Chapitre 2 :Contrôle Non Destructif par Radiographie X et
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Chapitre 2 :Contrôle Non Destructif par Radiographie X et
Chapitre 2 :Contrôle Non Destructif par Radiographie X et Gammagraphie 2.1-Introduction L’examen radiographique est utilisé pour détecter des défauts sous la surface d’un matériau. Deux types de rayons électromagnétiques sont utilisés : Le rayon X : il est généré dans un tube radiogène, un appareil électrique qui émet des rayons X lorsqu’il est mis sous tension. Le rayon gamma : il est généré par des éléments radioactifs (isotopes). Les isotopes les plus fréquemment utilisés sont le cobalt-60, le césium-137 et l’iridium-192. Un film fixe toutes les inégalités de la pièce soumise aux rayons. Unité mobile à rayons X, 1933 Ces rayonnements ont la propriété de traverser la matière, d’être atténués plus ou moins selon les matériaux traversés et de transporter une image radiante de ces derniers pouvant être convertie en image visible sur un dispositif approprié : Film radiographique (radiographie industrielle, ou écran fluorescent (radioscopie industrielle). Dans le cas de radioscopie industrielle, nous pouvons utiliser, outre l’écran fluorescent, un intensification d’image associé éventuellement à une caméra qui permet la vision directe sur un écran de télévision et d’enregistrement éventuelle sur magnétoscope. 2.2-Utilisation des rayon X ou γ : Type de contrôle non destructif Radiologie industrielle (X ou gamma) Ultrasons Courant de Foucault Ressuage ( avec ou sans ultraviolet) Magnétoscopie Emission acoustique et vibrations Divers (thermographie, étanchéité, etc…) -8- % d’utilisation 51 25 11 6 3.5 2 1.5 Le contrôle non destructif par technique à l'aide de photons X ou gamma, parfois de faisceaux d'électrons (accélérateurs de particules) ou de neutrons ne se limite pas aux constructions soudées. Il concerne également : - les ouvrages d'art où les défauts recherchés sont : l'hétérogénéité d'un béton mal vibré, des reprises de bétonnage ou des joints de construction, absence partielle ou totale de coulis d'injection (protection des câbles contre la corrosion), les contrôles d'entretien notamment sur les chaudières, les hautsfourneaux, cubilots, le contrôle d'objets très divers : pneus, pièces de fonderie ou en matériaux composites, etc… etc… 2.3-RADIOLOGIE INDUSTRIELLE X ou γ Le contrôle non destructif par radiologie des matériaux s'effectue principalement avec des photons X ou gamma "grain" de rayonnement de masse et de charge électrique nulles. Ce sont des rayonnements électromagnétiques dont les longueurs d'onde se placent entre les ultraviolets et les rayons cosmiques (figure 1). Figure1 : Longueur d’onde 2.4- Principe de la radiographie par rayon X: 2.4.1-Mise en œuvre: Le travail aux rayons ressemble à la prise de photos. D’un côté de la pièce, on fixe un film et, de l’autre côté, on place une source radioactive ou un tube à rayons X. Le rayonnement passe à travers la pièce et arrive sur le film. Plus la pièce est fine, moins le rayon est retenu. Le film est donc exposé au mieux. Un défaut ou une irrégularité dans la pièce va plus ou moins retenir le rayonnement que ses environs et se dégager. Le rayonnement gamma a un plus grand pouvoir de pénétration que les rayons -9- X. La source de rayonnement utilisée, l’épaisseur de la pièce et le temps d’exposition doivent correspondre Pour un profane, les clichés sont difficiles à interpréter. Ils doivent donc être examinés par quelqu’un d’expérimenté. Source radiographique Pièce à contrôler Défaut Image du défaut Film Figure 2 : Principe de la radiographie - 10 - la radiographie permet en fait de visualiser les défaut internes d’une pièce. L’intensité » du rayonnement incident issu d’un générateur de rayons X ou d’un radioélément artificiel est modifiée lors de son passage à travers un matériau par les discontinuités qu’il renferme. Un récepteur radiographique placé sous l’objet examiné fixe le rayonnement immergent, ce qui se traduit par une différence de noircissement sur le film développé - 11 - par voie chimique. Le noircissement sur le film permet de distinguer le zones saine du zones contenant des défauts. 2.4.2-Domaine d’application : le contrôle radiographique par rayon X ou gamma s’applique à toute sorte de matériaux de nature différente ( papier, matière plastique, matériaux métalliques). Le paramètres qui influent sur la probabilité de détection des discontinuité dans la matière sont principalement : - l’épaisseur et la forme du matériaux radiographié - la nature de ce matériau - la forme et la nature des discontinuités affectant la matériau - la position de ces défauts dans l’épaisseur contrôlé. - La nature de la source de rayonnement et le type du film utilisé. Lorsqu’un défaut est mis en évidence par radiographie, il est possible d’en déterminer la nature ainsi que la dimension apparente sur le film. En revanche, l’appréciation de la profondeur du défaut constitue une opération longue et délicate. 2.4.3-Lois d’atténuation : si on considère I0 est issu d’une source de rayonnement monochromatique et I représente les photons n’ayant subi aucune interaction dans la matière, on démontre que : I = I0 e-x avec : X : épaisseur de l’écran : coefficient d’absorption linéique qui représente la probabilité d’interaction d’un photon dans la matière qu’il traverse. I I0 x dI dx I I= I0 e-x qui peut se mettre sous la forme I I e 0 x avec : : indépendant de l’état physique du matériau : masse volumique : coefficient d’absorption linéaire proportionnel à la masse volumique. Exemple : détection d’une cavité telle qu’une fissure dans une pièce : On a I1 = I0 e- e e: épaisseur de la pièce - s I2 = I0 e s : épaisseur de la cavité - 12 - Or s<e I2 > I1 ceci se traduit par un tache sombre (noire) sur le film (absorption plus faible) caractérisant al cavité. Durée d’exposition : On cherche toujours à diminuer la durée d’exposition ( économique, sécurité, netteté). Le temps d’exposition dépend : - type de film - de l’épaisseur de la pièce - de la tension appliquée au tube - de la distance film – foyer. Remarque : le noircissement de l’image est appelé densité photographique qu’on définit par : Dln( I 0 ) I avec I0 : intensité incidente x Ix : intensité transmise 2.4.3- Localisation des défauts dans l’épaisseur : Foyer déplacé Foyer L Distance foyer – film (F) Pièce Défaut d Film l L : déplacement du foyer F : distance foyer film l : distance entre le deux images du défaut d : distance du défaut et la surface coté film on a Fl F d d d’où d Ll L l - 13 - 2.4.4- identification du défaut : Désignation Inclusions gazeuses Soufflure sphérique Soufflure vermiculaire Inclusion de laitier De forme et d’orientation quelconque Alignés ou en chapelet Alternées Mauvaise reprise Défaut de croisement Manque de fusion Manque de pénétration Fissure Fissure longitudinale Fissure transversale Description Aspect radio Cavité dues à inclusions de gaz des Tache sombre nettement définies et à contour circulaire Cavité allongées tubulaires dues à inclusions de gaz ou Tache sombre nettement des définies et à contour arrondi ou allongé suivant l’orientation du défaut Laitier ou autre matières Tache sombre à contour étrangères, emprisonnées irrégulier durant le soudage Cavité alignées contenant Lignes sombres plus ou du laitier ou autre matière moins interrompues, étrangères parallèles aux bords de la soudure Inclusions de laitier dues à Taches sombres à contour une mauvaise technique irrégulier disposées d’exécution alternativement en deux lignes parallèles Tache sombre isolée à la reprise d’une soudure Tache sombre au croisement de deux soudures Défaut à deux dimensions Mince ligne sombre avec du à un manque de liaison des bords nettement définis entre le métal de base et le métal d’apport Manque de fusion à la Ligne sombre continue ou racine de la soudure intermittente au milieu de la soudure Discontinuités produite par Fine lignes fracture dans le métal rectiligne ou non - 14 - sombre GAMMAGRAPHIE 2.5- Principe de la Gammagraphie 2.5-1 Choix de l’isotope Le choix de l’isotope pour effectuer un contrôle dépend de plusieurs paramètre. -temps de pose -épaisseur de la pièce à contrôler -contraste photographique (plusieurs longueurs d’onde impliquent meilleurs contrastes) -netteté de l’image (dépend de la dimension de la tâche focale : petite dimension implique meilleure netteté) Rq :*On réalise maintenant des sources de cobalt 60 dont l’activité est supérieure à 100 cm (tâche focale réduite, temps de pose correct) *Pour obtenir un meilleur contraste photo on emploiera des écrans renforçateurs au plomb . *On utilisera les mêmes techniques radiographiques qu’en rayon X en tenant compte l’émission est panoramique -Utilisation de contrôleurs de qualité - Choix de la distance d’émission -Même types de films radiographiques -Précaution à prendre pour le phénomène de diffusion Temps de pose en mm Epaisseu en mm IRIDIUM192 10 curies CESIUM137 10curies COBALT 60 10curies 10 20 30 40 50 60 80 100 120 150 7 9 15 25 42 65 180 480 .. .. 9 12 18 26 40 60 130 270 .. .. 3 3.5 4.5 6 8 10 16 35 65 180 a-AVANTAGES - Les sources radioactives ne nécessitent aucun courant électrique, aucun système de refroidissement (emploi sur chantiers). Contrôle de pièces dont l’épaisseur est supérieure à 90 cm (pas possible avec les rayons X) ( employé en grosse fonderie voir couverture polycop) - 15 - - Problèmes d’accessibilité résolus Sphéricité de l’émission Frais de fonctionnement et d’entretient réduit Foyer d’émission de petites dimensions d’où possibilité de faible distance foyer film La gammagraphie est un contrôle agrée : épreuve film conservée à bon marché. b- INCONVENIENTS 1- Mesures de protection doivent être constamment prise 2- Le temps de pose est long (1/2 h – 20h).Il est possible de radiographier un grand nombre de pièces disposées autour de la sources. Application : contrôle des soudures, recherche des défaut de fonderie, contrôle des assemblages d’appareils difficilement démontables. Spectre donnant le % d’intensité de caque raies de l’ir, le Cs et le Co 2.6 APPAREILS UTILISES - 16 - Ces appareils sont essentiellement des appareils de stockage ils se composent de : - une enveloppe en alliage protecteur ( de plomb ou de tungstène ) contenant l’isotope a son centre en position repos. - Une tête présentant un trou axial dans le quel pourra glisser un étui métallique porte isotope. - Une commande mécanique flexible munie d’un petit volant pour la manoeuvre à distance actionnera le déplacement de l’étui dans la tête. 2.7 PROTECTION ET SECURITE I-/ Dangers causés par les radiations Troubles observés par l’être humain, dans l’ordre, lors d’absorption de doses croissantes : maux de tête, manque d’appétit, diminution du nombre de globules rouges, stérilité, destruction des tissus. Les sources radioactives ne pouvant pas avoir une protection qui élimine totalement les radiations et au niveau d’un atelier. a- Sécurité a/ Recommandations de la commission internationale contre les radiation (1955) les doses limites sont les suivantes : - 150mR/ semaine pour les mains et les pieds - 300mR/ semaine pour le visage - 600mR/ semaine pour les autres parties du corps Toutefois la dose de ponte reconnue dans de nombreux pays est 300 mR/semaine 1R = 2.58 * 10 -4 c/Kg - 17 - (décret 22 avril 1968) Le rayonnement ionisant à un effet cumulatif c’est pourquoi il faut compléter les valeurs ci-dessus par : - 3000 mR en 13 semaines ( 3 mois dose de pointe ) 5000 mR en 52 semaines ( 1 an dose de pointe ) ce qui conduit à fixer une dose maximale hebdomadaire de 96mR pour une irradiation continue. Ce qui donne selon les horaires en vigueur un dose horaire d’environ 2mR en irradiation continue. b- Mesure des radiations - Pour la surveillance générale et la localisation de la radioactivité on emploie diverses appareils utilisant des compteurs Geiger ( généralement détecteurs de poche à pile Ces instruments reposent sur le principe de l’ionisation des gaz exposés au rayonnement, l’appareil comprend : - Une ampoule à gaz étanche (tube Geiger ) - 2 électrodes : 1 tube métallique 1 fil central isolé Principe On applique entre les électrodes une tension continue(2100 v), le tube étant irradié, le gaz s’ionise et le milliampèremètre indique un courant proportionnel à l’intensité des rayon. On étalonne directement l’appareil en millirongtens(mr) ou rongtens (r). - 18 -