L'ABC de l'examen des soudures non destructives
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Une compréhension des avantages et des inconvénients de chaque forme d'examen non destructif peut vous aider à choisir la meilleure méthode pour votre application.

La philosophie qui guide souvent la fabrication d'assemblages et de structures soudés est «d'assurer la qualité de la soudure». Cependant, le terme «qualité de soudure» est relatif. L'application détermine ce qui est bon ou mauvais. En général, toute soudure est de bonne qualité si elle répond aux exigences d'aspect et continuera indéfiniment à faire le travail pour lequel elle est prévue. La première étape pour garantir la qualité de la soudure consiste à déterminer le degré requis par l'application. Une norme doit être établie en fonction des exigences du service.

Les normes conçues pour conférer la qualité de la soudure peuvent différer d'un travail à l'autre, mais l'utilisation de techniques de soudage appropriées peut fournir l'assurance que les normes applicables sont respectées. Quel que soit le niveau de qualité, toutes les soudures doivent être inspectées, même si l'inspection n'implique rien de plus que le soudeur s'occupant de son propre travail après chaque passe de soudure. Un bel aspect de la surface de soudure est souvent considéré comme le signe d'une soudure de haute qualité. Cependant, l'apparence de la surface à elle seule n'assure pas une bonne exécution ou une qualité interne.

Les méthodes d'inspection non destructives (NDE) permettent de vérifier en permanence la conformité aux normes en examinant la surface et le sous-sol de la soudure et du matériau de base environnant. Cinq méthodes de base sont couramment utilisées pour examiner les soudures finies: visuelle, ressuage liquide, particule magnétique, ultrasons et radiographique (rayons X). L'utilisation croissante de l'informatisation avec certaines méthodes apporte une amélioration supplémentaire de l'image et permet une visualisation en temps réel ou presque en temps réel, des inspections comparatives et des capacités d'archivage. Un examen de chaque méthode aidera à décider quel processus ou combinaison de processus utiliser pour un travail spécifique et à effectuer l'examen le plus efficacement.

Inspection visuelle (VT)
L'inspection visuelle est souvent la méthode la plus rentable, mais elle doit avoir lieu avant, pendant et après le soudage. De nombreuses normes exigent son utilisation avant d'autres méthodes, car il ne sert à rien de soumettre une soudure manifestement mauvaise à des techniques d'inspection sophistiquées. La norme ANSI / AWS D1.1, Code de soudage structurel - acier, stipule que "les soudures soumises à un examen non destructif doivent avoir été jugées acceptables par inspection visuelle." L'inspection visuelle nécessite peu d'équipement. Outre une bonne vue et une lumière suffisante, il suffit d'une règle de poche, d'une jauge de taille de soudure, d'une loupe et éventuellement d'un bord droit et d'un carré pour vérifier la rectitude, l'alignement et la perpendicularité.

Avant le premier arc de soudage, les matériaux doivent être examinés pour voir s'ils répondent aux spécifications de qualité, de type, de taille, de propreté et d'absence de défauts. La graisse, la peinture, l'huile, le film d'oxyde ou le tartre épais doivent être éliminés. Les pièces à assembler doivent être vérifiées pour la planéité, la rectitude et la précision dimensionnelle. De même, l'alignement, l'aménagement et la préparation des joints doivent être examinés. Enfin, les variables de processus et de procédure doivent être vérifiées, y compris la taille et le type d'électrode, les réglages de l'équipement et les dispositions pour le préchauffage ou le postchauffage. Toutes ces précautions s'appliquent quelle que soit la méthode d'inspection utilisée.

Pendant la fabrication, l'examen visuel d'un cordon de soudure et du cratère d'extrémité peut révéler des problèmes tels que des fissures, une pénétration inadéquate et des inclusions de gaz ou de laitier. Parmi les défauts de soudure qui peuvent être reconnus visuellement, il y a la fissuration, les inclusions de laitier de surface, la porosité de surface et le dégagement.

Sur les soudures simples, une inspection au début de chaque opération et périodiquement au fur et à mesure de l'avancement des travaux peut être adéquate. Cependant, lorsque plus d'une couche de charge métallique est déposée, il peut être souhaitable d'inspecter chaque couche avant de déposer la suivante. Le passage de racine d'un multipass est le plus critique pour la solidité de la soudure. Il est particulièrement sensible à la fissuration et, comme il se solidifie rapidement, il peut piéger les gaz et les scories. Lors des passes ultérieures, les conditions causées par la forme du cordon de soudure ou les changements dans la configuration du joint peuvent provoquer des fissures supplémentaires, ainsi qu'un dégagement et un piégeage de laitier. Les coûts de réparation peuvent être minimisés si une inspection visuelle détecte ces défauts avant que le soudage ne progresse.

Une inspection visuelle à un stade précoce de la production peut également empêcher le sous-soudage et le sur-soudage. Les soudures plus petites que celles exigées dans les spécifications ne peuvent pas être tolérées. Les perles trop grosses augmentent les coûts inutilement et peuvent provoquer une distorsion en raison d'une contrainte de retrait supplémentaire.

Après le soudage, l'inspection visuelle peut détecter une variété de défauts de surface, y compris les fissures, la porosité et les cratères non remplis, quelles que soient les procédures d'inspection ultérieures. Les écarts dimensionnels, les défauts de gauchissement et d'aspect, ainsi que les caractéristiques de taille de soudure, peuvent être évalués.

Avant de vérifier les défauts de surface, les soudures doivent être nettoyées du laitier. Le grenaillage ne doit pas être effectué avant l'examen, car l'action de grenaillage peut sceller de fines fissures et les rendre invisibles. Le code de soudage structurel AWS D1.1, par exemple, n'autorise pas le grenaillage «sur la racine ou la couche de surface de la soudure ou sur le métal de base sur les bords de la soudure».

L'inspection visuelle ne peut localiser que les défauts de la surface de soudure. Les spécifications ou les codes applicables peuvent exiger que la partie interne de la soudure et les zones métalliques adjacentes soient également examinées. Des examens non destructifs peuvent être utilisés pour déterminer la présence d'un défaut, mais ils ne peuvent mesurer son influence sur l'état de fonctionnement du produit à moins qu'ils ne soient basés sur une corrélation entre le défaut et une caractéristique qui affecte le service. Sinon, les tests destructifs sont le seul moyen sûr de déterminer l'aptitude au service des soudures.


Inspection radiographique
La radiographie (rayons X) est l'une des méthodes d'examen non destructives les plus importantes, polyvalentes et largement acceptées - Fig. 1. La radiographie est utilisée pour déterminer la solidité interne des soudures. Le terme «qualité aux rayons X», largement utilisé pour indiquer la haute qualité des soudures, découle de cette méthode d'inspection.

La radiographie est basée sur la capacité des rayons X et des rayons gamma à traverser le métal et d'autres matériaux opaques à la lumière ordinaire, et à produire des enregistrements photographiques de l'énergie radiante transmise. Tous les matériaux absorberont des quantités connues de cette énergie radiante et, par conséquent, les rayons X et les rayons gamma peuvent être utilisés pour montrer des discontinuités et des inclusions dans le matériau opaque. L'enregistrement sur film permanent des conditions internes montrera les informations de base par lesquelles la solidité de la soudure et sera déterminée.

Les rayons X sont produits par des générateurs haute tension. Lorsque la haute tension appliquée à un tube à rayons X est augmentée, la longueur d'onde du rayon X émis devient plus courte, fournissant plus de puissance de pénétration. Les rayons gamma sont produits par la désintégration atomique des radio-isotopes. Les isotopes radioactifs les plus largement utilisés en radiographie industrielle sont le cobalt 60 et l'iridium 192. Les rayons gamma émis par ces isotopes sont similaires aux rayons X, sauf que leurs longueurs d'onde sont généralement plus courtes. Cela leur permet de pénétrer à des profondeurs plus grandes que les rayons X de même puissance, cependant, les temps d'exposition sont considérablement plus longs en raison de l'intensité plus longue.

Lorsque les rayons X ou les rayons gamma sont dirigés vers une section de la soudure, tous les passages de rayonnement ne se font pas à travers le métal. Différents matériaux, en fonction de leur densité, de leur épaisseur et de leur numéro atomique, absorberont différentes longueurs d'onde d'énergie radiante.

Le degré auquel les différents matériaux absorbent ces rayons détermine l'intensité des rayons pénétrant à travers le matériau. Lorsque des variations de ces rayons sont enregistrées, un moyen de voir à l'intérieur du matériau est disponible. L'image sur un film photo-sensibilisé développé est connue sous le nom de radiographie. Des zones plus épaisses de l'échantillon ou un matériau de densité plus élevée (inclusion de tungstène) absorberont plus de rayonnement et leurs zones correspondantes sur la radiographie seront plus claires - Fig 2.

Que ce soit en magasin ou sur le terrain, la fiabilité et la valeur interprétative des images radiographiques sont fonction de leur netteté et de leur contraste. La capacité d'un observateur à détecter un défaut dépend de la netteté de son image et de son contraste avec l'arrière-plan. Pour être sûr qu'une exposition radiographique produit des résultats acceptables, une jauge connue sous le nom d'indicateur de qualité d'image (IQI) est placée sur la pièce afin que son image soit produite sur la radiographie.

Les IQI utilisés pour déterminer la qualité radiographique sont également appelés pénétramètres. Un pénétramètre de type trou standard est une pièce de métal rectangulaire avec trois trous percés de diamètres fixes. L'épaisseur de la pièce de métal est un pourcentage de l'épaisseur de l'échantillon radiographié. Le diamètre de chaque trou est différent et est un multiple donné de l'épaisseur du pénétramètre. Les pénétramètres à fil sont également largement utilisés, notamment en dehors des États-Unis. Ils se composent de plusieurs morceaux de fil, chacun d'un diamètre différent. La sensibilité est déterminée par le plus petit diamètre de fil qui peut être clairement vu sur la radiographie.

Un pénétramètre n'est pas un indicateur ou une jauge pour mesurer la taille d'une discontinuité ou la taille minimale de défaut détectable. C'est un indicateur de la qualité de la technique radiographique.

Les images radiographiques ne sont pas toujours faciles à interpréter. Les marques et stries de manipulation du film, le brouillard et les taches causées par des erreurs de développement peuvent rendre difficile l'identification des défauts. De tels artefacts de film peuvent masquer les discontinuités de soudure.

Les défauts de surface apparaîtront sur le film et doivent être reconnus. Puisque l'angle d'exposition influencera également la radiographie, il est difficile, voire impossible, d'analyser les soudures d'angle par cette méthode. Du fait qu'une radiographie comprime tous les défauts qui se produisent sur toute l'épaisseur de la soudure dans un seul plan, elle a tendance à donner une impression exagérée de défauts de type dispersé tels que la porosité ou les inclusions.

Une image radiographique de l'intérieur de la soudure peut être visualisée sur un écran fluorescent, ainsi que sur un film développé. Cela permet d'inspecter les pièces plus rapidement et à moindre coût, mais la définition de l'image est moins bonne. L'informatisation a permis de surmonter de nombreuses lacunes de l'imagerie radiographique en reliant l'écran fluorescent à une caméra vidéo. Au lieu d'attendre que le film soit développé, les images peuvent être visualisées en temps réel. Cela peut améliorer la qualité et réduire les coûts sur les applications de production telles que le soudage de tuyaux, où un problème peut être identifié et corrigé rapidement.

En numérisant l'image et en la chargeant dans un ordinateur, l'image peut être améliorée et analysée à un degré jamais possible auparavant. Plusieurs images peuvent être superposées. Les valeurs de pixel peuvent être ajustées pour modifier l'ombrage et le contraste, faisant ressortir de petits défauts et discontinuités qui n'apparaîtraient pas sur le film. Des couleurs peuvent être attribuées aux différentes nuances de gris pour améliorer davantage l'image et faire ressortir les défauts. Le processus de numérisation d'une image prise à partir de l'écran fluorescent - avoir cet ordinateur d'image amélioré et transféré sur un moniteur de visualisation - ne prend que quelques secondes. Cependant, comme il y a un délai, on ne peut plus considérer ce «temps réel». Cela s'appelle «imagerie radioscopique».

Les films existants peuvent être numérisés pour obtenir les mêmes résultats et améliorer le processus d'analyse. Un autre avantage est la possibilité d'archiver les images sur des disques optiques laser, qui prennent beaucoup moins de place que les coffres de vieux films et sont beaucoup plus faciles à rappeler en cas de besoin.

La radiographie industrielle est donc une méthode d'inspection utilisant les rayons X et les rayons gamma comme milieu de pénétration et un film densitisé comme support d'enregistrement, pour obtenir un enregistrement photographique de qualité interne. En général, les défauts dans les soudures consistent soit en un vide dans le métal de soudure lui-même, soit en une inclusion qui diffère en densité du métal de soudure environnant.

L'équipement radiographique produit des rayonnements qui peuvent être nocifs pour les tissus corporels en quantités excessives, toutes les précautions de sécurité doivent donc être suivies de près. Toutes les instructions doivent être suivies attentivement pour obtenir des résultats satisfaisants. Seul le personnel formé à la radioprotection et qualifié en tant que radiographes industriels devrait être autorisé à effectuer des tests radiographiques.



Inspection des particules magnétiques (MT)
L'inspection par particules magnétiques est une méthode de localisation et de définition des discontinuités dans les matériaux magnétiques. Il est excellent pour détecter les défauts de surface dans les soudures, y compris les discontinuités trop petites pour être vues à l'œil nu et celles qui sont légèrement sous la surface.

Cette méthode peut être utilisée pour inspecter les bords des plaques avant le soudage, dans l'inspection du processus de chaque passe ou couche de soudure, l'évaluation après le soudage et pour inspecter
réparations - Fig.3.

C'est une bonne méthode pour détecter les fissures de surface de toutes tailles dans la soudure et le métal de base adjacent, les fissures souterraines, la fusion incomplète, le dégagement et la pénétration inadéquate dans la soudure, ainsi que les défauts sur les bords réparés du métal de base. Bien que les tests de particules magnétiques ne doivent pas remplacer la radiographie ou les ultrasons pour les évaluations souterraines, ils peuvent présenter un avantage par rapport à leurs méthodes de détection des fissures serrées et des discontinuités de surface.

Avec cette méthode, les sondes sont généralement placées de chaque côté de la zone à inspecter et un ampérage élevé est passé à travers le lieu de travail entre elles. Un flux magnétique est produit perpendiculairement au flux de courant - Fig. 3. Lorsque ces lignes de force rencontrent une discontinuité, comme une fissure longitudinale, elles sont détournées et fuient à travers la surface, créant des pôles magnétiques ou des points d'attraction. Une poudre magnétique saupoudrée sur la surface s'accrochera à la zone de fuite plus tenace qu'ailleurs, formant une indication de la discontinuité.

Pour que cette indication se développe, la discontinuité doit être inclinée contre les lignes de force magnétiques. Ainsi, lorsque le courant passe longitudinalement à travers une pièce, seuls les défauts longitudinaux apparaîtront. Le fait de placer la pièce à l'intérieur d'une bobine de solénoïde créera des lignes de force longitudinales (Fig. 3) qui feront apparaître des fissures transversales et angulaires lorsque la poudre magnétique est appliquée.

Bien que beaucoup plus simple à utiliser que l'inspection radiographique, la méthode des particules magnétiques est limitée à une utilisation avec des matériaux ferromagnétiques et ne peut pas être utilisée avec des aciers austénitiques. Un joint entre un métal de base et une soudure de caractéristiques magnétiques différentes créera des discontinuités magnétiques qui peuvent être faussement interprétées comme non solides. Par contre, un vrai défaut peut être masqué par la poudre adhérant sur la discontinuité magnétique inoffensive. La sensibilité diminue avec la taille du défaut et est également moindre avec les fissures rondes telles que les poches de gaz. Il convient mieux aux formes allongées, telles que les fissures, et se limite aux défauts de surface et à certains défauts de sous-surface, principalement sur des matériaux plus minces.

Étant donné que le champ doit être suffisamment déformé pour créer la fuite externe nécessaire pour identifier les défauts, les discontinuités fines et allongées, telles que les fissures capillaires, les coutures ou les inclusions parallèles au champ magnétique, n'apparaîtront pas. Ils peuvent être développés en changeant la direction du champ, et il est conseillé d'appliquer le champ dans deux directions, de préférence à angle droit l'une par rapport à l'autre.

Les poudres magnétiques peuvent être appliquées sèches ou humides. La méthode de la poudre sèche est populaire pour l'inspection des soudures lourdes, tandis que la méthode humide est souvent utilisée pour l'inspection des composants d'aéronefs. La poudre sèche est saupoudrée uniformément sur le travail avec un pistolet de pulvérisation, un sac à poussière ou un atomiseur. Les particules magnétiques finement divisées sont revêtues pour augmenter leur mobilité et sont disponibles en gris, noir et rouge pour améliorer la visibilité. Dans la méthode humide, de très fines particules rouges ou noires sont mises en suspension dans de l'eau ou un distillat de pétrole léger. Celui-ci peut être coulé ou pulvérisé, ou la pièce peut être plongée dans le liquide. La méthode humide est plus sensible que la méthode sèche, car elle permet l'utilisation de particules plus fines capables de détecter des défauts extrêmement fins. Les poudres fluorescentes peuvent être utilisées pour une sensibilité supplémentaire et sont particulièrement utiles pour localiser les discontinuités dans les coins, les rainures de clavette, les cannelures et les trous profonds.

Inspection par ressuage liquide (PT)
Les fissures de surface et les piqûres qui ne sont pas visibles à l'œil nu peuvent être localisées par l'inspection par ressuage liquide. Il est largement utilisé pour localiser les fuites dans les soudures et peut être appliqué avec des aciers austentiques et des matériaux non ferreux où l'inspection par particules magnétiques serait inutile.

L'inspection par ressuage liquide est souvent appelée une extension de la méthode d'inspection visuelle. De nombreuses normes, telles que AWS D.1. Selon le code, «les soudures soumises à un ressuage liquide doivent être évaluées sur la base des exigences d'inspection visuelle».

Deux types de liquides pénétrants sont utilisés: un colorant fluorescent et un colorant visible. Avec l'inspection par ressuage fluorescent, un liquide hautement fluorescent avec de bonnes qualités de pénétration est appliqué sur la surface de la pièce à examiner. L'action capillaire attire le liquide dans les ouvertures de surface, et l'excès est ensuite éliminé. Un "révélateur" est utilisé pour attirer le pénétrant vers la surface, et l'indication résultante est visualisée par une lumière ultraviolette (noire). Le contraste élevé entre le matériau fluorescent et l'objet permet de détecter des traces infimes de pénétrant qui indiquent des défauts de surface.

L'inspection par ressuage est similaire, sauf que des colorants aux couleurs vives visibles à la lumière ordinaire sont utilisés - Fig. 4. Normalement, un révélateur blanc est utilisé avec les pénétrants de colorant qui crée un fond fortement contrastant avec la couleur vive du colorant. Cela permet une plus grande portabilité en éliminant le besoin de lumière ultraviolette.

La pièce à inspecter doit être propre et sèche, car tout corps étranger pourrait fermer les fissures ou les piqûres et exclure le pénétrant. Les pénétrants peuvent être appliqués par trempage, pulvérisation ou brossage, mais il faut laisser suffisamment de temps pour que le liquide soit complètement absorbé dans les discontinuités. Cela peut prendre une heure ou plus dans un travail très exigeant.

L'inspection par ressuage liquide est largement utilisée pour la détection des fuites. Une procédure courante consiste à appliquer un matériau fluorescent sur un côté d'une articulation, à attendre un temps suffisant pour que l'action capillaire se produise, puis à voir l'autre côté à la lumière ultraviolette. Dans les récipients à paroi mince, cette technique identifiera les fuites qui ne seraient normalement pas localisées par le test d'air habituel avec des pressions de 5 à 20 lb / po.2 Lorsque l'épaisseur de la paroi dépasse � po, cependant, la sensibilité du test d'étanchéité diminue.


Inspection par ultrasons (UT)
L'inspection par ultrasons est une méthode de détection des discontinuités en dirigeant un faisceau sonore haute fréquence à travers la plaque de base et en soudant sur un chemin prévisible. Lorsque le trajet de la plaque du faisceau sonore heurte une interruption dans la continuité du matériau, une partie du son est réfléchie. Le son est collecté par l'instrument, amplifié et affiché sous forme de transe verticale sur un écran vidéo - Fig.5.

Les détections de surface et souterraines dans les métaux peuvent être détectées, localisées et mesurées par inspection par ultrasons, y compris les défauts trop petits pour être détectés par d'autres méthodes.

L'unité à ultrasons contient un cristal de quartz ou autre matériau piézoélectrique encapsulé dans un transducteur ou une sonde. Lorsqu'une tension est appliquée, le cristal vibre rapidement. Lorsqu'un transducteur à ultrasons est maintenu contre le métal à inspecter, il transmet des vibrations mécaniques de la même fréquence que le cristal à travers un matériau de couplet dans le métal de base et la soudure. Ces ondes vibratoires se propagent à travers le matériau jusqu'à ce qu'elles atteignent une discontinuité ou un changement de densité. À ces points, une partie de l'énergie vibratoire est réfléchie. Lorsque le courant qui provoque la vibration est coupé et activé à raison de 60 à 1000 fois par seconde, le cristal de quartz agit par intermittence comme un récepteur pour capter les vibrations réfléchies. Ceux-ci provoquent une pression sur le cristal et génèrent un courant électrique. Alimenté sur un écran vidéo, ce courant produit des déviations verticales sur la ligne de base horizontale. Le motif résultant sur la face du tube représente le signal réfléchi et la discontinuité. Un équipement ultrasonique portable compact est disponible pour l'inspection sur le terrain et est couramment utilisé sur les ponts et les travaux de structure.

Les tests par ultrasons sont moins adaptés que les autres méthodes NDE pour déterminer la porosité des soudures, car les pores de gaz ronds répondent aux tests par ultrasons comme une série de réflecteurs à un seul point. Il en résulte des réponses de faible amplitude qui sont facilement confondues avec le «bruit de base» inhérent aux paramètres de test. Cependant, c'est la méthode de test préférée pour détecter les discontinuités et la stratification de type plus simple.

L'équipement ultrasonique portable est disponible avec un fonctionnement numérique et des commandes par microprocesseur. Ces instruments peuvent avoir une mémoire intégrée et peuvent fournir des impressions papier ou une surveillance et un enregistrement vidéo. Ils peuvent être interfacés avec des ordinateurs, ce qui permet une analyse, une documentation et un archivage plus poussés, tout comme avec les données radiographiques. L'examen par ultrasons nécessite une interprétation experte de la part d'un personnel hautement qualifié et largement formé.


Les choix contrôlent la qualité
Un bon programme d'inspection des NDE doit reconnaître les limites inhérentes à chaque processus. Par exemple, la radiographie et l'échographie ont des facteurs d'orientation distincts qui peuvent guider le choix du processus à utiliser pour un travail particulier. Leurs forces et leurs faiblesses ont tendance à se compléter. Alors que la radiographie est incapable de détecter de manière fiable les défauts de type stratification, l'échographie est bien meilleure dans ce domaine. En revanche, les ultrasons sont mal adaptés à la détection de la porosité diffusée, tandis que la radiographie est très bonne.

Quelles que soient les techniques d'inspection utilisées, prêter attention aux «cinq P» de la qualité de la soudure aidera à réduire l'inspection ultérieure à une activité de contrôle de routine. Ensuite, l'utilisation appropriée des méthodes NDE servira de contrôle pour maintenir les variables en ligne et la qualité de la soudure dans les normes.

Les cinq P sont:
1. Sélection du processus - le processus doit être adapté au travail.
2. Préparation - la configuration du joint doit être correcte et compatible avec le processus de soudage.
3. Procédures - les procédures doivent être énoncées en détail et suivies religieusement pendant le soudage.
4. Prétest - des maquettes à grande échelle ou des échantillons simulés doivent être utilisés pour prouver que le processus et les procédures donnent le niveau de qualité souhaité.
5. Personnel - des personnes qualifiées doivent être affectées au poste.