50 MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com

Solutions

A côté du contrôle ultrasonore,de la radiographie ou del’émission acoustique, lamagnétoscopie fait rarement

parler d’elle… Lors du congrès de la Cofrend(Confédération Française pour les Essais Non Destructifs)qui s’est tenu à Beaune en mai dernier, elleétait au programme de trois conférences,contre une vingtaine consacrée aux seulestechniques ultrasonores. La méthode, pour-tant, mérite que l’on s’y attarde. Par rapportaux ultrasons ou aux courants de Foucault,qui assurent un contrôle ponctuel, elle faiten effet partie des techniques dites “glo-bales”, permettant d’inspecter l’ensembled’une pièce en une seule opération. Autre

avantage, la magnéto-scopiepermet demettreen évidence aussi bienles défauts débouchants(à la surface de la pièce)que sous-jacents (jus-qu’à uneprofondeur del’ordre du millimètre,voire plusieurs milli-mètres dans le meilleurdes cas).La méthode,qui figureau rang des plusanciennes dans ledomaine du contrôlenon destructif, est lar-gement éprouvée. On

l’utilise couramment dans les industries auto-mobiles, aéronautiques ou ferroviaires pourcontrôler des pièces en fer,en fonte,des aciersforgés, des soudures, des tôles, des tubes...bref, toutes sortes de pièces de géométriesimple ou complexe, pourvu que le maté-riau qui les constitue soit de nature ferro-magnétique. Son principe repose sur le com-portement de ces matériaux lorsqu’ils sontsoumis à un champ magnétique. Pour lecomprendre, il suffit de se souvenir de nostravaux pratiques de physique où l’on dépo-sait de la limaille de fer sur une pièce aiman-tée.Les grains de limaille s’orientaient, com-me l’aiguille d’une boussole,dans la direction

du champ magné-tique.Toute distor-sion des lignes dechamp trahissaitune irrégularité dela surface...De la mêmemanière, la magné-toscopie consiste àsoumettre une piè-ce ferromagné-tique* à un fluxmagnétique inten-se. Lorsqu’il traver-se la pièce, le fluxsuit le chemin leplus simple. S’ilparvient à un obs-

tacle dû à la présence d’un défaut, il préfèrele contourner plutôt que le traverser.Lorsquele champ appliqué est faible, cela ne poseaucun problème : les lignes de champ serépartissent de part et d’autre du défaut àl’intérieur de la pièce. Mais si l’on appliqueun champ suffisamment élevé pour atteindrela saturation magnétique, les lignes prochesde la surface ne trouvent plus assez de placepour circuler à l’intérieur du matériau. Lavoie la plus simple consiste alors à sortir dela pièce. Ce faisant, elles créent un champmagnétique, appelé “champ de fuite”, audroit du défaut. Il suffit ensuite d’appliquersur la pièce un produit révélateur (constitué

▼

Un nouveau procédé de contrôle magnétoscopique, développé par la société Srem Technologies, ouvre la voie à des appli-cations qu’il n’était pas possible d’envisager avec la méthode traditionnelle. Cette technique, basée sur la génération d’uncourant induit dans la pièce à tester, permet de contrôler tout type de pièce ferromagnétique, y compris les pièces de forgeou les pièces de grande longueur et de faible section… Petite revue de détail d’une méthode qui offre une nouvelle alter-native à la détection de défauts longitudinaux débouchants.

L’essentiel

> Un nouveau procédé decontrôle magnétosco-pique, développé par SremTechnologies, permet des’affranchir des inconvé-nients de la méthode d’ai-mantation traditionnelle

> Il réduit les risques d’arcélectrique et ouvre la voieà de nouvelles applications

> Il est désormais possible dedétecter les défauts despièces de forge, et decontrôler les pièceslongues de faible section

C O N T R Ô L E N O N D E S T R U C T I F

Avec le courant induit,la magnétoscopie s’offrede nouvelles applications

Cette machine,développée par SremTechnologies,met en œuvre un nouveau procédé de contrôle magné-toscopique.La méthode permet de détecter les défauts de tout type de pièce ferromagnétique (y comprisles pièces de forge) et de réduire le risque d'arc électrique présent dans la technique traditionnelle.

51MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com

Solutions

d’une poudre ferromagnétique) pour lemettre en évidence.La réussite du contrôle dépend de l’orienta-tion du champ magnétique appliqué à la piè-ce. En effet, les défauts sont d’autant mieuxdétectés qu’ils sont orientés dans une direc-tion perpendiculaire aux lignes de champ(ou parallèle aux lignes de courant). Pours’affranchir de cette limitation, on réalisehabituellement un contrôle suivant deuxdirections de champ orthogonales.On distingue pour cela deux types de tech-niques, suivant que l’on souhaite réaliser uneaimantation longitudinale (dans le sens dela longueur de la pièce) ou transversale (dansle sens de sa largeur). L’aimantation longi-tudinale est généralement obtenue à partird’un aimant, d’un électro-aimant ou d’unsolénoïde. Ceux-ci induisent un flux magné-tique qui permet de mettre en évidence lesdéfauts transversaux.Pour réaliser une aimantation transversale,en revanche, on fait directement circuler uncourant électrique de forte intensité à l’in-térieur de la pièce. Le courant génère alorsun champ magnétique circulaire qui permetde détecter les défauts longitudinaux.Cette méthode présente un certain nombrede limitations. Sur un banc magnétoscopiquestandard, la pièce à contrôler est en effet reliéeau générateur de courant par de “grandes”

longueurs de câbles (jusqu’à six ou septmètres). Il y a donc une importante chutede tension entre le dispositif d’alimentationet la pièce (précisons que l’on a ici affaire àdes courants de plusieurs kA). Pour la com-penser, on utilise une tension d’alimentationlargement supérieure à celle que l’on appli-querait directement aux bornes de la pièce.Si le contact entre les électrodes et la pièceest de mauvaise qualité, cette tension est pré-sente “en bout de ligne”. Il y a donc unrisque non négligeable de provoquer des arcsélectriques, et d’endommager à la fois la piè-ce (au niveau des contacts électriques) etl’installation. De plus, contrairement à l’ai-mantation longitudinale, où la pièce peutdéfiler devant l’aimant ou l’électro-aimantdurant le procédé de magnétisation, la piècecontrôlée par aimantation transversale doitrester solidaire du dispositif d’alimentation.

Réduire les risques d’arc électriquePour supprimer les inconvénients liés auxcâblages,on peut utiliser des techniques d’ai-mantation transversale par courant induit.Le passage du courant à travers un conduc-teur, que l’on introduit au cœur de la pièceà contrôler, provoque l’apparition d’un fluxmagnétique à l’intérieur de la pièce. Ce flux,d’orientation transversale, permet de mettreen évidence les défauts longitudinaux. Latechnique a fait ses preuves, mais son champd’applications reste limité aux pièces creusesformant d’elles-mêmes un circuit électrique(telles que des pièces de forme circulaire oucylindrique).Un nouveau procédé de contrôle magnéto-scopique, développé et breveté par la sociétéfrançaise SremTechnologies,permet de pallier l’en-

semble de ces limitations.Son principe est luiaussi basé sur une aimantation transversalepar courant induit. Un circuit inducteur, for-mé d’une ou de plusieurs spires conductrices,est parcouru par un courant alternatif. Celui-ci fait naître un flux magnétique,et donc unecirculation de courant, dans le circuit induit.La particularité, c’est que le circuit induit estici composé de la pièce à contrôler et d’uncâble de retour,permettant d’assurer la circu-lation du courant dans la pièce.Ce montage présente de multiples avantages.Contrairement à la méthode d’induction pré-cédente, le champ d’applications n’est pluslimité à des pièces creuses. Il s’étend à toutepièce de forme simple ou complexe, dumoment qu’elle est de nature ferromagné-tique. De plus, le circuit induit forme unensemble autonome et mobile, ce qui facilite

H

Pièce ferromagnétique Lignes de champ

Champ de fuite

Traceur magnétique

Défaut

Matériau non saturé

Matériau à saturation

Mise en évidence du défaut parun traceur magnétique

Principedelamagnétoscopie

Les défauts présents à la surface des pièces (ici,un repli de forge) provoquent une déviation du flux magnétique et l'apparition d'un champ defuite.Pour les mettre en évidence, il suffit d'appliquer un révélateur constitué de particules ferromagnétiques et d'un substrat sensible aux UV...

Ici, la magnéto-scopie met en évi-dence un défaut detapure thermique.

le contrôle de pièces en défilement. En asso-ciant ce procédé à une technique d’aimantationlongitudinale traditionnelle (par aimant ouélectro-aimant),on peut détecter la présence dedéfauts d’orientation quelconque.Enfin, le montage permet de réduire forte-ment le risque d’arc électrique. Ce résultatest la combinaison de deux facteurs : la ten-sion à la sortie du générateur est plus faible(il n’y a pas de câblage, donc pas de chutede tension à compenser) et la vitesse d’éta-blissement du courant est plus lente (elle estbeaucoup plus faible dans le cas d’un courantinduit qu’avec un passage de courant direct).

Pour s’en convaincre, il suffit d’observer lesschémas électriques équivalents des deuxmontages. Sur un banc de magnétoscopie“classique” fonctionnant par passage directdu courant, l’impédance de sortie du géné-rateur est de l’ordre de 0,5 mΩ. L’inductan-ce Lc et la résistance Rc des câbles sont parcontre beaucoup plus élevées (typiquementde l’ordre de 4,6 µH et 1,8 mΩ).Dans le cas d’une aimantation par circuitinduit, en revanche, il n’y a pas de câblageet donc pas de valeurs Rc et Lc à prendre encompte. Les valeurs d’inductance Li et derésistance Ri du circuit induit entrent en jeu,mais celles-ci sont nettement plus faibles(typiquement 0,3 µH pour Li et 0,05 mΩpour Ri) que les inductances et les résistancesdu circuit précédent :

Li < LcRi << Rc

L’impédance globale est donc nettement plusfaible que pour le montage avec un passagedirect de courant. Par conséquent, la tension

présente aux bornes de la pièce en cas demauvais contact se trouve minimisée. Et ilen est de même de la puissance dissipéedans la zone de contact en cas d’arc élec-trique (P = U2/R, avec une résistance Rconstante due au mauvais contact avec lesélectrodes).Pour ce qui est du temps d’établissementdu courant, il dépend du rapport L/R.Compte tenu des valeurs respectives de Let R dans les deux cas de figure, on obser-ve que la vitesse d’établissement du cou-rant dans la pièce est jusqu’à trois fois plusfaible que celle d’une aimantation tradi-tionnelle par câbles (et l’on peut la rédui-re encore en “jouant” sur la résistance Ri).

De nouvelles applications enchamp tournantLa méthode mise en œuvre par Srem Tech-nologies ouvre la voie à des applicationsqu’il n’était pas possible d’envisager avecles techniques traditionnelles, notamment

52 MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com

Solutions

Générateur

Induit

Li Ri

Lg LeRg RePièce

Pièce

Câbles

Schéma électrique équivalent d’un passage de courant direct

Schéma électrique équivalent d’un passage de courant induit

Comparaison des deux montages Principe de la méthode

Pièce à tester

Circuit Inducteur 2

Circuit Inducteur 1

Câble de retour

Alimentation

Srem Technologies, en brefLa société Srem Technologies, créée en 1952, est l’undes plus anciens fabricants français de machinesspéciales pour le contrôle non destructif. Spécialiséedans les techniques de magnétoscopie et de ressua-ge, elle peut aussi intégrer d’autres technologies decontrôle (telles que les courants de Foucault ou lesultrasons) sur des installations polyvalentes.La société réalise des études de faisabilité (à l’aide deméthodes de simulation numérique), définit dessolutions personnalisées dans la création et la mesu-re de champ magnétique, et propose une activité deservices (avec des prestations de contrôle et dedésaimantation). Elle dispose pour cela d’importantsmoyens techniques : générateurs de champ magné-tique, bobinages spéciaux, bancs de mesure, analy-seurs de champ, etc.La société appartient au groupe Sofranel. Elleemploie une trentaine de personnes à La Flèche (72),et réalise un chiffre d’affaires de 2,5 millions d’euros.

MLZ

Le pupitre associé à la machine deSremTechnologies permet de régler lesdifférents paramètres de l'aimantation(la direction du champ, sa puissance, laposition du chariot, etc.).

53MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com

Solutions

dans le domaine de la magnétoscopiesans contact par champ tournant.La méthode permet, comme son noml’indique, de créer un champ magné-tique de direction variable dans le temps,sans qu’il n’y ait de contact entre la sur-face à contrôler et le système magnéti-sant. Pour cela, on utilise généralementune chambre composée de deux ou troisbobines créant des champs orthogonauxentre eux,et proportionnels à l’intensitédu courant qui les traverse. En alimen-tant ces bobines avec des courants alter-natifs déphasés,on obtient un vecteur demagnétisation résultant tournant.La technique est efficace, mais elle pré-sente deux inconvénients majeurs.Si l’onsait que la nature tournante du champpermettra de détecter tout type de défaut,onpeut également être sûr qu’à un instantdonné, le champ sera perpendiculaire àla surface de la pièce.A cet instant, il créeun flux sortant et provoque l’apparitiond’un pôle magnétique, qui se manifestepar un bruit de fond important.Dans cesconditions, ladétectiondedéfauts depeti-te taille (tels que les défauts de repli surles pièces de forge) devient très difficile.D’autre part, comme toute magnétisationen circuit ouvert, la magnétoscopie parchamp tournant génère unchampdéma-gnétisant qui s’oppose à la pénétration duflux magnétique suivant la plus petitedimensiondelapièce.Pour certaines piècesde grande longueur et de petite section, ilpeut ainsi être nécessaire d’utiliser unchampmagnétisant de 25à 30kA/mpourobtenir en réalité un champ de 3 kA/m

sur la pièce. Cette contrainte nécessite leplus souvent d’utiliser de puissants bobi-nages et de brider la pièce.L’utilisation d’un circuit induit composéde lapièceet du câblede retour permet depallier ces inconvénients. Elle permet eneffet d’obtenir une aimantation transver-sale de la pièce en créant un flux tournanten circuit fermé (à l’intérieur de la piè-ce). L’aimantation ne crée pas de pôlemagnétique à la surface de la pièce,ce quidiminue le bruit de fond et améliore ladétection de défauts de petite taille.De même, il n’y a plus de champ déma-gnétisant suivant la plus petite dimen-sion de la pièce. On contrôle alors plusefficacement des pièces longues et defaibles sections sans qu’il soit nécessai-re de les brider.Reste un phénomène physique bienconnu dont on ne pourra jamais s’af-franchir : l’effet de peau, qui veut queseul un champ magnétique continupuisse pénétrer dans toute la profon-deur de la matière. Le champ induit, etdonc alternatif, utilisé dans la méthodede SremTechnologies,ne se limite donc qu’àla surface de la pièce, autrement dit àla détection de défauts débouchants.

Stéphane GraveleauSrem Technologies

*Un matériau est dit ferromagnétique s’il présenteun moment magnétique spontané (autrement ditmême en l’absence de champ magnétique). C’est lecas par exemple du fer, de la fonte, du cobalt, dunickel, des aciers moulés, forgés, etc. En revanche,les aciers à 12 % de manganèse, à 17 % de chro-me, ainsi que l’aluminium, le cuivre, le titane, oule plomb, ne sont pas ferromagnétiques.

En reliant la machine à un convoyeur, il est possible de réaliser un contrôle magnétoscopique de pièces en défilement.