气瓶检验员培训讲稿车用CNG缠绕气瓶制造部分.ppt

对气瓶材料的选择 1．内胆材料的选用 （1）内胆材料的基本要求： 车用压缩天然气钢质内胆纤维环向缠绕气瓶材料应具有较高强度、良好的塑性和足够的韧性，以 保证气瓶的安全可靠。 由于环向缠绕气瓶所充装的介质为天然气，尽管天然气在充装前经过脱硫、脱水、脱轻油处理，其硫化氢含量较低，但气瓶中残存有水时，水中溶入大量的硫化氢，会对气瓶产生腐蚀作用，并可能 产生硫化氢应力腐蚀（SCC）。这就要求严格限制材料的硫、磷含量，以提高材料的抗应力腐蚀性能。 （2）《车用气瓶安全技术监察规程》和 GB24160-2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》 对钢质内胆材料的一般规定： ① 应是电炉或氧气转炉冶炼的无时效性镇静钢。 ② 应选用优质铬钼钢。 ③ 应具有良好的低温冲击性能。 ④ 应符合其相应的国家标准或行业标准的规定，并有质量合格证明书。环向缠绕气瓶制造单位应 按炉罐号进行各项指标的验证分析。 ⑤ 材料的化学成分限定符合标准的要求，其化学成分允许偏差应符合 GB/T 222《钢的成品化学成 分允许偏差》的规定。 ⑥ 钢坯低倍组织不允许有白点、残余缩孔、分层、气泡、异物和夹杂；中心疏松不应大于 2.0 级， 偏析不应大于 2.5 级。 ⑦ 无缝钢管的直线度应不大于 1.5mm/m，圆度应不大于外径允许偏差的 80%。钢管的内外表面 不得有裂纹、折叠、轧折、离层和结疤。若有缺陷必须完全清除，清除处应光滑，清除后的实际壁厚 不得小于壁厚允许的小值。无缝钢管应由钢厂按 GB/T 5777《无缝钢管超声波探伤检验方法》的规 定逐根进行纵向和横向超声波探伤检验，应符合验收等级 C5 的规定。 2．缠绕层材料的选用 由于气瓶反复地进行充装，因此要求缠绕层在持续载荷和循环加载下应有非常高的安全可靠性， 纤维和树脂材料的选用和匹配直接影响环向缠绕气瓶的安全性能。 （1）纤维的选用 纤维增强层的主要作用是保证产品在受力的情况下，具有足够的强度、刚度和稳定性。其中纤维是主要的承载体，树脂只是对纤维起粘结作用，并在纤维之间起着分布和传递载荷的作用。因此选择高强度、高弹性的增强纤维和性能良好的树脂是提高结构承载能力的重要因素。复合材料所用的增强 材料主要有三类：碳纤维、Kevlar 纤维（也叫芳纶纤维）和玻璃纤维。 不论从设计优化方面考虑，还是从经济方面考虑，选用玻璃纤维作为增强层材料性价比都是高 的。我国的环向缠绕气瓶增强层材料一般都采用玻璃纤维。 玻璃纤维不燃烧，耐高温性能好。它具有强度高、延伸率大、抗冲击性能好、价格低廉等特点。 但也存在弹性模量小、密度大、比刚度低、不耐磨、易折断、易受机械损伤和长期放置强度稍有下降 的缺点。 （2）树脂基体的选用 基体材料起粘接纤维的作用，以剪切力的形式向纤维传递载荷，并保护纤维免受外界环境的损伤。 根据环向缠绕气瓶的使用特性，要求缠绕所用的树脂须具有较高的韧性，否则在气瓶受内压作用时会因内胆和复合材料延伸率差别过大而在界面上产生轴向和环向应力，使复合材料层与内胆脱粘， 不能作为一个整体同时受力，影响材料性能的发挥。 浸渍材料可以是热固性或热塑性树脂。适合的基体材料有：环氧、改性环氧、聚脂和乙烯类热固 性树脂和聚乙烯、聚酰胺热塑性树脂。 环向缠绕气瓶采用的树脂一般为环氧树脂。 GB24160-2009对设计的要求 GB24160-2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》标准是修改采用 ISO 11439：2000《气 瓶—车用天然气高压气瓶》（英文版）有关 CNG-2 型气瓶部分制订的。ISO 11439 标准属于性能导向型标准，其原则是如果产品通过所有试验，则产品是安全的。因此，ISO 11439 标准不指定设计公式， 而是要求对设计进行适当的分析验证，保证产品可通过试验。 环向缠绕气瓶的强度设计理论 目前，对环向缠绕气瓶的力学计算，一般都是采用网格理论分析。其基本假设如下： （1）瓶体是由连续纤维缠绕构成，纤维分布均匀、对称。 （2）对树脂不计承载能力。 （3）纤维只承受拉应力，没有抵抗弯曲和剪切变形的能力。 在单向受力情况下，要求纤维安放在主应力方向上，纤维用量则可由受力大小来计算。 具体要求如下： （1）不提供设计公式，但要求设计时进行适当的计算、分析和论证，以使环向缠绕气瓶能顺利地 通过本标准所规定的材料、型式和批量等试验。 （2）设计应保证环向缠绕气瓶在正常使用期间，由于承压部件质量退化而引起的失效模式为“未爆 先漏”。如果金属内胆发生泄漏，只应是由于疲劳裂纹的扩展所致。 （3）设计时，内胆材料屈服强度的保证值应不超过抗拉强度保证值的 90%。应对内胆材料的实测抗拉强度进行控制，热处理后内胆材料的大抗拉强度不得超过880MPa。 车用压缩天然气钢质内胆用材，当材料的实际抗拉强