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INSA de LYON CONTROLES NON-DESTRUCTIFS Radiologie Ultrasons Magnétoscopie Ressu

INSA de LYON CONTROLES NON-DESTRUCTIFS Radiologie Ultrasons Magnétoscopie Ressuage Courants de Foucault En couverture : Mise en place d'un accélérateur linéaire pour le contrôle d'un fond moulé Gilles PEIX Laboratoire d'Etude des matériaux 1980 © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. S O M M A I R E - Introduction p. 2 - Détection des défauts internes p. 10 A/ Radiologie par rayons X ou Y * • * • * P* 10 B/ Contrôle par ultrasons p. 50 C/ Comparaison de la radiologie et des U.S ..p. 69 i - Spécifications de contrôle p. 70 -•Détection des défauts superficiels p. 88 I/ Magnétoscopie p. 88 II/ Ressuage p. 93 III/ Courants de Foucault . . . . . . . . . . . . . ,. p. 95 - Annexe : les risques dfirradiation dans le domaine de la radiologie industrielle © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. -2- INTRODUCTION I-Possibilitës et limites des C.N.D. (contrôles non-destructifs). 1-Développement des C.N.D. Entre 1816 et 1848, sur les bateaux à vapeur du Mississipi, 1443 person- nes perdirent la vie par suite de l'éclatement de la chaudière. En 1865, une seule explosion tua 1547 personnes. La vapeur était, à cette époque, une énergie nouvelle. De nos jours, les chaudières des centrales (thermiques ou nucléaires) nféclatent plus : la probabilité dfexplosion d'une chaudière sous pression est inférieure à 10~6. Cette différence s'explique par les progrès réalisés dans le domaine de l'élaboration des matériaux et dans le domaine de la conception et de la réalisation des ensembles mécaniques. Elle s'explique également par le dévelop- pement des C.N.D. Les contrôles radiologiques ont eu une expansion rapide à partir de 1930. Il a fallu attendre 1960 pour observer un développement semblable dans le domaine des contrôles par ultrasons. La mise en oeuvre des C.N.D. dans diverses branches de l'industrie a coïncidé avec d'importants progrès des C.N.D. eux-mêmes. Ces progrès portent sur trois aspects : -la technique : amélioration de la finesse de détection des défauts. -l'interprétation des contrôles : il n'est pas possible de fabriquer des ensembles exempts de défauts ! Il faut alors s'entendre pour accepter les défauts les moins dangereux et réparer les autres (ou rebuter la pièce entière). © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. -3- On établit,de nos jours, des "codes d'acceptations des défauts" de plus en plus précis. -l'organisation des services de C.N.D. des grandes entreprises : ces services, en relation avec le client, prennent la décision d1acceptation, de réparation ou de rebut. Ces décisions peuvent être prises au niveau dfun lot de pièces dans le cas d'une fabrication en série. Dans le cas d'une fabrica^ tion en petit nombre, de telles décisions sont parfois prises au niveau d'une pièce ou même d'un défaut particulier. 2-Choix d'une méthode de contrôle. Afin de mettre au point une méthode de C.N.D. pour une pièce, il convient de définir : a)l'utilisation que l'on veut faire de la pièce, en particulier, le type de sollicitations en service (contraintes, vibrations, température, cavi- tation...). b)le type et la dimension des défauts que l'on tolérera. Le type de défaut cherché permettra de choisir une (ou plusieurs) technique de contrôle (radiologie, ultrasons, etc.). La dimension des défauts tolérés déterminera la finesse du contrôle, au sein de chaque technique. Le point a) conduit à la définition de la qualité de la pièce : qualité Q^, qualité Q2. La qualité Q^ correspond à des sollicitations sévères ainsi qu'à des dommages importants en cas de rupture accidentelle. Elle correspond à des pièces très fiables pour lesquelles le coût du contrôle est du même ordre de grandeur que le coût de fabrication. Le point b) conduit à la définition de la classe du contrôle : classe 1, classe 2 etc. La classe 1, la plus sévère, correspond (pour une technique donnée, ultrasons ou radiologie) à l'exploration la plus complète de la pièce, à la finesse de détection la meilleure et à la sévérité la plus stricte pour l'acceptation des défauts. © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. -4- Par exemple, sur une pièce de qualité Q2, certaines parties sont contrôlées en classe 1, d'autres en classe 2, ou 3. Le contrôle peut être à Î00% ou bien partiel (statistique). La définition précise du point b) constitue lfétape capitale : en étant trop tolérant, on ote au contrôle toute valeur, mais en étant trop sévère, on rend le contrôle absurde. En effet : .le prix du contrôle augmente très vite avec la finesse de la détection. .le prix des réparations augmente si lfon abaisse le seuil des défauts acceptables. . à lfaccroissement du prix des réparations vient s'ajouter l'augmenta- tion des délais et l'immobilisation des matériels de production : n'oublions pas qu'après réparation il faut contrôler à nouveau. .une réparation (à l'arc) est une opération délicate. Un mauvais pré ou post-chauffage engendrera des défauts fins (fissures) qui risquent d'être plus difficiles à détecter que les défauts d'origine, tout en étant plus dangereux pour la pièce. 3-Limites des C.N.D. Si l'on tente de répertorier les principales causes de rupture, on constat que la durée et le coût du C.N.D. peuvent être fortement abaissés par une meil- leure conception de la pièce. .Ruptures fragiles : elles sont, en fait, peu fréquentes. Dans le cas des récipients, un essai sous pression permet d'éliminer les pièces défectueuses. Le choix d'un métal plus ductile diminue fortement le risque de rupture et dispense d'un contrôle trop poussé. .Ruptures par fatigue : elles ne correspondent pas toujours à des défauts macroscopiques. La multiplication et le raffinement des contrôles © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. -10- DETECTION DES DEFAUTS INTERNES. A)RADIOLOGIE PAR RAYONS X OU y. I-Propagation des rayonnements ëlectromagnëtiques. Dans le vide, les rayonnements électromagnétiques se propagent en ligne droite, sans atténuation et à la vitesse de la lumière c. 1-Aspect ondulatoire. Un champ électrique E et un champ magnétique H, perpendiculaires entre eux, permettent de définir une longueur dfonde X et un sens de propagation de l'onde électromagnétique. La fréquence v se définit à partir de X à l'aide de la formule : • c = Xv dans laquelle c s'exprime en m x s"1, X en m et v en Hz. © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. -11- Les rayons X ou y se caractérisent par des longueurs dfondes inférieures aux distances interatomiques : X est compris entre ICP11 et 10""llfmf alors que les distances interatomiques sont de l'ordre de 10~^ à 10~10 m. 2-Aspect corpusculaire. Les interactions entre les rayons X ou y et la matière ne peuvent être pleinement comprises qu'à condition de considérer un faisceau de rayonnement comme étant constitué de particules de masse nulle, Dans le cas d'un rayonnement de fréquence v, chaque particule, nommée photon, transporte une quantité élé- mentaire d'énergie E. Toutes les particules sont semblables et l'on a : E =* hv où h représente la constante de Planck. L'énergie du rayonnement est l'énergie E de chacune des particules qui le composent. On peut encore écrire : F - h ° E " ~x~ et l'on constate que l'énergie (on dit encore la "dureté") du rayonnement I j augmente lorsque sa longueur d'onde diminue. Nous verrons que, dans la pratique, | • ^ . - les rayonnements pénètrent d'autant plus facilement la matière que X est petit devant les distances interatomiques : on dit que l'on a des photons durs ou pénétrants, En unités pratiques, la relation entre X et E s'écrit : , 1,24 x 10"6 X - g — f X en m \ E en eV © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. -12- LT énergie du rayonnement s T exprime rarement en eV : on emploie le keV où le MeV. On utilise couramment des photons d'énergie comprise entre 50 keV et 8 MeV. ff f En traversant la matière, les photons sont atténués par suite \ d'interactions élémentaires de trois sortes : -lfeffet photoélectrique, -l'effet Compton, -la matérialisation (ou création de paires). ^ 3"Atténuâtion des rayons X ou y par la matière. Un rayonnement de longueur d'onde X donnée, c'est-à-dire constituée h c de photons d'énergie E = —r~, arrivant dans une tranche de matière d'épaisseur dx est atténué. Soit N le nombre de photons arrivant sur la tranche dx, le nombre dN de photons subissant une interaction s'écrit : Ci «4 w , • \^ - dN = - y N dx U, appelé coefficient linéique d'atténuation, est exprimé en cm""1. dN est négatif puisqu'il s'agit d'une disparition. © [G.PEIX], [1980], INSA de Lyon, tous droits réservés. ~13~ Lféquation différentielle permet d'exprimer le nombre N(x) de photons n'ayant subi aucune interaction après avoir traversé une épaisseur x de matière N(x) = No ^ Dans cette équation, No est le nombre de photons arrivant sur la matière (abscisse x = 0) . uploads/s1/ fichier.pdf