MÉTALLOGRAPHIEEssais non destructifs

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Le but des méthodes non destructives d'examen est de déceler dans une pièce le plus souvent métallique, et en respectant son intégrité, toute particularité de sa structure qui peut avoir une influence sur son comportement en service. Il en sera de même pour les pièces en cours d'utilisation qui risquent d'être altérées par les conditions d'emploi auxquelles elles sont soumises : contraintes mécaniques (par exemple pièces de sécurité) ou chimiques (par exemple tubes corrodés).

Un des seuls moyens dont on dispose consiste à les faire traverser par un rayonnement dont on décèlera, à la sortie, toute modification apportée par son parcours dans la pièce. Elle agit comme modulateur du rayonnement qui peut être électromagnétique, corpusculaire ou mécanique.

Les rayonnements électromagnétiques sont utilisés, en contrôle non destructif, dans une très large gamme de fréquences, donc de longueurs d'onde, en mettant à profit leurs différentes propriétés. Les rayonnements de très courte longueur d'onde, rayons X et rayons γ, dont la faible absorption par la matière est la principale qualité utilisée ici, interviennent dans la radiographie ou la gammagraphie [cf. x (rayons)]. Par ailleurs, du fait que la longueur d'onde des rayons X est du même ordre de grandeur que les distances interatomiques des états condensés (solides, liquides), les effets d'interférence qui en résultent sont mis à profit pour étudier la structure fine de la matière, dans la radiocristallographie.

La longueur d'onde croissant, le rayonnement devient lumière visible. C'est le plus ancien des contrôles non destructifs superficiels, depuis qu'existent les récepteurs biologiques photosensibles. L'infrarouge est utilisé comme détecteur de chaleur, dont la transmission dans les corps bons conducteurs permet de révéler l'organisation interne.

Dans le domaine des ondes radio, les rayonnements de faible longueur d'onde ne servent qu'à l'examen non destructif des corps non conducteurs (par exemple vitres réfractaires), alors que les très grandes longueurs d'onde sont utilisées pour le contrôle superficiel des métaux par courants de Foucault, ou par magnétoscopie, réservée aux métaux ferreux.

Les rayonnements corpusculaires les plus utilisés sont surtout ceux de neutrons. Leur faible absorption par les métaux et leur grande absorption par les corps hydrogénés tels que les matières organiques permettent de déceler ces corps lorsqu'ils sont associés aux métaux, tâche impossible à la radiographie.

Les rayonnements d'électrons, de faible pénétration, sont surtout employés dans la microscopie électronique, par transmission ou par balayage, grâce à leur très courte onde associée, et, dans la microsonde de Castaing, par les rayons X spécifiques de la cible qu'ils produisent à leur impact.

L'essai de ressuage, différent des essais précédents, renseigne sur la présence des criques à la surface des métaux.

Contrôle par ultrasons

Le rayonnement ultrasonore est d'un usage très répandu, car ses propriétés sont très intéressantes : son amortissement dans les métaux est généralement faible, ce qui implique une bonne pénétration, et sa longueur d'onde, liée au pouvoir séparateur de la détection, est de l'ordre de grandeur des hétérogénéités à découvrir. De plus, la technologie des appareils bénéficie pour une grande part de l'électronique mise au point pour les techniques voisines, fort développées, du radar, du sonar et du traitement de l'information.

La propagation ultrasonore

Le point essentiel de la propagation ultrasonore dans les solides massifs est l'existence de deux modes de vibrations (longitudinale et transversale) qui se propagent à des vitesses différentes. Dans le mode longitudinal, les atomes métalliques vibrent parallèlement à la direction de propagation, alors que dans le mode transversal la vibration est perpendiculaire à la propagation.

Pour fixer les idées, dans l'acier la vitesse des ondes longitudinales est de 5 940 m.s-1 et dans l'aluminium de 6 320 m.s-1. Pour les mêmes métaux, la vitesse des ondes transversales est, respectivement, de 3 220 et 3 100 m.s-1.

Ces vitesses dépendent des constantes élastiques des matériaux. Elles sont donc différentes d'un matériau à l'autre, ce qui implique une conséquence importante lorsqu'un pinceau ultrasonore frappe obliquement une surface de séparation entre deux matériaux différents : quatre pinceaux sont créés, deux réfractés et deux réfléchis ; pour chacun d'eux, longitudinal ou transversal, les angles de réflexion et de réfraction suivent la loi de Descartes. Ce fait fondamental permet, comme en optique, d'agir sur les pinceaux par le moyen de miroirs, prismes et lentilles ; mais il est aussi fort gênant, car il rend délicat l'examen de pièces de forme compliquée, par des réflexions et réfractions parasites qu'il entraîne.

Des modes de vibration propres aux surfaces (ondes de Rayleigh) ou aux produits plans et minces (ondes de Lamb) sont utilisés dans des cas particuliers (examen des surfaces, examen des tôles minces). La fréquence des ondes ultrasonores utilisées en contrôle non destructif peut s'étendre de 0,1 à 50 MHz, la bande 2-10 MHz étant la plus usitée. La longueur d'onde, dans cette bande, et pour les vibrations longitudinales, est donc comprise pratiquement, pour l'acier ou l'aluminium, entre 3 et 0,6 mm.

Production et détection des ultrasons en contrôle non destructif

Les ultrasons, dans ce cas particulier des appareils de contrôle non destructif, sont produits ou détectés par des « traducteurs » posés sur la pièce en examen et couplés acoustiquement à la surface par un liquide (eau, huile, par exemple) ou une pâte (graisse, mastic). Le traducteur transforme l'énergie électrique alternative qu'on lui envoie en énergie mécanique et, inversement, l'énergie mécanique qui lui parvient de la pièce en énergie électrique. C'est un convertisseur d'énergie. Il est formé d'une pastille piézoélectrique (quartz) ou ferroélectrique (céramique : titanate de baryum, zirconate de plomb, niobate de lithium, etc.) métallisée sur ses deux faces. Le diamètre de la pastille, si elle est circulaire, est habituellement compris entre 5 et 50 mm, avec 20 mm comme valeur la plus fréquente.

Méthodes d'examen

Les méthodes d'examen ultrasonore non destructives sont nombreuses : par absorption, par réflexion, par résonance, suivant le phénomène acoustique mis en œuvre. Elles peuvent également se distinguer par la forme de l'énergie acoustique : continue ou impulsionnelle.

Les méthodes par absorption ou réflexion d'une énergie acoustique continue ne sont pratiquement plus utilisées, car elles n'indiquent pas la position de l'hétérogénéité dans l'épaisseur de la pièce, ne permettent pas de connaître un couplage défectueux des traducteurs et sont sensibles aux parcours parasites des ultrasons.

Les méthodes par résonance sont utilisées surtout pour la mesure des épaisseurs de parois dont une fac [...]

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Contrôle des pièces par ultrasons

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Méthodes de Seemann-Bohlin

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Méthode de Guinier et Thévenin

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Méthode de Lambot et Vassamillet

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Écrit par :

  • : conseiller scientifique à l'Institut de recherche de la sidérurgie (ARSID)
  • : ingénieur des Arts et métiers, ingénieur E.S.E., chef du département Instrumentation, contrôle et radioéléments de l'Institut de recherche de lasidérurgie (I.R.S.I.D.)
  • : Chef de groupe à l'Institut de recherche de la sidérurgie (IRSID).

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Pour citer l’article

Louis BEAUJARD, Gérard LABBE, Jack MANNENC, « MÉTALLOGRAPHIE - Essais non destructifs », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/metallographie-essais-non-destructifs/