Contrôle non destructif (CND) des composants de concasseurs

Contrôle non destructif (CND) des composants de concasseurs

Dans les industries minières et de traitement des granulats, les concasseurs sont soumis en permanence à des charges alternées, à des chocs importants et à une usure abrasive. La défaillance de composants critiques, tels que les broches flottantes intégrées, les ensembles excentriques, les mâchoires mobiles ou les châssis soudés, entraîne des arrêts de production imprévus, des pertes de production et des coûts de remplacement élevés. C'est pourquoi, que ce soit en phase de fabrication ou d'exploitation, les essais non destructifs (END) sont devenus une mesure essentielle de contrôle qualité.

Les essais non destructifs (END) regroupent un ensemble de méthodes d'inspection qui permettent d'identifier les défauts internes et de surface sans endommager les composants. Ils permettent de détecter les discontinuités internes du matériau, d'évaluer l'intégrité des sections transversales et de vérifier que les dimensions critiques restent conformes aux spécifications, le tout sans altérer la fonctionnalité des pièces.

1. Technologies d'inspection volumétrique : ultrasons et radiographie

Le contrôle volumétrique examine principalement l'épaisseur de la section transversale complète d'un composant afin de détecter les défauts internes, les cavités de moulage et les fissures de fatigue qui ne sont pas visibles en surface.

Contrôle par ultrasons (UT)

Le contrôle par ultrasons (UT) consiste à transmettre des impulsions acoustiques à haute fréquence dans un matériau, généralement à l'aide de transducteurs piézoélectriques fonctionnant à des fréquences comprises entre 1 et 5 MHz. Lorsque les ondes sonores traversent le matériau et rencontrent des discontinuités – telles que des inclusions non métalliques, des retassures ou des fissures internes – une partie de l'énergie est réfléchie. L'analyse du temps d'écho et de l'intensité du signal permet de déterminer la profondeur, la taille et la forme du défaut.

Cette méthode est particulièrement adaptée à l'inspection des pièces forgées à parois épaisses, telles que les arbres principaux, les arbres excentriques et les arbres de transmission des concasseurs à cône, ainsi que les socles en acier moulé de forte épaisseur. Elle permet de détecter les microfissures internes et la ségrégation du noyau avant l'installation des pièces forgées dans les équipements, évitant ainsi que ces risques potentiels ne se transforment en ruptures par fatigue sous des conditions de fortes contraintes et de couples alternés.

Tests radiographiques (RT)

La radiographie utilise les rayons X ou gamma pour pénétrer un composant et former une image sur un détecteur numérique ou un film. En présence de vides, de porosité ou d'inclusions dans le matériau, une plus grande quantité de rayonnement le traverse, créant ainsi une zone sombre à l'emplacement correspondant sur le film. Ceci permet une inspection visuelle des discontinuités internes.

Dans la fabrication des concasseurs, la radiographie (RT) est généralement utilisée pour inspecter les soudures à pleine pénétration critiques, notamment celles des joints entre le châssis, la base et le carter supérieur, ainsi que l'ensemble de la mâchoire mobile moulée. Elle est très efficace pour détecter les défauts volumiques tels que la porosité et les retassures. Cependant, si une fissure est proche de la surface et orientée parallèlement au faisceau de rayonnement, sa détection par RT seule est difficile ; dans ce cas, la RT est généralement utilisée conjointement avec les ultrasons (UT) ou la magnétoscopie (MT).

2. Technologies d'inspection de surface et de subsurface : MT et PT

Les fissures superficielles sont le point de départ de la fatigue mécanique. Si les microfissures, les fissures de corrosion sous contrainte ou les fissures de trempe sont détectées dès leur apparition, avant qu'elles ne se propagent en profondeur, de nombreux problèmes graves peuvent être évités. Les méthodes d'inspection de surface sont conçues précisément à cet effet.

Contrôle par particules magnétiques (MT)

Le traitement magnétique (MT) est efficace uniquement sur les matériaux ferromagnétiques, tels que l'acier au carbone, l'acier faiblement allié et la fonte. Durant le procédé, la pièce est magnétisée à l'aide d'un aimant ou de deux sondes afin que les lignes de champ magnétique la traversent uniformément. En présence de fissures en surface ou en subsurface superficielle, les lignes de champ magnétique sont perturbées et s'échappent à proximité des fissures. On applique alors une fine poudre de fer (poudre colorée pour la méthode sèche, ou suspension fluorescente pour la méthode humide). La poudre s'accumule aux points de fuite magnétique, permettant ainsi de visualiser directement la forme de la fissure sous lumière blanche ou lampe ultraviolette.

Dans les concasseurs, la tomographie magnétique (TM) est couramment utilisée dans les zones de forte concentration de contraintes : le raccord de l’arbre principal, le raccord des dents du pignon, les cordons de soudure du bâti et les surfaces des revêtements usagés en acier au manganèse. Ses avantages comprennent la rapidité, une grande sensibilité aux microfissures de fatigue et la capacité de détecter des défauts jusqu’à deux ou trois millimètres sous la surface.

Contrôle par ressuage (PT)

En résumé, le principe du photodétecteur repose sur la capillarité. Un pénétrant très fluide et de couleur vive est appliqué sur une surface propre ; le liquide s'infiltre naturellement dans les moindres fissures. Après un temps de pose, l'excédent de liquide est essuyé, puis une couche de révélateur est pulvérisée. Le révélateur agit comme un buvard, absorbant le liquide qui a pénétré dans les fissures et les grossissant, les révélant ainsi.

Le contrôle par ressuage (PT) permet d'inspecter pratiquement tous les matériaux, non seulement l'acier, mais aussi les alliages de cuivre, l'acier inoxydable et les composants en aluminium. Dans les concasseurs, il est couramment utilisé pour contrôler les bagues en bronze, les tiges de piston des vérins hydrauliques, les raccords en acier inoxydable et les ensembles de carters d'huile en aluminium. Le PT est particulièrement plus pratique que la magnétoscopie (MT) pour l'inspection de zones aux formes complexes inaccessibles à un aimant.

3. Matrice d'application des essais non destructifs des composants de concasseur

Le choix de la méthode d'inspection appropriée dépend de la métallurgie du composant, de la méthode de fabrication (forgé, moulé ou fabriqué) et des principaux modes de défaillance opérationnelle :

4. Comment lire un rapport CND

Un rapport CND est une certification de qualité écrite. Il sert à vérifier la solidité structurelle des composants neufs avant leur installation et à déterminer si les composants usagés peuvent encore être utilisés après des réparations importantes. Un rapport valide doit clairement indiquer les éléments suivants :

• Informations sur les composants : Nom de la pièce, numéro de dessin, nuance de matériau, numéro de four et numéro de série : aucun de ces éléments ne doit être omis afin de garantir leur correspondance avec l’article réel.
• Étendue de l'inspection et état de la surface : Quelles zones ont été inspectées, quelle est la rugosité de la surface, si la peinture et la rouille ont été enlevées, et quel était le taux de couverture de l'inspection ?
• Normes et procédures applicables : Indiquez clairement quelles normes ont été suivies pour UT, RT, MT et PT, telles que ASTM E2375, E1742, E1444 et E165.
• Équipement et étalonnage : Modèle de l'instrument, fréquence de la sonde, angle, agent de couplage, intensité de la source de rayons X, force du champ magnétique et numéros des blocs d'étalonnage.
• Qualifications du personnel : Le personnel d'inspection doit détenir une certification ASNT ou ISO 9712 de niveau II ou III, qui doit être mentionnée dans le rapport.
• Enregistrement et évaluation des défauts : Pour chaque défaut constaté, consignez l'emplacement, la taille, la profondeur et le rapport signal/bruit, et indiquez si le défaut est accepté ou non, en fonction des critères d'acceptation.
• Conclusion finale : Indiquez clairement si le produit est accepté, refusé ou accepté sous conditions, et incluez un plan de réparation.

Un rapport imprécis est pratiquement inutile. Par conséquent, que vous réalisiez vous-même l'inspection ou que vous receviez un rapport d'un fournisseur, vous devez vérifier chaque élément, en particulier l'emplacement des défauts et les critères d'acceptation.

L'intérêt pratique des essais non destructifs tout au long du cycle de vie d'un concasseur

Réaliser des contrôles non destructifs (CND) de manière approfondie ne se limite pas à réussir les inspections ; cela permet en réalité de réaliser des économies.

Approvisionnement : Avant l’expédition de pièces de rechange d’origine ou de pièces moulées robustes, effectuez un contrôle non destructif (CND) afin de vérifier leur intégrité structurelle. Cela permet d’éviter la découverte de problèmes après installation, susceptibles d’entraîner des litiges au titre de la garantie.

Production et exploitation : Inspectez régulièrement les composants en service par magnétoscopie (MT) ou ultrasons (UT) afin de détecter la propagation des fissures. Cela permet de planifier les remplacements lors des arrêts programmés, plutôt que d’attendre une défaillance soudaine en pleine nuit.

Prolongation de la durée de vie : La détection précoce des zones de concentration de contraintes superficielles peut être traitée par meulage, relaxation des contraintes ou réparations de soudage localisées, prolongeant ainsi la durée de vie du composant et réduisant le coût d'un remplacement complet.

De manière générale, la définition claire des méthodes d'inspection, des critères d'acceptation et l'exigence de signatures de personnel qualifié constituent une étape cruciale pour garantir une disponibilité élevée et un faible coût total de possession des équipements de concassage.