ISO 16148:2006
(Main)Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Acoustic emission testing (AT) for periodic inspection
Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Acoustic emission testing (AT) for periodic inspection
ISO 16148:2006 is a guideline for using acoustic emission testing (AT) during re-qualification of seamless steel cylinders and tubes of water capacity up to 3 000 l used for compressed and liquefied gases. For cylinders below 20 l additional precautions may be taken due to the potential reflections from the ends. This test provides indications and locations that should be evaluated by another test for a possible flaw in the cylinder. ISO 16148:2006 covers monolithic steel cylinders.
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables sans soudure — Essais d'émission acoustique pour contrôle periodique
L'ISO 16148:2006 fournit des lignes directrices permettant d'utiliser les essais d'émission acoustique (AT) lors des réépreuves des bouteilles et tubes en acier, sans soudure, d'une capacité en eau allant jusqu'à 3 000 l, utilisés pour les gaz comprimés et liquéfiés. Pour les bouteilles d'une capacité inférieure à 20 l, des précautions supplémentaires peuvent être prises en raison des reflets potentiels des extrémités. Les essais fournissent des indications et des localisations qu'il convient d'évaluer par un autre essai pour déterminer un éventuel défaut dans la bouteille. L'ISO 16148:2006 traite des bouteilles en acier "monolithiques" (non composites).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16148
First edition
2006-05-01
Gas cylinders — Refillable seamless steel
gas cylinders — Acoustic emission
testing (AT) for periodic inspection
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables sans soudure —
Essais d'émmision acoustique pour contrôle périodique
Reference number
ISO 16148:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 16148:2006(E)
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Published in Switzerland
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ISO 16148:2006(E)
Contents
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Operational principles.2
5 Personnel qualification .3
6 Special considerations to ensure valid tests.3
7 Apparatus .4
8 Calibration and equipment verification .6
9 Overall procedure .6
10 Real-time evaluation criteria.7
11 Test report .8
Annex A (normative) Instrumentation specifications.10
Annex B (informative) Alternative method for source location.12
Annex C (informative) Example instrument settings, examination methods and rejection criteria
for modal acoustic emission (MAE).15
Annex D (informative) Distance amplitude correction procedures.18
Bibliography .21
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ISO 16148:2006(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 16148 was prepared by Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders, Subcommittee SC 4,
Operational requirements for gas cylinders, in collaboration with Technical Committee CEN/TC 23,
Transportable gas cylinders, of the European Committee for Standardization.
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ISO 16148:2006(E)
Introduction
In recent years, new non-destructive examination (NDE) techniques have been successfully introduced as an
alternative to the conventional re-testing procedures of gas cylinders, tubes and other cylinders.
One of the alternative NDE methods for certain applications is acoustic emission testing (AT), which has
proved to be an acceptable testing method applied during periodic inspection in some countries.
The test method requires pressurization to a level greater than the normal filling pressure.
The pressurization medium may be either gas or liquid.
Acoustic emission (AE) measurements are used to detect and locate emission sources. Other NDE methods
are needed to evaluate the significance of AE detected sources. Procedures for other NDE techniques are
beyond the scope of this International Standard. For example, shear wave, angle beam ultrasonic inspection
is commonly used to establish the exact position and dimensions of flaws that produce AE.
This International Standard includes two methods of AT and, for the purpose of differentiation, the methods
are addressed as Method A and Method B (see Clause 3).
With the agreement of the testing and certifying body approved by the competent authority of the country of
approval, the hydraulic pressure test of cylinders and tubes may be replaced by an equivalent method based
on acoustic emission.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16148:2006(E)
Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders —
Acoustic emission testing (AT) for periodic inspection
1 Scope
This International Standard is a guideline for using acoustic emission testing (AT) during re-qualification of
seamless steel cylinders and tubes of water capacity up to 3 000 l used for compressed and liquefied gases.
For cylinders below 20 l additional precautions may be taken due to the potential reflections from the ends.
This examination provides indications and locations that should be evaluated by another examination for a
possible flaw in the cylinder. This International Standard covers monolithic steel cylinders.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 6406, Gas cylinders — Seamless steel gas cylinders — Periodic inspection and testing
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
EN 1330-9, Non-destructive testing — Terminology — Part 9: Terms used in acoustic emission testing
EN 13477-1, Non-destructive testing — Acoustic emission — Equipment characterisation — Part 1:
Equipment description
EN 13477-2, Non-destructive testing — Acoustic emission — Equipment characterisation — Part 2:
Verification of operating characteristic
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in EN 1330-9 and the following apply.
3.1
fracture critical flaw
defect that is large enough to exhibit unstable crack growth under certain service conditions
3.2
working pressure
settled pressure at a uniform temperature of 288 K (15 °C) for a full gas cylinder with the maximum
permissible charge of compressed gas
NOTE 1 In North America service pressure is often used to indicate a similar condition, usually at 21,1 °C (70 °F).
NOTE 2 For compressed gases, this value is usually stamped on the cylinder.
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ISO 16148:2006(E)
3.3
normal filling pressure
level to which a receptacle is pressurized during filling
NOTE This is usually greater than the marked working pressure due to the heat of compression.
3.4
acoustic emission test pressure
AE test pressure
maximum pressure at which acoustic emission testing is performed
3.5
maximum allowable pressure
maximum pressure a receptacle may experience
NOTE For liquefied gases, this is the developed pressure at the maximum service temperature (e.g. 65 °C).
3.6
acoustic emission pressure test range
range of pressure during which acoustic emission is monitored
3.7
Method A
acoustic emission testing performed during pneumatic pressurization to at least 110 % of the normal filling
pressure
3.8
Method B
acoustic emission testing performed during the hydrostatic proof pressurization to the re-test pressure
3.9
secondary AE sources
emissions other than actual crack propagation and plastic deformation
NOTE Contact between flaw surfaces as the cylinder expands, fracture or rubbing of mill scale within a flaw as the
cylinder expands are examples of secondary AE sources.
4 Operational principles
When cylinders containing flaws are pressurized, stress waves (AE) can be produced by several different
sources (e.g. secondary sources or actual propagation of cracks). These sources can produce AE at
pressures less than, equal to or greater than working pressure. The stress waves travel throughout the
structure.
Piezoelectric sensors mounted on a cylinder surface respond to stress waves. They are connected to a signal
processor, which records AE signal parameters associated with the passage of the waves under the sensor.
Stress waves travel at average speeds. With at least two sensors, one mounted at each end of a cylinder, the
approximate location of AE sources is derived from the measured arrival time of stress waves at the sensors.
If measured emissions exceed the specified levels over a linear distance on the cylinder, then such locations
shall undergo a secondary inspection (for example, ultrasonic examination) in order to verify the presence of
flaws and to measure flaw dimensions. From this secondary inspection, if the flaw depth exceeds the specified
limit (that is, a limit based on a number of factors, i.e. cylinder material, wall thickness, fatigue crack growth
estimates, fracture critical flaw depth calculations and any practical experience), then the cylinder shall be
removed from service.
If after the examination a recalibration proves negative, the relevant cylinder shall be re-examined by a non-
destructive examination (NDE) method other than AE Method A.
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ISO 16148:2006(E)
5 Personnel qualification
Properly qualified and capable personnel shall perform AT. In order to prove this qualification, the personnel
shall be certified in accordance with relevant standards as approved by the national authority (e.g. ISO 9712,
EN 473, ASNT TC 1A).
6 Special considerations to ensure valid tests
6.1 General
In order to prevent invalid AE examinations when using Method A and to overcome the Kaiser effect (see
NOTE 1), the AE test pressure shall exceed that pressure previously exerted on the receptacle during service,
i.e. normal filling pressure for compressed gases and maximum allowable pressure for liquefied gases.
After pressurization to more than the AE test pressure, Method A shall not be performed within a time period
less than one year or before a sufficient number of pressurization cycles (see NOTE 2) have occurred, since
such practice can decrease the sensitivity of the examination.
If a pressure greater than the normal filling pressure has been applied and a time period equal to or greater
than one year or a sufficient number of pressurization cycles has not elapsed, then the AE examination shall
be 10 % above this excessive pressure, but shall not exceed the design test pressure (TP) of the receptacle. If
at any stage a receptacle for liquefied gases has been overfilled, this shall be reported to the re-tester by the
receptacle owner or operator. If the AE examination would result in a pressure greater than TP, then Method
A shall not be applied. Only Method B or a conventional re-test shall be performed.
WARNING —Take appropriate measures to ensure safe operation and to contain any energy that may
be released during the hydraulic test. It should be noted that pneumatic pressure tests require more
precautions than water pressure tests since, regardless of the size of the container, any error in
carrying out this test is highly likely to lead to a rupture under gas pressure. Therefore these tests
should only be carried out after ensuring that the safety measures satisfy the safety requirements.
NOTE 1 The Kaiser effect is characterized by the absence of AE until the previous maximum applied load level has
been exceeded.
NOTE 2 A sufficient number of pressurization cycles are dependent upon the design parameters of the receptacle
undergoing periodic inspection, particularly the material composition.
6.2 Pressurization
General practice in the gas industry is to use low pressurization rates. This practice promotes safety and
reduces equipment investment. AE examinations should be performed with low enough pressurization rates to
allow cylinder deformation to be in equilibrium with the applied load. Pressurization should proceed at rates
that do not produce noise from the pressurizing medium. For Method A, typical current practices use
pressurization rates that approximate 35 bar/h (3,5 MPa/h) for tubes.
NOTE For smaller cylinders a higher pressurization rate may be suitable provided it is demonstrated that all
detrimental defects can be detected and the pressurization rate is slow enough to allow the pressurization to be stopped
before bursting of the cylinder. Pressure holds are not necessary; however, they can be useful for reasons other than
measurement of AE.
Secondary AE sources can produce emissions throughout pressurization. Flaw growth normally produces
emissions at pressures higher than the normal filling pressure.
When pressure within a vessel is low and gas is the pressurizing medium, flow velocities are relatively high.
Flowing gas (turbulence) and impact by entrained particles can produce measurable emissions. Considering
this, acquisition of AE data shall commence at some pressure greater than the starting pressure (for example,
one-half of the AE test pressure).
NOTE According to Clause 3, AE test pressure means the maximum pressure at which AT is performed.
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ISO 16148:2006(E)
Serious flaws can produce more AE from secondary sources than from flaw growth. When cylinders are
pressurized, flaws can produce emissions at pressures less than normal filling pressure. An AE test pressure
that is at least 10 % greater than normal filling pressure allows measurement of emissions from secondary
sources in flaws and from flaw growth.
Excess background noise can distort AE data or render them useless. Users shall be aware of the following
common sources of background noise:
⎯ high gas fill rate (measurable flow noise);
⎯ mechanical contact with the vessel by objects;
⎯ electromagnetic interference and radio frequency interference from nearby broadcasting facilities and
from other sources;
⎯ leaks at pipe or hose connections;
⎯ airborne sand particles, insects, rain drops or snow, etc.
AT shall not be used if background noise cannot be eliminated or sufficiently controlled.
When performing the AT (especially pneumatically), safety precautions shall be taken to protect personnel
carrying out the examination because of the considerable damage potential from the stored energy that can
be released. Additionally, since AT equipment is not explosion-proof, precautions shall be taken when the
pressurization medium is a flammable gas due to the possibility of a leakage of flammable gas.
It is essential that good, instantaneous communication exists during manual test operation between the AT
operator and the pressurization operator so pressurization can be paused or the pressure reduced if
necessary. During automatic test operations, this shall be ensured by the automatic test equipment.
7 Apparatus
Typical features of the apparatus required for this test method are provided in Figure 1. Full specifications are
in Annex A. An optional approach for source location is described in Annexes B and C.
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ISO 16148:2006(E)
Key
1 pressure transducer
2 acoustic emission sensors with integral preamplifier (two for each tube)
3 tube with sensors mounted on sidewall
4 tube with sensors mounted on end flanges
5 printer
6 video monitor
7 computer
8 acoustic emission signal processor
a
Power.
Figure 1 — Essential features of acoustic emission examination equipment
The cylinder surface at sensor places shall be cleaned (see Clause 9).
The couplant shall be used to connect sensors acoustically to the receptacle surface. Only adhesives that
have acceptable acoustic properties shall be used (see A.3). Sensors shall be held in contact with the cylinder
wall to ensure adequate acoustic coupling, e.g. with magnets, adhesive tape or other mechanical means.
A preamplifier may be enclosed in the sensor housing or in a separate enclosure. If a separate preamplifier is
used, cable characteristics are critical (see A.4 and EN 13477-1).
Power/signal cable length (that is, cable between preamplifier and signal processor) shall not exceed 150 m
(see A.5 and EN 13477-1).
Signal processors are computerized instruments with independent channels that filter, measure and convert
analogue information into digital form for display and permanent storage. A signal processor shall have speed
and capacity to process data independently from all sensors simultaneously. In addition, it shall not stop
processing and shall unambiguously identify to the operator, should the situation arise where continuous noise
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such as from valve leakage, flow noise or high emission rate has rendered the signal permanently above the
system threshold. The signal processor shall provide capability to filter data for replay.
A video monitor should display processed test data in various formats. Display format may be selected by the
equipment operator.
A data storage device such as a compact disc may be used to provide data for replay or for archives.
Hard-copy capability shall be available from a graphics/line printer or equivalent device.
8 Calibration and equipment verification
8.1 Calibration
The pressure sensors shall be calibrated annually by personnel who are certified by calibration laboratories,
which are certified according to ISO 17025 or equivalent requirements, and the proper function of the loading
apparatus shall be checked, e.g. annually, according to its use.
The performance of the complete AE system shall be checked according to EN 13477-2 or any equivalent
standard and shall also be adjusted so it conforms to the equipment manufacturer’s specifications.
8.2 Equipment verification
Before and after the examination, the performance of the AE instrumentation shall be verified. Before and
after the examination, the response of each sensor with the adjoining measurement chain and source location
accuracy shall be verified by measuring the response according to an artificial, induced AE signal. The
preferred technique for conducting this verification check is the Hsu-Nielsen source (see EN 1330-9). The
diameter of the pencil lead, the distance to the transducers and the expected peak amplitude response are
interrelated; they shall be specified in the written test instructions.
The verification shall be performed at a distance where the obtained peak amplitude is within the dynamic
range of the measurement chain. The maximum variation allowed shall be ± 3 dB between all channels. Any
deviation outside the allowed range shall be corrected.
The use of an electronic pulser to check that there is no subsequent change in sensitivity, by comparison with
that obtained prior to the examination, is an acceptable alternative to the Hsu-Nielsen source check. If the
pulser is used, an approved procedure shall be provided that clarifies its use and calibration. For the testing of
similar cylinders, the electronic pulser can also be used for the first sensitivity check based on prior performed
examinations.
9 Overall procedure
All accessible external surfaces of the cylinders shall be visually examined. Record observations in a test
report. (See ISO 6406 or equivalent for the rejection criteria.) The procedure is as follows.
NOTE Accessible implies that the trailer need not be dismantled at time of testing when applying Method A.
a) Mechanically isolate the cylinder to prevent any contact with surface of other cylinders, hardware, etc.
When cylinders cannot be completely isolated, indicate in the test report external sources that may have
produced emissions.
b) Connect the fill hose and the pressure transducer. Eliminate any leaks at connections.
c) Place the sensor on a smooth surface, but not necessarily on bare metal. As a precaution, the coaxial
cable should be supported so its weight will not cause the sensor to become separated from the
receptacle (see Figure 1);
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ISO 16148:2006(E)
d) Adjust signal processor settings.
e) Check the system performance by breaking a pencil lead (Hsu-Nielsen source) or by using an electronic
pulser on the receptacle at a distance not less than 10 cm from the sensor. Verify that peak amplitude
exceeds 70 dB when 0,3 mm pencil lead is used. Adjust signal processor threshold above background
AE
peak noise. The dynamic range described by the difference between mean peak amplitude (response to
Hsu-Nielsen source) and the threshold setting is dependent on the method (A or B). For Method A, it is
recommended to have a threshold of 40 dB below the minimum value of the maximum peak amplitude of
the lead break at 10 cm; for Method B, the recommended threshold is 30 dB below the peak amplitude of
the lead break at 10 cm.
f) Verify that the AE system displays a correct location for the mechanical device that is used to produce
stress waves. For this purpose, lead breaks shall be performed on the receptacle wall within the axial
distance of the two sensors. The difference between the axial location displayed by the AE system and
the real location on the receptacle related to the sensor positions shall be determined for each lead break.
The accuracy shall be within ± 5 % of the sensor spacing. The inaccuracy between actual and located
positions shall not exceed ± 5 % of the sensor distance during calibration. If this accuracy cannot be
attained, more sensors should be added to reduce the sensor spacing, which may reduce the overall
inaccuracy.
g) Begin pressurizing the cylinder. Interrupt pressurization if there is an exponential increase in AE activity,
from any channel, as a function of pressure. The pressurization rate shall be low enough to ensure that
flow noise is not recorded.
h) Monitor the examination by observing displays that show plots of AE data being generated versus axial
location. If the AE indications meet the criteria of Clause 10, stop pressurization and conduct an
investigation.
In case of automated control of the system, critical signals are stored in the system under the supervision
of an authority (e.g. notified body). When during the test procedures these signals are reached or
exceeded, the system is set to immediately interrupt the test run and reduce the pressure from the
system. At the same time, an optical (lamp) and acoustic signal will alert the personnel responsible for the
testing.
Depending on the subsequent examination of the vessel by other NDE means, e.g. ultrasonic
examination, the vessel will be rejected or can remain in service.
i) Store all data on mass storage media. Stop pressurizing when pressure reaches the AE test pressure.
Pressure shall be monitored with an accuracy of ± 2 % of AE test pressure.
10 Real-time evaluation criteria
The criteria that will result in a stop of the pressurization sequence for rejection inspections or a pause for
further analysis of AE data shall be clearly defined. Supporting data for the choice of test stop criteria shall be
available from an appropriate database, standard or experience. The testing procedure can be applied in
various jurisdictions where the rejection criteria can vary but are specified by regulations.
The criteria that will result in a rejection of the tested receptacle or in a stop of the pressurization sequence
for further inspections are influenced by factors such as
⎯ type of receptacle,
⎯ material and heat treatment,
⎯ first or subsequent pressurization.
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Rejection criteria shall be defined clearly before the examination based on an appropriate database, existing
standards or experience. Cylinders that have been rejected based on AE data shall undergo a secondary
inspection (for example, UE) before being put back into service.
The real-time evaluation criteria shall be based on at least one of the following observations:
⎯ increase in AE activity and/or energy as a function of the pressure at any channel;
⎯ number N of located burst signals with a distance-corrected peak amplitude above a ‘high’ specific value
1
A ;
1
⎯ number N of located burst signals with a distance-corrected peak amplitude above a ‘low’ specific value
2
A within an interval of size ‘X’ % of the maximum distance between sensors.
2
NOTE The value of X depends on the accuracy of the AE equipment used, number of sensors and the size of
the receptacle (e.g. diameter size).
Furthermore, for Method A the pneumatic pressurization shall be stopped immediately if
⎯ the AE energy increases in incremental steps from a defined value of energy, which means it doubles in
two consecutive pressure intervals of 5 % of the maximum test pressure, or
⎯ one of the specific predefined values for either N or N is exceeded.
1 2
NOTE Annex D gives an example of a method to measure the wave attenuation in order to calculate the distance of
the corrected peak amplitude (see EN 14584).
11 Test report
Prepare a report from each AE examination containing the following information:
a) name(s) of owner(s) of cylinders;
b) serial number(s) and manufacturer(s);
c) examination date and where examination was performed;
d) previous examination date and previous test pressure;
NOTE If the operator is aware of situations where the receptacle was subjected to pressure that exceeded normal
filling pressure, these should be described in the report.
e) normal filling pressure (to be supplied by the receptacle owner) and marked working pressure;
f) pressurization medium;
g) pressurization rate;
h) pressure at which data acquisition commenced;
i) AE test pressure;
j) location of AE sensors;
k) locations of AE sources that exceed acceptance criteria, including distance from the end of the receptacle
that bears the serial number (usually this is stamped on the receptacle);
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ISO 16148:2006(E)
l) any acceptable variation from the AE test procedure;
m) name, qualification and signature of examination operator;
n) stacking chart that shows relative locations of cylinders and associated channel number, i
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16148
Première édition
2006-05-01
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz
rechargeables sans soudure — Essais
d'émission acoustique pour contrôle
périodique
Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Acoustic
emission testing (AT) for periodic inspection
Numéro de référence
ISO 16148:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 16148:2006(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 16148:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Principes de fonctionnement . 2
5 Qualification du personnel . 3
6 Considérations particulières afin de garantir la validité des essais . 3
7 Appareillage . 5
8 Étalonnage et vérification de l'équipement. 6
9 Mode opératoire global . 7
10 Critères d'évaluation en temps réel . 8
11 Rapport d'essai . 9
Annexe A (normative) Spécifications des instruments. 10
Annexe B (informative) Autre méthode de localisation des sources . 12
Annexe C (informative) Exemple de réglages des instruments, de méthodes d'essai et de critères
de rejet pour l'émission acoustique modale (EAM) . 15
Annexe D (informative) Méthodes de correction de l'amplitude de distance . 18
Bibliographie . 21
© ISO 2006 – Tous droits réservés iii
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ISO 16148:2006(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 16148 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, sous-comité SC 4,
Contraintes de service des bouteilles à gaz, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 23, Bouteilles
à gas transportables, du Comité européen de normalisation.
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ISO 16148:2006(F)
Introduction
Ces dernières années, de nouvelles techniques d’essais non destructifs (END) ont été introduites avec
succès comme alternative aux méthodes classiques de réépreuve des bouteilles à gaz, tubes et autres
récipients.
L’une des méthodes END pour certaines applications est l’essai d'émission acoustique (AT) qui, lorsqu’il a été
mis en application lors du contrôle périodique dans quelques pays, s’est révélé une méthode d’essai
acceptable.
Cette méthode d’essai nécessite une mise sous pression jusqu’à un niveau supérieur à celui de la pression
de remplissage normale.
Le moyen de mise sous pression peut être du gaz ou du liquide.
Les mesures d’émission acoustique (EA) sont utilisées pour détecter et localiser les sources d’émission.
D’autres méthodes END sont nécessaires pour évaluer la signification des sources EA détectées. Les
méthodes utilisées pour les autres techniques END n’entrent pas dans le domaine d’application de la
présente Norme internationale. Par exemple, un contrôle par ultrasons préconisant l’utilisation d’un palpeur
d’angle à ondes de cisaillement est généralement utilisé pour déterminer la position et les dimensions exactes
des défauts que produit l’EA.
La présente Norme internationale comprend deux méthodes AT qui, pour être différenciées, sont désignées
«méthode A» et «méthode B» (voir Article 3).
En accord avec l’organisme d’essai et de certification agréé par l’autorité compétente du pays d’agrément,
l’essai de pression hydraulique des bouteilles et des tubes peut être remplacé par une méthode équivalente
reposant sur l’émission acoustique.
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NORME INTERNATIONALE ISO 16148:2006(F)
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables sans
soudure — Essais d'émission acoustique pour contrôle
périodique
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices permettant d’utiliser les essais d'émission
acoustique (AT) lors des réépreuves des bouteilles et tubes en acier, sans soudure, d’une capacité en eau
allant jusqu’à 3 000 l, utilisés pour les gaz comprimés et liquéfiés. Pour les bouteilles d'une capacité inférieure
à 20 l, des précautions supplémentaires peuvent être prises en raison des reflets potentiels des extrémités.
Les essais fournissent des indications et des localisations qu'il convient d'évaluer par un autre essai pour
déterminer un éventuel défaut dans la bouteille. La présente Norme internationale traite des bouteilles en
acier «monolithiques» (non composites).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 6406, Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz en acier sans soudure — Contrôles et essais périodiques
ISO/CEI 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
EN 1330-9, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 9: Termes utilisés en contrôle par émission
acoustique
EN 13477-1, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de l’équipement —
Partie 1: Description de l’équipement
EN 13477-2, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de l’équipement —
Partie 2: Vérifications des caractéristiques de fonctionnement
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’EN 1330-9 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
défaut critique
défaut suffisamment important pour entraîner la propagation des fissures dans certaines conditions de service
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3.2
pression de travail
pression maximale que la charge gazeuse peut atteindre à une température uniforme de 288 K (15 °C), la
bouteille étant pleine
NOTE 1 En Amérique du Nord, la pression de travail est souvent utilisée pour indiquer un état similaire, généralement
à 21,1 °C (70 °F).
NOTE 2 Pour les gaz comprimés, cette valeur est généralement gravée sur la bouteille.
3.3
pression de remplissage normale
niveau auquel un récipient est mis sous pression lors du remplissage
NOTE En raison de la chaleur provoquée par la compression, cette pression est généralement supérieure à la
pression de travail gravée.
3.4
pression d’essai d'émission acoustique
pression d’essai EA
pression maximale à laquelle l’essai d'émission acoustique est réalisé
3.5
pression maximale autorisée
pression maximale qu’un récipient est susceptible de supporter
NOTE Pour les gaz liquéfiés, il s’agit de la pression développée à la température de service maximale (par exemple
65 °C).
3.6
plage de pressions d’essai d'émission acoustique
plages de pressions au cours desquelles l’émission acoustique est enregistrée
3.7
méthode A
essai d'émission acoustique réalisé pendant une mise sous pression pneumatique jusqu’à au moins 110 % de
la pression de remplissage normale
3.8
méthode B
essai d'émission acoustique réalisé pendant une mise sous pression d’épreuve hydrostatique jusqu’à la
pression de réépreuve
3.9
sources EA secondaires
émissions autres que la propagation des fissures et la déformation plastique réelles
NOTE Contact entre les surfaces de défaut à mesure que la bouteille se dilate, fracture ou frottement de calamine
dans un défaut à mesure que la bouteille se dilate sont des exemples de sources EA secondaires.
4 Principes de fonctionnement
Lorsque les bouteilles présentant des défauts sont mises sous pression, des ondes de contrainte (EA)
peuvent être produites par plusieurs sources différentes (par exemple des sources secondaires ou une
propagation des fissures réelle). Ces sources peuvent produire des EA à des pressions inférieures, égales ou
supérieures à la pression de travail. Les ondes de contrainte se propagent à travers toute la structure.
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Des capteurs piézo-électriques montés à la surface de la bouteille répondent aux ondes de contrainte. Ils sont
reliés à un système de traitement des signaux, qui enregistre les paramètres du signal EA associés au
passage des ondes captées. Les ondes de contrainte se propagent à vitesse moyenne. À l’aide d’au moins
deux capteurs, montés à chaque extrémité de la bouteille, la localisation des sources EA est obtenue à partir
du temps d’arrivée des ondes de contrainte mesuré au niveau des capteurs.
Si les émissions mesurées dépassent les niveaux spécifiés sur une distance linéaire sur la bouteille, ces
localisations doivent alors subir un deuxième contrôle (par exemple un essai aux ultrasons) afin de vérifier la
présence de défauts et d’en mesurer les dimensions. À partir de ce deuxième contrôle, si la profondeur du
défaut est supérieure à la limite spécifiée (soit une limite basée sur un certain nombre de facteurs, c'est-à-dire
le matériau de la bouteille, l’épaisseur de la paroi, les estimations de propagation des fissures par fatigue, les
calculs de la profondeur du défaut critique dû à la rupture, et toute expérience pratique), la bouteille doit alors
être retirée du service.
Si à l’issue de l’essai un réétalonnage s’avère négatif, la bouteille concernée doit être soumise à un nouvel
essai selon une méthode END autre que la méthode A d’émission acoustique.
5 Qualification du personnel
Le personnel qui effectue des essais d'émission acoustique doit être qualifié et compétent. Afin de démontrer
cette qualification, le personnel doit être certifié conformément aux normes pertinentes approuvées par
l'autorité nationale (par exemple ISO 9712, EN 473, ASNT TC 1A).
6 Considérations particulières afin de garantir la validité des essais
6.1 Généralités
Pour éviter que les essais EA soient invalidés lors de l’application de la méthode A et pour pallier l’effet Kaiser
(voir NOTE 1), la pression d’essai EA doit être supérieure à la pression précédemment exercée sur le
récipient au cours du service, c’est-à-dire à la pression de remplissage normale pour les gaz comprimés et à
la pression maximale autorisée pour les gaz liquéfiés.
Après une mise sous pression supérieure à la pression d’essai EA, la méthode A ne doit pas être appliquée
pendant une période de temps inférieure à un an ou avant qu’un nombre suffisant de cycles de pressurisation
(voir NOTE 2) n’ait eu lieu, parce qu’une telle pratique est susceptible de diminuer la sensibilité de l’essai.
Si une pression supérieure à la pression de remplissage normale a été appliquée et qu’il ne s’est pas écoulé
une période de temps égale ou supérieure à un an ou qu’il n’y a pas eu un nombre suffisant de cycles de
pressurisation, le résultat de l’essai EA doit alors être 10 % supérieur à cette pression excessive, mais ne doit
pas dépasser la pression d’épreuve de qualification (TP) du récipient. Si à n’importe quel moment un récipient
pour gaz liquéfiés est trop rempli, le propriétaire du récipient ou l’opérateur doit signaler ce fait à la personne
qui réalise la réépreuve. Si l’essai EA aboutit à une pression supérieure à la TP, la méthode A ne doit pas être
appliquée. Seule la méthode B ou une réépreuve classique doit être réalisée.
AVERTISSEMENT — Prendre des mesures appropriées pour assurer un fonctionnement en toute
sécurité et confiner toute énergie susceptible d'être libérée pendant l'épreuve hydraulique. Il convient
de noter que les essais de pression pneumatique nécessitent de prendre des précautions plus
sévères que pour les essais de pression hydraulique car, quelle que soit la taille du récipient, toute
erreur commise lors de la réalisation de cet essai présente un grand risque d'entraîner une rupture
sous pression du gaz. Par conséquent, il convient de ne réaliser ces essais qu'après s'être assuré que
les mesures de sécurité prises satisfont aux exigences de sécurité.
NOTE 1 L’effet Kaiser est caractérisé par l’absence d’émission acoustique détectable jusqu’au dépassement de la
charge maximale précédemment appliquée.
NOTE 2 Le nombre suffisant de cycles de mise sous pression dépend des paramètres de conception du récipient
soumis à un contrôle périodique, et en particulier de la composition du matériau.
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6.2 Mise sous pression
Dans l’industrie du gaz, il est de pratique courante d’utiliser des vitesses de mise sous pression basses. Cette
pratique favorise la sécurité et réduit les investissements dans les équipements. Il convient d’effectuer les
essais EA avec des vitesses de mise sous pression suffisamment basses pour permettre d’équilibrer la
déformation de la bouteille avec la charge appliquée. Il convient de procéder à la mise sous pression à des
vitesses permettant au moyen de mise sous pression de ne pas faire de bruit. Pour la méthode A, il est de
pratique courante d’utiliser des vitesses de mise sous pression qui avoisinent les 35 bar/h (3,5 MPa/h) pour
les tubes.
NOTE Une vitesse de mise sous pression plus élevée peut convenir pour les bouteilles de petites dimensions, à
condition d’apporter la preuve que tous les défauts dangereux peuvent être détectés et que la vitesse de mise sous
pression est suffisamment faible pour permettre d’arrêter la mise sous pression avant éclatement de la bouteille. Il n’est
pas nécessaire d’effectuer des paliers de pression; toutefois, ils peuvent être utiles, mais pour des raisons autres que le
mesurage de l’EA.
Les sources secondaires d’EA peuvent produire des émissions tout au long de la mise sous pression.
L’évolution du défaut produit normalement des émissions à des pressions supérieures à la pression de
remplissage normale.
Lorsque, dans un récipient, la pression est basse et que le gaz est le moyen de mise sous pression, le débit
est relativement élevé. Une évacuation de gaz (turbulence) et un impact provoqué par des particules
entraînées peuvent produire des émissions mesurables. En tenant compte de cela, on doit commencer à
acquérir des données EA à une pression supérieure à la pression de départ (par exemple à la moitié de la
pression d’essai EA).
NOTE Conformément à l’Article 3, la pression d’essai EA est la pression maximale à laquelle l’AT est réalisé.
Les défauts importants sont susceptibles de produire plus d’EA à partir de sources secondaires qu’à partir de
l’évolution du défaut. Lorsque les bouteilles sont mises sous pression, les défauts sont susceptibles de
produire des émissions à des pressions inférieures à la pression de remplissage normale. Une pression
d’essai EA qui est au moins 10 % supérieure à la pression de remplissage normale permet d’effectuer des
mesurages d’émissions provenant de sources secondaires dans les défauts et de l’évolution du défaut.
Un bruit de fond excessif peut fausser les données EA ou les rendre inutilisables. Les utilisateurs doivent
connaître les sources courantes suivantes de bruit de fond:
⎯ une vitesse élevée de remplissage du gaz (bruit d’écoulement mesurable);
⎯ un contact mécanique entre le récipient et des objets;
⎯ une interférence électromagnétique et une interférence de radiofréquence provenant d’installations de
radiodiffusion voisines ou d’autres sources;
⎯ des fuites au niveau du tube ou des raccords flexibles;
⎯ des particules de sable en suspension dans l’air, des insectes, des gouttes de pluie ou des flocons de
neige, etc.
L’essai EA ne doit pas être utilisé si le bruit de fond ne peut pas être éliminé ou suffisamment contrôlé.
Lors de la réalisation de l’essai EA (notamment pneumatique), des précautions de sécurité doivent être prises
afin de protéger le personnel qui réalise l’essai, surtout en raison des dommages potentiels considérables en
cas de libération de l’énergie stockée. En outre, dans la mesure où l’équipement d’essai EA n’est pas
antidéflagrant, des précautions doivent être prises lorsque le moyen de mise sous pression est un gaz
inflammable, en raison du risque de fuite du gaz inflammable.
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Il est essentiel que l’opérateur de l’essai EA et l’opérateur de la mise sous pression communiquent de
manière satisfaisante et instantanée lors de l'essai manuel afin que la mise sous pression puisse être
suspendue ou la pression réduite, si nécessaire. Lors de l'essai automatique, ceci doit être assuré par
l'équipement d'essai automatique.
7 Appareillage
Les caractéristiques essentielles de l’appareillage requis pour cette méthode d’essai sont indiquées à la
Figure 1. Les spécifications complètes sont données à l'Annexe A. Une méthode optionnelle de localisation
des sources est décrite aux Annexes B et C.
Légende
1 capteur de pression
2 capteurs EA à préamplificateur intégral (deux pour chaque tube)
3 tube avec capteurs montés sur la paroi latérale
4 tube avec capteurs montés sur les brides d'extrémité
5 imprimante
6 écran
7 calculateur
8 système de traitement des signaux EA
a
Alimentation.
Figure 1 — Caractéristiques essentielles de l'appareil d'essai EA
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La surface de la bouteille à l’emplacement des capteurs doit être nettoyée (voir Article 9).
Le couplant doit être utilisé afin d’assurer la liaison acoustique entre les capteurs et la surface du récipient.
Seuls des adhésifs possédant des propriétés acoustiques acceptables doivent être utilisés (voir A.3). Le
contact doit être maintenu entre les capteurs et la paroi de la bouteille afin de garantir un couplage acoustique
approprié, par exemple à l’aide d’aimants, de ruban adhésif ou d’autres moyens mécaniques.
Un préamplificateur peut être intégré au boîtier du capteur ou dans une enceinte séparée. Si un
préamplificateur distinct est utilisé, les caractéristiques du câble sont critiques (voir A.4 et EN 13477-1).
La longueur du câble d'alimentation/audio (c’est-à-dire le câble entre le préamplificateur et le système de
traitement des signaux) ne doit pas dépasser 150 m (voir A.5 et EN 13477-1).
Les systèmes de traitement des signaux sont des instruments informatisés munis de canaux indépendants qui
filtrent, mesurent et convertissent l’information analogique en information numérique afin d’en permettre
l’affichage et le stockage permanent. Un système de traitement des signaux doit être suffisamment rapide et
pouvoir traiter simultanément toutes les données provenant indépendamment de tous les capteurs. En outre,
il ne doit pas interrompre le traitement et doit indiquer à l'opérateur de manière univoque toute situation au
cours de laquelle un bruit continu – tel que celui provenant d’une vanne qui fuit, d'un écoulement ou
correspondant à un taux d'émission élevé – a maintenu le signal en permanence au-dessus du seuil du
système. Le système de traitement des signaux doit pouvoir filtrer les données à des fins de réinsertion.
Il convient qu’un écran affiche les données de l’essai traitées dans des formats différents. Le format
d’affichage peut être choisi par l’opérateur de l’équipement.
Un dispositif de stockage des données, comme un disque compact, peut être utilisé pour fournir les données
à des fins de réinsertion ou pour les archiver.
Une imprimante graphique/par ligne ou un dispositif équivalent doit permettre d'éditer une copie papier.
8 Étalonnage et vérification de l'équipement
8.1 Étalonnage
Les capteurs de pression doivent être étalonnés annuellement par du personnel certifié par des laboratoires
d’étalonnage certifiés conformément à l’ISO 17025 ou selon des exigences équivalentes, et le fonctionnement
correct de l’appareil de chargement doit être vérifié, par exemple annuellement, selon l’utilisation.
La performance du système EA complet doit être vérifiée conformément à l’EN 13477-2 ou à toute autre
norme équivalente et doit également être réglée de manière à se conformer aux spécifications du fabricant de
l’équipement.
8.2 Vérification de l’équipement
Avant et après l’essai, le bon fonctionnement de l’instrumentation EA doit être vérifié. Avant et après l’essai, la
réponse de chaque capteur avec la chaîne de mesurage attenante et l'exactitude de localisation des sources
doivent être vérifiées en mesurant la réponse selon un signal EA induit, artificiel. La technique recommandée
pour effectuer cette vérification est la source Hsu-Nielsen (voir l’EN 1330-9). Le diamètre de la mine, la
distance entre les capteurs et la réponse maximale en amplitude escomptée sont interdépendants; ils doivent
être spécifiés dans les instructions d’essai écrites.
La vérification doit être réalisée à une distance où l’amplitude maximale obtenue se situe dans la gamme
dynamique de la chaîne de mesurage. La variation maximale autorisée doit être de ± 3 dB entre tous les
canaux. Tout écart situé en dehors de la gamme autorisée doit être corrigé.
À la place de la vérification par la source Hsu-Nielsen, il est possible d’utiliser un pulseur électronique afin de
vérifier qu’il n’y a pas de changement ultérieur de la sensibilité par rapport à celle obtenue avant l’essai. En
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cas d’utilisation d’un pulseur, un mode opératoire approuvé doit être fourni afin de clarifier son utilisation et
son étalonnage. Pour l'essai de bouteilles similaires, le pulseur électronique peut également être utilisé pour
la première vérification de la sensibilité sur la base d'essais antérieurs.
9 Mode opératoire global
Toutes les surfaces externes accessibles de la bouteille doivent subir un examen visuel. Noter les
observations dans un rapport d’essai (pour ce qui concerne les critères de rejet, voir l’ISO 6406 ou une norme
équivalente). Le mode opératoire est le suivant:
NOTE Le terme «accessible» signifie qu'il n'est pas nécessaire de démonter la semi-remorque pour réaliser l'essai
en appliquant la méthode A.
a) Isoler mécaniquement la bouteille afin d’empêcher tout contact avec la surface d’autres bouteilles, du
matériel, etc. Lorsque les bouteilles ne peuvent pas être complètement isolées, indiquer dans le rapport
d’essai les sources externes susceptibles d’avoir produit des émissions;
b) relier le flexible de remplissage au capteur de pression. Éliminer toute fuite au niveau des raccordements;
c) placer le capteur sur une surface lisse mais pas nécessairement sur du métal nu. Par précaution, il
convient de soutenir le câble coaxial de sorte que son poids n’engendre pas une séparation entre le
capteur et le récipient (voir Figure 1);
d) ajuster les réglages du système de traitement des signaux;
e) effectuer un contrôle de la performance du système en brisant une mine (source Hsu-Nielsen) ou en
utilisant un pulseur électronique placé sur le récipient à au moins 10 cm du capteur. Vérifier que
l’amplitude maximale ne dépasse pas 70 dB en cas d'utilisation d'une mine de 0,3 mm. Ajuster le seuil
EA
du système de traitement des signaux au-dessus du bruit de fond maximal. La gamme dynamique décrite
par la différence entre l’amplitude maximale moyenne (réponse à la source Hsu-Nielsen) et la valeur de
seuil dépend de la méthode utilisée (A ou B). Pour la méthode A, il est recommandé que le seuil soit de
40 dB inférieur à la valeur minimale de l'amplitude maximale correspondant à la rupture d’une mine de
crayon située à 10 cm; pour la méthode B, le seuil recommandé est de 30 dB inférieur à l'amplitude
maximale correspondant à la rupture d’une mine de crayon située à 10 cm;
f) vérifier que le système EA affiche la localisation correcte du dispositif mécanique utilisé pour produire les
ondes de contrainte. À cet effet, des ruptures de mine doivent être effectuées sur la paroi du récipient sur
la distance axiale qui sépare les deux capteurs. La différence entre la localisation axiale affichée par le
système EA et la localisation réelle sur le récipient par rapport aux positions du capteur doit être
déterminée pour chaque rupture de mine. L'exactitude doit être de l'ordre de ± 5 % de l’espacement entre
les capteurs. L'erreur (la distance) entre les positions réelle et localisée ne doit pas dépasser ± 5 % de la
distance du capteur pendant l’étalonnage. Si cette précision ne peut être obtenue, il convient d’ajouter
des capteurs supplémentaires afin de réduire l’espacement entre les capteurs, ce qui peut réduire l’erreur
globale;
g) commencer à mettre la bouteille sous pression. Interrompre la mise sous pression en cas d'augmentation
exponentielle de l'activité EA, provenant de tout canal, en fonction de la pression. La vitesse de mise
sous pression doit être suffisamment basse pour gar
...
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