Méthodes D’essai De Soudure : Destructrices Et Non Destructives

Les méthodes d’ essai de soudure énumérées ci-dessous sont très spécialisées et nécessitent des compétences et des aptitudes. Ces tests vérifient les compétences du mécanicien soudeur ainsi que la qualité du métal soudé et la résistance du joint soudé pour chaque variété de métal utilisé dans les industries.

Pourquoi avons-nous besoin d’un test de soudage?

Une erreur dans le processus de soudage peut endommager les métaux soudés de manière significative, entraînant une perte de résistance, de durabilité et une défaillance de la structure. Ces méthodes d’essai de soudage telles que l’inspection visuelle et autres sont une assurance que les produits sont sécurisés pour l’utilisation prévue.

Ils s’assurent de répondre aux normes établies pour une navigation en douceur sans beaucoup d’erreurs et d’éventuelles dépenses supplémentaires.

Méthodes d’essai de soudure physique

Ces types d’essais de soudage peuvent être globalement divisés en deux types.

  •  Essais destructifs
  •  Contrôles non destructifs (CND) 

Ces tests peuvent détecter des défauts généralement non visibles à l’œil nu.

Essais destructifs

Les essais de traction et de flexion sont destructifs car les éprouvettes sont chargées jusqu’à ce qu’elles cèdent, pour obtenir les informations souhaitées.

Ces essais destructifs se répartissent en deux catégories

  • Test basé sur l’atelier
  • Des tests de laboratoire comme l’utilisation de lunettes chimiques, corrosives, microscopiques et macroscopiques.

Essais Non Destructifs (END)

Le but de ces essais est l’examen de la soudure sans provoquer de dommages. Ceux-ci peuvent inclure des rayons X, des tests hydrostatiques, etc., et également appelés NDE ou examen non destructif et NDI ou inspection non destructive.

Types d’essais non destructifs (END)

Types d’essais destructifs Soudure physique

1. Test de gravure à l’acide

Ce test de soudure physique est utilisé pour vérifier la solidité de la soudure. L’acide attaque le bord des défauts dans le métal de base ou le métal fondu et identifie les défauts de soudure. Dans l’état du défaut, la limite s’accentue entre les métaux de base et les métaux d’apport et peut définir clairement le défaut qui n’est autrement pas visible à l’œil nu. Cet essai est effectué le long de la section transversale du joint de soudure. 

Les solutions acides utilisées ici sont l’acide chlorhydrique, le persulfate d’ammonium, l’acide nitrique ou l’iode et l’iodure de potassium pour la gravure des aciers au carbone et faiblement alliés.

2. Test de pliage guidé

Ces essais de pliage guidés sont utilisés pour déterminer la qualité du métal fondu à la racine et à la face du joint soudé. Ils jugent également la fusion et le degré de pénétration du métal de base ainsi que l’efficacité de la soudure. Les tests de ce type peuvent être effectués dans un gabarit. Les spécimens requis pour les essais sont usinés à partir des plaques déjà soudées, l’épaisseur de ces spécimens doit être dans la capacité de notre gabarit de pliage. L’échantillon à tester est placé sur les supports de la matrice qui est la partie inférieure du gabarit. Le piston du vérin hydraulique forçait l’éprouvette à l’intérieur et assurait la forme de la matrice vue.

bend test and guided bend test

L’exigence de cet essai est satisfaite en pliant les échantillons à 180 degrés et maintenant acceptée comme passable. Non, toute fissure de plus de 3,2 mm dans n’importe quelle dimension doit être visible sur la surface. Les tests de pliage de face sont effectués dans le gabarit tout en faisant face à la soudure en tension à l’extérieur du pli. Maintenant, le test de pliage de la racine est effectué dans le gabarit avec la face de la soudure en tension comme à l’extérieur du pli. Les essais de pliage guidés sont illustrés sur la figure.

Remarques:

  • Épaisseur de la plaque T-Test
  • Un rouleau durci peut être utilisé sur les épaules si nécessaire
  • Dimension spécifique pour 3/7 de la plaque
  • Chaque dimension indiquée est en pouces.

3. Test de courbure gratuit

Cette approche d’essai de pliage sans soudure physique est conçue pour évaluer la ductilité du métal déposé dans un joint de soudure. L’échantillon pour cet essai est obtenu par usinage à partir de la plaque soudée avec la soudure rencontrée comme indiqué en A, figure.

Temps nécessaire pour arrondir chaque coin de l’éprouvette dans le sens de la longueur dans un rayon ne dépassant pas 1/10 de l’épaisseur de l’éprouvette. Marques d’outils le cas échéant le long de la longueur de l’échantillon. Deux lignes tracées sont tracées sur la face à 1,6 mm du bord de la soudure. Mesurez maintenant la distance entre deux lignes en pouces et notez-la comme distance initiale X. Les extrémités des éprouvettes sont pliées à des angles d’environ 30 degrés, ces plis sont environ 1/3 de la longueur de chaque extrémité. Le point de soudure est situé au centre pour s’assurer que toute la flexion se produit dans la soudure.

L’échantillon d’essai plié, au début, est placé dans une machine capable d’exercer une grande force de compression et plié continuellement jusqu’à une fissure de plus de 1/16 de pouce dans n’importe quelle dimension vue sur la face de la soudure. En l’absence de fissure, la flexion peut être poursuivie jusqu’à ce que l’échantillon de 1/4 pouce d’épaisseur ou moins puisse être testé dans un étau. La tôle forte est généralement testée dans des gabarits de pliage ou une presse.

Vous pouvez utiliser une presse à compression électrique ou un étau lors du test de pliage libre, il est préférable d’usiner la plaque supérieure ainsi que la plaque inférieure des dispositifs de pliage pour présenter des surfaces parallèles aux extrémités de l’échantillon à tester. Cet exercice empêchera le glissement et la rupture de l’échantillon hors de l’équipement d’essai lorsqu’il se plie.

Test de pliage gratuit du métal soudé.

Une fois l’essai de pliage terminé après avoir plié l’éprouvette, la distance entre les lignes tracées est mesurée en pouces et enregistrée en tant que distance Y. Pour calculer le pourcentage d’allongement, soustrayez le chiffre X de la distance Y, divisez-le par Xou la distance initiale et multiplier par 100. Habituellement, l’exigence pour réussir ce test est un allongement minimum de 15 % et aucune fissure de plus de 1/16 de pouce dans n’importe quelle dimension ne se produit sur la face de la soudure.

Ce test de pliage gratuit est principalement remplacé par le test de pliage guidé chaque fois que nous trouvons l’équipement de test à notre disposition. Test de pliage arrière.

4. Test de pliage arrière

Il s’agit d’un test de soudure physique conçu pour vérifier la qualité du métal fondu et l’étendue de la pénétration dans la racine du Y du joint bout à bout après soudage. L’échantillon ou l’éprouvette utilisé pour l’essai est similaire à l’essai de pliage libre, sauf qu’il est plié avec la racine de la soudure vers le côté tendu ou vers l’extérieur. Les spécimens testés doivent se plier à 90 degrés sans se détacher. Ce test physique est largement remplacé par un test de pliage guidé.

5. Test de rupture de Nick

Ce test de rupture a été conçu pour détecter dans le métal fondu du joint bout à bout soudé tous les défauts internes tels que les inclusions de scories, une mauvaise fusion, des poches de gaz, du métal oxydé et du métal brûlé. Procurez-vous l’échantillon à partir du joint soudé soit par usinage, soit par découpage au chalumeau oxyacétylénique. Chaque bord du joint est doté d’une fente par une scie coupée à travers le centre. La pièce préparée de l’échantillon est pontée à travers les deux blocs d’acier. Maintenant, collez l’échantillon avec un marteau lourd jusqu’à ce que la section de la soudure entre les fentes soit fracturée.

Le métal exposé doit être complètement fondu et exempt d’inclusions de scories. Les poches de gaz, le cas échéant, ne doivent jamais dépasser 1,6 mm sur la dimension supérieure. Le nombre de poches de gaz ne doit pas dépasser 6.

Pour juger de la solidité des soudures d’angle, une autre méthode de test de rupture est utilisée, appelée test de rupture de soudure d’ angle. Ici, la force est appliquée avec la presse, le coup de marteau, la pression de la machine d’essai appliquée au sommet de l’éprouvette en forme de V jusqu’à ce que la soudure d’angle se détache. Examinez maintenant la surface de la fracture pour vérifier la solidité de la soudure.

6. Essai de résistance à la traction

Le test de résistance à la traction est conçu pour tester la résistance du joint soudé. Un segment de la plaque soudée à tester consiste à placer la soudure à mi-chemin dans les mâchoires de la machine d’essai. La largeur et l’épaisseur de l’échantillon d’essai sont mesurées avant l’essai. Pour calculer la surface en pouces carrés, multipliez-la avant le test et calculez en multipliant ces 2 chiffres comme dans la formule de la figure.

L’échantillon pour le test de résistance physique de la soudure à la traction est maintenant monté sur une machine qui exercera une force de traction suffisante pour casser l’échantillon. La machine à tester peut être de type portable ou stationnaire. Une machine d’essai portable fonctionnant sur un principe hydraulique suffisant pour tirer et plier l’échantillon est illustrée à la figure.

Pendant que les tests sont effectués sur cette machine, la charge dans la livre est visible sur la jauge. La machine de type stationnaire montre la charge appliquée sur la poutre d’équilibrage. Dans tous les cas, la charge est enregistrée au point de rupture. Les échantillons rompus par l’essai de résistance à la traction sont représentés sur la figure.

La résistance à la traction a une contrainte définie en livres par pouce carré. Elle est calculée en divisant la charge de rupture de l’éprouvette par la section initiale de l’éprouvette. Les normes acceptables pour la résistance à la traction des soudures sont que l’échantillon doit tirer au moins 90 % de la résistance à la traction du métal de base.

La résistance au cisaillement des soudures d’angle longitudinale et transversale est évaluée par une contrainte de traction des éprouvettes. La largeur de l’échantillon d’essai est mesurée en pouces. L’échantillon d’essai est rompu sous la charge de traction et la charge maximale en livres est indiquée. La résistance au cisaillement est déterminée en divisant la charge maximale par la longueur de la soudure d’angle qui s’est rompue. Il est marqué en livre par pouce linéaire. La résistance au cisaillement en livres/pouce peut être obtenue en divisant la résistance au cisaillement en livres/pouce linéaire par la dimension moyenne de la gorge de la soudure en pouces. Les spécimens sont plus larges que nécessaire et usinés à la taille requise.

Essais non destructifs

1. Test hydrostatique

Ce type de test physique par le contrôle non destructif est effectué pour vérifier la qualité du soudage dans un conteneur fermé tel que des réservoirs et des récipients sous pression. L’essai est effectué en remplissant le récipient d’eau et en exerçant une pression supérieure à la pression de service du récipient. De grands réservoirs sont parfois remplis d’eau, sans aucune pression pour vérifier les fuites possibles dues à des soudures défectueuses. Parfois, nous pouvons effectuer des tests de fuite à l’aide d’huile où la vapeur sort du récipient et devient visible sous forme d’infiltration d’huile.

2. Test de particules magnétiques

Cette méthode d’inspection ou méthode d’essai physique des soudures est utilisée sur les soudures et les articles en aciers alliés magnétiques. Ce test est utilisé uniquement pour les matériaux ferromagnétiques où le matériau déposé est également ferromagnétique. Un champ magnétique robuste est créé dans l’éprouvette au moyen de courants électriques à fort ampérage. 

magnetic particle testing

Le champ où la fuite est ressentie est mis en place par toute brèche qui intercepte les champs dans la partie test. Les pôles sont produits localement par l’apparition de champs de fuite. Les pôles générés attirent et maintiennent la prise sur les particules magnétiques placées sur la surface dans le but désigné. Le défaut ou motif de discontinuité, montré par ces particules sur la surface de la pièce est un indicateur du défaut.

3. Test aux rayons X

Cette méthode radiographique de test de soudure physique révèle la présence et la nature des défauts internes dans un échantillon de la soudure, comme des fissures, des évents, des scories et des zones de fusion inappropriées. Nous gardons un tube à rayons X d’un côté de la plaque soudée de l’échantillon et un film radiographique spécialement conçu pour une émulsion sensible de l’autre côté. Dans le cas des défauts développés dans la plaque métallique, il apparaît sous forme de taches sombres, de bandes. Ces défauts peuvent être interprétés par un opérateur rompu à ces méthodes de contrôle.

L’inspection aux rayons X montre ici la porosité et la pénétration profonde des racines, comme le montre la figure.

4. Test aux rayons gamma

Cette méthode de test et d’inspection de soudure physique radiographique est similaire à une méthode aux rayons X, sauf que ces rayons gamma émergent d’une capsule de sulfate de radium au lieu d’un tube dans le rayon X.

La caractéristique de la courte longueur d’onde des rayons gamma le trouve parfait pour les pénétrations de sections d’épaisseur plus importantes. Le temps requis pour l’exposition est plus long que celui des rayons X en raison d’un taux de production de rayons gamma plus lent.

Les tests aux rayons X sont le plus souvent utilisés dans les inspections radiographiques, mais la portabilité est la caractéristique unique des rayons gamma.

5. Test de colorant pénétrant fluorescent

Ce test non destructif de soudure physique par pénétration fluorescente est conçu pour localiser les fuites, les fissures, les pores et les discontinuités dans les matériaux. C’est un choix de test pour les matériaux non magnétiques comme le magnésium, l’aluminium et l’acier austénitique pour localiser toute fuite dans chaque type de soudure. Le colorant est lavable à l’eau, hautement fluorescent avec des qualités de pénétration exceptionnelles.

Le colorant est appliqué sur la surface à tester par brossage, pulvérisation et trempage. L’excédent de matière est éliminé par essuyage, rinçage, avec un chiffon imbibé d’eau. Le révélateur peut être appliqué à sec ou humide sur la surface après l’avoir bien nettoyée. Le pénétrant traité avec le révélateur montre des indicateurs fluorescents brillants sous lumière noire.

Avantages de la méthode de test de colorant

  • Économique avec un faible coût
  • Processus facile et son interprétation
  • Peu de formation requise
  • Utilisé pour les métaux ferreux et non ferreux

Inconvénients de cette méthode physique

  • Peut sauter le problème sous la surface
  • Ne fonctionne pas sur une surface poreuse

Types de teinture

Type A – Ce type de colorant émet une lumière visible une fois vu à l’aide d’une lumière noire.

Type B – Le colorant de couleur vive peut être examiné par une lumière ordinaire et utilisé facilement sur le terrain.

6. Essai de dureté

La capacité de la substance à contrecarrer l’indentation du décalage localisé est définie comme la dureté. On peut simplement dire résistance à l’usure, à l’abrasion et à l’indentation. Ce test non destructif est couramment utilisé dans les laboratoires, pas habituellement sur le terrain. Le test de dureté est utilisé comme moyen de contrôler les propriétés des matériaux car la dureté particulière est atteinte pour cette application particulière.

L’essai est utilisé pour déterminer la dureté du métal fondu. Examinez soigneusement le joint de soudure pour localiser la zone dure et décider de l’effet de la chaleur de soudage sur les propriétés de base du métal de base étiré.

Équipement d’essai de dureté

Test de fichier

Le test de fichier détermine la dureté comparative dans une méthode très simple. Nous passons une lime sous pression manuelle sur l’échantillon à tester. Nous pouvons enregistrer des informations indiquant si le métal testé est plus dur ou plus doux que la lime et si d’autres métaux ont été délimités avec le même traitement.

Essais de dureté Pièces d’équipement

Il existe une large gamme de machines d’essai de dureté et chacune des machines est conçue pour cette fonction particulière dans une situation donnée. De plus, les machines de plus d’un type peuvent être conçues pour un métal donné et la dureté obtenue peut être corrélée de manière satisfaisante. Deux types courants de machines utilisées pour la dureté du métal sont :

  • Le duromètre Brinell.
  • Le duromètre Rockwell

Testeur de dureté Brinell

Dans cette procédure, l’échantillon reste frappé sur l’enclume de la machine et applique une charge de 6620 livres (3003 kg) contre une bille d’acier dur qui est restée en contact avec la surface de l’échantillon à tester. La bille d’acier a un diamètre de 10,2 mm et la charge est censée rester en contact pendant 1/2 minute. Relâchez maintenant la pression et mesurez la profondeur de la dépression faite par la bille sur l’échantillon et notez la profondeur. Le diamètre de la dépression est plus important que la dépression pour calculer la dureté par dureté Brinell. Les graphiques des nombres de dureté Brinell peuvent être préparés pour une gamme de diamètres de diverses impressions.

Le nombre de dureté Brinell est calculé par la formule suivante.

Voici les détails 

HB – indice de dureté Brinell

D – Diamètre de la bille en mm

d – Diamètre de l’empreinte récupérée en mm

P – Charge appliquée en kg

vicker-hardness

Le principe de test ici est le même que celui du testeur Brinell. La différence avec le testeur Brinell est qu’ici, moins de charge est nécessaire pour impressionner sur un diamant en forme de boule/cône plus petit. La profondeur d’indentation peut être mesurée avec un cadran attaché à la machine. La dureté ici est exprimée arbitrairement en nombres de Rockwell. Ces chiffres sont précédés d’une lettre telle que « B » ou « C » pour indiquer la taille de la balle utilisée, la charge pour l’impression et l’échelle utilisée dans le test spécifique.

Les autres tests disponibles sont la pyramide de diamant Vicker et le scléroscope.

7. Test de soudure physique Magnaflux

Il s’agit d’un test de soudure physique non destructif rapide pour localiser le défaut à ou près de la surface de l’acier métallique et des alliages magnétiques en utilisant des moyens de magnétisation correcte avec l’application de particules ferromagnétiques.

Principe de base du test Magnaflux

En général, il est probable que l’inspection Magnaflux utilise une loupe comme méthode d’essai de soudure physique. Ici, au lieu d’utiliser du verre, le champ magnétique et le matériau ferromagnétique sont utilisés. La méthode repose sur deux principes :

  • Un champ magnétique est produit lorsqu’un courant électrique a traversé un métal.
  • Les pôles minuscules sont formés sur la surface où les champs magnétiques sont brisés ou déformés.

Lorsque ces matières ferromagnétiques sont amenées à proximité de la partie aimantée, elles s’attirent par nature fortement vers ces pôles et s’y tiennent fermement et forment une indication visible.

8. Test de courant de Foucault électromagnétique

Test de particules magnétiques pour les défauts de surface des métaux ferreux.

Ce contrôle électromagnétique non destructif repose sur le principe qu’un courant électrique circule toujours dans un conducteur soumis à des champs magnétiques changeants. Ce test est utile pour vérifier les soudures dans les matériaux non magnétiques et magnétiques et un outil très utile pour tester les congés, les barres, les tubes et les tuyaux soudés. La fréquence peut varier de 50Hz à 1MHz selon le type, l’épaisseur du matériau selon les méthodes actuelles. Le premier se trouve à tester lorsque la perméabilité du matériau est un facteur décisif et le second lorsque la conductivité électrique est l’élément de considération.

Le test ici implique l’induction du courant électrique comme les courants de Foucault ou de Foucault dans la pièce de test et l’enregistrement des changements survenus dans ces courants ou de toute différence physique dans la pièce de métal de test. Ces tests peuvent non seulement détecter une discontinuité dans les pièces métalliques de test, mais peuvent également mesurer les dimensions et la résistivité. La résistivité est proportionnelle aux propriétés chimiques, au traitement thermique, à l’orientation des cristaux et à la dureté et ceux-ci peuvent être jugés indirectement. Ces méthodes de test électromagnétiques sont classées comme méthodes magnéto-inductives et courants de Foucault. 

La méthode pour produire le courant de Foucault dans une éprouvette d’essai consiste à faire de l’éprouvette d’essai le noyau d’une bobine d’induction à courant alternatif. Les deux manières peuvent mesurer les changements qui se produisent dans l’amplitude et la dispersion de ces courants. La première consiste à mesurer la composante résistive de l’impédance de la bobine secondaire et la seconde consiste à mesurer la composante inductive de l’impédance de la bobine secondaire. Les types d’équipement ont été conçus pour mesurer des composants d’impédance résistive et inductive individuellement ou simultanément pour les deux.

Le courant de Foucault peut être induit dans l’échantillon d’essai par l’action alternative d’un transformateur électromagnétique. Ce courant est de nature électrique avec toutes ses propriétés. Pour générer des courants de Foucault, la pièce d’échantillon d’essai qui doit être un conducteur électrique amenée dans les champs d’une bobine transportant un courant alternatif. La bobine peut encercler l’échantillon sous la forme d’une sonde et en cas de forme tubulaire, enroulée pour s’adapter à l’intérieur du tuyau ou du tube. Ce courant dans l’éprouvette métallique peut créer ses propres champs magnétiques pour s’opposer aux champs magnétiques d’origine. L’impédance de la bobine secondaire couplée à la première à proximité immédiate de l’échantillon d’essai est forcée par la présence des courants de Foucault à changer. Le deuxième coulis est souvent utilisé comme bobine de commodité, de détection ou de ramassage. Le trajet de ce courant de Foucault peut présenter une distorsion en cas de discontinuité.Les courants de Foucault peuvent dévier ou s’entasser en cas de discontinuité ou de défauts. Le changement peut être mesuré et il est une indication de défauts/différences dans la structure chimique, physique et métallurgique.

9. Test d’émission acoustique 

La méthode acoustique consiste à frapper la soudure et à déterminer la qualité par le ton.

Cet essai physique de soudure vient en complément d’autres essais non destructifs. Ils ont appliqué ces tests au cours de la preuve, ainsi que des tests, des services et des travaux de fabrication récurrents . Ce test comprend la détection de signaux acoustiques générés à la suite d’une déformation plastique ou de toute formation de fissure lors du chargement. Ces signaux sont à large spectre avec du bruit ambiant provenant de nombreuses autres sources. Le transducteur, s’il est placé stratégiquement sur la structure, est activé par les signaux entrants. Le son ambiant peut être considérablement réduit en ajoutant des filtres. La source des signaux significatifs est marquée en fonction de l’heure d’arrivée à différents transducteurs.

10. Test de ferrite

Effets de la teneur en ferrite

Les dépôts de soudure de l’acier inoxydable austénitique ont la nature de développer de petites fissures même dans des circonstances de contrainte minimale. Ces fissures sont observées généralement transversalement à la ligne de fusion de la soudure dans les passes de soudure lors du réchauffage jusqu’au voisinage du point de fusion. Ces fissures sont des défauts préjudiciables et difficiles à tolérer. Les effets de ces fissures sur les performances de soudage sont moins clairs car ces micro-fissures sont rapidement recouvertes par une matrice austénitique tenace. Celles-ci fissurées sur le métal fondu ont fonctionné de manière satisfaisante dans des conditions très sévères. Une tendance à former de grandes fissures va de pair avec une formation de fissures plus importantes. Il est toujours souhaitable d’éviter les métaux de soudure sensibles aux fissures.

Une petite fraction de phase de ferrite delta magnétique dans les dépôts de soudure non magnétiques et conduit à la prévention de la fissuration et de la fissuration au niveau de la ligne centrale. La ferrite delta excessive, cependant, peut avoir des effets néfastes sur les propriétés du métal fondu. Plus il y a de ferrite delta, moins il y aura de ductilité et de ténacité. Une plus grande exposition à des températures sévères rend le métal fragile. et nuit à la qualité.

Les indicateurs portables de ferrite sont conçus pour une utilisation sur site. Teneur en ferrite dans les dépôts de soudure indiquée en pourcentage de ferrite et peut être encadrée entre 2 valeurs. Cela offrira un contrôle suffisant dans les applications où la teneur minimale en ferrite/la plage de ferrite est spécifiée.