Contrôle non destructif par magnétoscopie

Définition et rappels

L'examen par magnétoscopie consiste à soumettre une pièce ferromagnétique à l'action

d'un champ magnétique, continu, alternatif ou redressé. Le contrôle magnétoscopique permet

de détecter des défauts débouchants (obstrués ou non) et Sous-jacents.

La magnétoscopie s’applique aux matériaux ferromagnétiques. Un matériau est dit

ferromagnétique si lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de 2400 A/m il présente une

induction d'au moins 1 tesla. On peut citer les matériaux ferromagnétique le fer; la fonte; le

nickel et le cobalt. Par contre, les aciers austénitiques, l'aluminium, le cuivre, le titane, le

magnésium, le laiton, le bronze, le plomb et leurs alliages ne sont pas ferromagnétiques.

Le champ magnétique traverse la pièce à contrôler avec l'application simultanée en

surface d'une liqueur magnétique colorée ou fluorescente constituée de traceurs comme

produit indicateur. En présence d'un défaut, les lignes de force du champ sont déviées et

accumulent la poudre magnétique au droit du défaut pour le rendre visible à l'œil nu. La

perpendicularité du défaut par rapport aux lignes du champ magnétique accentue la sensibilité

de détection du contrôle.

Un conducteur, parcouru par un courant électrique selon une direction, soumis à un

champ magnétique dirigé dans une seconde direction, présente une différence de potentiel

selon la troisième direction. Ce phénomène est connu sous le nom d'effet Hall « physicien

américain Edwin Herbert Hall».

Le ferromagnétisme est la propriété qu'ont certains corps de s'aimanter très fortement

sous l'effet d'un champ magnétique extérieur, et pour certains (les aimants, matériaux

magnétiques durs) de garder une aimantation importante même après la disparition du champ

extérieur.

𝐵 = 𝜇0(𝐻 + 𝑀)

En d'autre termes, on est parfois amené à distinguer le champ initial, du champ total, noté,

reliés l'un à l'autre par :

avec B est les champ magnétique,

μ0 la perméabilité magnétique du vide, elle vaut 4 π *10-7 H/m

H est l'excitation magnétique, notée,

M l'aimantation du milieu.

Pour un matériau ferromagnétique, la susceptibilité magnétique est très élevée.

χ= lim𝐵→0

𝑑𝑀

𝑑𝐻

L'aimantation est une fonction dépendant de nombreux paramètres, comme la

température, le champ magnétique, et même des champs magnétiques appliqués

précédemment (cycle d'Hystérésis).

Le diamagnétisme est la propriété des matériaux pour lesquels χ est négatif; elle est de

l'ordre de 10- 5 alors que les pour lesquels χ est positif mais toujours très faible : de l'ordre de

10- 3 sont appelés Paramagnétismes et on trouve aussi les ferromagnétismes qui sont des

matériaux pour lesquels χ est positif et très grand : il peut atteindre 105.

La perméabilité magnétique est la faculté d'un matériau à produire un champ

magnétique, c’est-à-dire à concentrer les lignes de flux magnétique et donc à augmenter la

valeur de l'induction magnétique. Cette valeur de l'induction magnétique dépend ainsi du

milieu dans lequel elle est produite. La canalisation du champ magnétique dans un matériau

qui est également conducteur est d'autant plus réduite que la fréquence de variation des

champs, la perméabilité et la conductivité sont élevées. Le champ magnétique et le champ

d'induction magnétique sont reliés : �⃗� = 𝜇�⃗⃗�

où µ est la perméabilité magnétique du matériau (en H.m-1 : henry/mètre).

La perméabilité magnétique du matériau (μ) s'exprime par le produit de la perméabilité

du vide (μ0, exprimée en Henry/mètre) et de la perméabilité relative (μr, sans dimension) :

μ = μ0μr

Perméabilité magnétique relative des matériaux ferromagnétiques à 20°C

Matériaux ferromagnétiques µr Tc °C

Cobalt 250 1115

Fer 10 000 770

Mu-métal 100 000 380

Nickel 600 358

Au-delà de la température de Curie Tc, les matériaux ferromagnétiques redeviennent

paramagnétiques.

Notions et mode opératoires

Les poudres magnétiques dont on utilise la coloration propre telles que spinelle de fer

de couleur grise ou granulés de fer oxydé de couleur grise ou blanche ; les poudres à grains

composites à noyau ferromagnétique, enrobé d'une pigmentation observable soit à la lumière

blanche, soit en lumière fluorescente à l'aide d'une lampe ultraviolette.

Les révélateurs qu'ils soient pulvérisés par voie sèche ou par voie humide peuvent

s'appliquer au pinceau, par arrosage, au pistolet, en bombe aérosol ou par immersion.

L'aimantation peut être obtenue par divers procédés décrits ci-après. Ces procédés ne sont pas

équivalent entre eux, ni par l'uniformité d'aimantation réalisée, ni par la profondeur de

détection, ni par l'intensité du champ magnétique.

Pour assurer la détection, quelle que soit l'orientation des discontinuités, il est nécessaire de

pratiquer au moins deux directions d'aimantation, si possible perpendiculaires.

On distingue l'aimantation longitudinale et l'aimantation circulaire ou transversale.

L’aimantation longitudinale s'obtient par aimant ; par électroaimant où bien par

solénoïde ou spires enroulées. On rencontre suivant les installations, les ondes continues,

alternatives sinusoïdales, alternatives sinusoïdales redressées, une ou deux alternances et

triphasées sinusoïdales redressées, une ou deux alternances. Il faut noter simplement que pour

détecter les défauts sous-jacents (pénétrer plus en profondeur), il faut exciter avec une onde

continue.

Après le contrôle, il est préférable de procédé à un nettoyage de la surface, et si

nécessaire, d'effectuer une désaimantation si l'aimantation peut affecter l'utilisation ultérieure.

L’aimantation longitudinale est obtenue par aimant permanant ; par électroaimant et

par solénoïde ou spires enroulées.

L’aimantation transversale ou circulaire est obtenue par passage direct de courant

Mode opératoire

Que le contrôle se fasse en lumière de jours ou dans une enceinte obscure, il est nécessaire de

procéder à quelques vérifications, on peut les résumer ainsi :

Les témoins ; on peut citer AFNOR, ASME ou BERTHOLD, il nous renseigne sur le sens du

champ magnétique.

Les mesureurs de champs, donne une idée sur l’intensité du champ avec lequel nous allons

pénétrer les pièces à inspecter, pour information, on peut citer les modèles FORSTER.

Un analyseur de champ, il permet de donner en autre l’intensité du champ et de mesurer

l’induction, il permet aussi d’effectuer l’application propre à l’effet HALL.

Les étalons permettent d’avoir une idée sur la grandeur des indications et d’apprécier leur

emplacement lors de l’inspection.

Il faut noter que les chapitres des normes relatifs aux conditions de visualisation des

indications recommande une indication minimale de 500 LUX(rapport du flux lumineux par

la surface de réception).

L’inspection peut se faire dans endroits dépourvu de lumière, on fait appel à la fluorescence,

c’est la propriété de certaines substances à émettre un rayonnement électromagnétique

lorsqu’elles sont excitées par un apport initial d’énergie. Dans ce cas on utilise les lumières

ultraviolet, les normes recommandent un spectre de longueur d’onde 365 nm.

Enfin on parlera des produits indicateur en l’occurrence les révélateurs qui sont des particules

sphériques ou de foirmes allongées de spinelle de fer ou d’oxyde de fer enrobé de produits

colorés ou fluorescents

Avantages et inconvénients de la technique

On peut dénombrer parmi les avantages u contrôle non destructif par magnétoscopie

que les défauts sous-jacents (de 1 à 2 mm à partir de la surface) sont facilement

détectables, il existe plusieurs méthodes d'aimantation, lors du contrôle ; on a une bonne

sensibilité de détection des défauts avec appréciation de leur longueur, alors que

l’investissement est relativement faible par contre en ce qui concerne les limites de la

technique on peut affirmer que la technique s’applique seulement aux matériaux

ferromagnétiques, elle est difficile à mettre en œuvre pour des pièces de grandes

dimensions ou de formes complexes, il y’a risques d'amorçage d'arc et d'échauffement des

pièces en surface au niveau des contacts électriques et des fois après inspection il est

nécessaire de démagnétiser et de nettoyer les pièces alors que de fausses indications

peuvent avoir lieu quand il existe un champ de dispersion local.