, peut retenir le pénétrant et donner de fausses indications. Il peut aussi obturer partiellement ou complètement les défauts et empêcher ainsi le liquide coloré de pénétrer dans les discontinuités qui deviennent indétectables. Comme il peut polluer le pénétrant et le rendre moins sensible.De nombreuses techniques peuvent être utilisées en fonction de la nature de la contamination (peintures, oxydation, produits de corrosion, graisse, huile, lubrifiants d’usinage, résidus de combustion…). On distingue :

Traitements mécaniques : polissage, sablage, grenaillage. Peut provoquer une obturation des défauts par

déformation plastique (à éviter) Utiliser une brosse métallique ou un sablage pour des

matériaux de dureté > 40 HRc.

Traitement chimique : attaques par des solutions aqueuses acides (acide chlorhydrique, nitrique, fluorhydrique et nitrique) ou basiques (soude caustique) selon le matériau à traiter. On peut aussi immerger les pièces à contrôler dans une solution savonneuse de crésyl.

Les solutions acides ou basiques sont souvent complétées par l’adjonction de chlorure de fer

On est contraint de procéder au moins à un étuvage, quand on utilise des solutions acides ou basiques, pour empêcher une contamination par les eaux de rinçage

Dans le cas d’utilisation de la solution de crésyl il faut un rinçage très efficace, à cause de l’action très néfaste du crésyl sur la sensibilité des pénétrants fluorescents.

Traitement électrochimique : par électrolyse dans une solution oxydante ou réductrice. La pièce constitue l’une des électrodes (anode ou cathode).

Ce traitement est utilisé dans le cas ou la méthode chimique n’est pas efficace

Principalement pour les alliages à haute résistance, le traitement peut engendrer une fragilisation lors de la libération de l’hydrogène. Un traitement thermique approprié s’impose.

Nettoyage par ultrasons : une onde ultrasonore fait agiter un solvant, dans lequel la pièce est immergée.

L’onde ultrasonore renforce l’action du solvant Cette technique permet essentiellement de débarrasser la

surface des dépôts solides non adhérents.

Nettoyage par des solvants organiques : application directe du solvant et brossage ou immersion dans un bain agité. Pour éliminer la contamination par le solvant lui-même il faut finir par une opération de nettoyage en phase vapeur.

Il faut faire attention aux vapeurs toxiques des dérivés halogénés d’hydrocarbures (trichloréthylène, tétrachlorure de carbone, trichloroéthane…)

Il y a risque de fragilisation en utilisant les dérivés chlorés pour nettoyer le titane et ses alliages.

Dégraissage par les détergents : lavage à l’eau en présence de

détergents. Moins de risque par rapport aux solvants organiques Un séchage à l’air chaud (t ≈ 70°C) s’impose pour éviter

la contamination par l’eau.

IV-3-2/ Application du pénétrant :

L’application du pénétrant sur une surface, après préparation, se fait :

Par immersion : la pièce est plongée dans un bain de liquide pénétran puis suspendue dessus pour l’égouttage.

Par pulvérisation : la surface à contrôler est soumise à un jet de liquide pénétrant provenant d’un pulvérisateur ou une bombe aérosol.

Par aspersion : la pièce est directement aspergée par un jet de liquide dont l’excès est recueilli dans un réservoir équipé de la pompe et du tuyau de refoulement.

Couramment la pénétration proprement dite du liquide d’imprégnation dure entre 10 et 20 minutes. Dans le cas d’une application par immersion cette durée est majorée du temps d’égouttage qui est de l’ordre de 5 à 10 minutes.

IV-3-3/ Elimination de l’excès de pénétrant en surface :

La méthode utilisée dépend du type de pénétrant appliqué, à savoir :

Pour un pénétrant pré-émulsionné un rinçage à l’eau est suffisant. L’action se fait par immersion dans une cuve dotée d’un système d’agitation ou par pulvérisation manuelle. La durée du rinçage ne doit pas être prolongée pour ne pas vider les défauts.Il faut prévoir un séchage de quelques minutes à l’air chaud (t ≈70°C) dans le cas d’utilisation d’un révélateur sec.

Pour un pénétrant à post-émulsion on applique, avant rinçage à l’eau, un émulsifiant soit par immersion soit par pulvérisation. La durée de contact avec l’excès de pénétrant en surface est inférieure à une minute si l’émulsifiant est du type lipophile et n’excède pas trois minutes s’il est du type hydrophile. Dans le premier cas (émulsifiant lipophile) l’émulsifiant est utilisé à l’état d'approvisionnement et dans le deuxième cas l’utilisateur met l’émulsifiant en solution dans l’eau avec une concentration comprise généralement entre 0,1% et 30% en volume. La durée du rinçage, après application de l’émulsifiant, doit être la plus réduite possible.

Pour un pénétrant nécessitant un solvant approprié pour être éliminé, on utilise un premier chiffon sec pour se débarrasser de la plus grosse quantité de pénétrant et un deuxième chiffon légèrement humecté du solvant pour éliminer le bruit de fond.L’acétone et le trichloréthylène ne sont pas à utiliser car ils sont susceptibles de vider les défauts de leur contenu en pénétrant.

IV-3-4/ Vérification de l’opération de rinçage :

Cette opération est nécessaire vu qu’une coloration excessive, engendré par un excès de pénétrant en surface, gêne fortement l’interprétation. La vérification se fait soit en lumière blanche (naturelle ou artificielle) dans le cas d’un pénétrant coloré soit sous rayonnement ultraviolet dans le

cas d’un pénétrant fluorescent. S’il s’avère qu’un excès de pénétrant subsiste, on renouvelle l’opération de rinçage à l’eau.

IV-3-5/ Séchage :

Il s’effectue, par étuvage à une température ne dépassant pas 80°C ou par soufflage à l’air comprimé sec sans pour autant chasser le pénétrant des défauts ou finalement à l’aide d’un chiffon sec et propre.

IV-3-6/ Application du révélateur :

Cette étape a pour but de faire remonter le pénétrant, contenu dans les défauts, en surface : c’est le phénomène de ressuage proprement dit. Si le révélateur est du type sec l’application se fait soit par pulvérisation mécanique à l’aide d’un pistolet à air comprimé soit par création d’un brouillard de poudre dans une cabine. Si par contre le révélateur est liquide, on procède par une immersion pendant quelques secondes. Pour les deux cas on peut aussi envisager une pulvérisation électrostatique.Il est à signaler que la durée de l’application n’est critique que dans le cas de l’immersion : Le temps préconisé est de une à deux minutes. L’immersion doit être suivie d’un séchage à l’air chaud dans une étuve à une température comprise entre 60 et 80°C. Une température plus importante peut entraîner pour certains révélateurs fluorescents sensibles à la chaleur une forte atténuation de la visibilité des petits défauts.

IV-3-7/ Observation :

Le temps au bout duquel l’examen final commence, après application du révélateur, ne doit être ni trop court (5à 10 minutes) pour laisser le processus s’engager, ni trop long (45 à 50 minutes max) pour que la diffusion ne soit pas excessive et la sensibilité générale se trouve alors affectée. En faite, il faut suivre tout simplement les consignes données par les fabricants.

L’observation est pratiquée en lumière blanche (naturelle ou artificielle) pour les pénétrants colorés et en lumière noire (ultraviolette) pour les pénétrants fluorescents.Il est recommandé de pratiquer systématiquement une procédure de lever de doute, à ce stade, pour confirmer la présence d’un défaut. On utilise pour cela un chiffon propre ou légèrement imbibé de solvant pour éliminer la tache de ressuage. Le reste de pénétrant dans le défaut, s’il existe, remontera après une nouvelle application locale du révélateur.Si on désir conserver une image de l’indication, il faut utiliser un révélateur pelliculaire.

IV-3-8/ Nettoyage final :

C’est la même procédure de nettoyage pratiquée initialement pour de la préparation de la surface.

Ranking12345678910

Developer FormNonaqueous Wet Solvent

Plastic Filmwater-soluble

Water Suspendiblewater-soluble

Water SuspendibleDryDryDryDry

Method of ApplicationSpraySpraySpraySpray

ImmersionImmersion

Dust Cloud (Electrostatic)Fluidized Bed

Dust Cloud (Air Agitation)Immersion (Dip)

The following TABLE lists the main advantages and disadvantages of the various developer types.

Developer Advantages Disadvantages

Dry

Indications tend to remain brighter and more distinct over time

Easily to apply

Does not form contrast background so cannot be used with visible systems

Difficult to assure entire part surface has been coated

Soluble

Ease of coating entire part

White coating for good contrast can be produced which work well for both visible and fluorescent systems

Coating is translucent and provides poor contrast (not recommended for visual systems)

Indications for water washable systems are dim and blurred

Suspendible

Ease of coating entire part

Indications are bright and sharp

White coating for good contrast can be produced which work well for both visible and fluorescent systems

Indications weaken and become diffused after time

Nonaqueous

Very portable

Easy to apply to readily accessible surfaces

White coating for good contrast can be produced which work well for both visible and fluorescent systems

Indications show-up rapidly and are well defined

Provides highest sensitivity

Difficult to apply evenly to all surfaces

More difficult to clean part after inspection