Magnétoscopie des soudures : principe, méthode et défauts détectables

La magnétoscopie, généralement désignée par l’abréviation MT pour Magnetic Testing, est une méthode de contrôle non destructif destinée principalement à rechercher des discontinuités débouchant en surface et certaines discontinuités situées juste sous la surface d’un matériau ferromagnétique.

Son principe est très différent du ressuage. Au lieu de faire pénétrer un liquide dans une fissure, la pièce est aimantée. Lorsqu’une discontinuité perturbe le passage du champ magnétique, une fuite de flux apparaît localement. Des particules magnétiques appliquées sur la zone viennent alors s’accumuler autour de cette perturbation et forment une indication visible.

La magnétoscopie est particulièrement efficace pour rechercher certaines fissures fines sur les soudures en acier ferromagnétique. Elle peut être utilisée en fabrication, après réparation ou lors d’opérations de maintenance et d’inspection en service.

Elle présente toutefois une limite fondamentale : la pièce doit être ferromagnétique. Cette méthode n’est donc pas adaptée à l’aluminium ni à de nombreux aciers inoxydables austénitiques.

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1. Qu’est-ce que la magnétoscopie ?

La magnétoscopie est une méthode de contrôle non destructif reposant sur les propriétés magnétiques du matériau examiné. Elle permet principalement de rechercher des discontinuités de surface, notamment des fissures, sur des pièces capables d’être fortement aimantées.

Elle peut également mettre en évidence certaines discontinuités situées juste sous la surface. La sensibilité diminue toutefois rapidement lorsque la profondeur augmente. La magnétoscopie ne doit donc pas être considérée comme une méthode de contrôle volumique comparable aux ultrasons ou à la radiographie.

Dans le domaine du soudage, elle peut être appliquée au cordon lui-même ainsi qu’aux zones voisines, notamment la zone affectée thermiquement lorsque celle-ci doit être examinée.

La méthode est souvent utilisée pour rechercher des fissures susceptibles d’apparaître :

• dans le métal fondu
• au raccordement entre le cordon et le métal de base
• dans la zone affectée thermiquement
• dans une zone réparée ou meulée
• sur une pièce ayant subi des contraintes en service

Une indication magnétoscopique peut être beaucoup plus visible que la discontinuité qui la provoque. C’est ce qui rend la méthode particulièrement intéressante pour rechercher certaines fissures très fines.

2. Comment fonctionne le contrôle magnétoscopique ?

Pour comprendre la magnétoscopie, il faut imaginer qu’un champ magnétique traverse la pièce contrôlée. Dans une zone saine et suffisamment homogène, les lignes de champ suivent leur trajet dans le matériau.

Lorsqu’une fissure ou une autre discontinuité coupe ce trajet, elle constitue une interruption locale dans la matière. Le champ magnétique est alors perturbé et une partie du flux peut sortir de la pièce puis y rentrer un peu plus loin. On parle de fuite de flux magnétique.

Des particules ferromagnétiques très fines sont appliquées pendant ou dans les conditions prévues par l’aimantation. Elles sont attirées vers les zones où les fuites de flux sont suffisamment importantes et s’accumulent autour de la discontinuité.

Cette accumulation produit une indication dont la forme et la position peuvent ensuite être observées par le contrôleur.

Principe simplifié de la magnétoscopie

3. Quels matériaux peut-on contrôler par magnétoscopie ?

La magnétoscopie nécessite un matériau ferromagnétique. Cette condition est indispensable, car la méthode repose sur la capacité de la pièce à conduire et concentrer suffisamment le champ magnétique.

Elle est particulièrement utilisée sur de nombreux aciers au carbone et aciers faiblement alliés rencontrés dans :

• les structures soudées
• la chaudronnerie
• les appareils industriels
• les tuyauteries
• les pièces mécaniques
• les équipements de levage
• la maintenance industrielle
• certaines constructions navales ou énergétiques

En revanche, l’aluminium, le cuivre et de nombreux alliages non ferromagnétiques ne peuvent pas être contrôlés par cette méthode.

Le cas des aciers inoxydables mérite également une attention particulière. Les inox austénitiques couramment utilisés, comme de nombreuses nuances de la famille 300, ne présentent généralement pas les caractéristiques ferromagnétiques nécessaires à un contrôle magnétoscopique classique. D’autres familles d’aciers inoxydables peuvent au contraire présenter un comportement magnétique différent.

Il ne faut donc pas choisir la méthode uniquement parce que la pièce est en « acier ». La nature métallurgique réelle du matériau doit être compatible avec la magnétoscopie.

4. Quelles sont les étapes d’un contrôle par magnétoscopie ?

La procédure exacte dépend de la pièce, du type de soudure, de la technique d’aimantation, du produit indicateur et des exigences du contrôle. Une inspection suit néanmoins une logique générale.

1. identifier la zone à examiner et vérifier la compatibilité du matériau
2. préparer et nettoyer suffisamment la surface
3. choisir la technique d’aimantation adaptée
4. établir le champ magnétique dans la direction prévue
5. appliquer les particules magnétiques selon la technique utilisée
6. observer la formation éventuelle d’indications
7. réaliser si nécessaire une seconde aimantation dans une autre direction
8. caractériser les indications détectées
9. évaluer les indications selon les critères applicables
10. enregistrer les résultats lorsque cela est exigé
11. nettoyer et, si nécessaire, démagnétiser la pièce

Comme pour le ressuage, une bonne préparation est essentielle. Une surface couverte de calamine, de projections, de graisse ou de salissures peut gêner le déplacement des particules et réduire la lisibilité des indications.

Une surface extrêmement irrégulière peut également produire des accumulations de particules sans rapport avec une véritable discontinuité. L’état de surface doit donc être compatible avec la sensibilité recherchée.

5. Comment aimante-t-on la pièce à contrôler ?

Plusieurs techniques permettent de créer le champ magnétique nécessaire à l’inspection. Le choix dépend notamment de la géométrie de la pièce, de l’accessibilité, de la taille de la zone à contrôler et de l’orientation probable des discontinuités.

Sur les soudures, un équipement fréquemment rencontré est le joug magnétique, également appelé électroaimant ou yoke. Ses deux pôles sont placés de part et d’autre de la zone à examiner afin de créer un champ dans la pièce entre les pôles.

D’autres techniques peuvent utiliser :

• un électroaimant
• un aimant permanent lorsque la technique le permet
• le passage d’un courant électrique dans la pièce
• des contacts électriques
• une bobine
• un conducteur central pour certaines géométries
• des installations fixes de magnétoscopie en atelier

La technique retenue détermine la forme et l’orientation du champ magnétique obtenu. Le contrôleur doit donc comprendre le trajet du flux dans la pièce et ne pas simplement poser l’appareil sur la soudure sans tenir compte de la direction recherchée.

Le type de courant utilisé influence également le comportement du champ et la sensibilité aux différentes profondeurs. Le choix du procédé d’aimantation fait donc partie intégrante de la procédure de contrôle.

6. Pourquoi l’orientation du champ magnétique est-elle importante ?

L’orientation constitue l’un des points fondamentaux de la magnétoscopie. Une discontinuité est généralement détectée avec la meilleure sensibilité lorsque sa direction coupe suffisamment les lignes du champ magnétique.

Une fissure pratiquement parallèle au champ peut provoquer une fuite de flux beaucoup plus faible et devenir difficile à détecter.

Imaginons par exemple une fissure longitudinale située dans une soudure. Si le champ magnétique est lui aussi orienté presque dans le sens de la fissure, les lignes de champ peuvent la longer sans être fortement perturbées. Une orientation différente du champ peut au contraire provoquer une fuite beaucoup plus nette.

C’est pourquoi un examen complet d’une zone impose généralement de créer le champ dans plus d’une direction. Les techniques sont choisies de façon à permettre la détection de discontinuités ayant des orientations différentes.

Influence de l’orientation

Cette caractéristique explique pourquoi la compétence de l’opérateur est essentielle : une magnétoscopie mal orientée peut donner l’impression que la zone est saine alors que le champ utilisé n’était simplement pas favorable à la détection d’une fissure particulière.

7. Particules visibles et fluorescentes

Les particules utilisées pour révéler les fuites de flux peuvent être mises en œuvre sous différentes formes. Elles peuvent notamment être observées directement sous lumière visible ou être fluorescentes.

Particules visibles

Dans un contrôle sous lumière visible, les particules présentent une couleur destinée à créer un contraste suffisant avec la surface. Des particules noires sont par exemple fréquemment utilisées.

Lorsque la surface métallique offre peu de contraste, une fine couche de peinture de contraste claire peut être appliquée conformément au système de contrôle afin de rendre les indications beaucoup plus faciles à distinguer.

Particules fluorescentes

Les produits fluorescents sont observés sous rayonnement UV-A dans des conditions contrôlées. Les particules accumulées au niveau d’une fuite de flux produisent alors une indication lumineuse facilement identifiable sur un fond sombre.

La technique fluorescente est notamment intéressante lorsqu’une sensibilité élevée est recherchée, mais elle impose un contrôle rigoureux des conditions d’observation, de l’éclairage ambiant et de la source UV-A.

Voie sèche ou voie humide

Les particules peuvent également être appliquées sous forme sèche ou en suspension dans un liquide selon le système et la technique employés. Le choix dépend de l’application, de la sensibilité nécessaire et de la procédure de contrôle.

8. Quels défauts de soudure peut-on détecter ?

La magnétoscopie est principalement utilisée pour rechercher des discontinuités de surface, particulièrement les fissures. Elle peut également détecter certaines discontinuités proches de la surface, mais la sensibilité diminue rapidement lorsque leur profondeur augmente.

Sur un assemblage soudé ferromagnétique, la méthode peut notamment mettre en évidence :

• certaines fissures longitudinales ou transversales
• des fissures de cratère
• des fissures dans la zone affectée thermiquement
• certaines discontinuités au raccordement de la soudure
• certaines discontinuités légèrement sous-jacentes
• des indications liées à des réparations ou zones ayant subi des contraintes en service

La magnétoscopie est particulièrement adaptée aux discontinuités fines et allongées lorsque leur orientation est favorable par rapport au champ magnétique.

Surface ou profondeur ?

Pour rechercher des imperfections situées plus profondément dans l’assemblage, les ultrasons ou la radiographie industrielle peuvent être nécessaires selon le matériau, la géométrie et le type de défaut recherché.

9. Comment interpréter une indication magnétoscopique ?

Une accumulation de particules forme une indication. Elle doit ensuite être observée, caractérisée et évaluée.

Toutes les indications ne correspondent pas nécessairement à un défaut entraînant le rejet de la soudure. Certaines peuvent être provoquées par des variations géométriques ou métallurgiques capables de modifier localement le champ magnétique.

Le contrôleur peut notamment examiner :

• la position de l’indication
• sa longueur
• sa largeur apparente
• sa forme
• son orientation
• son caractère isolé ou groupé
• sa relation avec le cordon et la zone affectée thermiquement

Une indication linéaire demande généralement une attention particulière, notamment lorsqu’elle peut être associée à une fissure. Mais la décision finale doit toujours être fondée sur les critères prévus pour le contrôle concerné.

Pour les assemblages soudés en acier ferromagnétique, la norme ISO 23278 définit des niveaux d’acceptation applicables aux indications détectées par magnétoscopie.

Comme pour les autres méthodes CND, il est essentiel de distinguer :

• la discontinuité présente dans la matière
• l’indication produite par le contrôle
• l’imperfection identifiée
• le critère d’acceptation applicable
• la décision finale concernant la pièce

10. Magnétoscopie ou ressuage : quelle différence ?

Le ressuage et la magnétoscopie sont tous les deux utilisés pour rechercher des discontinuités de surface, mais leurs principes sont totalement différents.

Le ressuage utilise un liquide capable d’entrer dans une discontinuité ouverte. La magnétoscopie utilise au contraire une perturbation du champ magnétique.

Sur un acier ferromagnétique, la magnétoscopie peut donc constituer une excellente méthode pour rechercher des fissures superficielles ou légèrement sous-jacentes. Sur un aluminium ou un inox austénitique, le ressuage sera en revanche beaucoup plus naturellement envisagé pour la recherche de discontinuités débouchantes.

11. Faut-il démagnétiser la pièce après contrôle ?

Après une inspection magnétoscopique, une aimantation résiduelle peut subsister dans la pièce. Selon l’application, cette magnétisation peut être sans conséquence ou devenir gênante pour les opérations suivantes ou pour le service de l’équipement.

Une magnétisation résiduelle importante peut notamment :

• attirer des particules métalliques
• perturber certaines opérations d’usinage ou d’assemblage
• gêner certaines opérations de soudage à l’arc par déviation de l’arc
• interférer avec certains équipements ou contrôles ultérieurs

Lorsque les exigences de fabrication le demandent, la pièce peut donc être démagnétisée après le contrôle.

La nécessité de cette opération dépend du matériau, du niveau d’aimantation résiduelle, des étapes suivantes de fabrication et de l’utilisation finale de la pièce. Elle ne doit pas être appliquée automatiquement sans tenir compte de ces paramètres.

12. Avantages et limites de la magnétoscopie

La magnétoscopie est largement utilisée sur les pièces en acier parce qu’elle combine une bonne sensibilité aux fissures superficielles avec une mise en œuvre relativement rapide.

Principaux avantages

• très bonne capacité de détection de nombreuses fissures débouchant en surface
• possibilité de détecter certaines discontinuités légèrement sous la surface
• indications souvent très visibles
• contrôle relativement rapide
• utilisation possible sur de nombreuses géométries de soudure
• possibilité de travailler avec des particules visibles ou fluorescentes
• méthode adaptée à de nombreux contrôles en fabrication et en maintenance

Principales limites

• méthode limitée aux matériaux ferromagnétiques
• sensibilité fortement liée à l’orientation du défaut par rapport au champ
• nécessité fréquente de réaliser plusieurs directions d’aimantation
• diminution rapide de la sensibilité avec la profondeur du défaut
• état de surface pouvant influencer la qualité du contrôle
• possibilité d’indications non pertinentes dues à la géométrie ou aux variations du matériau
• aimantation résiduelle pouvant nécessiter une démagnétisation

La magnétoscopie n’est donc pas un substitut aux méthodes de contrôle volumique. Elle occupe une place spécifique : celle d’un contrôle particulièrement performant pour les surfaces et les zones immédiatement sous-jacentes de matériaux ferromagnétiques.

13. Normes et qualification en magnétoscopie

Plusieurs normes encadrent le contrôle par magnétoscopie. Pour l’application spécifique aux soudures, la référence principale est ISO 17638.

Cette norme définit des techniques destinées à détecter des imperfections superficielles dans les soudures réalisées sur des matériaux ferromagnétiques, y compris dans les zones affectées thermiquement. Elle décrit différentes techniques d’aimantation et les conditions générales du contrôle.

Il est important de noter qu’ISO 17638 ne fixe pas elle-même les niveaux d’acceptation des indications.

Pour l’évaluation des indications sur les soudures en aciers ferromagnétiques, ISO 23278 définit les niveaux d’acceptation applicables au contrôle par magnétoscopie.

La série ISO 9934 constitue également une référence importante pour la magnétoscopie en général. ISO 9934-1 décrit notamment les principes généraux du contrôle des matériaux ferromagnétiques, la préparation de surface, les techniques d’aimantation, l’application des produits indicateurs ainsi que l’enregistrement et l’interprétation des résultats.

ISO 17635 fournit les règles générales concernant le choix des méthodes de contrôle non destructif des assemblages soudés métalliques et l’évaluation des résultats dans une démarche de contrôle qualité.

Enfin, ISO 9712 couvre la qualification et la certification du personnel réalisant différents contrôles non destructifs industriels, notamment les contrôles magnétiques.

Principales références associées à la magnétoscopie

FAQ : contrôle des soudures par magnétoscopie

Qu’est-ce que la magnétoscopie en soudage ?

La magnétoscopie est une méthode de contrôle non destructif appliquée aux matériaux ferromagnétiques. La pièce est aimantée et des particules magnétiques permettent de révéler les fuites de flux provoquées par certaines discontinuités de surface ou proches de la surface.

Quels défauts peut-on détecter par magnétoscopie ?

La méthode est particulièrement adaptée à la recherche de fissures débouchant en surface. Elle peut aussi détecter certaines discontinuités légèrement sous la surface, mais sa sensibilité diminue rapidement avec la profondeur.

Peut-on faire une magnétoscopie sur de l’aluminium ?

Non. L’aluminium n’est pas ferromagnétique et ne convient donc pas au principe de la magnétoscopie. Pour rechercher des discontinuités débouchantes sur une pièce en aluminium, le ressuage peut notamment être envisagé.

Peut-on contrôler une soudure inox par magnétoscopie ?

Cela dépend de la structure métallurgique de l’inox. De nombreux aciers inoxydables austénitiques ne sont pas suffisamment ferromagnétiques pour un contrôle magnétoscopique classique. Il faut donc vérifier la compatibilité du matériau avant de choisir la méthode.

Quelle est la différence entre magnétoscopie et ressuage ?

Le ressuage utilise un liquide pénétrant et peut être appliqué à de nombreux matériaux compatibles. La magnétoscopie repose sur un champ magnétique et ne peut être utilisée que sur des matériaux ferromagnétiques. Elle peut en revanche détecter certaines discontinuités légèrement sous la surface.

Pourquoi faut-il changer la direction du champ magnétique ?

La détection est fortement influencée par l’orientation de la discontinuité par rapport au champ. Une fissure presque parallèle aux lignes de flux peut être difficile à détecter. Plusieurs directions d’aimantation permettent donc de rechercher des défauts ayant des orientations différentes.

Faut-il démagnétiser la pièce après une magnétoscopie ?

Pas systématiquement. Une démagnétisation peut être nécessaire lorsque l’aimantation résiduelle risque de gêner des opérations ultérieures, certains procédés de fabrication ou le fonctionnement de la pièce.

Ressources externes sur la magnétoscopie

Pour approfondir le contrôle magnétoscopique des soudures, les principes généraux de la méthode et l’évaluation des indications, plusieurs normes constituent des références importantes :

• ISO 17638 – Contrôle par magnétoscopie des assemblages soudés.
• ISO 23278 – Niveaux d’acceptation pour le contrôle par magnétoscopie des soudures.
• ISO 9934-1 – Principes généraux du contrôle par magnétoscopie.
• ISO 17635 – Règles générales pour les essais non destructifs des assemblages soudés métalliques.
• ISO 9712 – Qualification et certification du personnel END.