Radiographie des soudures : contrôle par rayons X et gamma

La radiographie des soudures, généralement désignée par l’abréviation RT pour Radiographic Testing, est une méthode de contrôle non destructif permettant d’examiner l’intérieur d’un assemblage métallique sans devoir le découper.

Son principe repose sur l’utilisation d’un rayonnement ionisant, généralement des rayons X ou gamma. Le rayonnement traverse la pièce puis atteint un film radiographique ou un détecteur numérique placé de l’autre côté. Les différences d’épaisseur, de densité et de composition traversées modifient l’intensité reçue et permettent de produire une image de l’assemblage.

Une porosité, une inclusion ou certaines autres discontinuités internes peuvent ainsi modifier localement l’image obtenue. Le contrôleur analyse ensuite ces indications afin de déterminer leur nature probable, leur position et leur acceptabilité selon les exigences applicables.

La radiographie est très utilisée sur les assemblages de tuyauterie industrielle, en chaudronnerie, sur certains appareils à pression, structures et équipements industriels. Contrairement au contrôle par ultrasons, elle fournit une représentation projetée de la zone traversée, mais elle impose des contraintes de radioprotection particulièrement strictes.

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1. Qu’est-ce que la radiographie industrielle d’une soudure ?

La radiographie industrielle est une technique de contrôle non destructif utilisant la capacité des rayons X ou gamma à traverser la matière. Elle permet d’obtenir une image représentant les variations d’atténuation du rayonnement à l’intérieur de la pièce contrôlée.

Dans le cas d’une soudure, le faisceau traverse successivement le métal de base, le métal fondu et les éventuelles discontinuités présentes dans le volume examiné.

Le rayonnement qui ressort de la pièce est enregistré sur :

• un film radiographique industriel
• une plaque de radiographie informatisée
• un détecteur numérique
• un autre système prévu par la technique de contrôle applicable

L’image obtenue permet ensuite d’identifier certaines différences internes. La radiographie peut notamment être intéressante pour rechercher des cavités, porosités, inclusions ou certaines imperfections liées à la pénétration et à la fusion.

La méthode ne fournit cependant pas une photographie tridimensionnelle directe de la soudure. Le radiogramme correspond essentiellement à une projection du volume traversé. Plusieurs éléments situés à différentes profondeurs peuvent donc se superposer sur l’image.

2. Comment fonctionne le contrôle radiographique ?

Lorsqu’un faisceau de rayons X ou gamma traverse une pièce métallique, une partie du rayonnement est absorbée ou diffusée par la matière. L’intensité restante dépend notamment de la nature du matériau et de l’épaisseur traversée.

Une variation locale de matière peut donc modifier la quantité de rayonnement atteignant le détecteur.

Une cavité gazeuse située dans une soudure représente par exemple une zone contenant moins de matière métallique que son environnement. Le rayonnement peut y être moins atténué et produire une différence d’exposition sur l’image.

À l’inverse, une zone constituée d’un matériau différent peut présenter un comportement radiographique différent selon sa composition et son épaisseur.

Principe simplifié de la radiographie

3. Rayons X et rayons gamma : quelle différence ?

Les rayons X et les rayons gamma sont tous deux des rayonnements électromagnétiques ionisants pouvant être utilisés en radiographie industrielle. Leur origine est cependant différente.

Radiographie par rayons X

Les rayons X industriels sont produits par un générateur électrique. Lorsque l’appareil est alimenté et commandé, le tube produit le rayonnement nécessaire au contrôle.

L’un des avantages importants d’un générateur de rayons X est que l’émission peut être arrêtée avec le fonctionnement de l’équipement. Différents appareils existent selon les épaisseurs, matériaux et conditions d’intervention.

Gammagraphie

La gammagraphie utilise une source radioactive scellée émettant des rayons gamma. Des radionucléides comme l’iridium 192 ou le sélénium 75 peuvent notamment être employés dans certaines applications industrielles.

Contrairement à un générateur de rayons X, une source radioactive continue à émettre son rayonnement indépendamment d’une alimentation électrique. Elle doit donc rester confinée dans un dispositif de protection adapté lorsqu’elle n’est pas utilisée.

La gammagraphie présente notamment un intérêt pour certaines interventions sur chantier grâce à la compacité du matériel, mais sa mise en œuvre impose une organisation de radioprotection très rigoureuse.

4. Comment est réalisée une radiographie de soudure ?

Dans son principe le plus simple, la pièce est placée entre la source de rayonnement et le système d’enregistrement de l’image.

Il faut donc organiser trois éléments principaux :

• la source ou le générateur
• la soudure à contrôler
• le film ou le détecteur

La géométrie de cette installation influence directement la qualité du résultat. Une mauvaise disposition peut provoquer des déformations de projection, une netteté insuffisante ou empêcher l’examen correct d’une partie du joint.

La distance entre la source, la pièce et le détecteur, la taille effective de la source, l’épaisseur traversée et la position du joint influencent notamment la netteté géométrique de l’image.

Sur une tôle soudée bout à bout, la configuration peut être relativement directe. Sur une canalisation ou une pièce cylindrique, plusieurs techniques sont possibles selon le diamètre, l’épaisseur, l’accessibilité et la possibilité de placer la source ou le détecteur de part et d’autre de la paroi.

Le choix de la technique radiographique fait donc partie intégrante du contrôle et doit respecter la procédure applicable.

5. Radiographie sur film et radiographie numérique

La radiographie industrielle moderne peut utiliser plusieurs technologies d’enregistrement. Le film argentique traditionnel reste employé dans certaines applications, tandis que les techniques numériques occupent une place croissante.

Radiographie sur film

La radiographie conventionnelle utilise un film spécialement conçu pour la radiographie industrielle. Après exposition, celui-ci est traité afin de produire un radiogramme permanent.

L’interprétation est généralement réalisée avec un dispositif d’observation adapté permettant d’examiner les différentes zones du film.

Radiographie informatisée CR

La radiographie informatisée, souvent appelée CR pour Computed Radiography, utilise une plaque d’imagerie qui enregistre l’exposition. Celle-ci est ensuite lue par un scanner adapté afin d’obtenir une image numérique.

Détecteurs numériques DDA

Les systèmes DDA utilisent des matrices de détecteurs numériques permettant d’acquérir directement les informations nécessaires à la formation de l’image.

La radiographie numérique facilite notamment le traitement, l’archivage et la transmission des images. Elle impose néanmoins elle aussi des exigences strictes concernant la résolution, le contraste, le rapport signal/bruit et la qualité globale de l’image.

Les techniques sur film sont couvertes par ISO 17636-1, tandis que la radiographie utilisant des détecteurs numériques relève notamment d’ISO 17636-2.

6. Comment vérifie-t-on la qualité d’une radiographie ?

Une image radiographique ne peut pas être considérée comme exploitable simplement parce qu’une soudure apparaît dessus. Le contrôleur doit pouvoir vérifier que la technique utilisée possède une qualité suffisante pour le contrôle demandé.

Des indicateurs de qualité d’image, souvent appelés IQI, sont utilisés pour vérifier les performances de l’image obtenue.

Ils ne reproduisent pas un défaut réel de soudure et ne servent pas à démontrer directement qu’une fissure d’une dimension donnée serait forcément détectée. Ils permettent de contrôler certains paramètres de qualité de la technique radiographique.

On rencontre notamment :

• des IQI à fils
• des IQI à gradins et trous
• des IQI duplex à fils pour certaines évaluations de netteté et de résolution

La série ISO 19232 traite de différents aspects de la qualité d’image en radiographie industrielle.

Les normes ISO 17636 distinguent également des classes de contrôle A et B. La classe A correspond aux techniques de base, tandis que la classe B utilise des exigences améliorées lorsqu’une sensibilité plus importante est nécessaire.

7. Comment les défauts apparaissent-ils sur une radiographie ?

L’apparence d’une indication dépend de la quantité de rayonnement reçue par le film ou le détecteur ainsi que de la géométrie de la discontinuité.

Sur un radiogramme conventionnel, une zone traversée par davantage de rayonnement peut produire une densité différente de celle du métal environnant. Sur une image numérique, la représentation à l’écran peut être ajustée, mais elle reste liée aux différences mesurées par le détecteur.

Les indications peuvent avoir des formes très différentes :

• points isolés
• groupements d’indications arrondies
• lignes allongées
• formes irrégulières
• indications continues ou intermittentes

Leur apparence dépend du type de discontinuité, de ses dimensions, de son orientation et de sa position dans l’épaisseur.

C’est pourquoi l’interprétation demande de connaître à la fois la radiographie et les mécanismes de formation des défauts de soudage.

8. Quels défauts de soudure peut-on détecter par radiographie ?

La radiographie peut être particulièrement efficace pour mettre en évidence certaines discontinuités présentant une variation de volume ou de densité suffisante par rapport au métal environnant.

Elle peut notamment permettre de rechercher :

• des porosités isolées
• des groupements de porosités
• certaines inclusions
• certains manques de pénétration
• certains manques de fusion
• certaines fissures
• des cavités ou autres variations internes compatibles avec la technique utilisée

Les défauts volumétriques comme certaines porosités se prêtent souvent bien à la radiographie car ils modifient localement l’épaisseur ou la densité de matière traversée.

Les défauts plans demandent davantage de prudence. Une fissure très fine peut devenir difficile à détecter si son orientation produit une très faible variation d’épaisseur traversée dans la direction du faisceau.

Comportement de quelques imperfections en radiographie

La présence et la nature de ces imperfections sont directement liées aux conditions de fabrication : préparation du joint, réglages, matériau et procédé de soudage utilisé. Le contrôle intervient donc à la fin d’une chaîne technique qui commence bien avant l’exposition radiographique.

9. Pourquoi l’orientation du défaut est-elle importante ?

La radiographie produit une projection selon la direction du faisceau. L’orientation d’une discontinuité influence donc fortement la variation d’épaisseur qu’elle représente sur l’image.

Une cavité presque sphérique peut généralement produire une variation quelle que soit son orientation. Une fissure extrêmement fine fonctionne différemment.

Si le faisceau traverse la fissure suivant une direction favorable, la différence d’atténuation peut devenir visible. Si le plan de la fissure est très mal orienté par rapport au rayonnement, son ouverture apparente dans la direction du faisceau peut devenir trop faible pour produire une indication suffisamment perceptible.

C’est l’une des grandes différences entre les défauts volumétriques et les défauts plans.

La technique d’exposition, la position de la source et le nombre de vues doivent donc être adaptés à la géométrie du joint et aux exigences du contrôle.

10. Comment interprète-t-on un radiogramme ?

Une radiographie doit d’abord être vérifiée du point de vue de sa qualité avant d’interpréter les indications qu’elle contient.

Le contrôleur examine notamment :

• l’identification correcte du radiogramme
• la zone effectivement couverte
• la qualité d’image obtenue
• la visibilité des IQI requis
• les conditions techniques prévues par la procédure
• les indications présentes dans la zone soudée

Lorsqu’une indication est identifiée, sa forme, sa dimension apparente, son emplacement et sa répartition peuvent être étudiés.

Il faut ici encore distinguer indication, imperfection et défaut rejetable. Une indication visible sur le radiogramme doit être évaluée selon le référentiel applicable avant qu’une décision soit prise.

Pour certains assemblages soudés, la série ISO 10675 fournit des niveaux d’acceptation pour les indications détectées par radiographie.

L’objectif n’est donc pas de décider simplement que « quelque chose apparaît sur le film ». Le contrôleur doit déterminer ce que représente l’indication et la comparer aux critères applicables.

11. Radiographie des soudures de tuyauterie

La tuyauterie industrielle soudée constitue l’une des applications classiques du contrôle radiographique.

La forme cylindrique d’un tube impose cependant des géométries particulières. Selon le diamètre, l’épaisseur et l’accessibilité, le rayonnement peut traverser une ou plusieurs parois avant d’atteindre le détecteur.

Plusieurs dispositions radiographiques existent afin d’obtenir une représentation exploitable du joint circulaire. Dans certains cas, plusieurs expositions sont nécessaires pour couvrir correctement toute la circonférence.

Le contrôleur doit également tenir compte de la superposition possible des parois et de la déformation géométrique des indications sur l’image.

La qualité de la soudure contrôlée dépend naturellement aussi de la préparation réalisée par le tuyauteur et le soudeur : alignement, jeu à la racine, chanfrein, séquence de passes et maîtrise des positions de soudage.

La radiographie ne remplace donc jamais une bonne préparation du joint. Elle permet d’apporter des informations sur le résultat obtenu.

12. Pourquoi la radioprotection est-elle essentielle ?

Les rayons X et gamma utilisés en radiographie industrielle sont des rayonnements ionisants. Une exposition non maîtrisée peut présenter des risques graves pour la santé.

La radiographie industrielle ne doit donc jamais être assimilée à un contrôle que l’on pourrait improviser avec un appareil disponible dans un atelier.

Sa mise en œuvre nécessite notamment, selon la situation et la réglementation applicable :

• une évaluation préalable des risques
• du personnel formé et habilité selon les exigences applicables
• des équipements adaptés
• une organisation des zones de travail
• des dispositifs de signalisation et de contrôle
• une surveillance de l’exposition lorsque nécessaire
• des procédures prévues pour les situations anormales

Les principes de radioprotection visent notamment à supprimer les expositions inutiles et à réduire autant que possible celles qui sont nécessaires dans le cadre de l’activité.

Cette contrainte constitue une différence majeure avec le contrôle ultrasonore, qui n’utilise pas de rayonnement ionisant.

13. Avantages et limites de la radiographie

La radiographie reste une méthode CND importante parce qu’elle fournit une représentation directement exploitable de nombreuses discontinuités internes.

Principaux avantages

• visualisation de nombreuses discontinuités internes
• bonne sensibilité à plusieurs imperfections volumétriques
• image pouvant être conservée et réexaminée
• application possible à de nombreux matériaux métalliques
• utilisation sur plaques, tubes, appareils et nombreux assemblages soudés
• possibilité de radiographie sur film ou numérique

Principales limites

• utilisation de rayonnements ionisants
• contraintes importantes de radioprotection
• sensibilité variable aux fissures et autres défauts plans selon leur orientation
• image constituant une projection et non une représentation tridimensionnelle directe
• superposition possible de plusieurs éléments dans l’épaisseur
• accès et positionnement parfois difficiles
• durée et organisation du contrôle pouvant être importantes
• interprétation nécessitant une compétence spécifique

La méthode doit donc être choisie en fonction du défaut recherché, de la géométrie de l’assemblage, de l’épaisseur, du matériau, de la nature métallurgique de la pièce et des exigences de fabrication.

14. Radiographie ou ultrasons : quelles différences ?

La radiographie et les ultrasons sont deux grandes méthodes utilisées pour rechercher des discontinuités internes, mais elles ne fonctionnent absolument pas de la même manière.

Les deux méthodes sont donc complémentaires. Le choix dépend du type d’indication recherchée, du matériau, de la géométrie de la soudure, de l’accessibilité, des exigences du contrôle et des contraintes du chantier.

15. Normes et qualification pour le contrôle radiographique

Plusieurs normes encadrent les techniques de radiographie industrielle appliquées aux assemblages soudés.

ISO 17636-1 définit les techniques de contrôle radiographique des assemblages soudés par fusion utilisant les rayons X ou gamma avec film radiographique industriel. Elle s’applique notamment aux assemblages de plaques et de tubes métalliques.

ISO 17636-2 couvre les techniques utilisant des détecteurs numériques. Elle comprend notamment la radiographie informatisée CR et les matrices de détecteurs numériques DDA.

Ces deux normes définissent des techniques destinées à produire des résultats satisfaisants et reproductibles mais ne constituent pas à elles seules les critères d’acceptation des indications observées.

Pour les soudures bout à bout en acier, nickel, titane et leurs alliages, ISO 10675-1 définit des niveaux d’acceptation pour les indications détectées par radiographie.

Pour les assemblages soudés bout à bout en aluminium et alliages d’aluminium, la référence correspondante est ISO 10675-2.

La série ISO 19232 concerne la qualité d’image des radiogrammes et différents types d’indicateurs de qualité d’image.

ISO 17635 fournit les règles générales concernant le choix et l’utilisation des méthodes END appliquées aux assemblages soudés métalliques.

Enfin, ISO 9712 définit les principes de qualification et de certification du personnel réalisant différents essais non destructifs industriels, dont le contrôle radiographique.

Principales références associées à la radiographie

FAQ : radiographie des soudures

Comment fonctionne la radiographie d’une soudure ?

Des rayons X ou gamma traversent l’assemblage soudé puis atteignent un film ou un détecteur numérique. Les variations d’atténuation du rayonnement produisent une image permettant de rechercher certaines discontinuités internes.

Quelle est la différence entre rayons X et rayons gamma en contrôle industriel ?

Les rayons X sont produits par un générateur électrique, tandis que les rayons gamma utilisés en gammagraphie proviennent d’une source radioactive. Les deux techniques utilisent un rayonnement ionisant et nécessitent des mesures strictes de radioprotection.

Quels défauts peut-on détecter par radiographie ?

La radiographie peut notamment révéler des porosités, certaines inclusions, des manques de pénétration, certains manques de fusion, certaines fissures et d’autres variations internes. La détectabilité dépend fortement de la forme et de l’orientation du défaut.

Pourquoi les porosités se voient-elles bien en radiographie ?

Une porosité représente une cavité contenant moins de matière métallique que son environnement. Elle modifie donc localement l’atténuation du rayonnement et peut produire une indication visible sur le radiogramme.

Une fissure est-elle toujours visible en radiographie ?

Non. Une fissure très fine peut être difficile à détecter lorsque son orientation par rapport au faisceau produit une variation trop faible de l’épaisseur traversée. L’orientation constitue donc un facteur essentiel pour les défauts plans.

Quelle est la différence entre radiographie sur film et radiographie numérique ?

La radiographie traditionnelle utilise un film industriel développé après exposition. La radiographie numérique peut utiliser une plaque CR ou une matrice de détecteurs numériques DDA permettant d’obtenir une image exploitable sous forme numérique.

À quoi sert un IQI en radiographie ?

Un indicateur de qualité d’image permet de vérifier certaines performances de la technique radiographique et de s’assurer que la qualité de l’image obtenue correspond aux exigences prévues. Il ne reproduit pas directement un défaut réel de soudure.

La radiographie est-elle dangereuse ?

Les rayons X et gamma sont des rayonnements ionisants pouvant présenter des risques graves en cas d’exposition non maîtrisée. La radiographie industrielle doit donc être réalisée dans un cadre strict de radioprotection par du personnel compétent et selon la réglementation applicable.

La radiographie est-elle meilleure que les ultrasons ?

Aucune des deux méthodes n’est systématiquement meilleure. La radiographie est souvent très efficace pour certaines discontinuités volumétriques, tandis que les ultrasons peuvent être particulièrement performants pour certains réflecteurs plans correctement orientés. Le choix dépend de l’assemblage et du défaut recherché.

Ressources externes sur la radiographie industrielle

Pour approfondir le contrôle radiographique des assemblages soudés, la qualité d’image et les règles de radioprotection, plusieurs références sont particulièrement utiles :

• ISO 17636-1 – Techniques par rayons X et gamma utilisant un film radiographique industriel.
• ISO 17636-2 – Techniques par rayons X et gamma utilisant des détecteurs numériques.
• ISO 10675-1 – Niveaux d’acceptation pour acier, nickel, titane et leurs alliages.
• ISO 10675-2 – Niveaux d’acceptation pour aluminium et alliages d’aluminium.
• ISO 19232-1 – Détermination de la qualité d’image à l’aide d’IQI à fils.
• INRS – Rayonnements ionisants – Risques professionnels et principes généraux de prévention.