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Des instruments portatifs peuvent désormais mesurer l'épaisseur des revêtements par ultrasons, ce qui rend le contrôle non destructif accessible aux industries utilisant la technologie de séchage UV/EB. Cet article décrit le principe de fonctionnement et les avantages du contrôle par ultrasons.
Les jauges d'épaisseur de revêtement qui utilisent des techniques de mesure par ultrasons sont de plus en plus populaires dans les industries qui travaillent avec des substrats rigides, comme le bois, le plastique et les composites. Ces instruments soutiennent ou remplacent les méthodes destructives de mesure de l'épaisseur des revêtements à séchage UV/EB d'une épaisseur supérieure à 15 microns (0,5 mil) dans une variété d'industries, notamment l'automobile, l'aérospatiale, la fabrication de produits en bois et la finition industrielle.
Les revêtements ont de nombreuses fonctions. Certains sont conçus pour résister aux rayures, à l'abrasion, à l'humidité et à d'autres produits chimiques. D'autres restaurent, protègent, imperméabilisent et embellissent les structures. D'autres sont spécifiquement formulés pour sceller et remplir les pores et pour fournir une texture de surface esthétiquement plaisante.
Pourquoi mesurer l'épaisseur ?
Les revêtements sont conçus pour remplir au mieux leur fonction lorsqu'ils sont appliqués dans une fourchette d'épaisseur étroite, comme spécifié par le fabricant. Cela garantit une performance optimale du produit. Exemples de situations où la mesure de l'épaisseur est importante :
Il y a d'autres avantages à mesurer avec précision l'épaisseur de finition, que ce soit pour répondre aux exigences de l'ISO, de la qualité et des clients en matière de contrôle des processus ou pour contrôler les coûts. Lorsque les entreprises ne contrôlent pas et ne vérifient pas la qualité du revêtement du matériel entrant, elles gaspillent de l'argent pour retravailler le produit. En vérifiant leur équipement d'application, elles s'assurent que le revêtement est appliqué conformément aux recommandations du fabricant. De plus, l'application d'une épaisseur de film excessive risque d'entraîner un durcissement incomplet et peut réduire considérablement l'efficacité globale. Enfin, des tests réguliers peuvent réduire le nombre de retouches internes et de retours clients dus à des défauts de finition.
Comment tester au mieux ?
Sur le métal, il est courant de tester l'épaisseur des revêtements à des fins de contrôle de la qualité et d'inspection. Lorsque le métal de base est de l'acier au carbone, on utilise une méthode magnétique. Les appareils à courant de Foucault sont utilisés pour les autres métaux, comme le cuivre et l'aluminium. Parmi ces instruments portatifs, il existe de nombreux modèles. Certains ont une sonde intégrée qui permet de mesurer facilement de grandes surfaces d'une seule main. D'autres ont une petite sonde située à l'extrémité d'un câble court pour permettre à l'opérateur de mesurer de petites pièces ou des zones difficiles à atteindre. De nombreux instruments sont dotés de fonctions optionnelles qui facilitent le travail de mesure, comme le calcul des moyennes et la possibilité de télécharger les mesures enregistrées sur une imprimante ou un ordinateur.
Aussi populaires soient-ils, les instruments magnétiques et à courants de Foucault ne peuvent cependant pas mesurer l'épaisseur des finitions sur des substrats non métalliques. Par conséquent, les industries ont utilisé d'autres techniques pour mesurer l'épaisseur, notamment :
Ces tests prennent du temps, sont difficiles à réaliser et sont sujets à l'interprétation de l'opérateur et à d'autres erreurs de mesure. Les applicateurs trouvent les méthodes destructives peu pratiques. Pour obtenir un échantillon statistiquement représentatif, il peut être nécessaire de mettre au rebut plusieurs produits d'un lot dans le cadre du processus d'essai destructif. La méthode gravimétrique fournit une épaisseur moyenne de film sur la pièce, mais ne permet pas d'obtenir un profil d'épaisseur de film sur des zones spécifiques.
Avec l'arrivée des instruments à ultrasons, de nombreux finisseurs sont passés au contrôle non destructif des revêtements épais durcis par UV/EB.
Percée ultrasonique
Les professionnels de la qualité connaissent déjà les différents aspects des contrôles par ultrasons, qui utilisent l'énergie sonore à haute fréquence pour effectuer des examens et des mesures. Les contrôles par ultrasons permettent de détecter et d'évaluer les défauts du métal, de mesurer les dimensions, de vérifier la caractérisation des matériaux, etc.
La mesure de l'épaisseur des murs est peut-être le plus courant et le plus simple des contrôles par ultrasons. Les jauges ultrasoniques de précision pour l'épaisseur des murs permettent de mesurer rapidement l'épaisseur des objets sans avoir besoin d'accéder aux deux côtés. Cependant, ces jauges ne sont pas idéales pour la mesure des revêtements. Leur sensibilité n'est pas suffisante pour mesurer l'épaisseur des mastics acryliques, des apprêts d'usine, des laques, des finitions UV, des revêtements en poudre et d'autres matériaux utilisés sur des produits non métalliques.
Le premier instrument portatif conçu spécifiquement pour la mesure de l'épaisseur des revêtements est apparu sur le marché il y a 14 ans et en est maintenant à sa quatrième génération. Il utilise un transducteur à élément unique et les techniques numériques advanced pour filtrer et améliorer les échos numérisés. Les jauges d'épaisseur de revêtement à ultrasons portables d'aujourd'hui sont simples à utiliser, abordables et fiables (figure 3).
Une technique de mesure du son
Le contrôle par ultrasons fonctionne en envoyant une vibration ultrasonique dans un revêtement à l'aide d'une sonde (transducteur) avec l'assistance d'un couplant appliqué à la surface.
La vibration traverse le revêtement jusqu'à ce qu'elle rencontre un matériau aux propriétés mécaniques différentes, généralement le substrat ou une autre couche de revêtement. La vibration, partiellement réfléchie à cette interface, revient vers le transducteur. Pendant ce temps, une partie de la vibration transmise continue de se déplacer au-delà de cette interface et subit d'autres réflexions à toutes les interfaces de matériaux qu'elle rencontre (figure 4).
Étant donné qu'un nombre potentiellement élevé d'échos peut se produire, la jauge est conçue pour sélectionner l'écho maximal ou "le plus fort" à partir duquel calculer une mesure d'épaisseur. Les instruments qui mesurent les couches individuelles dans une application multicouche privilégient également les échos les plus forts. L'utilisateur entre simplement le nombre de couches à mesurer, disons trois, et la jauge mesure les trois échos les plus forts. La jauge ignore les échos plus faibles provenant des imperfections du revêtement et des couches du substrat.
Précision de la mesure
La précision de toute mesure par ultrasons correspond directement à la vitesse du son de la finition mesurée. Comme les instruments à ultrasons mesurent le temps de transit d'une impulsion ultrasonore, ils doivent être étalonnés pour la "vitesse du son" dans ce matériau particulier.
D'un point de vue pratique, les valeurs de vitesse du son ne varient pas beaucoup entre les matériaux de revêtement UV/EB. Par conséquent, les jauges d'épaisseur de revêtement à ultrasons ne nécessitent généralement aucun ajustement des paramètres d'étalonnage d'usine.
La mesure de l'épaisseur des revêtements par ultrasons est maintenant une routine de test acceptée et fiable pour les revêtements à séchage UV/EB. Pour vérifier l'étalonnage des jauges, des étalons d'épaisseur à revêtement époxy sont disponibles avec une certification traçable aux organismes de normalisation nationaux.
Là où le revêtement rencontre le substrat
Un facteur influençant la précision et la répétabilité des mesures par ultrasons est la façon dont ces revêtements s'interfacent avec le substrat. Les produits en bois, par exemple, peuvent avoir des surfaces lisses et rugueuses sur lesquelles on peut tester l'épaisseur du revêtement. La figure 5 montre un exemple de bois revêtu. Cette photo, prise à une résolution supérieure à celle de la plupart des essais destructifs sur le terrain, montre la limite entre la finition et le bois. Le revêtement de finition peut sembler lisse sur le dessus, mais son épaisseur peut être irrégulière. Les substrats en bois sont souvent granuleux, avec des degrés variables de rugosité de surface et de pénétration de l'apprêt. Cette porosité et cette rugosité peuvent favoriser l'adhérence, mais elles augmentent la difficulté d'obtenir des mesures d'épaisseur répétables par quelque moyen que ce soit.
Les jauges à ultrasons sont conçues pour faire la moyenne de petites irrégularités afin de produire un résultat significatif. Sur des surfaces ou des substrats particulièrement rugueux où les lectures individuelles peuvent ne pas sembler répétables, la comparaison d'une série de résultats moyennés fournit souvent une répétabilité acceptable.
Un dernier écho
Une méthode d'essai standard pour cette technologie est décrite dans la norme ASTM D6132-04 "Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage " (2004, ASTM). Dans un effort récent de mise à jour de ce site standard, huit entreprises ont réalisé une étude circulaire dans laquelle une variété de panneaux de bois revêtus ont été mesurés par ultrasons. Les panneaux comprenaient des revêtements à séchage UV sur de l'hickory et de l'érable. Les résultats, qui seront publiés dans le courant de l'année, montrent une bonne répétabilité et une bonne reproductibilité avec de faibles écarts par rapport à standard .
Il est désormais possible d'effectuer des mesures d'épaisseur rapides et non destructives sur des matériaux qui nécessitaient auparavant des essais destructifs, des analyses en laboratoire ou des équipements non destructifs coûteux. Cette nouvelle technologie améliore la cohérence et le rendement de la salle de finition. Les réductions de coûts potentielles comprennent :
Aujourd'hui, ces instruments sont simples à utiliser, abordables et fiables.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ancien président de DeFelsko Corporation, un fabricant new-yorkais d'instruments de test de revêtement portatifs vendus dans le monde entier. Il était titulaire d'un diplôme d'ingénieur civil et avait plus de 25 ans d'expérience dans la conception, la fabrication et la commercialisation de ces instruments de test dans une variété d'industries internationales, notamment la peinture industrielle, l'inspection de la qualité et la fabrication. Il a dirigé des séminaires de formation et a été un membre actif de diverses organisations, notamment NACE, SSPC, ASTM et ISO.
