Les défauts se présentent sous différentes formes et tailles

La détection de défauts est un sujet très vaste. En écrivant à ce sujet dans l'article Qualité de juin 2022, Flaw Detection 101, je me suis concentré sur la définition de ce qu'est un défaut, puis j'ai discuté de nombreuses méthodes de tests non destructifs (CND) courantes utilisées pour détecter les défauts. La définition que j'ai utilisée précédemment était « une indication qui est déterminée comme étant une discontinuité, mais qui ne dépasse pas les limites de rejet ». Cette définition peut être facilement interprétée dans les limites d'un programme CND qui a défini des tolérances et des limites d'acceptation. Mais cela pourrait également être interprété différemment lorsque les inspections utilisées ne tentent pas de détecter les types de défauts courants tels que les fissures, le retrait, la porosité et autres.

Les défauts peuvent prendre différentes formes, orientations et tailles. Il peut s'agir de différences matérielles mineures, d'imperfections de surface ou de tout ce qui n'est pas censé se trouver sur ou dans un composant. L’origine d’un défaut peut également provenir de nombreuses sources différentes, et elles peuvent se situer n’importe où au sein d’une pièce. Pour cette raison, de nombreuses inspections différentes ont été développées pour détecter les défauts. La détection des défauts pouvant être très difficile, elle peut souvent nécessiter soit une combinaison de plusieurs inspections, soit des inspections très spécifiques pour assurer une couverture complète des pièces.

Dans certains cas, où l'on sait que des types de défauts spécifiques se produisent, plusieurs types de méthodes d'inspection prescrites, moins courantes, sont utilisés. Ces types d’inspections sont au centre de cet article. La radiographie neutronique (rayons N), par exemple, est utilisée pour détecter à la fois le noyau céramique résiduel des composants de la turbine ainsi que la répartition et la densité appropriées des matériaux explosifs internes dans les obus d'artillerie. Une autre méthode est la diffraction des rayons X (DRX). La XRD est utilisée pour mesurer l’orientation cristallographique des composants et les niveaux de contraintes inhérentes et résiduelles dans les pièces fabriquées et entretenues. Ces types de défauts spécifiques doivent être inspectés à l’aide de ces méthodes car il n’existe actuellement aucun autre moyen standardisé et validé pour les détecter.

La radiographie neutronique partage bon nombre des attributs de base de la méthode CND standard aux rayons X, mais au lieu d'utiliser les rayons X pour interagir avec les composants, elle utilise des neutrons de haute énergie. Les neutrons interagissent avec les matériaux de manière très différente des rayons X et cette différence permet de détecter des défauts que les rayons X ne peuvent pas identifier. En termes simples, de nombreux matériaux plus denses et plus épais peuvent arrêter et absorber les rayons X, mais les rayons N peuvent facilement pénétrer à travers ces matériaux. D’un autre côté, les rayons X peuvent facilement pénétrer dans les plastiques, mais pas les rayons N. Ces différences d'absorption peuvent être exploitées avantageusement.

Le noyau céramique résiduel dans un composant de turbine peut causer des dommages catastrophiques au moteur. Le noyau en céramique est ce qui définit les dimensions internes de nombreux composants de turbine et une fois l'alliage métallique coulé pour former la pièce, le noyau en céramique reste à l'intérieur. Le noyau est ensuite retiré par un processus chimique, mais son retrait complet doit être confirmé. Les rayons N peuvent fournir cette confirmation. Pour ce faire, les pièces sont soigneusement lavées extérieurement et intérieurement avec une solution contenant un matériau appelé gadolinium. Le gadolinium est utilisé car il peut absorber presque complètement les neutrons. Le lavage au gadolinium recouvre et imprègne complètement tout noyau céramique résiduel qui pourrait être présent. Les pièces sont ensuite séchées et positionnées devant un faisceau de neutrons et un film ou un détecteur numérique capture ensuite la radiographie neutronique ou l'image numérique. Tout matériau résiduel du noyau peut alors être facilement identifié sur l’image radiographique. Si un matériau de noyau en céramique est trouvé sur une radiographie, ce numéro de série peut être retraité. La figure 1 montre le matériau du noyau en céramique dans les cavités internes d'une pièce de turbine.

Un autre défaut unique qui s'appuie sur les rayons N pour la détection est la répartition et la densité appropriées des matériaux explosifs internes dans les obus d'artillerie/munitions. Pour cette inspection, les munitions sont présentées simplement après avoir été placées dans le faisceau de neutrons et imagées. Les neutrons interagissent avec les différents éléments du composant et peuvent ensuite être interprétés et identifiés sur l’image aux rayons N.