Méthodes de contrôle non destructif d'un écrou à billes

Les tests non destructifs, communément abrégés en CND, sont utilisés pour identifier les discontinuités des matériaux sans couper ni rendre le composant inspecté inutilisable. Pour un écrou à bille, les méthodes possibles comprennent les tests visuels, les tests par magnétoscopie, les tests par ressuage, les tests par courants de Foucault et les tests par ultrasons.

Toutes les méthodes ne sont pas adaptées à chaque écrou à bille ou lot de production. Le matériau, la géométrie, les conditions de traitement thermique, le type de défaut, l'étape d'inspection et les exigences du client déterminent la méthode à utiliser.

Les CND ne remplacent pas non plus l’inspection dimensionnelle et fonctionnelle. Un écrou à bille peut être exempt de fissures détectables mais avoir néanmoins des dimensions incorrectes, une précharge inappropriée, un couple excessif ou une mauvaise circulation des billes.

Quels défauts peuvent survenir dans un écrou à bille ?

Les défauts pris en compte lors de l'inspection des écrous à billes peuvent provenir de la matière première, du traitement thermique, du meulage, de l'usinage, de l'assemblage ou du fonctionnement. Les exemples incluent :

• Fissures de surface causées par un traitement thermique ou un meulage
• Fissures souterraines ou discontinuités de matériaux
• Plis, coutures ou inclusions dans la matière première
• Brûlures de meulage et surchauffe locale
• Piqûres ou écailles sur le chemin de roulement
• Corrosion, rayures, bosses ou dommages causés par un impact
• Dommages aux composants de retour de bille
• Déformation des brides ou défauts d’usinage

Chaque méthode d’inspection répond à différents types de défauts. Aucune méthode CND ne peut détecter à elle seule tous les problèmes possibles.

Tests visuels

Les tests visuels, ou VT, constituent généralement la première étape de l'inspection. Elle peut être réalisée avec une vision normale, un grossissement, un éclairage contrôlé, des miroirs ou un endoscope lorsque l'accès interne le permet.

L'inspection visuelle permet d'identifier :

• Fissures et marques de meulage visibles
• Rayures, bosses et dommages de manipulation
• Rouille, corrosion et décoloration
• Bavures autour des trous de bride et des bords usinés
• Joints, déflecteurs, embouts ou tubes de retour endommagés
• Piqûres et écaillage sur les surfaces accessibles des chemins de roulement
• Fixations manquantes ou composants mal assemblés

La surface doit être suffisamment propre pour être inspectée. Le lubrifiant, l'huile antirouille et la contamination peuvent masquer de fines indications.

Les tests visuels ne peuvent pas détecter de manière fiable les fissures fermées, les petits défauts souterrains ou les discontinuités internes. Les chemins de roulement internes peuvent également être difficiles à inspecter une fois l'écrou à bille assemblé sur la vis.

Test de particules magnétiques

Le test de particules magnétiques, ou MT, convient aux matériaux ferromagnétiques. Le composant est magnétisé et de fines particules magnétiques sont appliquées sur la surface de test. Une discontinuité en surface ou proche de la surface perturbe le champ magnétique et crée un champ de fuite qui attire les particules.

La MT peut être efficace pour détecter les fines fissures provoquées par un traitement thermique, un meulage ou une fatigue. Elle est souvent plus sensible aux fissures peu profondes de l’acier ferromagnétique que l’inspection visuelle ordinaire.

Les limitations importantes incluent :

• Il ne peut être utilisé que sur des matériaux ferromagnétiques
• L'orientation du défaut par rapport au champ magnétique affecte la sensibilité
• La géométrie complexe des écrous peut créer des indications non pertinentes
• Le composant peut nécessiter une magnétisation dans plusieurs directions
• Un nettoyage et une démagnétisation peuvent être nécessaires après les tests

Le magnétisme résiduel doit être contrôlé car il peut attirer des particules ferreuses lors d'un assemblage ou d'un fonctionnement ultérieur.

Test de ressuage

Le ressuage, ou PT, détecte les discontinuités ouvertes à la surface. Un pénétrant à faible viscosité est appliqué sur une surface propre et laissé pénétrer dans les défauts qui brisent la surface. Une fois l’excès de pénétrant éliminé, un révélateur extrait le pénétrant retenu du défaut et forme une indication visible.

La PT peut être utilisée sur de nombreux matériaux non poreux, y compris certains matériaux qui ne peuvent pas être testés magnétiquement. Il peut révéler de fines fissures, recouvrements et pores qui brisent la surface.

Cependant, il ne peut pas détecter les défauts qui ne s’ouvrent pas sur la surface. La surface doit également être soigneusement nettoyée avant et après le test.

Aucun résidu de pénétrant ne doit rester à l’intérieur des chemins de roulement, des trous de graissage ou du système de retour de bille. Pour un écrou à bille de précision, le processus de nettoyage et de protection post-inspection doit être défini avant la sélection du PT.

Tests par courants de Foucault

Les tests par courants de Foucault, ou ET, utilisent un champ électromagnétique alternatif pour induire des courants électriques dans un composant conducteur. Les fissures, les changements de matériaux et autres discontinuités modifient le flux de courant et produisent un changement mesurable dans le signal de l'instrument.

L'ET peut être utilisé pour détecter les défauts de surface et proches de la surface dans les matériaux électriquement conducteurs. Avec un système calibré, il peut également prendre en charge le tri basé sur les différences de matériaux ou de conditions de traitement thermique.

Son efficacité dépend fortement de la conception de la sonde, de la fréquence des tests, des étalons de référence et de la cohérence de l'analyse. Les chemins de roulement, les trous, les bords de bride et les surfaces courbes des écrous à bille peuvent créer des signaux liés à la géométrie qui sont difficiles à distinguer des défauts réels.

Les tests par courants de Foucault doivent donc utiliser une procédure développée pour la géométrie spécifique de l'écrou et le type de défaut. Une sonde à usage général sans échantillon de référence représentatif peut ne pas fournir des résultats d'acceptation fiables.

Tests par ultrasons

Les tests par ultrasons, ou UT, introduisent des ondes sonores à haute fréquence dans un composant et évaluent les signaux réfléchis. Les discontinuités internes, les limites de matériaux et le mur du fond réfléchissent une partie de l'énergie sonore.

L'UT est largement utilisé pour l'inspection interne de pièces forgées, de barres et d'autres composants de plus grande taille avec une géométrie appropriée. Cela peut être envisagé pour la matière première des écrous à bille ou pour les ébauches d'écrous plus grandes lorsque les défauts internes constituent une préoccupation spécifique.

Un écrou à bille fini est plus difficile à inspecter par ultrasons en raison de sa petite taille, de ses surfaces incurvées, de son filetage interne, de la géométrie de sa bride et de ses caractéristiques de retour de bille. Ces surfaces produisent de multiples réflexions et peuvent limiter le contact de la sonde et la résolution des défauts.

Pour de nombreux écrous à billes, le test par ultrasons de la barre de matière première ou de l'ébauche non finie est plus pratique que le test de l'écrou entièrement assemblé. La faisabilité doit être établie au moyen d’une procédure écrite et d’une norme de référence appropriée.

Comparaison des méthodes CND

Les CND ne remplacent pas l'inspection dimensionnelle

Les méthodes CND traditionnelles sont principalement utilisées pour localiser des discontinuités de matériaux ou de surfaces. Ils ne confirment pas si l'écrou à bille répond à ses spécifications fonctionnelles.

Une inspection complète des écrous à billes peut également inclure :

• Dimensions du corps de l'écrou et de la bride
• Position et diamètre du trou de montage
• Profil du chemin de roulement et précision géométrique
• Test de dureté de surface
• Mesure du jeu axial ou de la précharge
• Mesure dynamique du couple
• Test de circulation de la balle et de course complète
• Contrôles du bruit, des vibrations ou de la température lorsque spécifié

Certaines de ces inspections sont non destructives au sens général où l'écrou reste utilisable, mais elles ne sont pas toutes classées comme méthodes CND au même titre que MT, PT, ET ou UT.

Quand faut-il spécifier des CND spécialisés ?

Des CND spécialisés peuvent être appropriés lorsque :

• Le dessin ou la norme client l’exige
• Un composant traité thermiquement à haut risque nécessite un dépistage des fissures
• Un lot précédent présentait des fissures ou des défauts de matériaux
• L'écrou est destiné à une application critique pour la sécurité
• Une enquête sur un échec nécessite des preuves supplémentaires
• Les matières premières ou les ébauches d'écrous nécessitent une inspection des défauts internes

L'ordre doit définir la méthode d'inspection, la norme applicable, l'étape d'inspection, la zone d'essai, les critères d'acceptation, la quantité d'échantillonnage et les exigences en matière de rapport.

Les CND doivent être réalisés par du personnel dûment formé, utilisant un équipement calibré et une procédure écrite approuvée. Il ne suffit pas de demander simplement « CND » sans identifier la méthode et les critères d'acceptation.

Sélection d'un plan d'inspection

Un plan d'inspection pratique doit commencer par le défaut qui doit être détecté :

• Utilisertests visuelspour les contrôles de l’état de surface, de la qualité d’exécution et du montage.
• Considérertest de particules magnétiquespour les fissures fines dans le matériau ferromagnétique des écrous à billes.
• Considérerressuagepour les fissures ouvrant en surface dans des matériaux propres et non poreux.
• Considéreressai par courants de Foucaultpour un dépistage reproductible en surface ou près de la surface lorsqu'un étalon de référence approprié est disponible.
• Considérertest par ultrasonspour les défauts internes dans une matière première appropriée ou des flans plus grands.

L’utilisation de plusieurs méthodes ne produit pas automatiquement une meilleure inspection. Chaque méthode doit répondre à un risque de défaut défini et avoir un critère d'acceptation clair.

Inspection des écrous à bille avant l'installation

Pour un écrou à bille standard reçu pour l'assemblage d'une machine, l'inspection pratique à l'arrivée commence généralement par la vérification du modèle, de l'apparence, des dimensions de montage et du bon fonctionnement de la vis correspondante.

Ne retirez pas un écrou à bille de sa vis sans un manchon de transfert adapté. Un retrait incorrect peut déplacer les billes ou leur permettre de tomber, créant des dommages qui n'étaient pas présents avant l'inspection.

Pour comprendre le système de circulation des billes inspecté, lisezcomment fonctionne une vis à recirculation de billes.

Conclusion

Les tests visuels, par particules magnétiques, par ressuage, par courants de Foucault et par ultrasons peuvent tous contribuer au contrôle qualité des écrous à bille, mais ils détectent différents types de défauts et présentent des limites de matériaux et de géométrie différentes.

Ces méthodes ne doivent pas être décrites comme des tests de routine pour chaque écrou à bille, à moins que les spécifications de production ne l'exigent réellement. Pour la plupart des commandes, l'inspection dimensionnelle, la vérification de la dureté, la mesure du jeu axial ou de la précharge et les essais de fonctionnement dynamique restent essentiels aux côtés de toute méthode CND sélectionnée.

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