12/05/2015
1
Institut Mines-Télécom
Emission acoustique couplée à la thermogravimétrie
Solution innovante pour l’étude de la corrosion à haute
température des métaux et alliages
Axe 3 : Projet IREINE
Travaux de thèse Omar Al Haj
Véronique Peres
Centre Spin
Institut Mines-Télécom
Corrosion catastrophique par metal dusting des
alliages base fer ou nickel en atmosphère
réductrice avec une forte activité carbone (ac > 1)
400°C-700°C (pétrochimie, chimie)
Oxydation catastrophique des alliages de Zr
700°C-900°C (conditions accidentelles dans
les centrales nucléaires)
2 26/01/2015
Contexte
V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
Anticiper les ruptures et prévoir la durée de vie des équipements industriels
Monitoring en continu des installations au moyen de l’émission acoustique (EA)
12/05/2015
2
Institut Mines-Télécom
Cracks Transmission
ondes Guide
d’onde
Amplification Acquisition &
processing
Validation à l’échelle laboratoire
Conception d’équipements adaptés aux conditions sévères
Solution INNOVANTE: ATG & EMISSION ACOUSTIQUE
Attribution des signaux EA aux phénomènes émissifs de la corrosion
3
Contraintes de la corrosion à haute température
26/01/2015 V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
Onde élastique (fissure)
Institut Mines-Télécom 4 26/01/2015
Développement d’un dispositif spécifique
V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
12/05/2015
3
Institut Mines-Télécom
Reference
Guide d’onde Al2O3
O. Alhaj, V. Peres, E. Serris, F. Grosjean, J. Kittel,
J F. Ropital, M. Cournil, Sensors letter (2014) vol
12
Equipement (TAG Setaram, instrumenté EA MISTRAS)
26/01/2015 5
Basse
température
Haute température
V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
Institut Mines-Télécom
A B
C
Test Hsu-Nielsen (AFNOR NF EN 1330-9) :
A : 100 dBEA
B : 100 d BEA
C : 100 dBEA
surface [D]: 90 dBEA
Pencil lead tip Break:
Diameter: 0.5mm -0.3 mm
Length : 3 +/- 0.5 mm
Test à température ambiante
D
26/01/2015
V.
Peres
–
PRES
SIC /
SPIN
/ LGF
6
12/05/2015
4
Institut Mines-Télécom
Test haute température : Oxydation Zircaloy-4 à 900°C
7 26/01/2015 V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
Institut Mines-Télécom
Ea test à blanc(▲) Oxydation Zircaloy-4 (●)
26/01/2015
V.
Peres
–
PRES
SIC /
SPIN
/ LGF
8
12/05/2015
5
Institut Mines-Télécom 26/01/2015 9
Signaux acoustiques émis pendant la corrosion et au
refroidissement
V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
Institut Mines-Télécom
Energie cumulée et fissuration
26/01/2015 10 V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
12/05/2015
6
Institut Mines-Télécom
Corrosion par Metal dusting
11 26/01/2015 V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
Institut Mines-Télécom
He O2 i-C4H10 + H2 + He He
He
12 26/01/2015 12
Metal dusting : fer pré-oxydé à 650 °C
V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
12/05/2015
7
Institut Mines-Télécom
Oxydation Réduction
Avant EA Fin de l’essai
45 µm
26/01/2015 V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
13
Caractérisations (MEB)
Institut Mines-Télécom 14
Proposition de mécanisme
14
45 µm
Emission Acoustique
1. Oxydation 2. Réduction
3. Carburation
C
Fe3C 3 Fe + C
Décomposition de la cémentite (Fe3C) effet chimique
Décomposition de la matrice métallique expansion volumique du dépôt de
carbone
26/01/2015 V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
12/05/2015
8
Institut Mines-Télécom
Conclusions & perspectives
15 26/01/2015
Essais industriels : sonde de corrosion à haute température instrumentée avec EA
Cyclage thermique : acier inox 304L sous air à 1000 °C
Faisabilité TGA/EA à haute température et vapeur d’eau (Programme PIA DENOPI – IRSN,
oxydation du Zircaloy-4)
Contact pôle de compétitivité Materalia, IRT-M2P de Metz Projet metal dusting (partenaires
industriels : TOTAL, Vallourec, ArcelorMittal, Air Liquide et DCNS…)
Conclusions
Perspectives
Savoirs faire:
o Conception des guides d’onde (propagation des ondes) / haute température
(comportement des matériaux)
o Traitement des données pour isoler les signaux spécifiques de la corrosion de
ceux du bruit de fond (seuil de détection très bas)
Complémentarité des connaissances mécanismes de corrosion & analyse des signaux
acoustiques
Equipement unique
Omar Alhaj recruté par Mistras
V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF
Institut Mines-Télécom
Omar Al haj Richard Drogo
Eric Serris Michel Cournil Véronique Peres
François Grosjean ; Jean Kittel ; François Ropital
26/01/2015 V. Peres– PRESSIC / SPIN / LGF 16
Partenaires industriels : IFPEN RHODIA, MISTRAS
Partenaires académiques : LEPMI(INPG), MATEIS (INSA)
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