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Institut Suprieur des Systmes Industriels de Gabs 2me Anne Licence Maintenance Industrielle

Enseignant : Frija MOUNIR CND-1-

Niveau: 2me Anne Licence Maintenance Industrielle

Enseignant : Frija MOUNIR

Institut Suprieur des Systmes Industriels de Gabs

ContrleNon

Destructif

MODULE

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ccueil du module Contrle Non Destructif Ce support prsente les techniques de contrle non destructif (CND)les plus utiliss dansl'industrie. Le contenu est destin aux techniciens et ingnieurs intresss par cestechniques. Pour chacune des techniques, une prsentation des principes et mthodesd'utilisation est faite.

Buts et ObjectifsLe but de ce module est dtudier les lois de fonctionnement et les principales mthodes decontrle non destructif. Plus spcifiquement, au terme de ce module, l'tudiant ou l'tudiantesera en mesure de:

dcrire les diffrentes mthodes utilises pour le contrle non destructif. Identifier les diffrentes techniques de contrle non destructif (CND) les plus utiliss

dans l'industrie. Identifier les diffrents outils et instruments utiliss par ces techniques. Appliquer ces techniques sur des exemples bien dfinis. Dterminer pour chaque champ les techniques de contrle non destructif les plus

appropries

Contenu du coursLe contenu du module se compose de 8 chapitres, dont des titres sont prsente dans le

tableau ci-dessous.Chapitre Titres

GnralitsT1 Contrle visuelT2 RessuageT3 MagntoscopieT4 Courant de FoucaultT5 RadiographieT6 UltrasonsT7 Emission acoustiqueT8 La thermographie InfrarougeT9 Lanalyse vibratoire

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Introduction : Gnralits

Comme l'instrumentation scientifique, le contrle non destructif ( CND )constitue unchamp d'application privilgi des dcouvertes de la physique. Aussi l'histoire des essaisnon destructifs (END) commence-t-elle avec celle de la physique moderne la fin duXIXme sicle : dcouverte des rayons X, des courants de Foucault, de la pizolectricit,etc. Ce n'est toutefois qu' partir de la seconde guerre mondiale que les techniques du CNDont pris leur place dans l'industrie, en particulier dans la mtallurgie : contrle des aciers,radiographie des soudures. Un grand dveloppement des END s'est manifest vers lesannes 60/70 avec le dveloppement rapide de secteurs d'applications tels que le gnie descentrales lectriques nuclaires, l'aronautique civile, les gazoducs, oloducs et les plates-formes off-shore. La dernire dcennie a vu l'mergence des techniques de CND qui nepouvaient pas tre mises en uvre sans l'apport d'une lectronique intgre et d'uneinformatique puissante; on assiste alors au dveloppement rapide des contrles entirementautomatiss et l'essor des techniques gourmandes en traitement informatique, comme lescontrles optiques.

En parallle, on retrouve cette mme volution dans certaines techniques de contrlemdical telles que l'chographie, la radiographie..o les principes physiques de base sontsouvent similaires aux techniques industrielles. Le principe de la dtection d'un dfautconsiste exciter celui - ci et recueillir sa rponse. Dans toutes les mthodes employes,on peut distinguer les tapes suivantes:

- Mise en uvre d'un processusphysique nergtique,- Modulation ou altration de ceprocessus par les dfauts,- Dtection de ces modifications par uncapteur appropri,- Traitement des signaux et interprtationde l'information dlivre.Diffrents types d'nergie sont employsen pratique : nergie lectromagntique..

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On peut schmatiquement distinguer deux groupes de mthodes de dtection: Les mthodes de flux, avec une excitation et une dtection de mme nature et

pour lesquelles le dfaut introduit une perturbation de flux qui peut trereleve soit directement dans le flux transmis (radiographie) ou le fluxrediffus (ultrasons), soit par un effet de proximit (bobine de sonde courants de Foucault, flux de fuite magntique), la grande majorit desprocds du contrle non destructif se rfre ce groupe de mthodes.

Les mthodes pour lesquelles l'excitation et la dtection sont de naturesdiffrentes, chacune mettant en jeu un processus original et spcifique;l'excitation la plus employe est la sollicitation mcanique; elle conduit auxtechniques d'analyse de vibrations mcaniques ou de micro dformations(interfromtrie holographique) ou encore une technique d'missionprovoque dont la plus connue est l'mission acoustique.

ApplicationsLe contrle non destructif est capital pour des industries de fabrication qui mettent en

oeuvre o utilisent diffrents matriaux, produits et structures de toutes natures. Aujourd'hui,les champs d'application des CND ne cesse de s'tendre; ces techniques deviennent mmedes outils incontournables dans l'approche qualit.

La nature des dfauts que l'on cherche dtecter est trs variable. On recherche desdfauts technologiques ponctuels, comme ceux inhrents la fabrication et l'utilisation desmtaux (fissure de fatigue), mais aussi des dfauts d'aspect (taches sur une surface propre)et des corps trangers nuisibles (clats de verre dans un emballage alimentaire).Pour un produit donn, on peut considrer que le contrle non destructif intervient troisstades diffrents de la vie du produit, On distingue alors:

- Le contrle en cours de fabrication : Le systme utilis dans ce cas est souventautomatis ceci ncessite alors un appareillage install et fonctionnant en ligne defabrication. On cherche dans ce cas satisfaire la fois les critres de robustesse,avec la rapidit de la raction et un cot d'exploitation faible. Les dfauts recherchssont gnralement bien identifis, le fonctionnement est automatique, aboutissant un reprage ou un tri des produits dfectueux. Quand le dtecteur de dfauts ne peutpas tre install en ligne de fabrication, on utilise dans l'industrie des bancs de

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contrle correspondant bien souvent des quipements importants en taille et encot.- Le contrle la rception d'un lot de pices, d'une installation ou d'un ouvrage,permet de vrifier le respect de conformit avec des spcifications de qualit dfiniesauparavant. A ce stade, il s'agit de dtecter des dfauts mais aussi bien souvent d'endfinir la nature et les dimensions.- Le contrle en service s'effectue sur des pices ou structures lors d'oprations demaintenance ou la suite de dtection d'anomalies de comportement du matriel.Pour ce type de contrle, il convient de pouvoir estimer le mieux possible la nature etles dimensions des dfauts pour pouvoir en apprcier la gravit; il faut disposer aussid'une bonne reproductibilit des examens non destructifs, de faon pouvoir suivrel'volution du dommage au cours du temps.Les techniques de CND continueront certainement largir leurs champsd'application vers de nouveaux secteurs d'activit conomique. On constate aussique l'objectif du contrle non destructif volue en rapprochant ce domaine de celui del'instrumentation ; il ne suffit plus aujourd'hui de dtecter un dfaut, il faut aussi lecaractriser et le dimensionner ; il faut aussi imaginer des techniques et procdsnon destructifs aptes mettre en vidence des htrognits physiques complexesou des irrgularits de proprits telles que, par exemple, des variations demicrostructure dans un mtal, des variations de texture ou de rugosit sur unesurface, des variations de proprits lectromagntiques sur une bande. Cesobjectifs sont souvent difficiles atteindre, domaine, les progrs sont lents raliser.Il n'en va pas de mme pour l'automatisation des CND qui bnficie pleinement desprogrs de l'informatique ; il en rsulte l'arrive sur le march, d'anne en anne,d'appareillages plus performants, plus fiables et surtout plus faciles utiliser dans lecadre du respect de procdures de contrles trs strictes. L'volution des CND doitprendre toutefois en compte l'aspect cot, ce dernier pouvant freiner l'essor denouvelles techniques trs performantes, comme c'est le cas actuellement pour latomographie X par exemple.

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Technique N1 : Contrle visuel

Objectifs Spcifiques: Connatre le principe, les bases thoriques du contrle visuel et son instrumentation Evoquer les mthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractrisation

des mcanismes d'endommagement...) Connatre les applications industrielles et de laboratoire de la technologie (contrle

des appareils pression, dtection de corrosion, dtection de fuites, examen destructures composites...)

PrincipeL'examen visuel est le procd de contrle le plus ancien, le plus simple et le plus

gnral. L'examen visuel est aussi utilis dans l'tape finale de plusieurs autres procds decontrle non destructifs. L'examen visuel direct des pices peut constituer un contrlesuffisant pour la dtection des dfauts dbouchant en surface et surtout des htrognitlocales et superficielles (taches de diffrentes natures ) constituant des dfauts d'aspectrdhibitoires pour des produits plats du type tles, tissus, verre, etc. L'examen purementvisuel prsente toutefois des limites diffrents niveaux. Ceci justifie d'ailleurs, l'closion detoute une gamme de procds de contrle optique, dont les principaux sont dcrits plus loin.

Dans toutes les situations d'examen d'un objet, les conditions d'clairage sontessentielles pour la fiabilit du contrle optique. Il s'agit d'abord de se placer dans desconditions nergtiques, de luminosit et de longueur d'onde permettant I'il de travailleravec la meilleure acuit. Un clairement de plus de 300 lux en lumire vert - jaune 0,55

Illustration Equipement d'aide au contrle visuel

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mm est optimal. (Le LUX est l'unit de mesure pour l'clairement. Un clairement de 1 luxcorrespond l'clairement d'une surface de 1m par flux lumineux).

Il faut aussi adapter le type et l'orientation de l'clairage la nature des dfauts envue d'amliorer le contraste. L'clairage diffus, fourni par exemple par un ensemble desources lumineuses places derrire un cran dpoli, est utilis dans la recherche dedfauts varis, sans orientation dfinie. Pour dtecter facilement les dfauts du type rayuresorientes sensiblement dans la mme direction, on prfre l'utilisation d'un clairage directifassoci une observation de la surface sous un angle voisin de celui de la rflexionspculaire ( figure ci dessous ). Les dfauts prsentant un certain relief sont en gnral bienmis en vidence grce un clairage rasant.

Il faut toutefois rappeler que les outils naturels de cette technique (l'il et le cerveau)sont trs sensibles diffrents facteurs difficiles chiffrer et rpertorier comme ceuxd'ordre psychique ou physiologiques. La qualit d'observation de l'il se dgrade avec l'ge,elle est trs sensible l'tat d'esprit et l'exprience de l'observateur, elle reste limite entermes de dimension du dfaut et rend problmatique le contrle des objets en mouvement.

L'utilisation de moyens d'aide optique la vision tels qu'une loupe binoculaire, unmicroscope, un endoscope, un microscope, la tlvision, donne au contrle visuel unenouvelle dimension. Ces techniques, bnficient actuellement des moyens numriquesd'acquisition et de traitement d'images, qui leurs donnent beaucoup plus de rapidit,

Illustration Equipement d'aide au contrle visuel

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d'efficacit et de fiabilit. Ces techniques exploitent pleinement les moyens modernes del'informatique et de l'intelligence artificielle.Application

Le champ d'application concern par cette rapide volution est celui du contrleindustriel en ligne, qu'il s'agisse du contrle des produits fabriqus en continu tels que lesbandes de tle, de papier, de verre, de plastique ou du contrle de pices fabriques engrande srie, pour lesquelles on s'intresse non seulement l'absence de dfaut de surfacemais aussi celle de dfauts d'aspect ou d'irrgularits dimensionnelles ( contrle de tuiles,de boites, de pices moules, forges, usines ).

Indpendamment du contrle en fabrication, le contrle optique visuel, direct, parendoscope ou relay par un quipement de tlvision est de pratique courante dans lesoprations de maintenance telles qu'on les effectue dans les domaines de l'aronautique, dugnie nuclaire ou chimique, et dans le gnie civil.

Le contrle optique intervient enfin comme tape ultime des procds de contrledcrits par ailleurs tels que le ressuage ou la magntoscopie dont le rle n'est d'ailleurs autreque d'amliorer la lisibilit optique des petits dfauts. Il est utile aussi de rappeler que lesprincipales techniques de contrle non destructif dlivrent en fait des images qu'il faudra lireet ventuellement traiter : c'est le cas pour la radiographie ou la thermographie, mais lacartographie des dfauts devient petit petit un lment important des contrlesultrasonores ou par courants de Foucault.

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Technique N2 : Ressuage

Objectifs spcifiques: Connatre le principe, les bases thoriques du Ressuage et son instrumentation Utiliser les mthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractrisation des

mcanismes d'endommagement...) Connatre les applications industrielles et de laboratoire de la technologie (contrle


PrincipeComme l'examen visuel, le contrle par ressuage est utilis pour dceler les dfauts

qui dbouchent la surface d'une pice ou d'un assemblage par sondage, brasage ou

soudo-brasage. Le ressuage est un terme qui dsigne l'extraction d'un fluide d'une

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discontinuit dans laquelle il s'tait pralablement accumul au cours d'une oprationd'imprgnation. L'imprgnation d'une fissure par un liquide, tirant profit de ses propritstensio-superficielles, conduit, par l'intermdiaire d'un ressuage avant l'observation visuelle, un moyen de recherche de dfauts de surface qui est parmi les plus anciens, les plussimples et les plus utiliss de nos jours.

Le mcanisme de rvlation des dfauts par ressuage correspond aux trois phasesillustres sur la figure (page 10) : application du pntrant suivie d'un temps d'imprgnation,limination de l'excs du pntrant sur la surface de la pice, ressuage du pntrant pardisposition d'une couche de rvlateur sur la surface. A la suite de quoi, l'image desdfauts apparatra l'observateur dans la mesure o l'talement du pntrant sur lervlateur conduit une nette variation de couleur ou de luminance.

Il faut retenir que, dans tous les cas, les oprations sont relativement lentes, prenantchacune plusieurs minutes, de 3 30 minutes en ce qui concerne l'imprgnation des fissurespar le pntrant. Ces diffrentes variantes sont codifies dans les normes internationales etla norme NF A 09-120. L'illustration ci dessus montre la succession des oprations danschacun des procds, sachant que le contrle proprement dit doit tre prcd et suivi d'uneopration de nettoyage de la pice extrmement soigneuse.

On utilise essentiellement deux techniques de traage du pntrant en ressuage: letraage color ou le traage fluorescent; le premier implique d'utiliser un rvlateur fondblanc sur lequel on visualisera des empreintes de dfauts gnralement colors en rouge; lesecond implique un examen fait en lumire noire, dans l'obscurit, au cours duquel lesdfauts seront rvls par une fluorescence excite par un projecteur de rayons ultraviolets(UV). Ce deuxime type de procd conduit presque toujours de meilleures performancesde dtection que celles obtenues avec l'utilisation des traceurs colors, au prix toutefois deconditions d'examen optique plus contraignantes.

L'limination de l'excs de pntrant est sans doute l'opration essentielle encontrle par ressuage, car la fiabilit du rsultat va en grande partie dpendre de la bonneexcution de cette tape : une action de lavage trop forte risquera de vider les fissures deleur pntrant avant qu'il soit rvl; une action insuffisante risquera de laisser du pntrantsur la surface, en particulier si elle est rugueuse, entranant du mme coup des indicationserrones lors de l'examen. Cette limination du pntrant en excs s'effectue parmulsification et selon deux techniques, suivant que l'agent mulsifiant est incorpor l'origine dans le liquide pntrant ou que celui - ci est projet sur la pice pralablement aulavage ; on utilise dans ce cas un pntrant dit post - mulsifiant.

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Dans certains cas particuliers, les procds dcrits ci - dessus ne peuvent pas treutiliss convenablement, ou les produits courants ne conviennent pas aux conditions decontrle ou la nature des .pices contrler. On a t ainsi amen dvelopper desproduits adapts aux cas suivants : ressuage basse temprature ( infrieure 10 Cenviron ) ressuage chaud ( depuis 40 ou 50 C jusqu' 200 C environ ), correspondant des conditions que l'on rencontre en contrle en soudage multi passe et en maintenanced'installations thermiques, ressuage avec produits thixotropiques pour les contrles in situdlicats (aviation), ressuage pntrant aqueux pour le contrle des btons, descramiques, des composites, enfin ressuage avec des produits biodgradables qui, outreleur innocuit vis - - vis de l'environnement, supportent un lavage l'eau prolongconduisant une meilleure fiabilit de l'opration d'limination de l'excs de pntrant.

Les produits de ressuageLes produits de ressuage sont constitus par les pntrants, les mulsifiants et les

rvlateurs :

- Les pntrantsfont l'objet d'une classification selon la spcification amricaine MIL1 25135 rvision C; les pntrants fluorescents, qu'ils soient post - mulsion oudirectement lavables l'eau, sont plus sensibles que les pntrants colors.

- Les mulsifiants, longtemps de type lipophile base de solvants ptroliers, peuventdsormais tre approvisionns sous forme d'mulsifiants hydrophiles diluer dans l'eau,permettant ainsi un meilleur rglage de la sensibilit du contrle.

- Les rvlateurssont soit de type sec, soit de type humide, en suspension dansl'eau ou encore support organique volatil. Le choix faire dpend du type de contrle; enparticulier, on utilise toujours un rvlateur non aqueux en association avec un pntrantcolor; ce sont d'ailleurs, de loin, les rvlateurs les plus utiliss. Il existe enfin desrvlateurs pelliculaires qui permettent de garder la trace des dfauts.

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Tous ces produits de ressuage sont vendus conditionns de diverses faons et, enparticulier, sous forme de rcipients arosols pour les contrles l'unit et sur site; ils sontformuls pour satisfaire certaines spcifications, de faon ne contenir que de trs faiblesteneurs en impurets telles que le chlore, le soufre, le fluor, le sodium et le potassium.Application

A la fois simple et dlicat mettre en uvre, le ressuage s'applique tous lesmatriaux l'exception de ceux dont la structure et naturellement poreuse et il peut treconsidr comme une mthode de contrle globale. Il prsente de ce fait en dpit de seslimites un grand intrt. Le choix du procd dpend de la nature de la pice et de la naturedes dfauts recherchs : le procd color sera utilis de prfrence pour la recherche dedfauts grossiers et pour les contrles sur site; le procd fluorescent sera utilis lorsquel'on cherche une grande sensibilit et lorsque l'on effectue un travail en srie, en particuliersur chane. Les cas particuliers d'application (froid, chaleur, matriau non mtallique)obligent utiliser des techniques spciales.

Le champ d'application du ressuage est trs vaste, car le procd est simple d'emploiet permet de dtecter la plupart des dfauts dbouchant en surface sur les matriauxmtalliques non poreux, ainsi que sur les autres matriaux, condition toutefois qu'ils neragissent pas chimiquement ou physiquement (adsorption) avec le pntrant. Sa sensibilitest trs bonne, puisqu'on peut estimer obtenir, titre indicatif, une dtection fiable de dfautsde 80 mm de largeur pour 200 mm de profondeur pour un ressuage color pratiqu enatelier sur une surface usine, alors que le ressuage fluorescent conduit dans les mmesconditions une limite de dtection de l'ordre de 1mm en largeur pour 20 30 mm enprofondeur.

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Les limitations du procd de ressuage sont lies au matriau lui - mme : trop forterugosit de surface, impossibilit d'employer les produits classiques qui endommageraientsa surface. Les dfauts non dbouchant ne peuvent tre vus, de mme que les fissuresrenfermant des corps susceptibles d'interdire l'entre du pntrant tels que peinture, oxydes,produits de lubrification mal limins par nettoyage. Le procd lui - mme est relativementlent (10 45 minutes), coteux en temps et en personnel, pas facile rendre totalementautomatique, en particulier au niveau de l'limination de l'examen visuel qui reste ainsitributaire de l'acuit et de l'aptitude du contrleur. Il faut enfin prendre en compte, dans lecot du contrle, la consommation des produits de ressuage dont l'utilisation peut parailleurs amener des sujtions contraignantes vis - - vis de l'environnement, de la scurit etde l'hygine du travail (prcautions relatives aux risques d'incendie, d'explosion, d'irritationdes muqueuses, de pollution de leau).

Application de la mthode de contrle non destructif parressuage

Les Produits de ressuage: Nettoyant; Pntrant; Rvlateur

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Etape 1: Nettoyage de la surface tester avec le nettoyant.

Etape 2: Schage

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Etape 3:Application du pntrant

Etape 4: Aprs un temps de pause,limination des excs de pntrant avec un jet de pression modre.

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Etape 5: Application du rvlateur

Etape 6: Aprs un temps de pause, l'image des dfauts apparat ensurface.

Etape 7:Nettoyage final de la pice

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Technique N3 : Magntoscopie

Objectifs spcifiques: Connatre le principe, les bases thoriques du Magntoscopie et son instrumentation Utiliser les mthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractrisation des



PrincipeLa thorie des circuits magntiques indique que la prsence d'un entrefer correspond

un fort accroissement local de la rluctance du circuit et donc de la diffrence de potentielmagntique (d.p.m.), constituant ainsi un obstacle au flux magntique dont les lignes deforce doivent alors s'panouir latralement selon un flux de fuite comme l'indique la figure ci -contre. Cet effet de dispersion des lignes de flux s'exerce de mme pour un entrefer minime,dans la mesure o le rapport des rluctances entre l'entrefer et le circuit est inversementproportionnel la permabilit relative de celui - ci, soit un rapport de 600 1000 pour uncircuit ferromagntique en acier excit en de de la saturation. Cet effet de dispersion d'unflux magntique hors d'une pice ferromagntique, au droit d'une fissure dbouchant ousous - cutane (ou toute autre htrognit non ferromagntique se comportant comme unentrefer), est la base d'une gamme de procds magntiques de dtection des dfauts desurface dans les aciers dont le plus connu et le plus employ est la magntoscopie. Cesprocds magntiques diffrent entre eux principalement par le mode de mise en videncedu flux de fuite magntique correspondant la dispersion de flux dcrite ci - dessus.

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En magntoscopie, on observe visuellement une accumulation de poudre de fer oude magntite colore provoque par le flux de fuite. En Magntographie, on recueille la tracemagntique du flux de fuite sur un film, une bande ou une pte d'empreinte magntisable;les autres procds sont regroups sous le vocable dtecteur flux de fuite(magnetic leakage flux testing); il s'agit gnralement d'appareils de contrle automatique debarres et de tubes d'acier mettant en oeuvre des dtecteurs ponctuels de fluxlectromagntiques.

La premire chose noter est que le champ magntique considrer est celui quis'exerce proximit et en surface de la pice; il devra tre perpendiculaire la directionprsume des fissures recherches, sinon l'effet d'entrefer sera minimis, et mme annuls'il s'agit de directions parallles. Le contrle de l'orientation du flux magntique et de sonintensit s'effectue par la mesure du champ magntique tangentiel, l'aide d'un appareil sonde de Hall que l'on dplace sur la surface de la pice.

Pour les pices de forme complexe, on doit vrifier qu'en tout point le champmagntique atteint la fourchette de valeurs que l'on s'est fixe pour l'essai. Pour le contrlemagntoscopique, les valeurs de champ tangentiel recommandes par les nombreusesnormes et spcifications sont en fait trs tales, variant de moins de 800 12000 A/m ( 10 150 oersteds ) en fonction de la nature de la pice et de la finesse des dfauts recherchs.A titre d'exemple de choix, on peut indiquer qu'un champ d'au moins 1000 1500 A/m serasuffisant pour un contrle de dfauts notables sur des barres en acier au carbone, alorsqu'un champ d'au moins 10000 A/m sera requis pour le contrle de pices de scuritforges pour l'aronautique.

La dtection visuelle des champs de fuite magntique au droit des dfauts peuts'effectuer en observant des accumulations de limaille de fer dues aux concentrations de fluxsur la surface de la pice contrler. En pratique, on utilise des rvlateurs magntiquesspcialement adapts, constitus d'une poudre ferromagntique de granulomtrie biendfinie, et associs souvent des traceurs colorants et gnralement fluorescents souslumire noire.

Les produits, qui doivent tre rpartis uniformment sur la surface de la picependant la magntisation, se prsentent soit sous forme de poudre sche, soit beaucoupplus frquemment sous forme d'une encre magntique. Le support liquide le plus utilis estle ptrole; cependant, son emploi implique certains risques (incendie, allergie, odeur,stockage) et son rejet l'gout est interdit, c'est pourquoi on utilise parfois des encres l'eaudont le pouvoir mouillant est accru par l'ajout d'agents tensioactifs adquats ; certains types

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d'encres l'eau comportent en outre des agents anti-moussants et des inhibiteurs decorrosion.La sensibilit de dtection est lie en partie la granulomtrie des particules de fer oud'oxyde, qui doivent tre de toute faon trs homognes. Pour une recherche de trs finsdfauts, on choisira des poudres de moins de 1 mm, alors qu'on minimisera le bruit de fondlors du contrle d'une pice brute en choisissant une poudre de 50 100 mm.Les liqueurs magntiques voluent dans le temps, s'puisent et se polluent lors del'utilisation, aussi est - il ncessaire de les contrler rgulirement; la concentration desparticules est le paramtre le plus important contrler; elle se situe selon les types dervlateurs entre 0,5 et 10 g/l et s'value soit par dcantation d'un volume donn pendant untemps suffisant (plusieurs dizaines de minutes), soit, plus rapidement, par comparaison avecun rvlateur de rfrence sur une balance magntique.

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Application et limitesBien conduit, l'examen magntoscopique se rvle d'une sensibilit sans gale pour

la dtection des dfauts de surface les plus tnus sur les pices en acier et autres alliagesferromagntiques. Le procd, grce ses nombreux moyens de mise en uvre et derglage, s'adapte bien au contrle de nombreux types de pices manufactures. Larecherche par magntoscopie des dfauts sous-cutans est possible mais nettement plusdlicate, ce qui fait qu'on aura tendance prfrer ici le contrle par ultrasons, bien qu'il soitpossible de mettre en vidence par magntoscopie des htrognit non visibles par toutautre procd ; c'est le cas par exemple de la recherche d'amas inclusionnaires dans destles minces, ce contrle ne pouvant malheureusement tre effectu que sur deschantillons de faibles dimensions.

Une des faiblesses de la magntoscopie est en effet sa relativement faibleproductivit lie la dure des manutentions et de l'examen visuel des surfaces : uneautomatisation partielle ou totale est ralisable mais, en dfinitive, ce sont les procds mesure de flux de fuite qui ont permis d'envisager un contrle grand dbit des produitssidrurgiques longs de type barres, tubes ou fils. Ces procds sont trs performants,puisqu'ils permettent de dtecter des criques et lignes de profondeur suprieure 0,3 mmsur des barres brutes et de l'ordre de 0,1 mm ou parfois moins sur des produits trfils oucalibrs. C'est ainsi que ces appareils flux de fuite figurent au catalogue des principauxconstructeurs d'appareillages courant de Foucault avec lesquels ils se partagent le marchdu contrle des produits longs.

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Technique N4 : Courant de Foucault

Objectifs spcifiques: Connatre le principe, les bases thoriques du courant de Foucault et son

instrumentation Connatre les applications industrielles et de laboratoire de la technologie (contrle


PrincipeLorsque l'on place un corps conducteur dans un champ magntique variable dans le

temps ou dans l'espace, des courants induits se dveloppent en circuit ferm l'intrieur decelui - ci, ce sont les courants de Foucault (physicien franais 1819 - 1868). Ainsi, unebobine parcourue par un courant variable, alternatif par exemple, gnre de tels courantsinduits qui, crant eux - mmes un flux magntique qui s'oppose au flux gnrateur,modifient par la mme l'impdance de cette bobine. C'est l'analyse de cette variationd'impdance qui fournira les indications exploitables pour un contrle, en effet, le trajet, larpartition et l'intensit des courants de Foucault dpendent des caractristiques physiqueset gomtriques du corps considr, ainsi bien entendu que des conditions d'excitation (paramtres lectriques et gomtriques du bobinage ).

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On conoit ds lors qu'un dfaut, constituant une discontinuit lectrique venant perturber lacirculation des courants de Foucault, puisse engendrer une variation d'impdance dcelableau niveau de la bobine d'excitation (ou de tout autre bobinage situ dans le champ). Ceprincipe simple est surtout utilis pour dtecter des dfauts superficiels, dans la mesure oles courants de Foucault ont tendance se rassembler la surface des corps conducteurs(effet de peau).

Mise en oeuvreLes principaux paramtres prendre en compte pour un contrle rsultent des

considrations prcdentes et peuvent se rpartir en pratique en trois catgories.Paramtres lis au matriau sonder: outre ceux lis sa forme gomtrique

(diamtre), ce sont sa conductivit lectrique s et sa permabilit magntique m dont ilimportera de prendre en compte le niveau de stabilit le long de la pice ou d'une pice

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l'autre, toute variation locale entranant un dplacement du point de fonctionnement moyende la sonde, comme cela apparat sur la figure suivante.

Paramtres lis au montage, qui gouvernent le couplage entre la ou les bobines et lematriau:il s'agit soit du coefficient de remplissage pour les babines encerclantes, rapportentre la section de la barre et celle de la bobine; soit du lift - off, terme dsignantuniversellement la distance entre une sonde plate et la surface de la pice au dessus delaquelle elle volue. La constance de ces paramtres est aussi rechercher pour viter deseffets perturbateurs trop importants sur le point moyen de fonctionnement.

Paramtres lectriques:c'est essentiellement la frquence d'excitation de la bobine,paramtre dont on est matre et qui sera choisi en fonction des considrations prcdentes, savoir l'obtention d'un effet de peau adquat eu gard en particulier la profondeur desdfauts, et d'un point de fonctionnement sur le diagramme complexe permettant une bonnediscrimination des diffrents paramtres perturbateurs de l'impdance Z (figure ci - dessus).L'intensit de magntisation alternative, lie l'intensit lectrique envoye dans la bobine,n'est pas un facteur dterminant du contrle, dans la mesure o elle est choisiesuffisamment faible pour viter une saturation magntique qui introduirait des non - linaritsrendant inextricable l'exploitation des signaux, et suffisamment forte pour que le rapportsignal sur bruit soit convenable au niveau des amplifications et autres traitementslectroniques.

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Application1. Contrle des tubes, barres et fils

La technique de dtection des dfauts par courants de Foucault l'aide de bobinesencerclantes se trouve trs bien adapte au contrle industriel grande cadence de tous lesproduits longs mtalliques; aussi est - elle trs utilise dans les industries mtallurgiques desferreux et des non - ferreux, o l'on dtecte ainsi des dfauts superficiels de nature variesur des fils, des barres et des tubes de petits diamtres (infrieurs quelques centimtres).Une telle technique peut mettre en vidence, sur ces produits, non seulement des dfauts desant superficiels tels que criques, piqres, petites pailles, mais aussi des dfauts degomtrie, tels que des variations brusques de diamtre ou d'paisseur de paroi, deshtrognits de structure telles que des zones gros grains, etc.

Le contrle en ligne de fabrication est possible et est couramment utilis ensidrurgie, par exemple, directement en sortie de laminoirs chaud, le fil machine passant plus de 100 km/h et plus de 600C dans une bobine protge en consquence. Latechnique de la projection de phase permet en gnral de bien liminer, dans ces contrles,l'influence nfaste que produisent les vibrations du fil sur le signal utile.

Le procd sonde encerclante devient toutefois insuffisamment sensible lorsquel'on veut contrler des produits longs de gros diamtre ou lorsque l'on recherche de trspetits dfauts sur des produits bien calibrs et prsentant un bon tat de surface tels que lestirs et les trfils. On prfre dans ce cas utiliser les procds dits sondes tournantes,bass sur l'auscultation de la surface selon des pistes hlicodales; 2 ou 4 sondes pick - uptournent grande vitesse autour du produit lui - mme en dfilement lent l'intrieur du rotorde la machine. Les sondes sont constitues de petites bobines qui effleurent la surface duproduit et prsentent ainsi une grande sensibilit aux fins dfauts longitudinaux tais que leslongues criques appeles lignes dont la profondeur peut tre infrieure 100 mm.

La bonne tenue des sondes tournantes implique un bon guidage et un bon centragedu produit dans le rotor de la machine qui constitue gnralement le cur d'un banc decontrle barre par barre ; celui - ci comporte en outre un bobinage de saturationmagntique et un bobinage de dmagntisation lorsqu'il s'agit de contrles des produits enacier ferromagntique, ainsi qu'un systme de marquage des dfauts ou d'aiguillage pourliminer les barres ou tubes dfectueux. Le contrle des tubes en service est une applicationimportante du contrle par courants de Foucault, tant donn l'importance que revt lamaintenance des chaudires, des changeurs et surtout des gnrateurs de vapeur des

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ProbePipe with damage

Signalsproduced by

various amountsof corrosion

thinning.

centrales nuclaires. On sonde ici les tubes par l'intrieur en utilisant un furet pouss ettir par un cble et constitu par une ou des bobines longitudinales et concentriques autube. L'utilisation spare ou conjointe (systme multi - frquence) de frquences bienchoisies permet d'identifier les diffrents types de dfauts recherchs, fissures en paroiexterne ou interne du tube, cavit de corrosion, etc., tout en liminant les signaux parasitesdus l'environnement du tube (entretoise, renforts).

2. Contrle des surfaces planes

Le contrle des surfaces planes, en ce qui concerne la recherche de petites criques, fissuresou htrognits locales, peut tre ralis l'aide d'une sonde pick up que l'on glisse avecou sans contact, qui comporte une bobine plate souvent associe un noyauferromagntique destin concentrer et bien dfinir la zone sensible de la sonde. De trsfins dfauts peuvent tre ainsi dtects sur tout produit conducteur, toutefois, le caractreponctuel de la zone sensible oriente plus volontiers l'usage du procd vers le contrle depetites surfaces correspondant aux zones critiques dans la dgradation d'une picemcanique plutt que vers l'examen systmatique de grandes surfaces comme les tles.C'est ainsi que les courants de Foucault sont couramment utiliss pour la recherche defissures de fatigue au cours des oprations de maintenance du matriel aronautique. Lecontrle peut tre manuel mais, dans certains cas de contrle en srie, on pourra aismentautomatiser le procd en utilisant un bras manipulateur pour dplacer la sonde et un

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systme de traitement de l'information conduisant une cartographie et un archivage desrsultats du contrle.

On trouve aussi quelques applications des courants de Foucault dans le domaine desmesures dimensionnelles, l'intrt tant de disposer ainsi d'une mthode de mesure sanscontact avec la pice, ce qui n'est pas le cas en mtrologie traditionnelle ou avec lesprocds ultrasonores. On mesure ainsi des diamtres de tubes et l'on peut mettre envidence des amincissements de parois.

Notons enfin que les procds de dtection par courants de Foucault sont utiliss endehors de l'industrie dans des domaines trs varis, dont le plus connu est sans doute celuide la dtection d'objets mtalliques dans un environnement isolant. Qu'il s'agisse desdtecteurs de mines ou des appareils de scurit dans les aroports ou autres lieux publics,on base la dtection sur l'emploi de bobines de grandes dimensions susceptibles de crer un

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champ suffisamment volumineux pour tre perturb bonne distance par la prsence d'unobjet mtallique dans lequel vont se dvelopper les courants de Foucault. La mise au pointet le rglage de ces appareils prsentent les mmes subtilits et utilisent les mmesfondements thoriques que dans le cas des appareils ddis l'industrie.Performance & limitations

Les possibilits offertes par la sensibilit de dtection et l'automatisation aise ducontrle par courants de Foucault sont trs apprcies sur le plan industriel. L'absence decontact entre la sonde et la pice contrler, la possibilit de dfilement grande vitesse etla facilit d'intgration du procd dans les chanes de production donnent cette techniquede contrle un avantage certain par rapport aux autres procds.

Les courants de Foucault constituent par ailleurs un moyen de contrleexceptionnellement fidle et ce malgr la complexit des phnomnes lectromagntiquesmis en uvre et la multitude des paramtres d'action. Ce caractre d'excellentereproductibilit est trs important pour les contrles en maintenance, ainsi que pour laqualit des procdures d'talonnage du matriel. Il est possible, avec les courants deFoucault, de dtecter d'infimes htrognits de surface, toutefois cette grande sensibilitconcerne bien entendu tous les paramtres perturbateurs, ce qui fait que, pour certainesapplications, on pourra avoir du mal, malgr des rglages optimaliss de la frquence et dela phase, obtenir un rapport signal/bruit satisfaisant et donc un contrle fiable, sansfausses alarmes. Plusieurs remdes cette situation pouvaient tre utiliss : techniquesmultifrquences, saturation magntique des aciers pour minimiser l'effet perturbateur desvariations locales de la permabilit magntique, traitement du signal par filtrage ou par desprocdures plus complexes apparentes au traitement d'image. En ce sens, le contrle parcourants de Foucault bnficie pleinement des progrs constants de l'lectronique et del'informatique

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Technique N5 : Radiographie

Objectifs Spcifiques Connatre le principe, les bases thoriques du radiographie et son instrumentation Utiliser les mthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractrisation des



PrincipeL'examen de la structure ou de la sant d'un objet par radiographie consiste le faire

traverser par un rayonnement lectromagntique de trs courte longueur d'onde, commerayons X et g, et recueillir les modulations d'intensit du faisceau sous forme d'une imagesur un rcepteur appropri (un film dans les plupart des cas). Selon le mme principe, il estpossible d'obtenir des images en utilisant d'autres particules que les photons et ainsi mettreen uvre des techniques comme la neutrographie.

Mise en oeuvreLe contrle par radiographie ncessite un choix appropri du matriel, de la

procdure et des conditions d'examen. En fait, pour obtenir une image nette et contrastepour rvler les dfauts recherchs, on doit suivre certaines tapes:

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Le rayonnement, et donc la source, doit tre de puissance suffisante pour pouvoirtraverser la pice sans dgrader le contraste li au rayonnement diffus. L'intensit de cerayonnement, c'est dire l'activit de la source g ou X, sera choisie la plus grande possiblepour rduire les dures d'exposition tout en limitant le flou gomtrique.

La prise de vue doit tre dfinie en terme de conditions gomtriques, position etorientation relative de la source, de l'objet et du film. L'emploi d'un certain nombred'accessoires permet d'amliorer les rsultats par exemple : diaphragme en plomb, filtresdisposs devant ou derrire l'objet, sans oublier les crans renforateurs qui sont desconvertisseurs de rayonnement pour amliorer la sensibilit du film.

Le choix du film rsulte aussi d'un compromis entre rapidit d'impression etrsolution, en gard au type de dfaut recherch et aux conditions de prise de vue. ladtermination du temps de pose se fait en pratique l'aide d'abaques prenant en compte lesparamtres de la source et les conditions de prise de vue. L'exploitation des clichs se fait,aprs dveloppement, fixage [Fixage : procd d'insensibilisation la lumire d'une imagepar limination des sels d'argent, aprs dveloppement] et lavage, par un examen du filmpar transparence sur des botes lumires normalises, les ngatoscope, conus pour quela luminance mergeant du clich soit de l'ordre de 100 cd/m2, ce qui exige des appareilsparticuliers pour l'examen des clichs haute densit optique. La fiabilit de l'examen estlie l'acuit visuelle de l'observateur, elle-mme fonction de sa vue mais aussi desconditions optiques prsentes.

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Le contrle de la qualit des radiographies est indispensable pour pouvoir tirer desconclusions sur, la qualit de la pice elle-mme, car il permet de savoir si le clich a t prisdans de bonnes conditions, compatibles avec la sensibilit recherche pour l'examen.Plusieurs moyens peuvent tre utiliss : outre la rfrence un clich pris sur une piceidentique avec dfauts naturels ou artificiels connus, on utilise trs couramment la techniquedes indicateurs de qualit d'image I.Q.I, il s'agit d'une petite pice que l'on applique sur lemtal ct source, compose de gradins percs de petits trous de diamtres gaux auxpaisseurs rparties en progression gomtrique, selon l'I.Q.I normalis en France. Cesindicateurs fournissent une information globale qualitative sur les rsultats obtenus. Notonsenfin la ncessit imprative d'effectuer une identification et un reprage des radiogrammes l'aide de chiffres ou lettres en alliage de plomb disposs sur la pice en examen.La numrisation des radiographies permet d'accder au traitement d'images par ordinateuren vue d'accrotre les performances de l'examen des radiogrammes. On met en uvre desdensitomtres ou micro densitomtres automatiques, qui mesurent point par point la densitdu clich et transmettent ces donnes l'informatique de traitement. Les algorithmes detraitement d'image sont dsormais efficaces et nombreux ; on peut donc obtenir par cettetechnique des rsultats intressants, au prix toutefois d'un investissement important et d'unecertaine lenteur dans la lecture de clichs.Les tapes du contrle :Le contrle par radiographie ncessite un bon choix du matriel, la procdure et lesconditions dexamen. En fait, pour obtenir une image nette et contraste qui puisse bienrvler les dfauts recherchs, on doit suivre certaines tapes :

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Le rayonnement, et donc la source, doit tre de puissance suffisante pour pouvoirtraverser la pice sans dgrader le contraste li au rayonnement diffus. Lintensitde ce rayonnement, cest dire lactivit de la source g ou X, sera choisie la plusgrande possible pour rduire les dures dexposition tout en limitant le flougomtrique.La prise de vue doit tre dfinie en terme de conditions gomtriques, position etorientation relative de la source, de lobjet et du film. Lemploi dun certain nombredaccessoires permet damliorer les rsultats par exemple : diaphragme en plomb,filtres disposs devant ou derrire lobjet, sans oublier les crans renforateurs quisont des convertisseurs de rayonnement pour amliorer la sensibilit du film.Le choix du film rsulte aussi dun compromis entre rapidit dimpression etrsolution, en gard au type de dfaut recherch et aux conditions de prise de vue.La dtermination du temps de pose se fait en pratique laide dabaques prenant encompte les paramtres de la source et les conditions de prise de vue.Lexploitation des clichs se fait, aprs dveloppement, fixage et lavage, par unexamen du film par transparence sur des botes lumires normalises, lesngatoscope, conus pour que la luminance mergeant du clich soit de lordre de100 cd/m2, ce qui exige des appareils particuliers pour lexamen des clichs hautedensit optique. La fiabilit de lexamen est lie lacuit visuelle de lobservateur,elle-mme fonction de sa vue mais aussi des conditions optiques prsentes.Le contrle de la qualit des radiographies est indispensable pour pouvoir tirer desconclusions sur, la qualit de la pice elle-mme, car il permet de savoir si le clich at pris dans de bonnes conditions, compatibles avec la sensibilit recherche pourlexamen. Plusieurs moyens peuvent tre utiliss : outre la rfrence un clich prissur une pice identique avec dfauts naturels ou artificiels connus, on utilise trscouramment la technique des indicateurs de qualit dimage I.Q.I, il sagit dune petitepice que lon applique sur le mtal ct source, compose de gradins percs depetits trous de diamtres gaux aux paisseurs rparties en progressiongomtrique, selon lI.Q.I normalis en France. Ces indicateurs fournissent uneinformation globale qualitative sur les rsultats obtenus. Notons enfin la ncessitimprative deffectuer une identification et un reprage des radiogrammes laide dechiffres ou lettres en alliage de plomb disposs sur la pice en examen.La numrisation des radiographies permet daccder au traitement dimages parordinateur en vue daccrotre les performances de lexamen des radiogrammes. Onmet en uvre des densitomtres ou micro densitomtres automatiques, quimesurent point par point la densit du clich et transmettent ces donnes

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linformatique de traitement. Les algorithmes de traitement dimage sont dsormaisefficaces et nombreux ; on peut donc obtenir par cette technique des rsultatsintressants, au prix toutefois dun investissement important et dune certaine lenteurdans la lecture de clichs.

Inconvnients du contrle par radiographie Investissement relativement important Mise en oeuvre dlicate sur chantier avec tube rayons X. Limitation du contrle par les paisseurs et par le matriel utilis. Sensibilit de dtection lie l'orientation du dfaut par rapport au rayonnement

ionisant Les rgles de scurit sont rigoureuses et contraignantes Les oprateurs doivent tre trs expriments

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Technique N6 : Ultrasons

Objectifs Spcifiques Connatre le principe, les bases thoriques dultrasons et son instrumentation Utiliser les mthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractrisation des



PrincipeLe contrle par ultrasons est une mthode d'examen relativement rcente. Les

premires applications industrielles ont t ralises, titre exprimental la veille de laseconde guerre mondiale, soit vers 1935. En raison de la lente volution des matriels decontrle tributaires des progrs de l'lectronique, le dveloppement du contrle par ultrasonsn'apparut qu' partir de 1955 environ.

Depuis, cette mthode de contrle constitue un puissant outil d'investigation. Elleprsente l'heure actuelle un vaste champ d'application qui s'tend aux matriauxmtalliques, plastiques ou composites et aux milieux structure htrogne tels les btons.Cette mthode d'examen s'applique alors : aux produits mouls, aux produits forgs, auxproduits lamins (tles, rails), aux produits tirs (tubes, ronds,), aux assemblagessouds, brass ou colls.. Le contrle par ultrasons permet de dtecter des manques oudes discontinuits de la matire dans des produits l'tat d'bauche ou fini quel que soit lemode d'laboration de ceux-ci.. Toutefois, la proprit que possdent les ultrasons est de se propager sur des

distances de plusieurs dcimtres, voire de plusieurs mtres. De ce fait, il est possible dedtecter des dfauts de faible importance dans des pices dont l'paisseur n'en permettraitpas le contrle radiologique. En ce sens, le contrle par ultrasons permet de mesurer lespaisseurs de parois dont l'une des faces est inaccessible. En continuation de la gammesonore, les ultrasons correspondent des frquences oscillatoires suprieures la limited'audibilit humaine et s'tendant dans une large gamme allant de 15 kHz plus de 100MHz.

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Principe physique

Un instrument fonctionnant en mode pulsation cho consiste en un cran devisualisation, un metteur et un amplificateur, avec en gnral une alimentationindpendante. Le fonctionnement sera expliqu dune faon schmatique (schmas blocs),

sans trop dtailler llectronique des circuits. Celle ci figure sur les donnes techniquesfournies par le fabricant de lappareil en gnral. Les appareils fonctionnant en modepulsation cho associs des capteurs pizolectriques sont les types de capteur le plusrpandu en pratique de lultrason. La pulsation lectrique de lmetteur est vhicule aucapteur travers un cble. Suite quoi le transducteur fournit une onde mcanique qui sepropagera dans le corps sous preuve. A la rencontre dun changement de milieu, londe serflchit produisant un cho. Celui ci remonte au transducteur qui le traduit en impulsionlectrique. Limpulsion est ensuite amplifie et visualise.Contrle par ultrasonsLe contrle par ultrasons est une mthode de contrle non destructif permettant la dtectionde dfaut l'intrieur d'un matriau. Le contrle par ultrasons est bas sur la transmission etla rflexion d'onde de type ultrasons l'intrieur d'un matriau.

Une onde ultrasons est mise par un palpeur plac sur la surface du matriau contrler et se propage dans le matriau. Il existe des mthodes par contact (le palpeur est

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en contact avec la pice) ou par immersion (la pice et le palpeur sont immergs dans del'eau). Dans le cas de la mthode par contact, il est ncessaire d'ajouter un couplant (eau ougel) entre le palpeur et la pice pour assurer la transmission des ondes. Lorsque cesultrasons rencontrent une interface dlimitant deux milieux ayant des impdancesacoustiques diffrentes, il y a rflexion. Les ultrasons rflchis sont capts par un palpeur(qui peut tre le mme que l'metteur). Il y a cration d'un cho . Dans le cas d'une picecomportant deux surfaces, la dtection de dfaut se fait en comparant le temps mis pourfaire un aller retour dans l'paisseur de la pice et le temps mis pour la rflexion sur undfaut. D'un point de vue pratique, on utilise un cran d'oscilloscope. Les chos sontreprsents par des pics sur l'cran.Principe du contrle par ultrasons : exemple du contrle d'une tle.- L'cran de l'oscilloscope montre un pic d'entre gauche et un pic de sortie droite. Ladistance entre les deux pics correspond l'paisseur de la tle.- Le palpeur met au dessus d'un dfaut, il y apparition d'un pic correspondant au dfaut. Laposition relative du pic cr par le dfaut permet de connatre sa profondeur.

Principe physique du contrle par ultrasons : Types dondes ultrasonores :Plusieurs types dondes ultrasonores sont susceptibles de se propager dans les

milieux solides. Ces ondes se diffrencient les unes des autres par :

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o la forme et la direction des trajectoires quelles impriment aux particulesdu matriau dans lequel elles se propagent,

o la vitesse de propagation ou clrit,o la distance laquelle elles sont susceptibles de se propager dans le

matriau.On distingue quatre types dondes ultrasonores : les ondes longitudinales ou decompression, les ondes transversales ou de cisaillement, les ondes de surfaces ou deRAYLEIGH et les ondes LAMB ou de plaque.

Milieux Matriaux Ondes longitudinales(m.s-1)Ondes transversales

(m.s-1)Gazeux Air 332Liquides EauHuile

14801440

Matireplastique Plexiglass 2680 1320

Solides Mtaux

AluminiumMagnsium

TitaneZirconium

FerAcier douxAcier inox

Cuivre

64005740599046505950590057404760

31303080321023003220320031302325

Le tableau ci-dessous donne les valeurs des impdances acoustiques pour les principauxmilieux qui peuvent tre pris en considration lors des contrles industriels.

MatriauxVitesse des ondeslongitudinales en m

s-1Vitesse des ondestransversales en m

s-1Masse

volumiques( kg m-3 )

Impdanceacoustiques

( p VL )( Pa s m-3 )

AirEau

AluminiumAcier doux

330148064005900

31303200

1,205100027007850

00004.1061.48.10617.28.10646.31.106

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Dtection des dfauts :

La dtection des dfauts internes par ultrasons est trs pratique en contrle defabrication, en contrle de recette, en surveillance de structure en service ainsi quenmaintenance. Le contrle par ultrasons est une mthode de contrle original cause de saremarquable sensibilit de lchographie ultrasonore moindre discontinuit ouhtrognit interne dans les matriaux, en particulier mtallique. Toutefois, enchographie ultrasonore, le choix des paramtres de sondage et linterprtation des signauxrecueillis ne sont pas toujours aiss et requirent lintervention dun personnel spcialementqualifi.

Localisation des dfauts en profondeur : elle est aise lorsquon travaille enchographie. Il existe toutefois une zone sous la surface de couplage pour laquelle lcho dedfaut peut tre noy dans lcho dmission ou dinterface, ce qui peut rendre la fois ladtection et la localisation alatoires. La localisation en plan se fera en relation avec lerelev manuel de la position du palpeur. Des quipements daide au sondage manuel parrecopie du dplacement du palpeur permettent dsormais lutilisation des prsentations etfavorise le dpouillement et la prsentation des rsultats.

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Dimensionnement des dfauts : il prsente une proccupation lgitime du contrleuren vue de les relier des critres de nocivit technologique faisant en gnral lobjet duneprocdure normalise ou spcifique. Cest un problme dlicat auquel on peut toutefoisdonner des solutions pratiques simples. Deux cas se prsentent en thorie, selon que lechamp du palpeur est cens tre suprieur ou infrieur la dimension moyenne du dfaut.

Dans le premier cas, tout le dfaut est clair par le faisceau est lon peut relierlamplitude de lcho de retour la dimension du dfaut laide de diagrammes. Cettemthode, appele mthode AVG, est intressante mais dlicate demploi, surtout lorsque ledfaut dimensionner prsente une orientation et une morphologie trs loignes des casthoriques.Lorsque le dfaut est plus grand que le faisceau, ce que lon peut parfois volontairementobtenir en utilisant ltroit champ dun palpeur focalis, on trace son contour apparent, soiten reprant et en quantifiant le basculement entre cho de fond et cho de dfaut, soit enutilisant la rgle des 6 dB qui prend en compte un rapport entre lamplitude maximalede lcho de dfaut et celle obtenue lorsque les bords du dfaut occultent environ moiti lasection du faisceau ultrasonore.Illustrations

Etape Illustration de ltape Commentaire

01Configuration de lappareil, choixde la vitesse, de la plage demesure

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02 Etalonnage de linstrument avec unbloc normalis.

03Ajustement final des paramtrespour obtention dun bonchographe

04 Etalonnage effectu

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05 Pratique du contrle

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Technique N7 : Emission acoustique

Objectifs Spcifiques: Connatre le principe, les bases thoriques de l'Emission Acoustique et son

instrumentation Utiliser les mthodes de traitement du signal (filtrage, localisation, caractrisation des



Savoir vrifier et paramtrer une chane d'Emission Acoustique Savoir localiser une source d'Emission Acoustique Savoir optimiser la dtection d'un signal d'Emission Acoustique (filtrage)

PrincipeLorsqu'une contrainte interne ou externe est applique un matriau, l'nergie

emmagasine peut tre brutalement rduite par un rarrangement de la structure interne dumatriau. De mme, un une partie de l'nergie rayonne se propage sous la forme d'ondeslastiques transitoires. Cette nergie rayonne constitue l'mission acoustique.Dans le domaine des contrles non destructifs, l'mission acoustique s'avre une mthodequi permet de percevoir en temps rel l'apparition d'un signal rsultant d'une dcohsiondans un matriau. C'est galement une mthode de contrle caractre volumique enraison de l'mission et de la propagation des ondes lastiques.

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Proprit de lmission acoustique :L'tude des caractristiques de l'mission acoustique commence par les causes principalesqui lui donnent naissance. En fait, deux causes sont l'origine de ce phnomne :La dformation plastique du matriau :Elle est homogne dans le cas des alliages d'aluminium, ou htrogne lors desmouvements de dislocation. Cette dformation peut aussi se faire soit par un maclage dansle cas des matriaux cristallisant dans le systme hexagonal compact ou cubique centr, soitpar le fluage c'est dire glissements inter granulaires. Lorsqu'il s'agit d'une dformationplastique, l'nergie mise est de l'ordre de 10-13 10-10 joules.Les phnomnes de rupture :Ils sont en lien avec l'initiation de fissures par concentration des contraintes, ou les diffrentstypes de la rupture (ductiles, fragiles ou par fatigue). Les nergies libres par cesprocessus de rupture sont plus importantes et elles sont de l'ordre 10-6 10-4 joule.Pratiquement, on trouve d'autres causes l'origine de l'mission acoustique, on cite lesfuites d'un fluide liquide ou gazeux, les transformations de phase des matriaux mtalliqueslors d'une variation de temprature ou les phnomnes de cavitation lors de la circulationd'un fluide dans une canalisation. Par consquent, nous savons maintenant que l'missionacoustique prend la forme 'une onde sonore lastique caractre priodique. Sa frquencepeut se situer dans un trs large spectre qui s'tend du domaine audible au domaineultrasonore, soit 10 Hz < f < 30 MHz.

Dtection des sources d'mission acoustique : Pour avoir une bonne dtection dessignaux d'mission acoustique, une chane de dtection, d'acquisition et de traitementadquates s'avrent ncessaires. Cette chane comporte successivement : Un capteur : lesplus frquemment utiliss sont de type pizo-lectrique et plus prcisment des cramiquesferrolectriques comme le titanate de baryum et le titanate zirconate de plomb, puisqu'ilssont caractriss par une grande sensibilit, la possibilit d'tre tailles suivant desgomtries complexes et un faible cot. Il est important de noter que ses capteursfonctionnent en mode rsonnant dont la sensibilit est de l'ordre de 1 Volt / mbar. Leursfrquences de rsonance sont gnralement comprises entre 100 kHz et 1 MHz. Unpramplificateur des signaux acquis par le capteur dont le gain varie de 20 60 dB. Uncble de transmission reliant le pramplificateur un filtre passe-haut destin liminer les

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bruits mcaniques de l'environnement. Un second amplificateur gain variable de 20 80dB en lien avec des filtres passe-haut et passe-bande pour parfaire l'limination des bruitsparasites. Dans la phase finale, ces signaux sont conditionns pour un autre traitementpralable, citons titre d'exemple, la visualisation des rsultats, l'enregistrement ou letraitement en temps rel ou diffr.Dtection des sources d'mission acoustiquePour avoir une bonne dtection des signaux d'mission acoustique, une chane dedtection, d'acquisition et de traitement adquates s'avrent ncessaires. Cette chanecomporte successivement : Un capteur : les plus frquemment utiliss sont de type pizo-lectrique et plus prcisment des cramiques ferrolectriques comme le titanate de baryumet le titanate zirconate de plomb, puisqu'ils sont caractriss par une grande sensibilit, lapossibilit d'tre tailles suivant des gomtries complexes et un faible cot. Il est importantde noter que ses capteurs fonctionnent en mode rsonnant dont la sensibilit est de l'ordrede 1 Volt / mbar. Leurs frquences de rsonance sont gnralement comprises entre 100kHz et 1 MHz. Un pramplificateur des signaux acquis par le capteur dont le gain varie de 20 60 dB. Un cble de transmission reliant le pramplificateur un filtre passe-haut destin liminer les bruits mcaniques de l'environnement. Un second amplificateur gain variablede 20 80 dB en lien avec des filtres passe-haut et passe-bande pour parfaire l'liminationdes bruits parasites. Dans la phase finale, ces signaux sont conditionns pour un autretraitement pralable, citons titre d'exemple, la visualisation des rsultats, l'enregistrementou le traitement en temps rel ou diffr. .

Equipements danalyse

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Technique N8 : La Thermographie

Infrarouge

La thermographie infrarouge est devenue un des outils de diagnostic incontournables de lamaintenance prdictive. En effet, la plupart des dfauts se traduisent par un chauffementou un refroidissement anormal. Seule la Thermographie Infrarouge vous permet d'observerrapidement une scne thermique et de mettre en vidence, sans contact, des diffrences detempratures la surface de tout type d'objet. Ainsi, en dtectant ces anomalies, souventinvisibles l'il nu, la thermographie permet des actions correctives avant l'apparition depannes ou problmes coteux.

Les applications de la thermographieLes applications de la thermographie pour la Maintenance sont nombreuses. Dans lemonde entier des entreprises ont intgr les solutions ThermaCAM dans leurs programmesd'inspections en Maintenance Prdictive, pour l'inspection et la surveillance d'quipementlectriques BT, MT, et HT en mcaniques, sur des fours, sur des btiments. Par ailleurs, denouvelles applications de la thermographie infrarouge sont dveloppes rgulirement.EN ELECTRIQUE Les systmes de thermographie infrarouge sont couramment utiliss pour l'inspectiond'installations lectriques. Les problmes de connexions lectriques, l'origine de pannesou dysfonctionnements, sont dus une augmentation de rsistance qui entrane unelvation de temprature. L'absence de contrle des points d'chauffement peut conduire des lvations anormales de temprature avec risque d'endommagement ou d'incendie.D'autres anomalies telles que le dsquilibre de phase, l'oxydation, les dfauts de serrage,de sertissage, des cbles sous dimensionns entranent galement un chauffementanormal rapidement localis et analys par thermographie infrarouge. Ainsi, facilement,vous pourrez tablir le degr d'urgence d'intervention et planifier vos interventions etrparations.La thermographie est couramment utilise en intrieur ou en extrieur pour le contrlerapide et efficace de moteurs, de sectionneurs, de disjoncteurs, de transformateurs, desous-stations et plus gnralement de toute installation lectrique Haute, Moyenne et BasseTension.

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De plus, cette technique prsente un avantage majeur, en oprant distance et sanscontact, l'inspection se ralise sur les installations sous tension. L'oprateur ralise unbalayage rapide des quipements avec la camra infrarouge en respectant les distances descurit, sauvegarde sur une carte PCMCIA, les images numriques caractristiques dedfauts constats et de retour son bureau, procde, depuis son PC l'analyse desrsultats de l'intervention qu'il vient d'effectuer.

lectricit intrieure

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EN MEC NIQUE

Le contrle des installations mcaniques constitue une partie importante des oprations deMaintenance Prdictive dans la plupart des entreprises industrielles. Typiquement,lorsqu'une pice mcanique s'use de faon prmature une lvation de sa temprature estconstate, chauffement qui va s'accrotre rapidement et entraner une panne. Desquipements mcaniques tels que moteurs, paliers, pompes, compresseurs, poulies deconvoyeurs peuvent tre contrls par thermographie infrarouge. Manque de lubrification etdfaut d'alignement sont l'origine d'chauffements anormaux. Mme si en mcaniquel'Analyse Vibratoire sera l'outil de diagnostic principal de la Maintenance Prdictive, laThermographie est complmentaire cette technologie et a pour avantage numro un, unemesure sans contact, donc plus rapide.Dans certains cas, la Thermographie devient la seule mthode de dtection de dfauts.Ainsi, des dfauts sur des balais de collecteurs et d'armatures de moteurs lectriquespeuvent entraner des chauffements importants mais pas ncessairement de phnomnesvibratoires.

Mcanique gnrale

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EN B TIMENT

La camra infrarouge ThermaCAM est aussi un outil de diagnostic pour les btiments. Unedes applications les plus courantes est la dtection de problmes d'isolation sur les toitures.L'eau ayant une forte masse calorifique compare aux matriaux de toiture, elle conserve lachaleur du soleil plus longtemps que la toiture. Ainsi, les dfauts d'isolation peuvent trefacilement dtects avec une camra infrarouge. La ThermaCAM permet aux oprateurs demaintenance de localiser rapidement les zones humides pour une rparation efficace.D'importantes conomies sont alors ralises en rparant uniquement la zone dfectueusede la toiture.Parmi les autres applications en Btiment, nous pouvons noter la mise en vidence dedfaut d'isolation sur des faades, la dtection de ponts thermiques, dtection de fuites surdes rseaux de chauffage au sol, l'analyse de dfauts de chauffage ou de climatisation. Lestudes menes par les spcialistes du btiment, tels que l' EPFL, les diffrents centres ontmontr que la thermographie infrarouge pouvait faire raliser d'importantes conomiesd'nergie. Les entreprises de distribution et de gnration de vapeur peuvent contrler leniveau de corrosion de leurs conduites ainsi que dtecter les ventuelles fuites sur lesconduites de vapeur, les vannes et les purgeurs. Le contrle des fours est une autreapplication courante, en effet, une usure prmature du rfractaire peut tre dtectedepuis la partie extrieure du four.ECONOMIQUES

Les programmes de Maintenance Conditionnelle par thermographie permettent de localiserles points chauds bien avant leur volution vers une situation grave pour l'entreprise. Eviterles arrts de production, par des programmes de maintenance et de contrles de qualit,est un objectif que la thermographie permet d'atteindre trs vite.

A titre d'exemple, des inspections rgulires des sous-stations d'une acirie fontconomiser cette usine des dizaines de milliers de francs par an. Lors d'une inspectionpar Thermographie Infrarouge, ils ont dcouvert une importante lvation de tempraturesur l'un de leur disjoncteur 69KV. Si ce dfaut n'avait pas t mis en vidence, cela auraitcot cette socit environ 50'000.00 CHF par heure d'arrt de production.Un autre cas concret, vcu dans une grande socit industrielle, a t rvl lors d'uneinspection programme sur les installations lectriques. Une sortie de condensateur sur unestation de charge de batterie prsentait une temprature considrablement plus froide queles autres. L'analyse du dfaut suite l'enregistrement du thermogramme a dclench le

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remplacement de l'lment dfectueux. La panne ainsi vite aurait cot prs de200'000.00 francs au total.L'intgration, dans les programmes de Maintenance Prdictive, de cette technologie et denos solutions ThermaCAM permet de raliser d'importantes conomies et de rduire lestaux de pannes sur les installations industrielles.Pour les applications de contrle des quipements lectriques, mcaniques, des inspectionsbtiments ou de maintenance gnrale, la camra ThermaCAM fournit aux oprateurs demaintenance des informations thermiques prcises pour prendre les dcisions adaptes larparation des quipements, planifier le remplacement des matriels et optimiser lefonctionnement des installations.

Electronique Militaire

Militaireilitaire

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Technique N9 : ANALYSE

VIBRATOIRE

PrincipeLanalyse vibratoire est une technique de contrle non destructif employe pour

raliser, analyser l'tat des installations industrielles dans le but doprer la maintenanceprventive conditionnelle par surveillance.On pourra par exemple optimiser la conception en supprimant les frquences de rsonancequi provoquent les dformations de structure, dtecter et identifier les dfaillances dunsystme. Une analyse vibratoire ponctuelle permet galement dmettre un diagnostic surltat gnral des composants mcaniques dun quipement.La surveillance vibratoire est particulirement adapte aux machines tournantes (bote devitesse, rducteur, pompe, compresseur, ventilateur, accouplement, palier, roulements,denture, poulie).

On peut analyser les risques dus :-aux lments mcaniques dfectueux,- un mauvais alignement de deux machines accouples,-a un dfaut de dquilibrage, de rigidit de la fixation au sol dun quipement ou desa rsonance,- une usure, au manque de lubrification.

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L'objectif principal de l'analyse vibratoire est d'viter un maximum de panne. Lesroulements faisant parties des lments les plus important d'une machine tournante, lesdfauts sur ces lments seront davantage pris en considration. De plus, l'analysevibratoire permettra de mettre en vidence un grand nombre de problmes entranant unediminution de la dure de vie des lments de la machine : rsonance de structure, balourd,mauvaise fixation des roulements, tension trop leve des courroies, mauvais alignementd'une ligne d'arbre.Cas types1. Balourd statique

Imaginons un rotor parfaitement en quilibre. Ajoutons en un endroit de ce rotor unemasse M. Le rotor prsentera un dsquilibre mme l'arrt, le rotor reviendra uneposition d'quilibre. Il s'agit d'un balourd statique. Ds que le rotor sera en rotation, la masseM exercera une force radiale proportionnelle la vitesse de rotation selon la relationF=M.r.w. On mesure la force exerce par la masse M au point P1 et P2

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On voit clairement que les efforts exercs sur les deux points de mesures sont parfaitementen phase, les efforts s'exercent dans la mme direction.2. Balourd de couple

Reprenons l'exemple prcdent mais remplacement la masse M par deux massesidentiques mais dcales de 180 et places chaque extrmit du rotor.

Contrairement au balourd statique, le rotor restera en position d'quilibre l'arrt. Quand lerotor et en rotation, les 2 masses gnrent un couple.

Le signal temporel mesur sur les points P1 et P2 sera le suivant :

Les efforts aux deux points de mesures sont, comme les deux masses, dphass de 180.Les deux signaux sont en opposition de phases.

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L'analyse spectrale de ces deux types de balourd prsentera un spectre identique,l'information de phase n'est pas reprsente dans un spectre.

Pour pouvoir faire une distinction entre ces deux types de balourd, il est obligatoire de faireune analyse de phase.Lors d'un quilibrage, il est important de savoir de quel type de balourd il s'agit. Pour unbalourd statique, un plan d'quilibrage suffit alors que pour un balourd de couple il fautncessairement deux plans d'quilibrage. La combinaison de ces deux types de balourds'appelle un balourd dynamique.3. Msalignement angulaire et parallle

Pour un dlignage angulaire, on mesure un angle diffrent de 180 entre les deux axes,tandis que pour un dlignage parallle, les deux axes ne se trouvent pas dans un mmeplan.

Vibrations causes par un dlignage

De manire gnrale, un dlignage provoque un phnomne se rptant chaque tour derotation. Le signal temporel sera donc trs rptitif. Le spectre de vibration prsentera un picsitu une fois la vitesse de rotation (accompagn de quelques harmoniques).

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Un dfaut d'alignement peut avoir de consquences graves. L'arbre tournant tant trsrigide, il se cre des efforts importants qui se rpercutent dans les paliers. Ces effortsinduisent rapidement des dfauts de roulements et dans les cas les plus graves, une rupturede la cage du roulement.

Alignement ou balourd

BALOURD DELIGNAGEAmplitudes axiales faibles Amplitudes axiales importantesPoints de mesures autour du palier enphase

Points de mesures autour du palier en contrephase

Exemple

Dans l'exemple ci-dessous pris sur un palier de rouleau guide toile sur une machine papier, on remarque dans le spectre une prpondrance de l'harmonique 2 de la vitesse derotation. Le signal temporel prsente bien 2 sinusodes par tour de rotation. De plus, on peutremarquer que ce signal temporel est plutt de forme gnrale sinusodale, ce qui oriente lediagnostic vers un problme d'alignement.

Signal temporel :

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Spectre :

4- jeu / DesserragePar desserrage, on entend par exemple un manque de rigidit de montage sur une

structure. Le jeu se retrouve en gnral presque toujours dans le roulement. Il peut s'agir dejeu entre la bague extrieure et le palier, entre la bague intrieure et l'arbre ou un jeuexcessif entre les billes/galets et les cages interne et externe. Pour les paliers lisses, le jeusignifie un espace trop important entre l'arbre et le palier

En gnral, le jeu ou le desserragese traduit par un signal temporel irrgulier. Laforce excitante qui cause la vibration peut tre un balourd sur la partie tournante, mais larponse non linaire de la structure donne un signal temporel irrgulier. Mais le signaltemporel reste synchrone donc le spectre prsente des pics multiples de la vitesse derotation.

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Soit un palier dont un des boulons est desserr. Ajoutons un balourd. On peut dslors comprendre le signal temporel reprsent la figure ci-dessous.

Le spectre d'un tel signal temporel deviendra conforme la thorie vue prcdemment(Vibration priodique non harmonique). Le spectre est reprsent la figure ci-dessous maisen pratique, ce signal sera beaucoup plus complexe.

Une mesure de vibration sur une machine prsentant la combinaison d'un dlignageparallle et un dlignage angulaire produira un spectre avec des composantes importantes 1 et 2 x la vitesse de rotation. Si l'on retrouve quelques harmoniques de la vitesse de rotationd'amplitude plus faible, dlignage ou jeu? ? ?Dans ce cas, l'analyse du signal temporel peut apporter des informations importantes. Lesignal temporel dans le cas d'un desserrage sera irrgulier. Au contraire, dans le cas d'undlignage, le signal temporel sera rgulier chaque rotation de l'arbre.

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Un signal est rendu complexe cause des nombreuses harmoniques dans le spectre.JEU DLIGNAGE

Signal temporel irrgulier Signal rptitif5- Dfaut de roulement

Dfauts des bagues internes et externesSupposons un dfaut sur la piste interne ou externe d'un roulement. La frquence depassage des lments roulants sur ces dfauts est donne par :

Avec : Nb : nombre d'lments roulants ; S : vitesse de rotation del'arbre ;Bd : diamtre des lments roulants en mm ; Pd : diamtre primitif du roulement en mm

q : angle de contact en radiansAu cours de l'volution d'un dfaut, il est possible de distinguer 4 phases.

Phase 1 de dgradation d un roulement

Dans un premier temps, le dfaut prsente qu'une microcavit ou une microfissuration. Il n'ya pas encore de changement de la surface de la piste. Chaque lment en passant sur ledfaut provoque un impact dans la bague prsentant le dfaut et en excite sa frquencepropre. La bague excite vibrera sa frquence propre et les vibrations s'attnueront. Lesignal temporel d'un tel dfaut est reprsent la figure ci-dessous.

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La frquence de rsonance d'une bague se situe en gnral entre 2 et 3 kHz.L'augmentation d'nergie dans les hautes frquences ne sera pas visible dans un spectrenormal (bande de frquence de 60 100 ordres). Mais on peut quantifier cette augmentationen utilisant des paramtres spcifiques (appareil SPM, valeur GSE, valeur HFD...)


L'aggravation du dfaut se traduit par un arrachement de matire sur la piste prsentant ledfaut. Les lments roulants roulent successivement dans et hors de la cavit. Le choccr l'entre et la sortie de l'lment roulant n'excitera plus seulement les rsonances duroulement mais aussi les vibrations de la frquence BPFO ou BPFI.

Au dbut, de la dgradation du roulement, le dfaut est encore trs court. Laquantit d'nergie cause par le dfaut sera par consquent plus haute en

frquence. Cela conduit dire que le dfaut sera visible dans un spectre enacclration.


Le dfaut continuant s'aggraver, la zone d'arrachement de matire est de plus en plusimportante. Au fur et mesure que le dfaut augmente, la quantit d'nergie sera plus basseen frquence (la rpartition de l'nergie se fera sur une priode de temps plus longue). Celase traduit dans le spectre par une diminution des hautes frquences et une augmentationdes harmoniques dans les basses frquences. Ce stade de dgradation sera donc plusfacilement visible dans un spectre en vitesse.Il en va de mme pour le signal temporel. Les impacts causs par des dfauts de roulementont des frquences leves. Ces impacts, reprsents en vitesse, ont de faibles amplitudessi on les compare aux vibrations causes par un balourd. Pour ces raisons, le signaltemporel devra tre visualis en acclration si on veut dtecter des dfauts de roulement.

Phase 4 de dgradation de roulement.

Le dfaut de piste interne ou externe devient de plus en plus long. Quand le contour de labague interne ou externe est compltement dtrior, les vibrations gnrent une grande

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quantit de bruit de fond et on ne peut plus dterminer le nombre d'lments roulantspassant par le dfaut. SI le dfaut devient tellement grand que le jeu du roulementaugmente, on retrouvera dans le spectre l'image classique d'un jeu.Modulation de BPFO et BPFI

Principalement pour les dfauts de bagues internes, les vibrations du dfaut sontmodules. Ceci s'exprime dans les spectres par des bandes latrales de par et d'autre deBPFO ou BPFI. Ce phnomne peut s'expliquer de la manire suivante : le dfaut tourneavec l'arbre donc la vitesse de rotation du rotor. La charge applique sur le roulement restetoujours dans la mme direction. Ceci provoque une augmentation de l'amplitude de la forceagissant sur le dfaut et de la vibration lorsque le dfaut passe dans la zone la plus charge.Dans le cas d'un balourd, l'explication est identique, mais on peut considrer un dfaut fixe(gnralement BPFO) et une force tournante : le balourd.Le dfaut de bague interne prsente gnralement des amplitudes moins leves que ledfaut de bague externe car le signal doit traverser les billes et la cage externe avantd'arriver au capteur.

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Exemple de dfaut de bague externe

6- Dfauts sur les paliers lissesLes dfauts sur les paliers lisses ne provoquent pas

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