ISO 18081:2016
(Main)Non-destructive testing — Acoustic emission testing (AT) — Leak detection by means of acoustic emission
Non-destructive testing — Acoustic emission testing (AT) — Leak detection by means of acoustic emission
ISO 18081:2016 specifies the general principles required for leak detection by acoustic emission testing (AT). It is addressed to the application of the methodology on structures and components, where a leak flow as a result of pressure differences appears and generates acoustic emission (AE). It describes phenomena of the AE generation and influence of the nature of fluids, shape of the gap, wave propagation and environment. The different application methods, instrumentation and presentation of AE results is discussed. Also included are guidelines for the preparation of application documents which describe specific requirements for the application of the AE method. Different application examples are given. Unless otherwise specified in the referencing documents, the minimum requirements of this International Standard are applicable.
Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique — Détection de fuites par émission acoustique
ISO 18081:2016 définit les principes généraux exigés pour la détection de fuites au moyen du contrôle par émission acoustique. La présente Norme internationale traite de l'application de la méthodologie sur les structures et les composants, lorsqu'un écoulement de fuite dû à des différences de pression se produit et génère une émission acoustique (EA). Elle décrit les phénomènes de génération d'EA et l'impact de la nature des fluides, de la forme de l'espace, de la propagation des ondes et de l'environnement. Les différentes méthodes d'application, l'instrumentation et la présentation des résultats de l'EA sont décrites. La présente norme contient également les lignes directrices relatives à la préparation des documents d'application, qui décrivent les exigences spécifiques pour l'application de la méthode par EA. Différents exemples d'application sont donnés. Sauf spécification contraire dans les documents de référence, les exigences minimales de la présente Norme internationale sont applicables.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18081
First edition
2016-06-01
Non-destructive testing — Acoustic
emission testing (AT) — Leak
detection by means of acoustic
emission
Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique —
Détection de fuites par émission acoustique
Reference number
ISO 18081:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 18081:2016(E)
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ISO 18081:2016(E)
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Personnel qualification . 2
5 Principle of acoustic emission method . 2
5.1 The AE phenomenon. 2
5.2 Influence of different media and different phases . 3
5.3 Influence of pressure differences . 4
5.4 Influence of geometry of the leak path . 4
5.5 Influence of wave propagation . 4
6 Applications . 5
7 Instrumentation . 5
7.1 General requirements . 5
7.2 Sensors . 5
7.2.1 Typical frequency ranges (band widths) . 5
7.2.2 Mounting method . 6
7.2.3 Temperature range, wave guide . 6
7.2.4 Intrinsic safety . 6
7.2.5 Immersed sensors . 6
7.2.6 Integral electronics (amplifier, RMS converter, ASL converter, band pass). 6
7.3 Portable and non-portable AT instruments . 6
7.4 Single and multichannel AT equipment . 6
7.4.1 Single-channel systems . 6
7.4.2 Multi-channel systems . 6
7.5 Measuring features (RMS, ASL vs. hit or continuous AE vs. burst AE) . 7
7.6 Verification using artificial leak noise sources . 7
8 Test steps for leak detection . 7
8.1 Sensor application . 7
8.2 Measured features . . 8
8.3 Background noise . 8
8.3.1 Environmental noise . 8
8.3.2 Process noise . 8
8.4 Data acquisition . 8
9 Location procedures . 9
9.1 General considerations . 9
9.2 Single sensor location based on AE wave attenuation. 9
9.3 Multi-sensor location based on Δt values (linear, planar) . 9
9.3.1 Threshold level and peak level timing method. 9
9.3.2 Cross correlation method .10
9.4 Wave type and wave mode based location .11
10 Data presentation .11
10.1 Numerical data presentation (level-meter) .11
10.2 Parametric dependent function (e.g. pressure) .11
10.3 Frequency spectrum .12
11 Data interpretation .12
11.1 Leak validation .12
11.1.1 On-site (during test) and off-site (post analysis) .12
11.1.2 Correlation with pressure .12
11.1.3 Rejection of false indications .12
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ISO 18081:2016(E)
11.2 Leakage rate estimation .13
11.3 Demands on follow-up actions .13
12 Quality management documents .13
12.1 Test procedure .13
12.2 Test instruction .13
13 Test documentation and reporting .14
13.1 Test documentation .14
13.2 Test report .15
Annex A (normative) Examples of leak detection .16
Bibliography .28
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ISO 18081:2016(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
ISO 18081 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 138, Non-destructive testing, in collaboration with ISO Technical Committee TC 135, Non-
destructive testing, Subcommittee SC 9, Acoustic emission testing, in accordance with the agreement on
technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18081:2016(E)
Non-destructive testing — Acoustic emission testing (AT)
— Leak detection by means of acoustic emission
1 Scope
This International Standard specifies the general principles required for leak detection by acoustic
emission testing (AT). It is addressed to the application of the methodology on structures and
components, where a leak flow as a result of pressure differences appears and generates acoustic
emission (AE).
It describes phenomena of the AE generation and influence of the nature of fluids, shape of the gap,
wave propagation and environment.
The different application methods, instrumentation and presentation of AE results is discussed.
Also included are guidelines for the preparation of application documents which describe specific
requirements for the application of the AE method.
Different application examples are given.
Unless otherwise specified in the referencing documents, the minimum requirements of this
International Standard are applicable.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 9712, Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
EN 1330-1, Non-destructive testing — Terminology — Part 1: General terms
EN 1330-2, Non-destructive testing — Terminology — Part 2: Terms common to the non-destructive
testing methods
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 characteristics
EN 13554, Non-destructive testing — Acoustic emission testing — General principles
EN 60529, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in EN 1330-1, EN 1330-2 and
EN 1330-9 and the following apply.
NOTE The definitions of leak, leakage rate, leak tight are those defined in EN 1330-8.
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ISO 18081:2016(E)
4 Personnel qualification
It is assumed that acoustic emission testing is performed by qualified and capable personnel. In order
to prove this qualification, it is recommended to certify the personnel in accordance with ISO 9712.
5 Principle of acoustic emission method
5.1 The AE phenomenon
See Figure 1.
Key
1 fluid
2 AE sensor
Figure 1 — Schematic principle of acoustic emission and its detection
The continuous acoustic emission in the case of a leak, in a frequency range, looks like an apparent
increase in background noise, depending on pressure.
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ISO 18081:2016(E)
Table 1 — Influence of the different parameters on the AE activity
Parameter Higher activity Lower activity
gas
Test media liquid
two phase
5.2 Viscosity low high
Type of flow turbulent laminar
Fluid velocity high low
5.3 Pressure difference high low
Shape of leak crack like hole
5.4 Length of leak path long short
Surface of leak path rough smooth
5.2 Influence of different media and different phases
The detectability of the leak depends on the fluid type and its physical properties. These will contribute
to the dynamic behaviour of the leak flow (laminar, turbulent) (see Table 1).
In contrast to turbulent flow, the laminar flow does not in general, produce detectable acoustic emission
signals.
Acoustic signals in conjunction with a leakage are generated by the following:
— turbulent flow of the escaping gas or liquid;
— fluid friction in the leak path;
— cavitations, during two-phase flow (gas coming out of solution) through a leaking orifice;
— the pressure surge generated when a leakage flow starts or stops;
— backwash of particles against the surface of equipment being monitored;
— gaseous or liquid jet (verification source);
— pulsating bubbles;
— explosion of bubbles;
— shock-bubbles on the walls;
— vaporization of the liquid (flashing).
The frequency content of cavitation may comprise from several kHz to several MHz.
Cavitation results in a burst emission whose energy is at least one order of magnitude higher than that
caused by turbulence.
The relative content in gas or air strongly influences the early stage of cavitation.
The acoustic waves generated by leaks can propagate by the walls of the system as well as through any
fluids inside.
Acoustic waves are generated by vibration at ultrasonic frequencies of the molecules of the fluid. The
vibrations are produced by turbulence and occur in the transition between a laminar and a turbulent
flow within the leak path and as these molecules escape from an orifice.
The acoustic waves produced by the above mentioned factors are used for leak detection and location.
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ISO 18081:2016(E)
5.3 Influence of pressure differences
The pressure difference is the primary factor affecting leak rate. However, the presence of leak
paths may depend on a threshold value of fluid temperature or pressure. Pressure dependent leaks
and temperature dependent leaks have been observed, but in extremely limited number. Pressure-
dependent or temperature-dependent leaks denote a condition where no leakage exists until threshold
pressure or temperature is reached. At this point, the leakage appears suddenly and may be detectable.
When the pressure or temperature is reversed, the leakage follows the prescribed course to the
critical point at which leakage drops to zero. Temperature and pressure are not normally applied in
the course of leak testing for the purpose of locating such leaks. Instead, they are used to force existing
discontinuities to open, so as to start or increase the leakage rate to point of detection.
An example of this effect is the reversible leakages at seals below the service temperature and/or
service pressure.
AE waves emitted by a leak will normally have a characteristic frequency spectrum depending on
the pressure difference and shape of the leak path. Therefore the detectability of the leak depends
on the frequency response of the sensor and this shall be taken into account when selecting the
instrumentation.
5.4 Influence of geometry of the leak path
The AE intensity from a natural complex leak path (e.g. pinhole corrosion, fatigue or stress corrosion
cracks) is generally greater than that produced by leakage from a standard artificial source, such as a
drilled hole used for verification. The main parameters defining the complexity are the cross section,
length and surface roughness of the leak path.
5.5 Influence of wave propagation
Acoustic emission signals are the response of a sensor to sound waves generated in solid media. These
waves are similar to the sound waves propagated in air and other fluids but are more complex because
solid media are also capable of resisting shear force.
Waves that encounter a change in media in which they are propagating may change directions or
reflect. In additions to reflection, the interface causes the wave to diverge from its original line of flight
or refract in the second medium. Also the mode of the wave may be changed in the reflection and/or
refraction process.
An incident wave upon an interface between two media will reflect or refract such that directions of
the incident, reflected and refracted waves all lie in the same plane. This plane is defined by the line
along which the incident wave is propagating and the normal to the interface.
The below factors are important to AE technology:
a) wave propagation has the most significant influence on the form of the detected signal;
b) wave velocity is key to computed source location;
c) sound attenuation governs the maximum sensor spacing that is acceptable for effective detection.
The wave propagation influences the received waveform in the following ways:
— reflections, refractions and mode conversions on the way from source to sensor result in many
different propagation paths of different lengths;
— multiple propagation paths on the way from source to sensor, even in the absence of reflecting
boundaries may be caused by the structure itself. For example, spiral paths on a cylinder;
— separation of different wave components (different modes, different frequencies) travelling at
different velocities;
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— sound attenuation (volumetric dispersion, absorption, as well as attenuation due to the first and
third effects listed above).
The sound attenuation is influenced by liquids inside a structure or pipe, which will assist in the
propagation of acoustic waves, while liquids (inside and outside) have a tendency to reduce the
detectable signal of the propagation of the acoustic waves. This effect will depend on the ratio of the
acoustic impedances of the different materials. The AE wave inside will be used normally for the
detection of AE sources over long distances because of the low wave sound attenuation for most liquids.
6 Applications
Acoustic emission testing provides many possibilities to detect leaks from pressurized equipment in
industry and research fields. AT is used in following areas:
a) pressure vessels;
b) pipe and piping systems;
c) storage tanks;
d) boiler drums;
e) boiler tubes;
f) autoclaves;
g) heat exchangers;
h) containments;
i) valves;
j) safety valves;
k) pumps;
l) vacuum systems.
7 Instrumentation
7.1 General requirements
Instrumentation components (hard and software) shall conform to the requirements of EN 13477-1
and EN 13477-2.
7.2 Sensors
7.2.1 Typical frequency ranges (band widths)
The optimum frequency range for leak detection depends very much on the application, the fluid type,
pressure difference at the leak, the leak rate, and the sensor to source distance and more. For example,
the optimum frequency range for tank floor leak detection of atmospheric tanks is around 20 kHz to
80 kHz, because the source to sensor distance can be large and at these frequencies the attenuation
is low. The preferred frequency range for high pressure piping leak detection may go up to 400 kHz
for optimum signal-to-noise ratio in presence of disturbing sources. Leak detection at pipes for low
pressure (e.g. water supply) is usually performed at or below 5 kHz.
Usually, a sensor is in direct contact to a test object. Then a coupling agent must be used between the
sensor and the test object for optimum and stable wave transfer. Durability, consistency, and chemical
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composition of the coupling agent must comply with the duration of the monitoring, the temperature
range and the corrosion resistance of the test object.
7.2.2 Mounting method
The mounting method is influenced by the duration of the monitoring. For a temporary installation
on a ferromagnetic test object, a magnetic holder may be the preferred mounting tool. For permanent
installations, sensors might be fastened by metallic clamps or bonded to the test object using a suitable
adhering coupling.
7.2.3 Temperature range, wave guide
The operating temperature range of the AE sensor shall meet the surface temperature conditions of the
test object, otherwise waveguides shall be used between sensor and test object.
7.2.4 Intrinsic safety
If the sensor is to be installed in a potentially explosive atmosphere, the sensor shall be intrinsically
safe and should usually be ATEX conformant in accordance with the classified hazard at the location
where it is to be used. See EN 60079-0, EN 60079-11 and EN 60079-14 for explosion-proof installations.
7.2.5 Immersed sensors
If the sensor is to be immersed in a liquid, the sensor’s IP-code (defined in EN 60529) shall be specified to
at least IP68. Sensor and other immersed accessories shall be tight for the maximum possible pressure
of the liquid.
7.2.6 Integral electronics (amplifier, RMS converter, ASL converter, band pass)
Passive sensors and sensors with an integral pre-amplifier of suitable bandwidth are available. Sensors
with built-in electronics are less susceptible to electromagnetic disturbances, due to the elimination of
a sensor-to-pre-amplifier cable. These sensors are usually a little larger in size and weight and have a
more limited temperature range.
Sensors may also include a signal-to-RMS converter, a signal-to-ASL converter and/or a limit-comparator
with digital output.
7.3 Portable and non-portable AT instruments
An acoustic emission leak detection instrument designed for portable use contains usually one or a
few channels. The choice of a portable device is generally based on several factors, such as cost, test
duration, hazard and availability of external power.
Portable devices are used for valve leak detection.
7.4 Single and multichannel AT equipment
7.4.1 Single-channel systems
Single-channel systems are usually used for a point-by-point search mode, the sensor being moved to
areas of interest over the structure.
7.4.2 Multi-channel systems
Multi-channel systems are mainly used for large structures where the sensor positions are fixed and
one of the location procedures in 9.3 may be applied.
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Also, permanently installed instruments for continuous remote structural health monitoring, for leak
detection in the piping network of nuclear plants, are often used in multi-channel configurations.
7.5 Measuring features (RMS, ASL vs. hit or continuous AE vs. burst AE)
Simple instruments measure continuously as a function over time the ASL (the arithmetic average of
the logarithm of the rectified AE signal over a specified period of time) and/or RMS (the square root
of the average of squared AE signal over a specified period of time) and/or peak amplitudes within a
specified period of time, and display the results.
On some of the instruments the resulting functions over time can be shown for each channel numerically
or graphically and be compared against static or computed alarm levels so alarm conditions may
automatically trigger an alarm.
More sophisticated instruments may also acquire and store waveform data for determination of time
differences by Δ-t-measurement or cross correlation method.
7.6 Verification using artificial leak noise sources
An artificial leak noise source should be used for system verification.
A setup using an air jet or a test block/pipe with a drilled hole passing a controlled flow of gas or liquid
may be used to
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18081
Première édition
2016-06-01
Essais non destructifs — Contrôle par
émission acoustique — Détection de
fuites par émission acoustique
Non-destructive testing — Acoustic emission testing (AT) — Leak
detection by means of acoustic emission
Numéro de référence
ISO 18081:2016(F)
©
ISO 2016
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ISO 18081:2016(F)
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l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ii © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 18081:2016(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Qualification du personnel . 2
5 Principes de la méthode par émission acoustique . 2
5.1 Le phénomène d’EA . 2
5.2 Influence des différents milieux et des différentes phases . 3
5.3 Impact des différences de pression . 4
5.4 Influence de la géométrie du chemin de fuite . 4
5.5 Influence de la propagation des ondes . 4
6 Applications . 5
7 Instrumentation . 5
7.1 Exigences générales . 5
7.2 Capteurs . 5
7.2.1 Gammes de fréquences types (largeur de bande) . 5
7.2.2 Méthode de fixation . . 6
7.2.3 Gamme de températures, guide d’ondes . 6
7.2.4 Sécurité intrinsèque . 6
7.2.5 Capteurs immergés . 6
7.2.6 Dispositifs électroniques intégrés (amplificateur, convertisseur RMS,
convertisseur ASL, filtre passe bande) . 6
7.3 Matériel d’essai d’émission acoustique portable et non portable . 6
7.4 Équipement d’essai d’émission acoustique monovoie et multivoie . 7
7.4.1 Systèmes monovoie . 7
7.4.2 Systèmes multivoies . 7
7.5 Types de mesure (RMS/ASL ou hits; EA continue ou EA par salves) . 7
7.6 Vérification à l’aide de sources de bruit de fuite artificielles . 7
8 Étapes de l’essai de détection de fuite . 7
8.1 Mise en place d’un capteur . 7
8.2 Caractéristiques mesurées. 8
8.3 Bruit de fond . 8
8.3.1 Bruit de l’environnement . 8
8.3.2 Bruit lié au process . 9
8.4 Acquisition des données . 9
9 Modes opératoires de localisation . 9
9.1 Considérations générales . 9
9.2 Localisation à un seul capteur – basée sur l’atténuation des ondes d’EA . 9
9.3 Localisation à plusieurs capteurs - basée sur les valeurs Δt (linéaire, planaire).10
9.3.1 Méthode basée sur la détermination du temps d’arrivée (au dépassement
de seuil et/ou à l’amplitude maximale) .10
9.3.2 Méthode de corrélation croisée .10
9.4 Localisation basée sur le type d’onde et sur le mode d’onde .11
10 Présentation des données .11
10.1 Présentation numérique des données (appareil de mesure de niveau) .11
10.2 Fonction paramétrique (par exemple, pression) .12
10.3 Spectre de fréquences .12
11 Interprétation des données .13
11.1 Validation des fuites .13
11.1.1 Sur site (pendant l’essai) et hors site (analyse différée) .13
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ISO 18081:2016(F)
11.1.2 Corrélation avec la pression .13
11.1.3 Rejet des indications erronées .13
11.2 Estimation du débit de fuite .13
11.3 Demandes d’actions de suivi .14
12 Documents de management de la qualité .14
12.1 Mode opératoire d’essai .14
12.2 Instruction d’essai .14
13 Documentation et rapport d’essai .15
13.1 Documentation de l’essai .15
13.2 Rapport d’essai .15
Annexe A (normative) Exemples de détection de fuite .17
Bibliographie .29
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ISO 18081:2016(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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
L’ISO 18081 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 138, Essais non-destructifs, du comité
européen de normalisation (CEN), en collaboration avec le comité technique ISO TC 135, Essais
non-destructifs, sous-comité SC 9, Essais d’émission acoustique, conformément à l’accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
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NORME INTERNATIONALE ISO 18081:2016(F)
Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique
— Détection de fuites par émission acoustique
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale définit les principes généraux exigés pour la détection de fuites au
moyen du contrôle par émission acoustique. La présente Norme internationale traite de l’application de
la méthodologie sur les structures et les composants, lorsqu’un écoulement de fuite dû à des différences
de pression se produit et génère une émission acoustique (EA).
Elle décrit les phénomènes de génération d’EA et l’impact de la nature des fluides, de la forme de l’espace,
de la propagation des ondes et de l’environnement.
Les différentes méthodes d’application, l’instrumentation et la présentation des résultats de l’EA sont
décrites. La présente norme contient également les lignes directrices relatives à la préparation des
documents d’application, qui décrivent les exigences spécifiques pour l’application de la méthode par EA.
Différents exemples d’application sont donnés.
Sauf spécification contraire dans les documents de référence, les exigences minimales de la présente
Norme internationale sont applicables.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
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 9712, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
EN 1330-1, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 1: Liste des termes généraux
EN 1330-2, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 2: Termes communs aux méthodes d’essais non
destructifs
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
EN 13554, Essais non destructifs — Émission acoustique — Principes généraux
EN 60529, Degrés de protection procurés par les enveloppes (code IP)
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ISO 18081:2016(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’EN 1330-1, l’EN 1330-2,
et l’EN 1330-9 ainsi que les suivants s’appliquent.
NOTE Les définitions des termes «fuite», «débit de fuite» et «étanche» sont celles qui sont définies dans
l’EN 1330-8.
4 Qualification du personnel
Le personnel qui effectue des contrôles par émission acoustique est supposé être qualifié et compétent.
Afin de démontrer cette qualification, il est recommandé de certifier le personnel conformément à
l’ISO 9712.
5 Principes de la méthode par émission acoustique
5.1 Le phénomène d’EA
Voir la Figure 1.
Légende
1 fluide
2 capteur d’EA
Figure 1 — Schéma du principe de l’émission acoustique et de sa détection
En cas de fuite dans la gamme de fréquence, l’émission acoustique continue apparaît comme une
augmentation apparente du bruit de fond, en fonction de la pression.
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 18081:2016(F)
Tableau 1 — Impact des différents paramètres sur l’activité de l’AE
Plus grande acti-
Paramètre Plus faible activité
vité
gaz
Milieu d’essai liquide
deux phases
5.2 Viscosité faible élevée
Type d’écoulement turbulent laminaire
Vitesse du fluide élevée faible
5.3 Différence de pression élevée faible
Forme d’une fuite fissure trou
5.4 Longueur du chemin de fuite grande petite
Surface du chemin de fuite rugueuse lisse
5.2 Influence des différents milieux et des différentes phases
La détectabilité de la fuite dépend du type de fluide et de ses propriétés physiques. Ces éléments
contribuent au comportement dynamique de l’écoulement de la fuite (laminaire, turbulent) (voir le
Tableau 1).
Par opposition à un écoulement turbulent, l’écoulement laminaire ne produit généralement pas de
signaux d’émission acoustique détectables.
Les signaux acoustiques d’une fuite sont générés par:
— l’écoulement turbulent du gaz ou du liquide qui s’échappe;
— le frottement du fluide dans le chemin de fuite;
— des cavitations, au cours d’un écoulement diphasique (gaz émanant d’un liquide) à travers un orifice
de fuite;
— la variation de pression générée lorsqu’un écoulement de fuite commence ou s’arrête;
— le remous des particules contre la surface de l’équipement surveillé;
— un jet liquide ou gazeux (vérification de la source);
— la pulsation de bulles;
— l’explosion de bulles;
— le choc des bulles sur les parois;
— une vaporisation du liquide (éclair).
Le contenu fréquentiel de cavitation peut varier de plusieurs kHz à plusieurs MHz.
La cavitation produit une émission par salve, dont l’énergie est au moins celle d’un ordre de grandeur
par rapport à celle qui est provoquée par la turbulence.
La teneur relative en gaz ou en air a un fort impact sur le début de la cavitation.
Les ondes acoustiques générées par des fuites peuvent se propager dans les parois du système ainsi
qu’à travers n’importe quel fluide situé à l’intérieur.
Les ondes acoustiques proviennent des vibrations à des fréquences ultrasonores des molécules du
fluide qui sont produites par la turbulence et apparaissent à la transition entre un flux laminaire et un
flux turbulent dans le chemin de fuite et lorsque ces molécules s’échappent d’un orifice.
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ISO 18081:2016(F)
Les ondes acoustiques produites par les facteurs mentionnés ci-dessus sont utilisées pour la détection
et la localisation des fuites.
5.3 Impact des différences de pression
La différence de pression est le facteur majeur ayant un impact sur le débit de fuite. Toutefois, la
présence des chemins de fuite peut dépendre d’une valeur limite de la température ou de la pression
du fluide. Des fuites dépendant de la pression comme de la température ont été observées, mais en
nombre extrêmement limité. Les fuites qui dépendent de la pression ou de la température indiquent
une condition où aucune fuite n’existe avant d’avoir atteint une pression ou une température de seuil.
À ce moment, la fuite apparaît brutalement et est susceptible d’être détectée. Lorsque la pression où la
température s’inverse, la fuite suit le cours prescrit jusqu’au point critique auquel elle diminue jusqu’à
zéro. La température et la pression ne sont normalement pas appliquées au cours d’un essai de fuite
ayant pour but de localiser ces fuites. Elles sont plutôt utilisées pour forcer l’ouverture de discontinuités
existantes, afin d’amorcer ou d’augmenter le débit de fuite jusqu’au point de détection.
Les fuites réversibles sur des joints en dessous de la température de service et/ou de la pression de
service constituent un exemple de cet effet.
Les ondes d’EA émises par une fuite possèdent normalement un spectre de fréquences caractéristique
qui dépend de la différence de pression et de la forme du chemin de fuite. La détectabilité de la fuite
dépend donc de la réponse en fréquence du capteur et ce fait doit être pris en compte lors du choix de
l’instrumentation.
5.4 Influence de la géométrie du chemin de fuite
L’intensité d’EA d’un chemin de fuite complexe naturel (par exemple, corrosion par piqûres, fissures
de corrosion de fatigue ou de contrainte) est généralement plus grande que celle qui est produite par
une fuite provenant d’une source artificielle normalisée, telle qu’un trou percé latéralement utilisé pour
la vérification. Les principaux paramètres définissant la complexité sont la section, la longueur et la
rugosité de surface du chemin de fuite.
5.5 Influence de la propagation des ondes
Les signaux d’émission acoustique constituent la réponse d’un capteur à des ondes acoustiques générées
dans des milieux solides. Ces ondes sont similaires aux ondes acoustiques qui se propagent dans l’air et
les autres fluides, mais elles sont plus complexes car les milieux solides sont capables de résister à une
force de cisaillement.
Les ondes qui rencontrent un changement du milieu dans lequel elles se propagent peuvent changer
de direction ou se réfléchir. Outre la réflexion, l’interface provoque la déviation de l’onde par rapport
à sa trajectoire d’origine ou sa réfraction dans le second milieu. Le mode de propagation de l’onde peut
également être changé dans le processus de réflexion et/ou de réfraction.
Une onde incidente sur une interface entre deux milieux se réfléchit ou se réfracte de telle sorte que les
directions des ondes incidente, réfléchie et réfractée sont toutes situées dans le même plan. Ce plan est
défini par la droite le long de laquelle l’onde incidente se propage et la normale à l’interface.
Des facteurs importants pour la technologie par EA sont présentés ci-dessous:
a) la propagation des ondes a l’influence la plus significative sur la forme du signal détecté;
b) la vitesse des ondes est essentielle pour le calcul de localisation de la source;
c) l’atténuation détermine l’espacement maximal des capteurs acceptable pour une détection efficace.
La propagation des ondes a un impact sur la forme d’onde reçue selon les points suivants:
— les réflexions, réfractions et conversions de mode entre la source et le capteur produisent un grand
nombre de chemins de propagation différents de diverses longueurs;
4 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 18081:2016(F)
— des chemins de propagation multiples entre la source et le capteur, même en l’absence d’interfaces
générant des réflexions, peuvent être dus à la structure elle-même. Par exemple, des chemins en
spirale sur un cylindre;
— la séparation des différentes composantes d’une onde (modes différents, fréquences différentes) se
propageant à des vitesses différentes;
— l’atténuation (dispersion volumétrique, absorption et atténuation due aux premier et troisième
effets énumérés ci-dessus).
L’atténuation dépend des liquides contenus dans une structure ou une tuyauterie, qui facilitent la
propagation des ondes acoustiques, tandis que les liquides (situés à l’intérieur et à l’extérieur) ont
tendance à diminuer le signal détectable de la propagation des ondes acoustiques. Cet effet dépendra
des impédances acoustiques relatives des différents matériaux. Les ondes d’EA situées à l’intérieur
seront généralement utilisées pour la détection des sources d’EA sur de longues distances en raison de
la faible atténuation des ondes pour la plupart des liquides.
6 Applications
Le contrôle par emission acoustique (AT) offre un grand nombre de possibilités pour détecter les fuites
de volumes sous pression dans les domaines de l’industrie et de la recherche. L’essai d’EA est utilisée
dans les domaines suivants:
a) appareils sous pression;
b) tuyaux et systèmes de tuyauterie;
c) réservoirs de stockage;
d) calandre de chaudière;
e) tubes de chaudière;
f) autoclaves;
g) échangeurs de chaleur;
h) confinements;
i) vannes;
j) soupapes de sécurité;
k) pompes;
l) installations soumises au vide.
7 Instrumentation
7.1 Exigences générales
Les composants de l’instrumentation (matériels et logiciels) doivent être conformes aux exigences de
l’EN 13477-1 et de l’EN 13477-2.
7.2 Capteurs
7.2.1 Gammes de fréquences types (largeur de bande)
La gamme de fréquences optimale pour la détection de fuite dépend fortement de l’application, du type
de fluide, de la différence de pression au niveau de la fuite, du débit de fuite et de la distance entre le
© ISO 2016 – Tous droits réservés 5
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ISO 18081:2016(F)
capteur et la source, etc. Par exemple, la gamme de fréquences optimale pour la détection de fuite des
fonds de bacs atmosphériques se situe aux environs de 20 kHz à 80 kHz, car la distance entre la source
et le capteur peut être importante et l’atténuation est faible à ces fréquences. La plage de fréquences
préférentielle pour la détection de fuites dans une tuyauterie à haute pression peut aller jusqu’à 400 kHz
pour un rapport signal sur bruit optimum en présence de sources perturbatrices. La détection de fuite
sur des tuyaux à basse pression (par exemple, d’alimentation en eau) est habituellement effectuée
à 5 kHz maximum.
Un capteur est habituellement en contact direct avec l’objet soumis à essai. Un agent de couplage doit
alors être utilisé entre le capteur et l’objet soumis à essai pour obtenir une transmission optimum
et stable des ondes. La durabilité, la stabilité dans le temps et la composition chimique de l’agent de
couplage doivent être adaptées à la durée de la surveillance, à la plage de températures et à la résistance
à la corrosion de l’objet soumis à l’essai.
7.2.2 Méthode de fixation
La durée de la surveillance a une influence sur la méthode de fixation. Pour une installation temporaire
sur un objet ferromagnétique soumis à essai, un support magnétique peut constituer l’outil de montage
préférentiel. Pour des installations permanentes, les capteurs peuvent être fixés par des attaches
métalliques ou reliés à l’objet soumis à essai au moyen d’un couplage adhésif approprié.
7.2.3 Gamme de températures, guide d’ondes
La gamme de températures de fonctionnement du capteur d’EA doit correspondre aux conditions de
température de surface de l’objet soumis à essai; dans le cas contraire, des guides d’ondes doivent être
utilisés entre le capteur et l’objet soumis à essai.
7.2.4 Sécurité intrinsèque
Si le capteur est installé dans une atmosphère explosible, il doit posséder une sécurité intrinsèque et
il convient généralement qu’il soit conforme à la règlementation ATEX (en fonction du risque classé à
l’emplacement où il doit être utilisé. Voir dans les normes EN 60079-0, EN 60079-11 et EN 60079-14,
pour les installations à l’épreuve des explosions.
7.2.5 Capteurs immergés
Si le capteur doit être immergé dans un liquide, le code IP du capteur (défini dans l’EN 60529) doit
être spécifié au moins à IP68. Le capteur et les autres accessoires immergés doivent être étanches à la
pression maximale possible du liquide.
7.2.6 Dispositifs électroniques intégrés (amplificateur, convertisseur RMS, convertisseur ASL,
filtre passe bande)
Des capteurs passifs et des capteurs munis d’un préamplificateur intégré ou de bande passante
appropriée sont disponibles. Les capteurs comportant des circuits électroniques incorporés sont moins
sensibles aux perturbations électromagnétiques, en raison de la suppression du câble reliant le capteur
au préamplificateur. Ces capteurs sont habituellement d’une taille et d’un poids légèrement supérieurs
et ont une plage
...
PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 18081
ISO/TC 135/SC 9
Essais non destructifs — Essais
Secrétariat: ABNT
d’émission acoustique — Détection de
Début de vote:
2016-01-21 fuites par émission acoustique
Vote clos le:
Non-destructive testing — Acoustic emission testing (AT) — Leak
2016-03-21
detection by means of acoustic emission
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
Veuillez consulter les notes administratives en page ii
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 18081:2016(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
©
TION NATIONALE. ISO 2016
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ISO/FDIS 18081:2016(F)
TRAITEMENT PARALLÈLE ISO/CEN
Le présent projet final a été élaboré dans le cadre du Comité européen de normalisation (CEN) et soumis selon
le mode de collaboration sous la direction du CEN, tel que défini dans l’Accord de Vienne. Ce projet final a été
établi sur la base des observations reçues lors de l’enquête parallèle sur le projet.
Le projet final est par conséquent soumis aux comités membres de l’ISO et aux comités membres du CEN en
parallèle à un vote d’approbation de deux mois au sein de l’ISO et à un vote formel au sein du CEN.
Les votes positifs ne doivent pas être accompagnés d’observations.
Les votes négatifs doivent être accompagnés des arguments techniques pertinents.
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Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
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www.iso.org
ii © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 18081:2016(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Qualification du personnel . 2
5 Principes de la méthode par émission acoustique . 2
5.1 Le phénomène d’EA . 2
5.2 Influence des différents milieux et des différentes phases . 3
5.3 Impact des différences de pression . 4
5.4 Influence de la géométrie du chemin de fuite . 4
5.5 Influence de la propagation des ondes . 4
6 Applications . 5
7 Instrumentation . 5
7.1 Exigences générales . 5
7.2 Capteurs . 5
7.2.1 Gammes de fréquences types (largeur de bande) . 5
7.2.2 Méthode de fixation . . 6
7.2.3 Gamme de températures, guide d’ondes . 6
7.2.4 Sécurité intrinsèque . 6
7.2.5 Capteurs immergés . 6
7.2.6 Dispositifs électroniques intégrés (amplificateur, convertisseur RMS,
convertisseur ASL, filtre passe bande) . 6
7.3 Matériel d’essai d’émission acoustique portable et non portable . 6
7.4 Équipement d’essai d’émission acoustique monovoie et multivoie . 7
7.4.1 Systèmes monovoie . 7
7.4.2 Systèmes multivoies . 7
7.5 Types de mesure (RMS/ASL ou hits; EA continue ou EA par salves) . 7
7.6 Vérification à l’aide de sources de bruit de fuite artificielles . 7
8 Étapes de l’essai de détection de fuite . 7
8.1 Application d’un capteur . 7
8.2 Caractéristiques mesurées. 8
8.3 Bruit de fond . 8
8.3.1 Bruit de l’environnement . 8
8.3.2 Bruit du process . 9
8.4 Acquisition des données . 9
9 Modes opératoires de localisation . 9
9.1 Considérations générales . 9
9.2 Localisation à un seul capteur – basée sur l’atténuation des ondes d’EA . 9
9.3 Localisation à plusieurs capteurs - basée sur les valeurs Δ-T (linéaire, planaire) .10
9.3.1 Méthode basée sur la détermination du temps d’arrivée (au dépassement
de seuil et/ou à l’amplitude maximale) .10
9.3.2 Méthode de corrélation croisée .10
9.4 Localisation basée sur le type d’onde et sur le mode d’onde .11
10 Présentation des données .11
10.1 Présentation numérique des données (appareil de mesure de niveau) .11
10.2 Fonction paramétrique (par exemple, pression) .12
10.3 Spectre de fréquences .12
11 Interprétation des données .13
11.1 Validation des fuites .13
11.1.1 Sur site (pendant l’essai) et hors site (analyse différée) .13
© ISO 2016 – Tous droits réservés iii
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ISO/FDIS 18081:2016(F)
11.1.2 Corrélation avec la pression .13
11.1.3 Rejet des indications erronées .13
11.2 Estimation du débit de fuite .13
11.3 Demandes d’actions de suivi .14
12 Papiers de management de la qualité .14
12.1 Mode opératoire d’essai .14
12.2 Instruction d’essai .14
13 Documentation et rapport d’essai .15
13.1 Documentation de l’essai .15
13.2 Rapport d’essai .15
Annexe A (normative) Exemples de détection de fuite .17
Bibliographie .29
iv © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 18081:2016(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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
L’ISO 18081 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 138, Essais non-destructifs, du comité
européen de normalisation (CEN), en collaboration avec le comité technique ISO TC 135, Essais
non-destructifs, sous-comité SC 3, Essais aux ultrasons, conformément à l’accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
© ISO 2016 – Tous droits réservés v
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 18081:2016(F)
Essais non destructifs — Essais d’émission acoustique —
Détection de fuites par émission acoustique
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale définit les principes généraux exigés pour la détection de fuites au
moyen de l’essai d’émission acoustique. La présente Norme internationale traite de l’application de la
méthodologie sur les structures et les composants, lorsqu’un écoulement de fuite dû à des différences
de pression se produit et génère une émission acoustique (EA).
Elle décrit les phénomènes de génération d’EA et l’impact de la nature des fluides, de la forme de l’espace,
de la propagation des ondes et de l’environnement.
Les différentes méthodes d’application, l’instrumentation et la présentation des résultats de l’EA sont
décrites. La présente norme contient également les lignes directrices relatives à la préparation des
documents d’application, qui décrivent les exigences spécifiques pour l’application de la méthode par EA.
Différents exemples d’application sont donnés.
Sauf spécification contraire dans les documents de référence, les exigences minimales de la présente
Norme internationale sont applicables.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
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 9712, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
EN 1330-1, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 1: Liste des termes généraux
EN 1330-2, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 2: Termes communs aux méthodes d’essais
non destructifs
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
EN 13554, Essais non destructifs — Émission acoustique — Principes généraux
EN 60529, Degrés de protection procurés par les enveloppes (code IP)
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ISO/FDIS 18081:2016(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’EN 1330-1, l’EN 1330-2,
et l’EN 1330-9 ainsi que les suivants s’appliquent.
NOTE Les définitions des termes «fuite», «débit de fuite» et «étanche» sont celles qui sont définies dans
l’EN 1330-8, Termes utilisés en contrôle d’étanchéité.
4 Qualification du personnel
Le personnel qui effectue des contrôles par émission acoustique est supposé être qualifié et
compétent. Afin de démontrer cette qualification, il est recommandé de certifier le personnel
conformément à l’ISO 9712.
5 Principes de la méthode par émission acoustique
5.1 Le phénomène d’EA
Légende
1 fluide
2 capteur d’EA
Figure 1 — Schéma du principe de l’émission acoustique et de sa détection
En cas de fuite dans la gamme de fréquence, l’émission acoustique continue apparaît comme une
augmentation apparente du bruit de fond, en fonction de la pression.
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 18081:2016(F)
Tableau 1 — Impact des différents paramètres sur l’activité de l’AE
Plus grande acti-
Paramètre Plus faible activité
vité
gaz
Milieu d’essai liquide
deux phases
5.2 Viscosité faible élevée
Type d’écoulement turbulent laminaire
Vitesse du fluide élevée faible
5.3 Différence de pression élevée faible
Forme d’une fuite fissure trou
5.4 Longueur du chemin de fuite grande petite
Surface du chemin de fuite rugueuse lisse
5.2 Influence des différents milieux et des différentes phases
La détectabilité de la fuite dépend du type de fluide et de ses propriétés physiques. Ces éléments
contribuent au comportement dynamique de l’écoulement de la fuite (laminaire, turbulent) (voir le
Tableau 1).
Par opposition à un écoulement turbulent, l’écoulement laminaire ne produit généralement pas de
signaux d’émission acoustique détectables.
Les signaux acoustiques d’une fuite sont générés par:
— l’écoulement turbulent du gaz ou du liquide qui s’échappe;
— le frottement du fluide dans le chemin de fuite;
— des cavitations, au cours d’un écoulement diphasique (gaz émanant d’un liquide) à travers un
orifice de fuite;
— la variation de pression générée lorsqu’un écoulement de fuite commence ou s’arrête;
— le remous des particules contre la surface de l’équipement surveillé;
— un jet liquide ou gazeux (vérification de la source);
— la pulsation de bulles;
— l’explosion de bulles;
— le choc des bulles sur les parois;
— une vaporisation du liquide (éclair).
Le contenu fréquentiel de cavitation peut varier de plusieurs kHz à plusieurs MHz.
La cavitation produit une émission par salve, dont l’énergie est au moins celle d’un ordre de grandeur
par rapport à celle qui est provoquée par la turbulence.
La teneur relative en gaz ou en air a un fort impact sur le début de la cavitation.
Les ondes acoustiques générées par des fuites peuvent se propager par les parois du système ainsi que
par tout fluide se trouvant à l’intérieur.
Les ondes acoustiques proviennent des vibrations à des fréquences ultrasonores des molécules du
fluide qui sont produites par la turbulence et apparaissent à la transition entre un flux laminaire et un
flux turbulent dans le chemin de fuite et lorsque ces molécules s’échappent d’un orifice.
© ISO 2016 – Tous droits réservés 3
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ISO/FDIS 18081:2016(F)
Les ondes acoustiques produites par les facteurs mentionnés ci-dessus sont utilisées pour la détection
et la localisation des fuites.
5.3 Impact des différences de pression
La différence de pression est le principal paramètre qui a un impact sur le débit de fuite. Toutefois,
la présence de chemins de fuite peut dépendre d’une valeur seuil de la température ou de la pression
du fluide. Des fuites dépendant de la pression comme de la température ont été observées, mais en
nombre extrêmement limité. Les fuites qui dépendent de la pression ou de la température indiquent
une condition où aucune fuite n’existe avant d’avoir atteint une pression ou une température de seuil. À
ce moment, la fuite apparaît brutalement et peut être détectée. Lorsque la pression où la température
est inversée, la fuite suit le cours prescrit jusqu’au point critique auquel elle diminue jusqu’à zéro. La
température et la pression ne sont normalement pas appliquées au cours d’un essai de fuite ayant pour
but de localiser ces fuites. Elles sont plutôt utilisées pour forcer l’ouverture de discontinuités existantes,
afin d’amorcer ou d’augmenter le débit de fuite jusqu’au point de détection.
Les fuites réversibles sur des joints en dessous de la température de service et/ou de la pression de
service constituent un exemple de cet effet.
Les ondes d’EA émises par une fuite possèdent normalement un spectre de fréquences caractéristique
qui dépend de la différence de pression et de la forme du chemin de fuite. La détectabilité de la fuite
dépend donc de la réponse en fréquence du capteur et ce fait doit être pris en compte lors du choix de
l’instrumentation.
5.4 Influence de la géométrie du chemin de fuite
L’intensité d’EA d’un chemin de fuite complexe naturel (par exemple, corrosion par piqûres, fissures de
corrosion de fatigue ou de contrainte) est généralement plus grande que celle qui est produite par une
fuite provenant d’une source artificielle normalisée, telle qu’un trou percé utilisé pour la vérification.
Les principaux paramètres définissant la complexité sont la section, la longueur et la rugosité de surface
du chemin de fuite.
5.5 Influence de la propagation des ondes
Les signaux d’émission acoustique constituent la réponse d’un capteur à des ondes acoustiques générées
dans des milieux solides. Ces ondes sont similaires aux ondes acoustiques qui se propagent dans l’air et
les autres fluides, mais elles sont plus complexes car les milieux solides sont capables de résister à une
force de cisaillement.
Les ondes qui rencontrent un changement du milieu dans lequel elles se propagent peuvent changer
de direction ou se réfléchir. Outre la réflexion, l’interface provoque la déviation de l’onde par rapport
à sa trajectoire d’origine ou sa réfraction dans le second milieu. Le mode de propagation de l’onde peut
également être changé dans le processus de réflexion et/ou de réfraction.
Une onde incidente sur une interface entre deux milieux se réfléchit ou se réfracte de telle sorte que les
directions des ondes incidente, réfléchie et réfractée sont toutes situées dans le même plan. Ce plan est
défini par la droite le long de laquelle l’onde incidente se propage et la normale à l’interface.
Des facteurs importants pour la technologie par EA sont présentés ci-dessous:
a) la propagation des ondes a l’influence la plus significative sur la forme du signal détecté;
b) la vitesse des ondes est essentielle pour le calcul de localisation de la source;
c) l’atténuation détermine l’espacement maximal des capteurs acceptable pour une détection efficace.
La propagation des ondes a un impact sur la forme d’onde reçue selon les points suivants:
— les réflexions, réfractions et conversions de mode entre la source et le capteur produisent un grand
nombre de chemins de propagation différents de diverses longueurs;
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— des chemins de propagation multiples entre la source et le capteur, même en l’absence d’interfaces
générant des réflexions, peuvent être dus à la structure elle-même. Par exemple, des chemins en
spirale sur un cylindre;
— la séparation des différentes composantes d’une onde (modes différents, fréquences différentes) se
propageant à des vitesses différentes;
— l’atténuation (dispersion volumétrique, absorption et atténuation due aux premier et troisième
effets énumérés ci-dessus).
L’atténuation dépend des liquides contenus dans une structure ou une tuyauterie, qui facilitent la
propagation des ondes acoustiques, tandis que les liquides (situés à l’intérieur et à l’extérieur) ont
tendance à diminuer le signal détectable de la propagation des ondes acoustiques. Cet effet dépendra
des impédances acoustiques relatives des différents matériaux. Les ondes d’EA situées à l’intérieur
seront généralement utilisées pour la détection des sources d’EA sur de longues distances en raison de
la faible atténuation des ondes pour la plupart des liquides.
6 Applications
L’essai d’émission acoustique offre un grand nombre de possibilités pour détecter les fuites de volumes
sous pression dans les domaines de l’industrie et de la recherche. L’essai d’EA est utilisée dans les
domaines suivants:
a) appareils sous pression;
b) tuyaux et systèmes de tuyauterie;
c) réservoirs de stockage;
d) tambours de chaudière;
e) tubes de chaudière;
f) autoclaves;
g) échangeurs de chaleur;
h) confinements;
i) vannes;
j) soupapes de sécurité;
k) pompes;
l) installations soumises au vide.
7 Instrumentation
7.1 Exigences générales
Les composants de l’instrumentation (matériels et logiciels) doivent être conformes aux exigences de
l’EN 13477-1 et de l’EN 13477-2.
7.2 Capteurs
7.2.1 Gammes de fréquences types (largeur de bande)
La gamme de fréquences optimale pour une détection de fuite dépend fortement de l’application, du
type de fluide, de la différence de pression au niveau de la fuite, du débit de fuite et de la distance entre
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le capteur et la source, etc. Par exemple, la gamme de fréquences optimale pour la détection de fuite des
fonds de bacs atmosphériques se situe aux environs de 20 kHz à 80 kHz, car la distance entre la source
et le capteur peut être importante et l’atténuation est faible à ces fréquences. La plage de fréquences
préférentielle pour la détection de fuites dans une tuyauterie à haute pression peut aller jusqu’à 400 kHz
pour un rapport signal sur bruit optimum en présence de sources perturbatrices. La détection de fuite
sur des tuyaux à basse pression (par exemple, d’alimentation en eau) est habituellement effectuée
à 5 kHz maximum.
Un capteur est habituellement en contact direct avec l’objet soumis à essai. Un agent de couplage doit
alors être utilisé entre le capteur et l’objet soumis à essai pour obtenir une transmission optimum et
stable des ondes. La durabilité, la reproductibilité et la composition chimique de l’agent de couplage
doivent être adaptées à la durée de la surveillance, à la plage de températures et à la résistance à la
corrosion de l’objet soumis à l’essai.
7.2.2 Méthode de fixation
La durée de la surveillance a une influence sur la méthode de fixation. Pour une installation temporaire
sur un objet ferromagnétique soumis à essai, un support magnétique peut constituer l’outil de montage
préférentiel. Pour des installations permanentes, les capteurs peuvent être fixés par des attaches
métalliques ou reliés à l’objet soumis à essai au moyen d’un couplage adhésif approprié.
7.2.3 Gamme de températures, guide
...
Questions, Comments and Discussion
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