ISO 23876:2022
(Main)Gas cylinders — Cylinders and tubes of composite construction — Acoustic emission examination (AT) for periodic inspection and testing
Gas cylinders — Cylinders and tubes of composite construction — Acoustic emission examination (AT) for periodic inspection and testing
This document specifies the use of acoustic emission examination (AT) during periodic inspection and testing of hoop wrapped (Type 2) and fully wrapped (Types 3 and 4) composite transportable gas cylinders and tubes of water capacity up to 3 000 l, with aluminium-alloy, steel or non-metallic liner or of linerless construction (Type 5), intended for compressed and liquefied gases under pressure. It is applicable to only the verification of the composite material. Additional inspection such as internal visual inspection of the liner does not apply to this document (see ISO 11623). NOTE Unless noted by exception, the use of the word “cylinder” in this document refers to both cylinders and tubes.
Bouteilles à gaz — Bouteilles et tubes composites — Essai par émission acoustique (EA) pour les contrôles et les essais périodiques
Le présent document spécifie l’utilisation d’un essai d’émission acoustique (EA) lors des contrôles et essais périodiques des bouteilles et tubes à gaz transportables en matériaux composites frettés (type 2) et entièrement bobinés (types 3 et 4) d’une capacité en eau allant jusqu’à 3 000 l, pourvus d’un liner en alliage d’aluminium, en acier ou non métallique, ou dépourvus de liner (type 5), destinés à des gaz comprimés et liquéfiés sous pression. Ce document ne s’applique qu’à la vérification du matériau composite. Il ne couvre pas d’autre type d’inspection, tel que le contrôle visuel interne du liner (voir l’ISO 11623). NOTE Sauf mention contraire exceptionnelle, dans le présent document, le terme «bouteille» désigne à la fois les bouteilles et les tubes.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23876
First edition
2022-06
Gas cylinders — Cylinders and tubes
of composite construction — Acoustic
emission examination (AT) for
periodic inspection and testing
Bouteilles à gaz — Bouteilles et tubes composites — Essai par
émission acoustique (EA) pour les contrôles et les essais périodiques
Reference number
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ISO 23876:2022(E)
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Published in Switzerland
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ISO 23876:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 General operational principles of acoustic emission . 3
5 Personnel qualification .4
6 Test validity (input instructions) . 4
7 Acoustic emission testing calibration and testing equipment. 4
7.1 Acoustic emission equipment and settings . 4
7.1.1 Acoustic emission instrumentation . 4
7.1.2 Sensors . 4
7.1.3 Preamplifiers . 4
7.1.4 Filter . 4
7.1.5 Settings . 5
7.2 Acoustic emission examination calibration and equipment verification . 5
7.2.1 Calibration . . . 5
7.2.2 Determination and check of sensor installation layout . 5
7.2.3 Procedure . 6
7.2.4 Pressurization test methods . 8
7.2.5 Analysis of AE criteria . 9
8 Verification of rejection criteria using actual cylinders . 9
9 Test report . 9
10 Rejection and rendering cylinders unserviceable .10
Annex A (informative) Example of verification tests performed on cylinders to detect
damage resulting from mechanical impacts or other types of damage .11
Annex B (informative) Examples of rejection criteria .14
Bibliography .15
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ISO 23876:2022(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 of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders, Subcommittee SC 4,
Operational requirements for gas cylinders.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO 23876:2022(E)
Introduction
In recent years, new non-destructive examination (NDE) techniques have been successfully introduced
as an alternative for part of the conventional testing procedures for gas cylinders and tubes at the time
of periodic inspection and testing.
One of the NDE alternative methods for certain applications is acoustic emission examination (AT),
which in several countries has proven to be an acceptable testing method applied during periodic
inspection.
This AT method for Type 1 cylinders is described in ISO 16148, which allows pneumatic pressurization
to a value of at least 110 % of the cylinder’s normal working pressure or hydraulic pressurization to
a value equal to the cylinder’s test pressure. ISO 16148 was developed for periodic inspection and
testing of monolithic materials (seamless steel and aluminium-alloy cylinders [Type 1]) and includes
modal acoustic emission. ISO 16148 is not adapted to test composite cylinders. For composite cylinders,
further details on the use of modal acoustic emission are described in ISO/TS 19016.
ISO 11623 provides requirements for the periodic inspection of composite cylinders based on the
hydraulic test and visual inspection.
[10]
AT was used recently (HyPactor Project ) to detect loss of performance of composite cylinders due to
mechanical impact. These tests have shown that this method can be used successfully to detect defects
in composite cylinders, provided that appropriate verification criteria using performance tests and
pressurization tests for cylinders and tubes with or without damage are used as outlined in Annex A.
This document also gives other requirements concerning preparation, finishing and maintenance of
composite cylinders and tubes as well as the safety precautions for the personnel performing this work.
These requirements can be mandatory under other regulations.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23876:2022(E)
Gas cylinders — Cylinders and tubes of composite
construction — Acoustic emission examination (AT) for
periodic inspection and testing
CAUTION — Some of the tests specified in this document involve the use of processes that could
lead to a hazardous situation.
1 Scope
This document specifies the use of acoustic emission examination (AT) during periodic inspection
and testing of hoop wrapped (Type 2) and fully wrapped (Types 3 and 4) composite transportable gas
cylinders and tubes of water capacity up to 3 000 l, with aluminium-alloy, steel or non-metallic liner or
of linerless construction (Type 5), intended for compressed and liquefied gases under pressure.
It is applicable to only the verification of the composite material. Additional inspection such as internal
visual inspection of the liner does not apply to this document (see ISO 11623).
NOTE Unless noted by exception, the use of the word “cylinder” in this document refers to both cylinders
and tubes.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements 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 9712, Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel
ISO 10286, Gas cylinders — Vocabulary
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
ASTM E1106-12, Standard Test Method for Primary Calibration of Acoustic Emission Sensors
EN 13477 (all parts), Non-destructive testing — Acoustic emission — Equipment characterisation
EN 13554, Non-destructive testing — Acoustic emission testing — General principles
EN 14584, Non-destructive testing — Acoustic emission testing — Examination of metallic pressure
equipment during proof testing — Planar location of AE sources
EN 15495, Non Destructive testing — Acoustic emission — Examination of metallic pressure equipment
during proof testing — Zone location of AE sources
EN 15857, Non-destructive testing — Acoustic emission — Testing of fibre-reinforced polymers — Specific
methodology and general evaluation criteria
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 10286 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
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ISO 23876:2022(E)
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
acoustic emission
AE
class of phenomena whereby transient elastic waves are generated by the rapid release of energy from
localized sources within a material, or the transient waves so generated
Note 1 to entry: Acoustic emission is the recommended term for general use. Other terms that have been used in
AE literature include:
a) stress wave emission;
b) microseismic activity;
c) emission or acoustic emission with other qualifying modifiers.
Note 2 to entry: For composite materials, elastic waves can also be generated by delamination, fibre (3.11)
breakage or matrix (3.12) debonding.
[SOURCE: ISO 12716:2001 2.1, modified — Note 2 to entry added.]
3.2
acoustic emission detection threshold
voltage level that must be exceeded in order to detect an acoustic emission (3.1) signal
3.3
acoustic emission evaluation threshold
threshold value used for analysis of the test data
3.4
acoustic emission examination
AT
testing of a test object during controlled stimulation using acoustic emission (3.1) instrumentation to
detect and analyse sources of acoustic emission
3.5
anisotropy
property of a material to have different physical properties in different directions
3.6
background noise
acoustic emission (3.1) signal that originates from sources other than defects
3.7
composite overwrap
fibres (3.11) and matrix (3.12) taken together as a combined unit
3.8
cylinder test pressure
marked value on the cylinder at which it is pressure tested
3.9
developed pressure
pressure developed by the gas contents in a cylinder at a uniform temperature of T
max
Note 1 to entry: T is the expected maximum uniform temperature in normal service as specified in
max
international or national cylinder filling regulations.
[SOURCE: ISO 10286:2021, 3.5.27]
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ISO 23876:2022(E)
3.10
Felicity ratio
load at which the “onset of significant emission” (based on the rejection criteria) occurs during the
reload portion of load/reload cycles, divided by the previous maximum load of that cycle
Note 1 to entry: The onset of significant emission is derived from an AE characteristic parameter and its
quantitative value, for all channels and/or most active channel.
3.11
fibre
load-carrying part of the composite overwrap (3.7)
EXAMPLE Glass, aramid or carbon.
3.12
matrix
material used to bind and hold the fibres (3.11) in place
Note 1 to entry: The matrix is sometimes called “resin”.
3.13
working pressure
settled pressure of a compressed gas at a uniform reference temperature of 15 °C in a full gas cylinder
Note 1 to entry: In North America, service pressure is often used to indicate a similar condition, usually at 21,1 °C
(70 °F).
Note 2 to entry: In East Asia, service pressure is often used to indicate a similar condition, usually at 35 °C.
[SOURCE: ISO 10286:2021, 3.5.30, modified — Note 3 to entry deleted.]
4 General operational principles of acoustic emission
When a composite cylinder containing flaws is pressurized, transient elastic waves can be generated by
several different sources (e.g. fibre breakage, matrix cracking, delamination). These waves are defined
as acoustic emissions (AEs). AEs resulting from major flaws such as delamination or fibre bundle
breakage start at a pressure less than or equal to the AT test pressure. The internal pressure causes
stress in the composite overwrap, which can result in AE that propagate throughout the structure as
plate waves.
Piezoelectric sensors mounted on a cylinder surface respond to plate waves that propagate throughout
the structure. They are connected to a signal processor via a preamplifier, which records the signal
parameters associated with the motion under the sensor surface. Using at least two sensors, one
mounted at each end of a cylinder, allows the operator to determine a linear location (while a minimum
of three sensors are required for planar/geodesic location). The approximate location of event sources
can be derived from the measured arrival time of sound waves at the sensors.
The general principle of this document is to perform some AE tests followed by destructive tests on
undamaged cylinders, cylinders with acceptable damage, and cylinders with unacceptable damage in
order to validate and choose the relevant parameters and rejection criteria for each cylinder type and/
or size. However, once rejection criteria are selected for a design type, then these criteria shall be used
for the cylinders of the same type.
If, for the parameters and rejection criteria selected, it is not possible to differentiate between damaged
and undamaged cylinders, then another rejection criterion shall be selected. If the rejection criteria
do not allow a differentiation, then AT shall not be used. Annex A gives an example of verification tests
performed on cylinders to detect damage resulting from mechanical impacts or other types of damage.
In all cases, the potential failure modes of the cylinder design and the related effect analysis shall be
assessed.
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5 Personnel qualification
The AT equipment shall be operated by, and its operation supervised by, qualified and experienced
personnel only, certified in accordance with ISO 9712 or equivalent (e.g. ASNT SNT-TC-1A). The operator
shall be certified to at least Level I and this individual shall be supervised by a Level II or a Level III
person who offers an interpretation of the results. The testing organization shall retain a Level III
(company employee or a third party) to oversee the organization’s entire AT programme.
6 Test validity (input instructions)
The type of construction of the cylinder (e.g. Type 2, 3, 4 or 5), the type of liner, the type of fibre (e.g.
carbon, glass, aramid) and the resin (e.g. epoxy) shall be recorded.
Further information shall include as a minimum the name of the cylinder manufacturer, the cylinder’s
water capacity (minimal or nominal), its outside nominal diameter and its working pressure (see
Annex A).
7 Acoustic emission testing calibration and testing equipment
7.1 Acoustic emission equipment and settings
7.1.1 Acoustic emission instrumentation
Damage in composite structures usually generates a transient AE, similar to a burst, but with a strong
activity that can resemble a continuous emission. The AE instrumentation used shall have sufficient
performance to allow real-time acquisition and processing of the numerous AE sources emitted by this
type of material without saturation of the acquisition system.
7.1.2 Sensors
The sensors shall have a minimum sensitivity of +60 dB ref. V/m (transient source) at the resonant
frequency in accordance with ASTM E1106-12 or equivalent. They shall be stable in terms of sensitivity,
without cross-talk, in the temperature range of the test. The frequency range used shall be within the
100 kHz to 200 kHz frequency band.
Low-frequency sensors (e.g. 30 kHz to 75 kHz) shall not be used to replace high-frequency sensors
(100 kHz to 200 kHz).
The characteristics of the sensors shall be monitored and recorded at the start of the procedure and
during the duration of the procedure in accordance with EN 13477-2 or equivalent.
NOTE The procedure given in EN 13477-2 allows rapid comparison of the sensitivity of sensors. Deterioration
of the sensors can result from several sources, e.g. mechanical shock, exposure to high temperature, high ionizing
radiation or a corrosive environment, water ingress or a damaged connector or cable.
7.1.3 Preamplifiers
The preamplifiers may be integrated to the sensors or installed in a remote location. The gain of the
preamplifiers shall be known. The minimum dynamic range shall be at least 66 dB .
AE
7.1.4 Filter
The overall filtering (preamplifier + system) shall have a minimum slope of 24 dB/octave outside the
110 kHz to 300 kHz band. The acquisition frequency band shall consider the frequency of the sensor
used.
For the low frequency sensor, the bandwidth shall be between 20 kHz and 45 kHz.
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7.1.5 Settings
The value of the acoustic emission detection threshold shall be at least 6 dB above the background
noise. In all cases, this value shall be less than or equal to the acoustic emission evaluation threshold.
The background noise shall be below 30 dB .
AE
The rearming time of the system (defined as the minimum time between two consecutive bursts)
shall be less than or equal to 200 µs. The acoustic activity is very high (risk of burst overlapping) and
the reflection is dramatically reduced due to the significant attenuation of the cylinder’s materials of
construction. The rearming time of the system shall be adapted to the propagation conditions and shall
ensure optimum detectability.
A written procedure shall be available and applied for the adjustment of its instrumentation settings.
This procedure shall allow to define, on-site, the signal acquisition, conditioning and processing
conditions in accordance with EN 13554, EN 13477-1 and EN 13477-2, EN 14584, EN 15495, EN 15857
or equivalent.
7.2 Acoustic emission examination calibration and equipment verification
7.2.1 Calibration
The pressure sensors shall be calibrated at least annually in accordance with the requirements of
ISO/IEC 17025. The sensors shall be verified monthly by a competent person in accordance with an
appropriate standard, e.g. ASTM E2191/E2191M-16.
The competency of personnel is defined in ISO 16148:2016, Clause 5.
NOTE This does not prohibit calibration of the pressure sensors off-site from the laboratory, e.g. at the
machine location.
The performance of the complete AT system shall be checked, at least annually, according to a
recognized standard, e.g. EN 13477-2, ASTM E1419/E1419M-15a, and shall be adjusted so it conforms to
the equipment manufacturer’s specifications.
7.2.2 Determination and check of sensor installation layout
7.2.2.1 Velocity and attenuation measurement
Due to their composition, composite materials are heterogeneous and anisotropic materials. Anisotropy
mainly results from the volume and orientation of the fibres; it affects the propagation of the acoustic
extensional waves in terms of velocity and attenuation. Therefore, the attenuation shall be measured,
especially for high-frequency sensors, in all directions and then considered in the worst condition found
(e.g. circumference + line at 45° in relation to the circumference).
7.2.2.2 Number of sensors
The number of sensors shall allow the overall examination of the entire tested structure, with zonal,
linear and/or planar location analysis (if applicable). If access to the cylinder wall is not possible,
then other possible solution(s) with their limits (if any) shall be proposed to perform the overall
examination of the structure (permanently installed sensors or installation of access shafts, e.g. at time
of manufacturing) in accordance with this document.
7.2.2.3 Sensor-to-sensor distance
The check of the performance of the acquisition system shall usually be carried out using a 2H graphite
pencil lead, with a diameter of 0,5 mm and a length of 3,0 mm ± 0,5 mm, held by a suitable end piece
(Hsu-Nielsen method).
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The attenuation curve is determined by measuring in at least in two directions at 45° angles, one
direction being preferably the hoop direction or the axial direction, on at least six points distributed
over the detection distance of a high-frequency sensor, with at least three lead breaks per point.
For each evaluated direction, the amplitude of each lead break shall be recorded to determine the
maximum detection sensor distance, which corresponds to the intersection between the attenuation
curve and the acoustic emission detection threshold. The number of sensors shall then be determined
based on the maximum detection distance and the type of location.
In addition, a pencil lead break should be performed in-plane as well as out-of-plane to verify the correct
attenuation measurement.
7.2.2.4 Zonal location
The quantity and position of the sensors shall allow the detection of any Hsu-Nielsen simulation on
the structure by at least one sensor, with a measured amplitude greater than the value of the acoustic
emission evaluation threshold (maximum value of the fixed acquisition threshold). The maximum
distance between sensors shall not exceed 1,5 times the detection distance of the sensor at the detection
threshold.
The same location algorithm used for each type of cylinder shall be reported to allow repetition of
similar types of cylinder tests.
7.2.3 Procedure
7.2.3.1 Sensor coupling
Since the surface of a composite material is not regular at the scale of a sensor, the sensors shall be
placed in an area that is as flat as possible. The coupling agent used shall ensure adequate acoustic
wave transmission and shall be compatible with the inspected material in order to prevent any damage
to the material (e.g. chemical reaction).
To avoid any entrapment of air, the sensors should be held in place with adhesive tape or with rubber
bands and securing rings bonded to the examined structure, or by using any other means (e.g. hot
plastic glue guns). Sensor coupling shall remain stable throughout the test and the attachment of the
sensors shall not generate any acoustic interference.
When using hot plastic glue guns, precautions should be taken to avoid heat damage of the sensor and
the cylinder.
7.2.3.2 Channel sensitivity check
Before and after the examination, the performance of the complete AT equipment (coupling agent,
sensors, preamplifier and processors) shall be verified for the cylinder to be tested, as indicated below.
The response of each sensor with the adjoining measurement chain and source location accuracy
shall be verified by measuring the response with reference to an artificial, induced AE signal. The
preferred technique for conducting this verification check is the Hsu-Nielsen source (see ISO 12716 or
ASTM E2374).
The diameter of the pencil lead, the distance to the sensors 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, i.e. 6 dB
for the complete AT equipment. Any deviation outside the allowed range shall be corrected (e.g. by
improving the coupling, changing a sensor).
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 (see 7.2.2.3). If the pulser is used, an approved procedure shall be provided that clarifies its use
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and calibration. For the testing of similar cylinders, the electronic pulser may also be used for the first
sensitivity check based on prior performed examinations.
7.2.3.3 Detectability and location tests
A detectability test shall be carried out in every area of the equipment, and more particularly in
the supporting areas (i.e. where the cylinder is supported during testing) using the Hsu-Nielsen
method (breaking of graphite pencil leads), to ensure that the entire structure is covered. This test
shall be recorded. If a zonal and/or planar location is considered, it shall also be tested to meet these
requirements. This check shall be recorded. When necessary, more sensors shall be added.
The accuracy of the source location and the distance between the sensors shall be adjusted in accordance
with the cylinder dimensions (e.g. diameter). The attenuation of the signal shall be considered.
NOTE The purpose of this operation is to validate the sensor installation layout.
7.2.3.4 Check of the background noise value
The value of the background noise shall be checked and recorded over a minimum period of 15 min, just
before applying the load to the equipment, to ensure that it is less than the acquisition threshold, i.e.
redu
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 23876
Première édition
2022-06
Bouteilles à gaz — Bouteilles et tubes
composites — Essai par émission
acoustique (EA) pour les contrôles et
les essais périodiques
Gas cylinders — Cylinders and tubes of composite construction —
Acoustic emission examination (AT) for periodic inspection and
testing
Numéro de référence
ISO 23876:2022(F)
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ISO 23876:2022(F)
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
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CH-1214 Vernier, Genève
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E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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ISO 23876:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Principes généraux de fonctionnement de l’émission acoustique . 3
5 Qualification du personnel .4
6 Validité de l’essai (données d’entrée requises) . 4
7 Étalonnage de l’essai par émission acoustique et équipement d’essai .4
7.1 Équipement d’émission acoustique et réglages . 4
7.1.1 Instrumentation d’émission acoustique . 4
7.1.2 Capteurs . 5
7.1.3 Préamplificateurs . 5
7.1.4 Filtre . 5
7.1.5 Réglages . 5
7.2 Étalonnage et vérification de l’équipement d’essai par émission acoustique . 5
7.2.1 Étalonnage . 5
7.2.2 Détermination et vérification de l’implantation des capteurs . 6
7.2.3 Mode opératoire . . 7
7.2.4 Méthodes d’essai par mise sous pression . 8
7.2.5 Analyse des critères d’essai EA . 10
8 Vérification des critères de rejet en utilisant des bouteilles en situation de service .10
9 Rapport d’essai .10
10 Rejet et destruction des bouteilles défectueuses .11
Annexe A (informative) Exemples d’essais de vérification réalisés sur des bouteilles afin de
détecter des dommages causés par des impacts mécaniques ou d’autres types de
dommages .12
Annexe B (informative) Exemples de critères de rejet .15
Bibliographie .16
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ISO 23876:2022(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 attirée 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/brevets).
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 nature volontaire des normes, 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’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, sous-
comité SC 4, Contraintes de service des bouteilles à gaz.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
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ISO 23876:2022(F)
Introduction
Ces dernières années, de nouvelles techniques d’essais non destructifs (END) ont été introduites avec
succès comme alternatives à certaines parties des modes opératoires classiques d’essai des bouteilles à
gaz et tubes dans le cadre du contrôle et des essais périodiques.
Pour certaines applications, l’une de ces autres méthodes END est l’essai par émission acoustique (EA)
qui, dans plusieurs pays, s’est révélé une méthode d’essai acceptable, appliquée lors des contrôles
périodiques.
Cette méthode d’essai EA pour les bouteilles de type 1 est décrite dans l’ISO 16148, qui permet une
mise sous pression pneumatique à une valeur minimale de 110 % de la pression normale de travail de
la bouteille ou une mise sous pression hydraulique à sa pression d’épreuve. L’ISO 16148 a été élaborée
pour l’inspection périodique et l’essai de matériels monolithiques [telles des bouteilles en alliage
d’acier et d’aluminium sans soudure (type 1)] et comprend l’émission acoustique modale. L’ISO 16148
ne convient pas aux essais de bouteilles composites. Pour les bouteilles composites, l’utilisation de
l’émission acoustique modale est décrite en détail dans l’ISO/TS 19016.
L’ISO 11623 énonce les exigences relatives au contrôle périodique des bouteilles composites fondé sur
l’essai hydraulique et l’inspection visuelle.
[10]
Des essais EA ont récemment été utilisés (HyPactor Project ) pour détecter la perte de performance
des bouteilles composites suite à un impact mécanique. Ces essais ont démontré que cette méthode
peut être utilisée avec succès pour détecter les défauts de bouteilles composites, à condition d’utiliser
des critères de vérification appropriés définis en réalisant des essais de performance et des essais de
mise sous pression sur des bouteilles et des tubes, endommagés ou non, comme le spécifie l’Annexe A.
Le présent document énonce également d’autres exigences relatives à la préparation, la finition et la
maintenance des bouteilles et tubes composites ainsi qu’aux précautions de sécurité pour le personnel
effectuant ces travaux. Ces exigences peuvent être obligatoires en vertu d’autres règlements.
v
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NORME INTERNATIONALE ISO 23876:2022(F)
Bouteilles à gaz — Bouteilles et tubes composites — Essai
par émission acoustique (EA) pour les contrôles et les
essais périodiques
ATTENTION — Certains des essais spécifiés dans le présent document impliquent l’utilisation de
méthodes pouvant engendrer une situation dangereuse.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie l’utilisation d’un essai d’émission acoustique (EA) lors des contrôles et
essais périodiques des bouteilles et tubes à gaz transportables en matériaux composites frettés (type 2)
et entièrement bobinés (types 3 et 4) d’une capacité en eau allant jusqu’à 3 000 l, pourvus d’un liner
en alliage d’aluminium, en acier ou non métallique, ou dépourvus de liner (type 5), destinés à des gaz
comprimés et liquéfiés sous pression.
Ce document ne s’applique qu’à la vérification du matériau composite. Il ne couvre pas d’autre type
d’inspection, tel que le contrôle visuel interne du liner (voir l’ISO 11623).
NOTE Sauf mention contraire exceptionnelle, dans le présent document, le terme «bouteille» désigne à la fois
les bouteilles et les tubes.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences 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 10286, Bouteilles à gaz — Vocabulaire
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
ASTM E1106-12, Standard Test Method for Primary Calibration of Acoustic Emission Sensors
EN 13477 (toutes les parties), Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de
l’équipement
EN 13554, Essais non destructifs — Émission acoustique — Principes généraux
EN 14584, Essais non destructifs — Essais d’émission acoustique — Contrôle des équipements métalliques
sous pression pendant l’épreuve — Localisation planaire des sources d’EA
EN 15495, Essais non destructifs — Émission acoustique — Vérification des équipements métalliques sous
pression pendant l’épreuve — Localisation par zone des sources d’EA
EN 15857, Essais non destructifs — Émission acoustique — Essai des polymères renforcés par des fibres —
Méthodologie spécifique et critères d’évaluation généraux
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de de l’ISO 10286 ainsi que les
suivants s’appliquent.
1
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ISO 23876:2022(F)
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
émission acoustique
EA
catégorie de phénomènes dans laquelle des ondes élastiques transitoires sont générées par la libération
rapide d’énergie provenant de sources localisées dans un matériau, ou les ondes transitoires ainsi
générées
Note 1 à l'article: «Émission acoustique» est le terme recommandé pour l’utilisation générale. Les autres termes
qui ont été utilisés dans la documentation EA comprennent:
a) émission d’ondes de contrainte;
b) activité microsismique;
c) émission ou émission acoustique avec d’autres modificateurs de qualification.
Note 2 à l'article: Pour les matériaux composites, les ondes élastiques peuvent aussi être générées par une
délamination, une rupture des fibres (3.11) ou un décollement de matrice (3.12).
[SOURCE: ISO 12716:2001, 2.1, modifié — La Note 2 à l’article a été ajoutée.]
3.2
seuil de détection d’émission acoustique
seuil de tension à dépasser afin de détecter un signal d’émission acoustique (3.1)
3.3
seuil d’évaluation de l’émission acoustique
valeur du seuil utilisé pour l’analyse des données d’essai
3.4
essai par émission acoustique
AT
contrôle d’un objet soumis à l’essai lors d’une sollicitation contrôlée en utilisant une instrumentation
d’émission acoustique (3.1) pour détecter et analyser les sources d’émission acoustique
3.5
anisotropie
propriété d’un matériau présentant des propriétés physiques différentes dans des directions différentes
3.6
bruit de fond
signal d’émission acoustique (3.1) provenant de sources autres que des défauts
3.7
enveloppe composite
ensemble formé par la combinaison de fibres (3.11) et d’une matrice (3.12)
3.8
pression d’épreuve de la bouteille
valeur, marquée sur la bouteille, de la pression à laquelle elle a été éprouvée
2
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3.9
pression développée
pression développée par le gaz contenu dans une bouteille à la température uniforme de T
max
Note 1 à l'article: T est la température uniforme maximale prévue dans des conditions normales de service,
max
telle qu’indiquée dans les règlementations internationales ou nationales sur le remplissage des bouteilles.
[SOURCE: ISO 10286:2021, 3.5.27, modifié — Dans la définition, «dans une bouteille» a été ajouté et «à
la température maximale T » a été remplacé par «à la température uniforme de T ». Dans la Note 1
max max
à l’article, «supposée» a été remplacé par «prévue»; «d’exploitation» a été remplacé par «de service».
(Ne concerne que la version française)]
3.10
rapport Felicity
charge à laquelle l’« apparition d’une émission significative » (évaluée d’après les critères de rejet) se
produit lors de la phase de rechargement d’un cycle de chargement/rechargement, divisée par la charge
maximale précédente du cycle
Note 1 à l'article: L’apparition d’une émission significative est déduite d’un paramètre caractéristique de
l’émission acoustique et de sa valeur, pour tous les canaux et/ou le canal le plus actif.
3.11
fibre
partie de l’enveloppe composite (3.7) supportant la charge
EXEMPLE Fibre de verre, d’aramide ou de carbone.
3.12
matrice
matériau utilisé pour lier et maintenir les fibres (3.11) en place
Note 1 à l'article: La matrice est parfois appelée «résine».
3.13
pression de travail
pression stabilisée d’un gaz comprimé à une température de référence uniforme de 15 °C pour une
bouteille pleine de gaz
Note 1 à l'article: En Amérique du Nord, la pression de service est souvent utilisée pour indiquer un état similaire,
généralement à 21,1 °C (70 °F).
Note 2 à l'article: En Asie de l’Est, la pression de service est souvent utilisée pour indiquer un état similaire,
habituellement à 35 °C.
[SOURCE: ISO 10286:2021, 3.5.30, modifié — La Note 3 à l’article a été supprimée.]
4 Principes généraux de fonctionnement de l’émission acoustique
Lorsqu’une bouteille composite porteuse de défauts est mise sous pression, des ondes élastiques
transitoires peuvent être générées par différentes sources (par exemple, une rupture de fibres,
une fissuration de la matrice, une délamination). Ces ondes sont définies comme des émissions
acoustiques (EA). Les émissions acoustiques résultant de défauts majeurs (telle une délamination ou
une rupture de faisceau de fibres) commencent à se manifester à une pression inférieure ou égale à
la pression d’épreuve utilisée lors d’un essai EA. La pression interne provoque une contrainte dans
l’enveloppe composite, ce qui peut induire des émissions acoustiques qui se propagent à travers toute la
structure sous forme d’ondes de plaque.
Des capteurs piézo-électriques montés à la surface d’une bouteille réagissent aux ondes de plaque qui
se propagent à travers toute la structure. Ils sont reliés à un système de traitement des signaux via
un préamplificateur qui enregistre les paramètres du signal associés au mouvement sous la surface
du capteur. Avec au moins deux capteurs (un monté à chaque extrémité de la bouteille), l’opérateur
3
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ISO 23876:2022(F)
peut déterminer une localisation linéaire (tandis qu’une localisation planaire/géodésique nécessite au
minimum trois capteurs). La localisation approximative des sources d’événements peut être obtenue à
partir du temps d’arrivée des ondes acoustiques aux capteurs.
Le principe général utilisé dans le présent document consiste à réaliser, sur des bouteilles intactes,
des bouteilles présentant des dommages acceptables et des bouteilles présentant des dommages
inacceptables, des essais EA suivis d’essais destructifs afin de valider et de choisir les paramètres et
les critères de rejet pertinents pour chaque type et/ou dimension de bouteille. Cependant, dès lors
que des critères de rejet sont sélectionnés pour un type de conception, ils doivent être utilisés pour les
bouteilles du même type.
Si, pour les paramètres et les critères de rejet sélectionnés, il n’est pas possible de faire la différence
entre les bouteilles présentant des dommages et celles n’en présentant pas, un autre critère de rejet
doit être sélectionné. Si ce critère de rejet ne permet pas d’établir une distinction, l’essai par émission
acoustique ne doit pas être utilisé. L’Annexe A fournit des exemples d’essais de vérification réalisés sur
des bouteilles afin de détecter des dommages causés par des impacts mécaniques ou d’autres types de
dommages.
Dans tous les cas, les modes de défaillance potentiels du modèle de bouteille doivent être évalués et les
effets connexes doivent être analysés.
5 Qualification du personnel
L’équipement d’émission acoustique ne doit être utilisé, et cette utilisation ne peut être supervisée,
que par du personnel qualifié et expérimenté, certifié conformément à l’ISO 9712 ou à une norme
équivalente (par exemple, l’ASNT SNT-TC-1A). L’opérateur doit disposer au minimum d’une certification
de niveau 1; il doit être supervisé par une personne titulaire du niveau 2 ou du niveau 3 qui doit proposer
une interprétation des résultats. L’organisme d’essai doit pouvoir faire appel à un opérateur de niveau 3
(employé de la société ou tierce partie) pour surveiller l’ensemble de son programme d’essais EA.
6 Validité de l’essai (données d’entrée requises)
Le type de construction de la bouteille (par exemple, type 2, 3, 4 ou 5), le type de liner, le type de
fibres (par exemple, carbone, verre, aramide) et la matrice (par exemple, résine époxyde) doivent être
consignés.
Les autres informations à indiquer doivent comprendre au moins le nom du fabricant de la bouteille,
sa capacité en eau (minimale ou nominale), son diamètre nominal extérieur et sa pression de travail
(voir l’Annexe A).
7 Étalonnage de l’essai par émission acoustique et équipement d’essai
7.1 Équipement d’émission acoustique et réglages
7.1.1 Instrumentation d’émission acoustique
Les dommages aux structures composites génèrent en général une émission acoustique transitoire
semblable à une émission par salves, mais avec une forte activité qui peut lui donner l’apparence
d’une émission continue. L’instrumentation d’émission acoustique utilisée doit être suffisamment
performante pour permettre l’acquisition et le traitement en temps réel des nombreux signaux émis
par les sources d’émission acoustique dans le matériau composite, et ce sans saturation du système
d’acquisition.
4
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ISO 23876:2022(F)
7.1.2 Capteurs
Les capteurs doivent avoir une sensibilité minimale de +60 dB (ref. V/m) (source transitoire) à la
fréquence de résonance, conformément à l’ASTM E1106-12 ou à une norme équivalente. Sur toute la
plage de températures de l’essai, ils doivent être stables en termes de sensibilité, sans diaphonie. La
bande de fréquences utilisée doit se trouver dans la plage comprise entre 100 kHz et 200 kHz.
Des capteurs basse fréquence (par exemple, 30 kHz à 75 kHz) ne doivent pas être utilisés à la place de
capteurs haute fréquence-(100 kHz à 200 kHz).
Les caractéristiques des capteurs doivent être surveillées et enregistrées au début du mode opératoire
ainsi que tout au long de celui-ci conformément à l’EN 13477-2 ou à une norme équivalente.
NOTE Le mode opératoire indiqué dans l’EN 13477-2 permet une comparaison rapide de la sensibilité des
capteurs. La détérioration des capteurs peut résulter, par exemple, d’un impact mécanique, d’une exposition à
des températures élevées, des rayonnements fortement ionisants, d’un environnement corrosif, d’une infiltration
d’eau, d’un connecteur ou d’un câble endommagé.
7.1.3 Préamplificateurs
Les préamplificateurs peuvent être intégrés aux capteurs ou installés à distance. Leur gain doit être
connu. La plage dynamique minimale doit être d’au moins 66 dB .
AE
7.1.4 Filtre
L’ensemble du filtrage (préamplificateur + système) doit avoir une pente minimale de 24 dB/octave en
dehors de la bande comprise entre 110 kHz et 300 kHz. La bande de fréquences d’acquisition doit tenir
compte de la fréquence du capteur utilisé.
Pour le capteur basse fréquence, la bande passante doit être comprise entre 20 kHz et 45 kHz.
7.1.5 Réglages
Le seuil de détection d’émission acoustique doit être d’au moins 6 dB au-dessus du bruit de fond. Dans
tous les cas, il doit être inférieur ou égal au seuil d’évaluation d’émission acoustique.
Le bruit de fond doit être inférieur à 30 dB .
AE
Le temps de réarmement du système (défini comme le temps minimal entre deux salves consécutives)
doit être inférieur ou égal à 200 µs. L’activité acoustique est très élevée (risque de chevauchement des
salves) et la réflexion est fortement réduite en raison de l’atténuation significative produite par les
matériaux de construction de la bouteille. Le temps de réarmement du système doit être adapté aux
conditions de propagation et doit assurer une détectabilité optimale.
Une procédure écrite d’ajustement des paramètres de son instrumentation doit être disponible
et appliquée. Cette procédure doit permettre de définir, sur site, les conditions d’acquisition, de
conditionnement et de traitement du signal, conformément à l’EN 13554, l’EN 13477-1, l’EN 13477-2,
l’EN 14584, l’EN 15495, l’EN 15857 ou une norme équivalente.
7.2 Étalonnage et vérification de l’équipement d’essai par émission acoustique
7.2.1 Étalonnage
Les capteurs de pression doivent être étalonnés au moins une fois par an, conformément aux exigences
de l’ISO/IEC 17025. Les capteurs doivent être vérifiés chaque mois par une personne compétente et
conformément à une norme appropriée, par exemple l’ASTM E2191/E2191M-16.
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La compétence du personnel est définie à l’Article 5 de l’ISO 16148:2016.
NOTE Cela n’interdit pas l’étalonnage des capteurs de pression en dehors du laboratoire, par exemple à
l’emplacement de la machine.
Les performances du système d’essai EA complet doivent être vérifiées, au moins une fois par an,
conformément à une norme reconnue, par exemple l’EN 13477-2, l’ASTM E1419/E1419M-15a, et
elles doivent également être réglées de manière à se conformer aux spécifications du fabricant de
l’équipement.
7.2.2 Détermination et vérification de l’implantation des capteurs
7.2.2.1 Mesure de la vitesse et de l’atténuation
De par leur composition, les matériaux composites sont hétérogènes et anisotropes. L’anisotropie
est essentiellement due au volume et à l’orientation des fibres. Elle a une incidence sur la vitesse de
propagation des ondes extensionnelles acoustiques et sur leur atténuation. Par conséquent, l’atténuation
doit être mesurée, en particulier pour les capteurs haute fréquence, dans toutes les directions et la
mesure retenue doit être celle du cas le moins favorable (par exemple, dans le sens circonférentiel et
à 45° par rapport au sens circonférentiel).
7.2.2.2 Nombre de capteurs
Le nombre de capteurs doit permettre un essai global de l’intégralité de la structure éprouvée, avec une
analyse de localisation zonale, linéaire et/ou planaire (le cas échéant). Si la paroi de la bouteille n’est
pas accessible, d’autres solutions, avec leurs éventuelles limites, doivent être proposées afin d’effectuer
l’essai global de la structure (capteurs installés à demeure ou installation de perches d’accès, par
exemple lors de la fabrication), conformément au présent document.
7.2.2.3 Distance entre capteurs
Les performances du système d’acquisition doivent généralement être vérifiées au moyen d’une mine
de crayon en graphite 2H d’un diamètre de 0,5 mm et d’une longueur de (3,0 ± 0,5) mm, maintenue par
un porte-mine approprié (méthode Hsu-Nielsen).
La courbe d’atténuation est obtenue en réalisant des mesures dans au moins deux directions à 45°, l’une
étant de préférence celle de l’axe ou celle de la circonférence. Six points de mesure au minimum doivent
être répartis sur la distance de détection d’un capteur haute fréquence, avec au moins trois ruptures de
mine par point.
Pour chaque direction évaluée, l’amplitude de chaque rupture de mine doit être enregistrée afin de
déterminer la distance maximale de détection par un capteur, laquelle correspond à l’intersection
entre la courbe d’atténuation et le seuil de détection d’émission acoustique. Le nombre de capteurs doit
ensuite être déterminé en fonction de la distance maximale de détection et du type de localisation.
Il convient en outre de procéder à l’essai de rupture de mine de crayon dans le plan comme hors du plan
afin de vérifier que la mesure de l’atténuation est correcte.
7.2.2.4 Localisation zonale
Le nombre de capteurs et leur positionnement doivent permettre la détection, par au moins l’un d’eux,
de toute simulation de type Hsu-Nielsen sur la structure, avec une amplitude mesurée supérieure au
seuil d’évaluation d’émission acoustique (valeur maximale du seuil d’acquisition). La distance maximale
entre capteurs ne doit pas excéder 1,5 fois la distance de détection du capteur au seuil de détection.
L’algorithme de localisation utilisé pour chaque type de bouteille doit être consigné pour assurer la
répétabilité d’essais similaires.
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7.2.3 Mode opératoire
7.2.3.1 Couplage des capteurs
La surface d’un matériau composite n’étant pas régulière à l’échelle d’un capteur, les ca
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.