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UNE NOUVELLE APPROCHE ÉCOLOGIQUE DES CND PAR RESSUAGE ET MAGNÉTOSCOPIE – BILAN DES TECHNOLOGIES

DE SUBSTITUTION ENVISAGEABLES A NEW ECOLOGICAL APPROACH PENETRANT AND MAGNETIC

PARTICLE NDT – REVIEW OF POSSIBLE ALTERNATIVE TECHNOLOGIES

E. CRESCENZO – IXTREM ; A. PELLETIER – IXTREM ; H. WALASZEK – CETIM SENLIS ; S. MAILLARD - CETIM SENLIS;

JP. CHAMBARD – HOLO3 ; S. BITTENDIEBEL - INSTITUT DE SOUDURE

F. REVERDY – CEA LIST ; F. FAESE – IEMN DOAE ; L. CAMUS - IEMN DOAE ; F. JENOT – IEMN DOAE

RESUME L’objectif de cette publication est multiple :

Replacer la problématique des nuisances générées par les procédés de Contrôle Non Destructif tels que la magnétoscopie et le ressuage en partant des exigences environnementales imposées notamment par les Directives Européennes.

Démontrer qu’il est possible de réduire en grande partie les impacts environnementaux par une démarche « d’éco contrôleur » ou en intégrant des moyens et outils mieux adaptés.

Dresser brièvement un bilan des technologies alternatives qui pourraient être progressivement mises en application en fonction des pièces à contrôler (ondes guidées, vibrothermographie, résonance acoustique) et du degré de maturité de ces techniques.

A la suite, nous traiterons quelques exemples d’applications de ces techniques potentielles, pour certaines sans contact par ondes de surface (laser / EMAT, EMAT/EMAT) ou à couplage sec. Il s’agit de montrer le dégré de performance obtenu à ce jour pour le contrôle des tôles, des pièces de forge et de fonderie, mais principalement pour le contrôle des assemblages soudés.

The objective of this publication is multiple:

To place the issue of pollution generated by the NDT procedures such as Magnetic Particule Inspection and penetrant testing by starting to the environmental requirements imposed in particular by European Directives.

To demonstrate it is possible to largely reduce environmental impacts through a process of "eco controller" or by integrating resources and better tools.

To prepare a brief review of alternative technologies that could be progressively implemented according to the parts to be controlled (guided waves, vibrothermography, acoustic resonance) and the maturity of these techniques.

Following, we will discuss some examples of applications of these techniques, for some of them without contact using surface waves laser / EMAT, EMAT / EMAT; or dry coupling. These show the level of performance achieved to date for the testing of sheets, forgings and castings, but mainly for the control of welds (improvement the TOFD made reliable by detection of surface defects).

1. INTRODUCTION

1.1 Contexte général, objectifs du projet

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Parmi les principales techniques de CND couramment utilisées dans l’industrie, la magnétoscopie et le ressuage représentent plus de 50% du marché, la radiographie & gammagraphie environ 15% et les ultrasons 30%. La magnétoscopie et le ressuage sont des techniques très anciennes, faciles d’utilisation mais particulièrement polluantes par l’utilisation de solvant de nettoyage, de produits pénétrants colorés rouges ou fluorescents, de produits magnétiques à base aqueuse (agent mouillant, produit anticorrosion et anti-mousse) ou à base pétrolière, de peintures de contraste (magnétoscopie). Ces techniques sont aussi grosses consommatrices d’énergie (opération de séchage, énergie nécessaire à l’aimantation des pièces et à leur désaimantation) et dépensières en eau (élimination de l’excès de pénétrant avec production d’effluents). Comparativement aux installations de production, le CND accuse un retard considérable en matière de réduction de CO2 par économie d’énergie et de réduction des déchets et d’effluents. Dans un autre domaine, la radiographie et gammagraphie par films reste un problème écologique non négligeable (utilisation de sources radioactives, produits de traitement des films, recyclage des films) pour lesquelles les techniques de substitution possibles par numérisation utilisant des détecteurs sont souvent jugées à ce jour encore insuffisamment performantes pour répondre aux exigences de qualité du CND. Toutefois, la tendance actuelle est de s’orienter vers des techniques d’imagerie ultrasonore multiéléments (en particulier TOFD : Time of Flight Diffraction) qui ne permet pas une détection satisfaisante des défauts transversaux et de surface notamment pour l’examen par CND des structures soudées. Sensible à cette problématique environnementale, IXTREM s’est investi comme coordinateur et responsable scientifique de deux projets de recherche et développement :

L’un au niveau National, selon la procédure d’appel d’offre de l’ANR (Agence Nationale pour la Recherche) dont l’objectif est de développer des éco technologies de substitution par ondes ultrasonores guidées à la magnétoscopie et au ressuage, mais aussi aux techniques rayons X et γ appliquées au contrôle non destructif des assemblages soudés. L’objectif est ici de fiabiliser la détection et la caractérisation des défauts situés dans des zones proches des surfaces, i.e. dans les zones de faible détection du TOFD.

L’autre projet, d’un caractère plus global rentre dans la procédure Européenne LIFE+ qui vise à favoriser le développement de Techniques Industrielles Propres limitant la quantité de déchets, réduisant les impacts environnementaux et les effets possibles sur la santé des travailleurs.

1.2 Contexte économique, social et réglementaire

Enjeu technologique

Si ces opérations de contrôle par ressuage et magnétoscopie semblent très simples à mettre en œuvre, la phase principale de détection et d’interprétation des indications engendre des contraintes importantes :

Nécessité d’avoir du personnel qualifié avec des impositions d’une surveillance qualité importante (qualité des produits, éclairages, équipements de mesure ; certification de l’opérateur…)

Les résultats restent à l'appréciation de l'opérateur. Le facteur humain pèse fortement sur le POD (Probability of Detection), lequel est susceptible de se dégrader en cas de contraintes sur l'opérateur (conditions de travail pénibles et difficiles sous UV, cadences

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élevées, pièces de grandes dimensions ou de forme complexe nécessitant une attention permanente de l’opérateur...).

Enjeu économique

Toutes ces contraintes technologiques et environnementales génèrent des coûts importants :

Coûts de traitement des effluents, des consommables et de dépense énergétique ; Coûts générés par le personnel spécialisé compte tenu de la difficulté d’automatiser ce contrôle.

Coûts générés par la difficulté de caractérisation et d’enregistrement des défauts détectés par ressuage et magnétoscopie (ex : mise en œuvre de CND complémentaires pour dimensionner l’extension en profondeur des défauts).

Enjeu en terme d’hygiène et sécurité des travailleurs

Exposition aux vapeurs de solvant et produits organiques réputés dangereux pour la santé.

L’exposition aux champs électromagnétiques BF constituera un problème important pour la mise en œuvre des contrôles magnétoscopiques, si le niveau de seuil acceptable est maintenu par la Directive Européenne n°2004/40/CE.

Contexte des Directives Européennes

La Politique intégrée des produits (PIP) cherche à réduire l’impact des produits sur l’environnement en étudiant toutes les phases de leur cycle de vie et en engageant des actions là où elles sont le plus efficaces. L’Union européenne a des principes bien établis sur lesquels elle a fondé son approche de la gestion des déchets :

Principe de prévention : la production de déchets doit être minimisée et évitée chaque fois que possible ;

Principe de la responsabilité du producteur et du pollueur-payeur : ceux qui produisent les déchets ou qui contaminent l’environnement doivent payer le prix de leurs actes ;

Principe de précaution : il faut prévenir les problèmes potentiels ;

Principe de proximité : les déchets doivent être éliminés le plus près possible de l’endroit où ils sont produits.

La stratégie générale de l’UE en 1996 préconise une hiérarchie dans les opérations de gestion des déchets : prévention des déchets, recyclage et réutilisation, élimination finale optimale et surveillance améliorée. Les Directives Européennes associées à cette initiative environnementale sont nombreuses mais les principales sont la Directive 2005/32/EC traitant des exigences d’éco conception de produits industriels mettant l’accent sur l’ensemble des pressions environnementales industrielles (énergie, déchets, cycle de vie des produits fabriqués). La Directive 2003/87/EC dédiée à la réduction des gaz à effet de serre. Enfin, la Directive 2001/81/CE du 23/10/2001 relative aux plafonds d’émission nationaux de certains polluants atmosphériques. Au niveau national, pour en savoir plus sur les exigences réglementaires, nous préconisons de ce rendre sur le site de l’ADEME (www.ademe.fr) et du Ministère de l’Environnement (www.developpement-durable.gouv.fr).

1.3 Démarche et objectifs à atteindre La démarche d’un projet ANR est différente de celle d’un projet LIFE+ par leurs prérogatives et objectifs respectifs.

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Dans le projet ANR ECO CND, il s’agit de développer des nouvelles technologies basées sur l’utilisation des ondes guidées de surface et de plaque (Lamb et SH). Dans le projet Européen LIFE+, GREEN TESTING la démarche est double :

Dresser un inventaire des bonnes pratiques et des nouveaux moyens existants pour réduire de façon significative les impacts environnementaux des techniques par ressuage et magnétoscopie, exemple : nouveaux produits pénétrants, nettoyants, système de traitement des eaux usées, gestion informatisée des lignes de contrôle…

Développer des démonstrateurs ayant trait à de nouvelles technologies comme celles qui seront développées dans le projet ECO CND ou en cours de validation dans nos laboratoires comme la vibrothermographie et la résonance acoustique haute fréquence (spectroscopie ultrasonore).

Les principaux objectifs quantitatifs que nous nous sommes assignés d’atteindre au travers de ces deux programmes sont les suivants :

Démontrer que l’on peut atteindre une réduction moyenne de 20% de la consommation énergétique nécessaire à la mise en oeuvre de ces deux procédés de CND par une meilleure maîtrise des équipements et paramètres de mise en œuvre associée à une démarche écologiquement plus responsable des opérateurs ; et jusqu’à 90% en s’appuyant sur la mise en œuvre de technologies alternatives comme les ondes ultrasonores guidées, la spectroscopie par résonance acoustique ou les techniques par thermographie.

Associé à cet objectif énergétique, une réduction de 20 à 30% des déchets générés (emballages vides, chiffons, papiers…) et des produits chimiques utilisés semble tout à fait réaliste.

1.4 Quelques rappels concernant les technologies alternatives au contrôle par ressuage et magnétoscopie développées dans le cadre de ces deux projets

Les principales techniques candidates au remplacement de la magnétoscopie et du ressuage sont :

a) Les techniques acoustique et ultrasonore

a1) Les techniques vibratoires par analyse de la résonance acoustique basse et moyenne fréquence.

Ces techniques qui consistent à exciter une pièce par un choc en utilisant un matériau prévu à cet effet ou tout autre moyen mécanique approprié, consistent à analyser la réponse vibratoire qui en résulte à l’aide d’accéléromètres, microphones, vibromètres laser. Ces techniques sont de plus en plus utilisées pour les contrôles de pièces de forme complexe, métalliques ou pas où l’on ne recherche pas des défauts de trop petites tailles. Ces techniques sont d’ailleurs bien appropriées pour le contrôle de matériaux de forme et structure complexe voire très hétérogène et/ou pas toujours faciles à contrôler par les techniques CND classiques, exemple : contrôle de matériaux réfractaires, des composants électriques comme des ferrites utilisés dans l’industrie électronique.

a2) Les techniques à résonance haute fréquence Ces techniques étaient utilisées il y a plusieurs années pour déterminer le module d’élasticité des matériaux ainsi que leur coefficient d’amortissement à différentes fréquences. Bien qu’extrêmement sensibles, ces techniques sont toujours restées principalement au stade de laboratoire car ce type de mesure nécessite de travailler selon des modes de vibration libres

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obligeant de suspendre les pièces à des fils, et d’utiliser des techniques de mesure sans contact basées sur le principe de la force de Lorentz, c'est-à-dire en quelque sorte la technique EMAT. La capacité d’amortissement est affectée par l’amplitude des contraintes, la fréquence de vibration, la température, la composition structurale, la taille de grain, le vieillissement des matériaux mais aussi la présence de défaut. En effet, toute inhomogénéité augmente la capacité d’amortissement puisque l’énergie est dissipée à l’endroit du défaut, soit comme résultat d’une concentration de contraintes, soit à cause de l’effet de friction interne (la friction interne caractérise l’énergie convertie en chaleur lorsqu’un spécimen solide est mis en vibration). On comprend aisément que l’analyse fréquentielle haute fréquence dans le domaine ultrasonore sera une technique très sensible si l’on dispose de moyens technologiques appropriés d’excitation et de mesure sans contact, ce qui est aujourd’hui envisageable pour un coût acceptable : technique d’excitation par EMAT, détection en retour par interférométrie optique ou EMAT.

a3) Les techniques CND par ondes guidées haute fréquence L’utilisation des ondes ultrasonores guidées apparaît comme étant la technique la plus prometteuse pour relever ce challenge car cette technologie présente l’avantage par rapport à celles mentionnées ci-avant de pouvoir détecter et caractériser dimensionnellement à la fois des défauts de surface et sous peau (plusieurs mm en fonction de la fréquence des transducteurs utilisés) y compris en extension en profondeur. L’utilisation des ondes de plaques (Lamb et SH) permet également de détecter de façon fiable les défauts dans toute l’épaisseur du matériau sans avoir recours à des techniques de contrôles complexes et onéreuses de mise en œuvre comme la technique phased array. La complémentarité de cette technique avec le TOFD est une piste intéressante puisque les processus d’interaction onde / défaut mis en jeu sont différents et conduisent donc à obtenir des images différentes en présence de défauts. La sensibilité de cette méthode sera à évaluer par rapport aux techniques « classiques ».

b) Les techniques optiques Les techniques optiques se répartissent en un certain nombre de familles de technologie qui seront sommairement décrites ci-après.

b1) Les techniques optiques de surface Dans cette catégorie, l’on regroupe les techniques de vision par caméra, de mesure profilométrique par triangulation laser ou d’extinction de lumière réfléchie à la surface d’une pièce présentant de défauts relativement ouverts. A cette famille de technologie, on peut également intégrer les techniques interférométriques en lumière structurée et la shearographie (interférométrie de speckle) bien adaptée aux matériaux composites et qui est utilisée de façon routinière dans l’industrie aéronautique. Pour rappel, la shearographie est une technique qui permet de mesurer un champ de déplacement (ou plutôt sa dérivée spatiale dans une direction de ce champ de déplacement). Associée à une excitation de type thermique ou contrainte mécanique (effet de dépression par exemple pour le contrôle des matériaux composites), elle permet de relever des défauts de surface et internes (ou plutôt proche de la surface) par modification de l’état de contrainte dû à la présence d’un défaut.

b2) Les techniques thermographiques

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Dans le cadre du projet GREEN TESTING, nous nous intéressons principalement aux techniques combinées à l’imagerie IR. PRINCIPES DES TECHNIQUES COMBINEES A L’IMAGERIE INFRAROUGE Les principaux moyens de stimulation thermique pour permettre un examen CND par thermographie sont les suivants :

a) Système de chauffage surfacique entretenu utilisant des lampes halogènes alimentées en puissance et modulées en fréquence par l’intermédiaire d’un générateur de fonction approprié.

b) Excitation par projection d’air chaud à l’aide d’un pistolet ou rampe. Cette technique

est tout à fait envisageable pour l’expertise locale de zone. Par contre, cette technique ne peut pas être utilisée en mode thermographie lock-in mais en analyse temporelle des images thermiques obtenues en cours de chauffage ou refroidissement.

c) Un système de chauffage surfacique de type « flash » permettant de libérer une

énergie très importante de l’ordre de 3kJ en quelques millisecondes. Ce système ne permet pas de chauffer de grande surface « par tir » mais la faible durée de chaque contrôle et la cadence de répétition des tirs permet de réduire les temps de contrôle comparativement à la thermographie en régime entretenue à condition de se limiter à la détection de défauts de surface ou proche de la surface. La thermographie pulsée doit être utilisée avec beaucoup de précaution pour éviter la destruction des matériaux contrôlés compte tenu de l’énergie mis en œuvre.

d) Excitation par Courants de Foucault, cette technique est particulièrement bien

adaptée aux contrôles de matériaux conducteurs de l’électricité et présente donc un intérêt pour l’examen des pièces métalliques.

e) Excitation vibratoire par transducteur ultrasons de puissance ou pot vibrant. On parle

alors de vibrothermographie. Cette technique est intéressante car le moyen d’excitation peut être commun avec la shearographie.

PRINCIPE DE BASE DE LA VIBROTHERMOGRAPHIE STIMULEE PAR ULTRASONS La vibrothermographie (VT) consiste à propager des ondes mécaniques ultrasonores dans la pièce à contrôler. Celles-ci vont créer des échauffements localisés au niveau des défauts. En effet, les ondes ultrasonores se propagent librement dans un matériau homogène alors qu'un défaut interne va produire une combinaison complexe d'absorption, atténuation, diffusion, dispersion dans les ondes, qui vont principalement se manifester sous la forme de chaleur. Un défaut se matérialise ainsi généralement par une zone de friction ou une zone non élastique. Une caméra infrarouge dirigée vers l'une des surfaces de l'échantillon va capturer la signature thermique du défaut. La vibrothermographie permet la détection de défauts de surface ou de défauts dans la profondeur de la structure des matériaux, tels qu’un délaminage. Elle est moins sensible à la température ambiante et elle offre une bonne localisation et caractérisation des défauts.

2. DESCRIPTION DES TRAVAUX REALISES

2.1 Recherche en voies d’amélioration dans la mise en œuvre des techniques actuelles

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Ci-après, nous proposons de donner au lecteur un certain nombre d’informations et solutions techniques lui permettant d’améliorer la qualité environnementale des contrôles par ressuage et par magnétoscopie. Gérer l’environnement au quotidien : Au-delà du respect de la réglementation, l’entreprise doit s’investir dans une politique de protection de l’environnement volontariste. Par exemple, il est préconisé de mettre en place un système de management environnemental (SME) fondé sur la norme ISO 14001. Des outils existent pour permettre aux entreprises de mieux gérer l’environnement au quotidien comme par exemple la méthode pour établir un bilan carbone (ADEME) ; EMAS « easy » ; les guides pratiques proposés par le CCI, l’ADEME, le Ministère de l’Environnement… Dans le cadre du projet LIFE+ GREEN TESTING, le CETIM aura en charge avec IXTREM de répertorier ces moyens et documents, d’en étudier les possibilités d’adaptation à la thématique CND par ressuage et magnétoscopie. Réduire les émissions atmosphériques : Il s’agit, entre autre de réduire la consommation de solvant utilisé pour le nettoyage des pièces à l’origine d’émissions de composés organiques volatils (COV). Plusieurs solutions ont déjà été répertoriées :

Réduction de la consommation : utilisation de fontaine de dégraissage avec recyclage des effluents.

Faire connaître les bons gestes aux opérateurs (ex : éviter de laisser s’évaporer inutilement les solvants dans l’air).

Répertorier des produits de nettoyage plus écologiques. Réduire les consommations d’énergie et les émissions de GES (Gaz à effet de serre). Des premiers audits réalisés sur les sites clients montrent que d’importantes économies d’énergie peuvent être réalisées, par exemple par l’utilisation d’équipements de séchage de pièces plus écologiques, en assurant une maintenance plus régulière des bancs et matériels de contrôle par magnétoscopie (échauffement des câbles dues aux mauvais contacts électriques pour le passage de courant dans la pièces ; nettoyage des filtres…) ; en adaptant la puissance du générateur de courant à son application (éviter d’utiliser un générateur surdimensionné pour des applications où un simple générateur portable de 1 000 ou 2 000 A convient parfaitement, pour éviter une perte d’énergie électrique dans les Thyristors servant au réglage du courant magnétisant). Les techniques d’aimantation globales : [1] à [4] Pour les grosses pièces de forge ou de fonderie, nous avons développé deux types de technologies : la magnétisation globale par source de courant pulsée (de 3000A à 30000A), et la magnétisation avec des générateurs à forme d’onde reconstituée. L’avantage de la source d’aimantation pulsée est de réduire considérablement la consommation d’énergie et bien évidemment la taille et l’encombrement des générateurs de courant. Par contre, la cadence d’aimantation est moindre car il est nécessaire de recharger les condensateurs entre leurs séquences d’aimantation. Ceci est la raison pour laquelle nous lui préférons les générateurs à forme d’onde reconstituée. De plus, ce type de générateur présente l’avantage de réduire notablement l’exposition aux rayonnements électromagnétiques des opérateurs (à basse fréquence, le seuil de déclenchement d’action pour sécuriser l’opérateur est relevé et ceci de façon inversement proportionnel à la fréquence).

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Les gains en économie d’énergie, de temps de contrôle et en consommables obtenus par une aimantation globale sont considérables comparativement à un contrôle classique à l’électroaimant ou avec une paire d’électrodes. Ce gain est proportionnel à la surface totale de contrôle et se traduit comme étant :

o Un gain en temps de contrôle par m² inspecté : minimum facteur 10 o Un gain en énergie par m² : minimum facteur 4 o Un gain en consommables et déchets par m² : 30% à 40% selon les

opérateurs.

Remplacer les contrôles par courant électrique redressé une ou deux alternances voir continu par du courant électrique basse fréquence est écologiquement et techniquement préférable ; et ceci pour plusieurs raisons. Le choix de la fréquence permet d’optimiser la détectabilité des défauts en profondeur (effet de concentration des lignes de champ magnétique par effet de peau en fonction de la fréquence utilisée) ; il est beaucoup plus facile de désaimanter les pièces à la suite. De plus, avec des générateurs à forme d’onde reconstituée la consommation électrique est moindre et équilibrée sur les trois phases ; par ailleurs le cos φ est proche de 1

La basse fréquence permet d’augmenter la détectabilité des défauts en profondeur, mais réduit la consommation d’énergie réactive.

Figure 1 - Outillage permettant le passage de courant électrique dans la pièce de façon simple et plus rapide

Figure 2 - Armoire générateur à forme d’onde reconstituée

Figure 3 - Cale de référence déposée à la surface de la

pièce à contrôler

Figure 4 - Réponse obtenue avec un générateur standard monophasé 50Hz – Tension de sortie 5,55V – I=150A ;

P=877VA

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Préserver l’eau : L’eau est un élément à protéger à double titre : en raison de sa rareté, en particulier dans certaines régions, et de sa sensibilité aux effluents toxiques qui peut entraîner de graves dégradations du milieu. Fort heureusement, les industriels ont tendance à s’équiper en station de traitement des eaux usées notamment pour les installations de contrôle par ressuage semi-automatiques et automatiques mais leur coût peut rester dissuasif pour des nombreuses PME & PMI. Les fabricants commencent à proposer des pénétrants biodégradables ou à base aqueuse mais au niveau de la législation Européenne cela ne signifie pas pour autant qu’il soit possible de les rejeter directement sans opérer un traitement préalable. On ne serait trop recommander pour le contrôle des petites pièces, de privilégier la technique du trempé qui évite l’utilisation de bombes aérosol suivi d’un égouttage et de l’élimination de l’excès de pénétrant par pulvérisation ou en immergeant les pièces dans un bac muni d’un système de brassage d’eau couplé à une station de recyclage des eaux usées travaillant en circuit fermé.

Enfin, nous nous intéressons également à de nouveaux procédés de séparation de la phase organique (pénétrant), de l’eau autre que le charbon actif (ex : remplacement du charbon actif par des zéolithes ; séparation membranaire ; capture des molécules organiques sur des billes magnétiques puis séparation magnétique de la phase organique et de la phase aqueuse).

Figure 6 - Exemple de station compact de ressuage pour le contrôle de petite pièce

Documentation JOHNSON & ALLEN

Figure 7 - Exemple de station de traitement des eaux économique par charbon actif

Documentation JOHNSON & ALLEN

Figure 5 - Réponse obtenue avec un générateur d’un nouveau type – Tension de

sortie 3V – I=150A ; P=495VA

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En magnétoscopie, sans faire l’unanimité, beaucoup d’utilisateurs récupèrent les produits de magnétoscopie après pulvérisation sur les pièces ; notamment sur les bancs de magnétoscopie. La concentration en particules magnétiques des solutions recyclées est alors ajustée périodiquement dans le temps par ajout de doses de concentration en liqueur magnétique neuve. L’utilisation de produits magnétoscopiques à base pétrolière diminue au profit des produits de magnétoscopie à base aqueuse grâce aux progrès réalisés dans le domaine de la chimie des additifs anti-corrosion. Réduire et valoriser les déchets : Les déchets générés par les opérations de contrôle par magnétoscopie et ressuage sont assez conséquents. Ce sont principalement des chiffons et papiers absorbants utilisés durant les opérations de nettoyage et d’élimination de l’excès de pénétrant, mais aussi principalement les emballages vides de bombes aérosols. C’est d’ailleurs pour cela que nous nous intéressons à tester les performances de plusieurs systèmes d’application en couche fine des produits pénétrants et révélateurs. Nous n’excluons pas non plus la possibilité de développer de nouveaux produits pénétrants réutilisable après séparation de l’émulsion pénétrant / eau.

2.2 Recherche de solutions alternatives Depuis ces dernières années, il faut noter que les courants de Foucault et les ultrasons gagnent régulièrement des parts de marché ces dernières années notamment pour le contrôle des pièces à géométrie de révolution. L’intérêt de ces techniques étant d’assurer une grande reproductibilité des contrôles et une réduction des coûts de contrôle significative par l’automatisation ; ceci est d’autant plus vrai que pour certaines pièces, seules des parties de surface jugées critiques sont à contrôler. D’autres solutions techniques moins connues comme celles mentionnées ci-avant : vibrothermographie, résonance acoustique HF, thermographie couplée à une source d’excitation RF… progressent et leur niveau de sensibilité peut être suffisant aujourd’hui pour répondre à certains besoins de contrôle. Nous nous donnons donc pour principal objectif de valider actuellement les performances des techniques identifiées, de préciser leur domaine d’application, d’étudier des améliorations qui permettront d’étendre leur champ d’utilisation. Bien évidemment, nous sommes conscients que, dans l’immédiat, ces nouvelles technologies ne pourront pas constituer des solutions totalement alternatives aux procédés de contrôle par magnétoscope et par ressuage. Le programme de travail du projet LIFE + GREEN TESTING est le suivant : a) Réaliser un ensemble de bancs de mesure pour expérimenter les performances sur

des pièces de forge, fonderie, assemblages soudées et ceci pour différents secteurs industriels : automobile, nucléaire, aéronautique, pétrole, ferroviaire… Plusieurs industriels seront invités à participer à ces tests pour réaliser une comparaison avec les spécifications de contrôle actuellement mises en œuvre dans leurs ateliers de production et sites de maintenance. A ce titre, il est prévu de réaliser :

Un banc de test par ondes ultrasonores guidées qui se déclinera en plusieurs versions : contrôle par ondes ultrasonores de surface « piézo / piézo » ; « EMAT / EMAT » ; « laser / EMAT ».

Un banc de test par résonance acoustique basse, moyenne, haute fréquence utilisant une batterie de détecteur adapté à des gammes de fréquence allant de quelques KHz à plusieurs MHz (accéléromètres, microphone, vibromètres laser, transducteurs EMAT).

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Un banc de tests par thermographie utilisant différentes sources d’excitation de chaleur (soufflage d’air chaud, laser, induction électromagnétique) et d’excitation ultrasonore BF.

3. RESULTATS Ces projets de recherche ont démarré pour l’un en 2010 et le second début 2011. Nous présentons donc ici les premiers résultats concernant les techniques alternatives au ressuage et à la magnétoscopie. Concernant l’application des ondes guidées par ondes de Rayleigh et de Lamb gamme de fréquence 1-10MHz, le CEA LIST a pris en charge la modélisation des transducteurs EMAT et l’interaction onde de surface / défaut ; le DOAE Valenciennes quant à lui à étudier la modélisation de la génération d’ultrasons par laser. Ci-après, nous joignons quelques résultats du CEA LIST et de l’IEMN-DOAE concernant leurs travaux expérimentaux et de modélisation.

Figure 8 – Principe de la modélisation des transducteurs EMAT

Figure 9 – Comparaison Modélisation – Expérimentation pour des ondes volumiques qui confirme les

performances des modèles utilisés

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2l = 0,5 mm => 1/2= 180° 2l = 5 mm => 1/2= 6,7°

Figure 10 – Exemple de résultats de modélisation concernant la directivité des

ondes de Rayleigh générées par différentes formes d’impact laser

Ci-joint quelques résultats obtenus sur des pièces avec des défauts naturels après réalisation de nouveaux transducteurs piézoélectriques et EMAT s’appuyant sur ces différents travaux de modélisation :

0.2

0.4

0.6

0.8

1

30

210

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240

90

270

120

300

150

330

180 02l 0.2

0.4

0.6

0.8

1

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240

90

270

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150

330

180 02l

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Contrôle par ondes de surface en utilisant un

transducteur piézocomposite à couplage secSignal de la fissure longitudinale obtenue avec un transducteur

piézocomposite à couplage sec

Contrôle US en ondes de Lamb Signal de la fissure obtenue avec un transducteur à ondes de Lamb

Figure 11 – Exemples de résultats obtenus

D’autres travaux de caractérisation de ces transducteurs ont permis de valider que le seuil de détection atteint semble comparable à la sensiblité du contrôle par magnétoscopie et par ressuage. Dans le domaine de la thermographie, nous avons mis en place un premier banc d’essai permettant de réaliser des tests de performances utilisant différents types de caméras thermographiques existant sur le marché (gamme spectrale, taille et nombre de pixels, logiciels de traitement d’images associés). Nous présentons ci-après des premiers résultats obtenus pour la détection d’une fissure sur une pièce en acier carbone. Figure 12 – Type de pièce servant de Figure 13 – Exemple de caméra utilisée référence : Echantillons de pipe en acier carbone avec fissures

14

Ces

Figure 14 – Réponse thermique par transmission de chaleur dans l’épaisseur

Figure 15 – Réponse Thermique par sources de chaleur linéique appliquée

sur la face d’examen

Figure 16 - Excitation électromagnétique BF 50 Hz

Information correspondant à l’amorce de crique

Figure 17 - Détection d’une amorce de fissure sur un carter de boîte de vitesse par

vibrothermographie [5]

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premiers travaux sont encourageants mais nous ont montré qu’il y a un certain nombre de difficultés à surmonter pour le contrôle des matériaux métalliques. Devant le large éventail de matériel disponible (pour des coûts allant de quelques k€ à ~100k€), il est ainsi judicieux de bien choisir sa caméra en fonction des applications visées. De même, il est nécessaire de bien maîtriser l’excitation de la pièce et le traitement d’images à réaliser pour améliorer la qualité des résultats malgré l’influence de certains paramètres tels que les variations locales d’émissivité.

4. CONCLUSIONS Bien que les industriels soient de plus en plus attentifs à rendre leur CND plus respectueux de l’environnement, il reste néanmoins un gros travail d’informations à faire auprès des utilisateurs. Par ailleurs, un travail collaboratif avec les industriels de différents secteurs en s’appuyant sur les moyens d’assistance et de conseil du CETIM auprès des entreprises constitue d’une phase essentielle de cette démarche. Il est intéressant de noter que nous disposons d’un large panel de techniques alternatives au ressuage et à la magnétoscopie. Certaines techniques sont d’ailleurs utilisées actuellement dans l’industrie pour des applications bien ciblées comme par exemple la vibrothermographie. La technique ultrasonore par ondes de Rayleigh s’avère être une technique extrêmement performante pour la détection de défauts dans les assemblages soudées, de plus elle présente l’avantage d’être rapide d’éxécution. La mise en œuvre possible par des techniques sans contact laser / EMAT et EMAT / EMAT constitue un plus pour l’automatisation aisée des contrôles.

Références bibliographiques [1] Site IXTREM www.ixtrem.fr – Logique d’accès : Produits – Contrôle Non Destructif –

Techniques CND Conventionnelles – Magnétoscopie – Magnétisation sans contact par champ magnétique tournant.

[2] E. CRESCENZO (IXTREM) - "Automatisation du contrôle magnétoscopique" - Conferenza Nazionale sulle Prove non Distructive Monitoraggio Diagnostica - Ferrara Octobre 1993

[3] E. CRESCENZO (IXTREM) - "La magnétoscopie par champ magnétique tournant (technologie à puits vertical)" - Congrès COFREND Reims du 24 au 26 avril 2001

[4] E. CRESCENZO (IXTREM) ; A. PELLETIER (IXTREM) - " Intégrer les exigences de l’environnement pour une mise en œuvre écologique des contrôles non destructifs" – MATERIAUX 2010 – 18-22 Octobre 2010 Nantes

[5] S. MAILLARD (CETIM), J. CADITH (CETIM), H. WALASZEK (CETIM), DILLENZ A. (edevis), J.L. BODNAR (URCA) – "La thermographie infrarouge stimulée, vers une nouvelle technique de contrôle sur les lignes de production ? " – Congrès COFREND 2008, Toulouse

Remerciements Les travaux en cours bénéficient à la fois d’un financement ANR (www.agence-nationale-recherche.fr) pour le développement des techniques par ondes guidées ultrasonores et LIFE+ (http://ec.europa.eu/environment/life/.../lifeplus.htm) pour la réalisation de démonstrateurs industriels et la mise en place d’actions de sensibilisation aux CND propres.