Atlas comparatif des défauts de soudage et des images de contrôle non destructif

L'observation des défauts de soudage sur les films radiographiques est un critère essentiel pour l'évaluation de la qualité du soudage. Différents défauts de soudage courants présentent des caractéristiques d'image distinctes et des spécifications standard correspondantes sur les films.

Il existe 18 défauts typiques, notamment les soudures irrégulières, la fusion incomplète à la racine, le renforcement insuffisant, le cordon de soudure à la racine, le sous-dépouillement externe, le sous-dépouillement interne, la dépression à la racine, la perforation, l'inclusion de laitier isolée, l'inclusion de laitier linéaire, la fusion incomplète interne, la fusion incomplète du côté intérieur, la porosité, la porosité en chaîne, l'inclusion de cordon, la fissure transversale, la fissure centrale et la fissure à la racine.

La maîtrise systématique des caractéristiques d'image et des normes applicables aux différents défauts permet une interprétation précise des clichés de soudage et fournit une base fiable pour l'évaluation de la qualité du soudage. En pratique, une analyse complète doit être menée en tenant compte des conditions de procédé spécifiques et des propriétés des matériaux. Les caractéristiques d'image, les normes et les méthodes d'interprétation des différents défauts de soudage sont présentées ci-après.

Caractéristiques d'image des défauts de soudure courants sur les films

1.Porosité

Caractéristiques morphologiques : Elles apparaissent sur le film sous forme de taches noires rondes ou elliptiques, plus noires au centre et s'atténuant progressivement vers les bords, et de forme régulière.

Classification: Elle peut être divisée en porosité isolée et porosité en chaîne ; la porosité en chaîne est distribuée en amas.

Porosité sphérique : Taches noires rondes ou elliptiques, à centre très noir, bords progressivement estompés et contours nets. Elles peuvent être classées en taches isolées, denses, en chaînes et à porosité superficielle.

Porosité de la bande : Parallèle à l'axe de soudure, avec une coloration noire uniforme et claire, un point de départ arrondi et une extrémité effilée.

Porosité aciculaire oblique : Images évoquant des vers de terre, avec une extrémité arrondie et une extrémité pointue, d'un noir clair et uniforme.

Performances typiques : La porosité simple présente des bords peu profonds et lisses avec des contours réguliers et nets ; la porosité dense est répartie en amas.

Points d'identification :

• La porosité unique présente des contours lisses et nets ;
• la porosité dense est regroupée ;
• La porosité en chaîne est disposée le long de l'axe de la soudure.

2. Crack

Caractéristiques morphologiques : Elles apparaissent sur le film sous forme de fines lignes noires aux contours distincts, aux extrémités effilées et au centre légèrement plus épais.

Performance spécifique: Fines lignes noires, lignes fines légèrement dentelées et ondulées, extrémités effilées, noirceur s'estompant et disparaissant progressivement pour former une fine ligne droite aux contours distincts, souvent effilée aux deux extrémités et légèrement plus large au milieu, contenant éventuellement des fissures radioactives ramifiées d'un noir clair.

Points d'identification :

•  Présent en lignes courbes ou droites.
•  Peut s'accompagner d'une extension d'ombre filamenteuse.
• Les films les plus nocifs sont tous classés Grade IV.

Fissure transversale :

Fissure centrale :

Fissure racinaire :

3. Inclusions de scories

Caractéristiques morphologiques : Elles apparaissent sur le film sous forme de points ou de bandes de formes variées.

Performance spécifique: Les images sur le film sont des points, des bandes ou des blocs noirs de formes irrégulières, présentant des variations de noirceur, des contours irréguliers et parfois des arêtes et des angles. Elles peuvent apparaître n'importe où dans la soudure, et leur direction d'extension est généralement parallèle à celle-ci.

Inclusion de scories en forme de points : Noirceur uniforme, contours irréguliers avec des bords et des angles.

inclusion de scories de bande : Noirceur irrégulière, généralement en forme de bande épaisse de largeur inconstante.

Points d'identification :

• Les inclusions de scories non métalliques apparaissent sous forme de taches sombres.
• Les inclusions de scories métalliques (telles que des inclusions de tungstène) apparaissent sous forme de points brillants.
• Les inclusions de scories en bande présentent une largeur irrégulière et une coloration noire inégale.

4. Inclusion de tungstène : Images blanches en forme de blocs aux contours nets.

 5. Fusion incomplète

Classification: Fusion incomplète du biseau et fusion incomplète de la couche intermédiaire.

Caractéristiques de la fusion incomplète du biseau :

Les images typiques sont des lignes noires continues ou discontinues, aux contours nets et droits, et plus noires du côté proche du métal de base.

Les contours des images de fusion incomplète près du centre de la soudure peuvent être réguliers ou irréguliers, présentant des défauts en blocs dentelés. Leur position sur le film correspond à la projection de la racine de la soudure.

Classification et caractéristiques:

Fusion incomplète de la racine : Lignes noires continues ou discontinues, aux contours nets et droits, et plus noires du côté proche du métal de base.

Fusion incomplète de la paroi latérale biseautée : Lignes noires d'épaisseur irrégulière et de noirceur inégale, contour net d'un côté et irrégulier de l'autre.

Fusion incomplète intercouche : Des ombres en forme de blocs, peu noires et de formes irrégulières.

Caractéristiques de la fusion incomplète intercouche : principalement floconneuse répartie entre les couches de métal de soudure, avec des ombres peu profondes, un noircissement inégal, des lignes plus larges et des extrémités cassées irrégulières.

6. Pénétration incomplète

Classification: Pénétration incomplète à la racine, pénétration incomplète au milieu et pénétration incomplète sans biseau.

Caractéristiques de la pénétration radiculaire incomplète : Située au milieu de la soudure, elle apparaît comme une ligne noire droite, continue ou discontinue, en forme de bande ou de ruban, dont la largeur dépend de l'écartement des pièces. L'ombre est uniforme.

Noirceur et contours nets.

Points d'identification :

• Largeur conforme à l'écart entre la face de la racine du biseau.
• Généralement situé au milieu de la soudure.
• Peut pénétrer la totalité du film.

Pénétration incomplète des racines :

Pénétration incomplète moyenne :

7. Soudures irrégulières

Les deux côtés de la soudure sont inégaux et obliques.

• L'image du film est manifestement divisée en deux parties, l'une fortement exposée et l'autre faiblement exposée.

• La soudure présente un défaut de remplissage, la racine étant insuffisamment remplie. L'image est nettement divisée en deux zones surexposées et sous-exposées, séparées par une ligne noire opaque.

8. Renforcement insuffisant

La surface de la soudure présente des affaissements ou des piqûres, et l'image du film montre que la densité d'exposition de toute la section de la soudure est plus sombre que celle de la partie soudée.

9. Cordon de soudure racine

Excès de métal d'apport à la racine de la soudure. Au centre de l'image, on observe une zone plus claire s'étendant le long du cordon de soudure, ou des points ronds isolés.

10. Contre-dépouille externe et contre-dépouille interne

• L'image de la soudure présente des ombres noires irrégulières. Sa densité d'exposition doit être plus foncée que celle de la partie soudée.

•  Au centre de l'image de la soudure, le long du bord de la racine du cordon de soudure, on distingue des ombres noires irrégulières, longues et étroites.

11. Dépression des racines

12.Brûlure

Analyse comparative des défauts facilement confondus

Évaluation des défauts dans les spécifications standard

Système standard GB : La norme nationale chinoise GB/T 3323-2019 est divisée en quatre niveaux : I, II, III et IV. Elle s’applique au contrôle des soudures de l’acier, du nickel, du titane et d’autres matériaux, et accélère l’harmonisation avec les normes en vigueur.

normes internationales.

NB/T 47013.2-2015 : Spécifie les grades techniques (A, AB, B) pour les essais radiographiques des équipements soumis à la pression ; précise les exigences d'essai pour différentes gammes de matériaux et d'épaisseurs ; classe et évalue systématiquement la qualité des défauts des joints soudés.

Système de normes ISO : Élaborées par l'Organisation internationale de normalisation (ISO), ces normes représentent les spécifications générales internationales. Les versions les plus récentes sont l'ISO 17636-1:2022 et l'ISO 5817:2023, applicables aux normes internationales.

inspection des joints soudés par fusion de matériaux métalliques, en adoptant trois niveaux de qualité : B, C et D.

Section V de l'ASME BPVC : Fournit des méthodes d'inspection ultrasonique des soudures ; comprend les exigences relatives aux blocs de test d'étalonnage et aux blocs de test de comparaison de sensibilité ; détaille les méthodes de mesure de la longueur et de la hauteur des signaux de défaut.

Système de normalisation ASTM : Les normes de l'ASTM (American Society for Testing and Materials), dont la norme ASTM E94/E94M constitue le noyau, adoptent une évaluation de grade I à IV. Elles privilégient la praticité et la flexibilité, autorisant l'acceptation de certains défauts dépassant les limites standard après évaluation technique, et fournissent des lignes directrices normalisées pour l'inspection radioscopique, notamment les méthodes d'identification et d'évaluation des défauts.

Système normalisé EN : Les normes européennes prennent les normes EN1090 et ISO3834 comme cadre de base, mettant en œuvre un système de certification CE obligatoire, classant les structures en acier en quatre grades : EXC1 à EXC4.

Système de normes JIS : Les normes industrielles japonaises sont réputées pour leur rigueur. La norme JIS Z3104 accorde une importance particulière à l'évaluation de la résistance à la fatigue des assemblages soudés, généralement avec un coefficient de sécurité de 20 à 30 % supérieur à la normale.

normes internationales.

Classification des défauts et niveaux d'acceptation :

Exigences en matière de qualité et de sensibilité de l'image

Comparaison des valeurs admissibles pour la détection des fissures

Normes de classification des défauts

• La norme GB/T 3323-2019 spécifie la méthode de contrôle radiographique et la norme de classement de la qualité des joints soudés par fusion métallique.

Grade I : Aucune fusion incomplète ni fissure n'est tolérée ;

Grade II : Longueur de fusion incomplète ≤3 mm ;

Grade III : Longueur de fusion incomplète ≤5 mm ;

Grade IV : Toute fusion incomplète est considérée comme non qualifiée.

• Norme ISO 10675-1

Cette norme spécifie les critères d'acceptation pour le contrôle radiographique non destructif des soudures, applicable aux assemblages soudés en acier, nickel, titane et leurs alliages. Elle fournit des exemples de taux de défauts et des méthodes de calcul des surfaces de défauts cumulées acceptables.

Différences dans les caractéristiques des défauts de différents matériaux

• Soudures en acier au carbone : La porosité est généralement ronde et régulière ; les images de fusion incomplète présentent un contraste de noirceur évident ; les fissures sont majoritairement droites.
• Soudures en acier inoxydable : La porosité peut être plus fine et plus dense ; les images de fusion incomplète peuvent être plus floues ; les fissures peuvent présenter davantage de ramifications ; en raison du coefficient de dilatation linéaire élevé de l’acier inoxydable (environ 1.5 fois celui de l’acier au carbone), les fissures de contrainte sont plus susceptibles d’apparaître pendant le refroidissement.
•  Soudage des alliages d'aluminium :
  • Caractéristiques de porosité : contours peu marqués, points ronds réguliers ou ombres noires en forme de chrysalide, avec une noirceur plus prononcée au centre et moins marquée en périphérie. La porosité est plus importante en soudage automatique qu’en soudage manuel ; elle est ronde ou ovale avec des contours nets.
  • Formes spéciales : Peut apparaître une distribution en chevrons (porosité CO) ou en forme de têtard (porosité H₂).

Suggestions d'application pratique

Compétences en évaluation de films :

Vérifiez d'abord les marques du film et les quatre indicateurs de base ; commencez l'observation à partir de la ligne de fusion ; portez une attention particulière à la position et aux caractéristiques de répartition des défauts.

Compétences en interprétation des défauts :

• Observez les changements de noirceur : La porosité présente une forte noirceur centrale et des bords estompés ; la fusion incomplète présente une noirceur plus marquée d’un côté ; l’inclusion de scories présente une noirceur irrégulière.
• Analyser les caractéristiques du contour : La pénétration incomplète est nette des deux côtés ; les fissures sont dentelées ; les inclusions de scories présentent des arêtes et des angles.
• Jugement de position : Les défauts de racine se situent au milieu de la soudure ; la fusion incomplète du chanfrein est à mi-chemin ; la fusion incomplète intercouche présente des positions incertaines.
• Identification erronée d'un défaut : Les cristaux du révélateur apparaissent sous forme de points en forme d'étoile ; l'intensification des rayures sur l'écran provoque des stries parallèles qui ne réapparaissent pas lors d'expositions répétées.

Idées fausses courantes :

• Confusion entre pénétration incomplète et fusion incomplète ;
• erreur d'appréciation des défauts de surface et des défauts internes ;
• distinction entre les faux défauts (tels que les rayures sur la carte IP) et les défauts réels.

 Tendances futures du développement de la radiographie des défauts de soudage

Les technologies de contrôle, notamment l'intelligence artificielle et l'apprentissage profond, transforment radicalement les techniques de contrôle radiographique traditionnelles et deviennent le moteur principal des développements futurs. Les systèmes de reconnaissance automatique des défauts de soudage basés sur l'apprentissage profond ont trouvé des applications industrielles, grâce à des avancées technologiques majeures, notamment :

Optimisation des algorithmes de la série YOLO : Le modèle YOLOv7 amélioré atteint un mAP de 56.8 % sur l’ensemble de données COCO avec une vitesse de détection de 45 images par seconde ; YOLOv5 atteint une précision de reconnaissance moyenne de 94.9 % pour les images uniques dans la détection des défauts de soudure, avec un temps de traitement de seulement 19.58 ms, répondant aux exigences de temps réel.

Application du réseau U-Net++ : Le coefficient de Dice atteint 0.94 dans la segmentation d'images radiographiques de soudure, et la stratégie d'apprentissage par transfert améliore la précision de l'entraînement sur de petits échantillons (< 500 images) à 85 %.

Les nouvelles technologies de détection permettent aux capacités de détection de se rompre

Des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine des systèmes d'imagerie CT industriels en temps réel :

La résolution spatiale atteint (3.8+L/100) μm et la tension maximale du tube de la source de rayons X microfocalisée est de 300 kV. La vitesse de détection est 300 % supérieure à celle de la méthode traditionnelle sur film et permet de capturer en temps réel la trajectoire de déformation due aux contraintes thermiques pendant le soudage.

Les algorithmes d'IA intégrés permettent une classification automatique des défauts, avec un taux de détection supérieur à 95 % pour les défauts volumétriques tels que la porosité et les inclusions de scories.

Percées dans la miniaturisation et la technologie des faibles doses :

La source de rayons X à micro-onduleur sur puce développée par l'Académie chinoise des sciences a une période équivalente de 50 nanomètres, permettant des rayons X collimatés au niveau du kiloélectronvolt.

La technologie de micro-rayonnement gamma réduit la distance de protection de sécurité à moins de 1 mètre, adaptée à l'inspection des soudures de tuyaux à parois minces d'une épaisseur de paroi ≤15 mm.

La première puce au monde de détection de dose de rayonnement nucléaire X/Y a la taille d'un bouton et fonctionne dans une plage de températures allant de -20℃ à 50℃.

L'intégration des essais non destructifs multimodaux fait désormais consensus dans l'industrie :

Intégrez plusieurs technologies CND dans un seul appareil et améliorez la précision grâce à une analyse complète des résultats.

La plateforme intégrant un profileur 3D et une caméra thermique, développée par des entreprises de fabrication de véhicules ferroviaires, atteint un taux de détection de 99.2 % pour les défauts composites dans les soudures des bogies de trains à grande vitesse.

Deux voies techniques, la fusion au niveau des caractéristiques et la fusion au niveau de la décision, se développent en parallèle, équilibrant l'exhaustivité de la détection et l'efficacité de calcul.

La norme ISO 9712:2025 renforce la certification des qualifications du personnel, exigeant que le personnel de niveau 2 soit capable d'effectuer de manière indépendante des opérations de détection et de rédiger des rapports.

La norme GB/T 3323-2019 stipule que la sensibilité de détection radiographique doit atteindre 2 %, et la norme ISO 17636-1:2022 exige que la plage de fréquences de la sonde ultrasonique soit de 1 à 10 MHz.

GBZ 115-2023 Norme de radioprotection pour les appareils à rayonnement de faible énergie les exigences en matière de radioprotection sont mises à jour, la limite de dose efficace annuelle pour le public restant à 1 mSv.

• Goulots d'étranglement techniques existants :

Adaptabilité insuffisante aux conditions de travail complexes : les températures supérieures à 500 °C provoquent une défaillance du capteur, et la différence d'impédance acoustique des joints acier/aluminium peut atteindre 3 fois.

Absence d'annotation des données : plus de 70 % des données sur les sites industriels ne sont pas annotées, et l'erreur d'enregistrement spatio-temporel des données multi-sources dépasse 0.1 mm.

Exigence de temps réel : le système doit respecter un délai inférieur à 200 ms, et les algorithmes existants rencontrent encore des difficultés de déploiement sur les périphériques.

• Domaines d'exploration frontalière :

Détection basée sur le jumeau numérique : la construction de modèles de soudure virtuels peut améliorer la précision des prédictions de 30 %.

Technologie de détection quantique : appliquée à la détection précoce des microfissures, elle permet de dépasser les limites physiques traditionnelles.

Ingénierie du génome des matériaux : prédire les performances des matériaux de soudage grâce à l’IA et optimiser les paramètres de processus.

Résumé des défauts de soudage et des images de contrôle non destructif

En résumé, pour les défauts de soudure et les images de contrôle non destructif, il est nécessaire de se souvenir des caractéristiques des 5 défauts courants suivants sur les images de contrôle, ce qui permet de juger avec précision le type et la taille des défauts.

Porosité: Ombres noires rondes/elliptiques avec un centre très noir et des bords qui s'estompent progressivement ; la porosité en soudage automatique est principalement répartie au centre de la soudure.

Inclusion de scories : Ombres noires irrégulières aux contours distincts ; les inclusions de scories métalliques apparaissent comme des points brillants, et les inclusions de scories non métalliques comme des points sombres.

Pénétration incomplète : Fines lignes noires droites, nettes des deux côtés, fixées à la racine de la soudure, avec une largeur correspondant à l'écartement des faces de la racine.

Fusion incomplète : Divisé en trois types : racine (ligne noire nette d'un seul côté), biseau (ligne noire en forme de croissant), intercalaire (ombre noire claire irrégulière).

Crack: Les fines lignes noires dentelées, plus larges au milieu et s'effilant aux deux extrémités, sont les plus dangereuses.