Contrôle par ultrasons des grands composants en cuivre

Commencer par la question de contrôle

Le contrôle par ultrasons (UT) introduit des ondes acoustiques dans un composant et évalue les signaux réfléchis ou transmis. Pour un grand composant en cuivre ou en alliage de cuivre, la première question n’est pas simplement "Peut-il être contrôlé par UT ?", mais quel volume, quelle orientation de discontinuité, quelle plage de dimensions, quel emplacement, quel état de fabrication et quelle décision l’examen doit traiter.

Définir si l’objectif consiste à :

• examiner un volume corroyé, forgé, moulé, laminé, extrudé, soudé ou obtenu par un autre procédé ;
• évaluer un demi-produit, une ébauche intermédiaire, une pièce ébauchée, un assemblage ou un composant fini ;
• détecter des discontinuités planes, volumiques, laminaires, de retassure, des inclusions, des défauts de liaison, des indications de type fissure ou d’autres discontinuités spécifiées ;
• mesurer l’épaisseur ou cartographier la paroi résiduelle ;
• contribuer à la maîtrise du procédé, à l’acceptation par l’acheteur, à une investigation ou à une évaluation en service.

La capacité et la sensibilité du contrôle UT dépendent du matériau réel, de la forme du produit, de son état, de la géométrie, de la surface, de l’accès, de l’équipement, de la procédure et de la base de référence.

1. Caractériser le matériau et la forme du produit

Consigner la désignation exacte du cuivre ou de l’alliage, la forme du produit, la gamme de fabrication, l’état, le traitement thermique, la plage de sections, la structure granulaire, les assemblages et l’étape de contrôle.

Une structure à gros grains ou anisotrope, une structure moulée, les transitions de forme, les zones affectées thermiquement et certaines fortes sections peuvent accroître la diffusion, l’atténuation, le bruit de structure ou la variabilité de la réponse acoustique. Une conductivité élevée ne permet pas à elle seule de prévoir l’aptitude au contrôle ultrasonore. Une procédure démontrée sur un produit corroyé à grains fins ne doit pas être transférée automatiquement à une grande pièce moulée, à un assemblage hétérogène ou à une pièce forgée différemment.

Effectuer des essais préliminaires lorsque la réponse du matériau est incertaine. L’essai doit représenter la forme, la section, la surface, le trajet acoustique et la tâche de détection demandée.

2. Cartographier la géométrie, les accès et les surfaces

• Surfaces de contrôle et opposées, courbures, dépouilles, épaulements, trous, rainures, canaux, alésages, nervures, soudures, bouchons, interfaces et variations de section.
• Directions de balayage disponibles, encombrement du traducteur, accès au couplant, distance au bord, température, rugosité, revêtement, calamine et état d’usinage.
• Volumes masqués par la géométrie, zones mortes proches et lointaines, divergence du faisceau, conversion de mode, écho de fond et zones nécessitant une autre méthode ou étape.
• Repère et quadrillage permettant d’enregistrer la couverture et l’emplacement des indications.

Un usinage d’ébauche peut améliorer l’accès tout en conservant une surépaisseur et en exposant le volume visé. L’usinage final peut améliorer la surface, mais supprimer un accès ou laisser trop peu de matière pour statuer. Choisir l’étape de contrôle avant de figer la gamme de fabrication.

3. Définir la technique écrite

L’exigence d’achat ou la procédure approuvée doit définir :

• la norme produit, le code, le document contractuel ou la procédure spécifique applicable ;
• la technique conventionnelle, multiéléments, en immersion, en transmission, à faisceau droit, à faisceau oblique ou toute autre technique approuvée ;
• le type de traducteur, la fréquence nominale, les dimensions, l’angle, le mode d’onde, l’appareil, le couplant, le pas, le recouvrement, la direction et la vitesse de balayage ;
• la base de temps, la vitesse, le niveau de référence, la sensibilité, les corrections de transfert et distance-amplitude, le gain corrigé en fonction du temps, les portes, le seuil d’enregistrement et les vérifications ;
• les blocs d’étalonnage ou de référence, les réflecteurs artificiels, la similitude de matériau et de géométrie, la traçabilité et les variantes autorisées ;
• le volume examiné, le plan de balayage, la couverture, les exclusions, les limites et les méthodes complémentaires.

La fréquence résulte d’un compromis entre pénétration, atténuation, résolution, bruit de grains, section et réponse de la discontinuité. Elle doit être démontrée pour la tâche, et non choisie à partir d’une valeur universelle pour le cuivre.

4. Séparer étalonnage, détection, évaluation et acceptation

Un réflecteur de référence établit une réponse définie avec un réglage défini. Il n’est pas automatiquement équivalent à une discontinuité naturelle et n’établit pas à lui seul l’aptitude au service.

Maintenir ces décisions séparées :

1. Étalonnage et vérification du système : confirment le réglage et la réponse de référence.
2. Détection et enregistrement : identifient les signaux répondant aux règles d’enregistrement.
3. Évaluation et caractérisation : considèrent position, amplitude, étendue, orientation, répétabilité, géométrie et examens complémentaires.
4. Acceptation : applique les critères explicitement retenus par le contrat, la norme produit, le code ou l’ingénieur responsable.

Une indication ultrasonore n’est pas automatiquement un défaut entraînant le rebut. Inversement, l’absence d’indication enregistrable ne prouve pas que le volume est totalement exempt de défauts. L’ISO 16810:2024 donne des principes généraux pour les produits industriels permettant la transmission des ultrasons, mais ne fixe ni l’étendue, ni le plan de balayage, ni les critères d’acceptation.

5. Définir les exigences relatives au personnel et à la procédure

Préciser si la qualification et la certification du personnel sont exigées selon l’ISO 9712, un système employeur, un code ou un autre système approuvé. L’ISO 9712 couvre la qualification et la certification du personnel de contrôle non destructif (CND) ; sa citation ne crée ni procédure composant, ni plan de balayage, ni critères d’acceptation, ni démonstration spécifique au produit.

La qualification de la procédure, la démonstration de la technique, la vérification de l’équipement, les blocs de référence et l’approbation de l’acheteur doivent être spécifiés lorsque le composant, la réponse du matériau, la géométrie ou les conséquences l’exigent. Certification du personnel et aptitude de la procédure sont des contrôles liés, mais ne se remplacent pas.

6. Rapporter la couverture et les limites

Le rapport UT doit identifier :

• le composant, l’entité ou le plan, l’indice, le numéro de série ou la traçabilité de coulée, le matériau, la forme, l’état et l’étape de contrôle ;
• la procédure et son indice, l’équipement, les traducteurs, les blocs d’étalonnage et de référence, les réglages, la date, l’opérateur et la base de qualification ;
• les surfaces, directions, quadrillage, volume examiné, plan, couverture, zones exclues et mortes, limites d’accès et limites liées au matériau ou à la géométrie ;
• les indications enregistrées, leur position, profondeur ou trajet acoustique, amplitude ou réponse de référence, étendue apparente, évaluation et décision ;
• le document d’acceptation et son indice, les résultats, écarts, témoins ou approbations et fichiers associés.

Lorsque le volume requis ne peut pas être couvert de façon fiable, signaler la limite et convenir d’une autre étape, surface, technique, base de référence, méthode complémentaire ou décision de conception. Ne pas masquer une zone inaccessible dans une déclaration générale indiquant que la pièce a "réussi l’UT".