GBT 42612 车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶 法规解读

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GB/T 42612

• 1. 范围
  • 气瓶的设计和制造
  • 公称工作压力：35Mpa和70Mpa；
  • 公称容积：20L ≤ V ≤ 450L；
  • 工作温度：-40℃ ≤ V ≤ 85℃；
  • 用途：固定在机动车辆上，用于盛装氢气燃料的，可重复充装的气瓶
• 2. 引用
  • 略
• 3. 术语和定义，符号
  • 术语和定义
    • 塑料内胆 Plastic Liner
      • 外部缠缠碳纤维，用于密封气体，按不承受压力载荷进行设计的内层塑料壳体
    • 无缝塑料内胆 seamless plastic liner
      • 一体成型，没有拼接焊缝的塑料内胆
    • 焊接塑料内胆 welded plastic liner
      • 有拼接焊缝的塑料内胆
    • TPRD端塞 Thermall-activated pressure relief device end plug
      • 装有温度驱动安全泄压装置，并具备盲堵功能的端塞
    • 全缠绕 fully-wrapping
      • 螺旋和环向缠绕
    • 全缠绕气瓶 fully-wrapped cyliner
      • 全缠绕后并经加热固化成型的气瓶
    • 公称工作压力 nominal working pressure
      • 气瓶在基准温度15℃下的限定充装压力
    • 许用压力 allowable pressure
      • 充装和使用过程中，气瓶所允许承受的最大压力
    • 气瓶批量 batch of gas cylinder
      • 子主题
    • 内胆批量 batch of liner
      • 子主题
    • O型密封圈批量 batch of O-ring
      • 子主题
    • 设计使用年限 service life
      • 规定使用条件下，气瓶允许使用的年限
    • 纤维应力比 fiber stress ratio
      • 在最小设计爆破压力下的碳纤维应力与公称工作压力下的碳纤维应力之比
    • 内胆屈曲 liner bucking
      • 在压应力作用下，内胆失去原有规则几何形状而导致的失效
    • 泄露 leakage
  • 符号
    • b
      • 错边量
        • mm
    • K
      • 焊缝卷边中心高度
        • mm
    • • 气瓶设计循环次数
        • 次
    • • 镍当量
        • %
    • P
      • 气瓶公称工作压力
        • Mpa
    • • 气瓶最小设计爆破压力
        • Mpa
    • • 气瓶爆破压力期望值
        • Mpa
    • • 水压试验压力
        • Mpa
    • • 气瓶许用压力
        • Mpa
    • t
      • 塑料内胆厚度
        • mm
    • V
      • 气瓶公称容积
        • L
    • • 碳元素在钢中的质量分数
        • %
    • • 铬元素在钢中的质量分数
        • %
    • • 硅元素在钢中的质量分数
        • %
    • • 钼元素在钢中的质量分数
        • %
    • • 锰元素在钢中的质量分数
        • %
    • • 镍元素在钢中的质量分数
        • %
• 4. 型式，参数，分类和型号
  • 型式
    • T型
    • S型
  • 参数
    • 公称工作压力为35Mpa或70Mpa
    • 公称容积允许偏差
      • 20L ≤ V ≤ 120L， +5.00%
      • 120L ＜ V ≤ 450L， +2.50%
  • 分类
    • A类：35Mpa
      • A1
      • A2
    • B类：70Mpa
      • B1
      • B2
  • 型号
• 5. 技术要求和试验方法
  • 一般要求
    • 设计使用年限
      • 15年
    • 设计循环次数
      • 11000次
    • 许用压力
      • 应该为公称工作压力的1.25倍
    • 试验参数允差
      • 见附录A
    • 温度范围
      • -40℃ ≤ V ≤ 85℃
    • 氢气品质
      • 符合GB/T37244
    • 工作环境
      • 满足汽车运行过程中的各类机械损伤和化学侵蚀
        • 水
        • 盐水
        • 紫外线
        • 碎石和振动
        • 酸碱溶液和肥料
        • 汽油，液压油，电池酸，乙二醇和其它油脂
        • 汽车废气
    • 日常保养检查
      • 见附录B
  • 材料
    • 一般要求
      • 材料性能应符合国家标准或行业标准规定
      • 材料应经气瓶制造单位复验合格后方可使用
    • 塑料内胆
      • 材料与氢气相容性满足附录C
      • 气瓶制造单位应按批对塑料内胆材料进行复验
        • 熔融峰温 GB/T 19466.3
        • 熔体质量流动速率/熔体体积流动速率 GB/T 3682.1-2018的方法A
        • 表观密度 GB/T 1636-2008
        • 粉体流动性 GB/T 21060-2007
        • 粒度分布 GB/T21843
    • 瓶阀座
      • 材料应采用：
        • 铝合金6061
          • 化学成分：
          • 棒材：GB/T 3191
          • 锻件：GB/T 32249, YS/ T479
        • 奥氏体不锈钢S31603
          • 棒材：GB/T 1220
          • 锻件: NB/T 47010
          • 镍含量≥12%，镍当量≥28.5%，断面收缩率≥70%
      • 材料检验：
        • 气瓶制造单位应按照材料炉号进行化学成分复验
        • 铝合金6061
          • 拉伸试验，GB/T 228.1
        • 奥氏体不锈钢S31603
          • 拉伸试验 GB/T 228.1
          • 冲击试验 GB/T 229
    • O型密封圈
      • 材料应与高压氢气具有良好相容性
      • 温度范围-50℃ ≤ V ≤ 85℃
      • 材料性能满足附录D中的D.2
    • 树脂
      • 环氧树脂或改性环氧树脂，玻璃化转变温度不小于105℃；
      • 气瓶制造单位应按批对树脂进行复验
        • 环氧值GB/T1677
        • 环氧当量GB/T4612
        • 玻璃化转变温度GB/T19466.2
    • 纤维
      • 碳纤维
        • 力学性能应符合气瓶设计文件的规定
        • 气瓶制造单位应按批对碳纤维进行复验，碳纤维线密度和纤维浸胶拉伸强度满足GB/T3362
      • 玻璃纤维
        • 应采用S玻璃纤维或E玻璃纤维
  • 设计
    • 碳纤维
      • 碳纤维应连续无捻且强度级别相同
    • 塑料内胆
      • 无纵向焊接接头，且环向焊接接头小于等于2道
    • 瓶阀座
      • 静强度
      • 疲劳寿命
      • 与塑料内胆连接接头的静强度和密封性能
      • 瓶口螺纹宜采用 GB/T 192、 GB/T 196、 GB/T 197或GB/T 20668规定的直螺纹，螺纹长度应大于瓶阀螺纹的有效长度；
      • 瓶口螺纹在水压试验压力下的切应力安全系数应≥4，计算螺纹切应力安全系数时，剪切强度取0.6倍的材料抗拉强度保证值；
    • 气瓶
      • 水压试验压力应≥1.5倍公称工作压力
      • 气瓶设计时应建立气瓶有限元分析模型
        • 公称工作压力
        • 水压试验压力
        • 最小设计爆破压力
      • 纤维应力比
      • 两端应设置固定在气瓶肩部的保护罩
  • 制造
    • 一般要求
      • 批次管理
        • 内胆
          • 每批次成品数量不大于200只（不包括破坏性试验的数量）
        • 气瓶
          • 每批次成品数量不大于200只（不包括破坏性试验的数量）
        • O型圈
          • 每批次成品数量不大于1000只
      • 车间
        • 气瓶生产车间应按工艺文件规定控制环境温度和湿度
      • 由自动化设备和连续工艺完成
        • 塑料内胆成型
        • 纤维缠绕
        • 气瓶固化
    • 塑料内胆
      • 成型工艺
        • 注塑
          • 注塑温度
            • 模具温度
            • 料筒温度
            • 喷嘴温度
          • 注射及保压压力
          • 注射及冷却时间
        • 吹塑
          • 吹塑温度
            • 模具温度
            • 料筒温度
          • 吹塑压力
          • 吹气速度
          • 吹胀比
          • 冷却时间
        • 挤塑
          • 挤出温度
            • 机头温度
            • 料筒温度
          • 真空压力
          • 挤出速度
          • 牵引速度
          • 冷却温度
        • 滚塑
          • 滚塑温度
          • 模具旋转速度
          • 冷却时间
      • 焊接
        • 焊接工艺评定
          • 工艺评定按照附录E执行
        • 焊接接头质量检测
          • 采用附录F给出的可视化超声检测方法
          • 如采用其它无损检测方法，其有效性应经试验验证
        • 焊接缺陷：外表面卷边切除后，不应有
          • 未熔合
          • 烧焦
          • 孔洞
          • 肉眼可见的杂质
        • 焊缝检测
          • 检测对象
            • 错边量b
            • 卷边中心高度K
          • 测量精度 0.1mm
          • b应≤内胆厚度t的10%，K应该＞0
        • 焊接接头不合格的塑料内胆应报废
      • 瓶口螺纹
        • 螺纹和密封面应光滑平整，不应有
          • 倒牙
          • 平牙
          • 牙双线
          • 牙底平
          • 牙尖
          • 牙阔
          • 螺纹表面上的明显跳动波纹
      • 纤维缠绕
        • 缠绕前
          • 应清洁塑料内胆外表面
        • 缠绕过程应记录
          • 定位尺寸
          • 纤维张力
          • 充气压力
        • 固化时
          • 固化温度不应对内胆性能产生影响
          • 记录时间
          • 记录温度
          • 记录内压
  • 附件
    • 瓶阀 GB/T- 42536
    • TPRD 动作温度110±5℃
    • 气瓶安全协防量和泄压装置额定排量按 GB/T 33215计算，泄放系数取0.975，对于B类和容积大于100L的A类气瓶，泄放通径加1.5mm计算泄压额定排量，并通过火烧试验
  • 内胆合格指标和试验方法
    • 内胆、壁厚和制造偏差
      • 指标
        • 质量≥设计质量
        • 壁厚≥设计壁厚
        • 筒体外直径平均值与公称外直径之差≤公称外直径的1%
        • 筒体同一截面上最大外直径与最小外直径之差≤公称外直径的2%
        • 筒体直线度≤筒体长度的0.3%
      • 试验方法
        • 质量采用电子数字秤进行测量，最大称量未常用称量值的1.5倍到3倍，允许误差符合JJG 539-2016中表1规定的中准确度级要求；
    • 内外表面
      • 指标
        • 内外表面无污物
        • 无鼓包、褶皱、重叠以及边缘尖锐的表面压痕
      • 试验方法
        • 充足光线下进行目视检查，必要时使用内窥灯或工业5内窥镜对内表面进行检查
    • 母材拉伸试验
      • 指标
        • 韧性断裂应力
        • 拉伸断裂应力
        • 拉伸断裂标称应变
      • 试验方法
        • 按图示取样12段
          • 无缝塑料内胆
          • 焊接塑料内胆（含有一道环向焊接接头）
          • 焊接塑料内胆（含有2道环向焊接接头）
          • 吹塑内胆（含有四道合模线）
        • 试样分成3组，按照GB/T 1040.1和GB/T 1040.2的规定，采用1B型试样，在23，-50，90℃下拉伸，10mm/min
    • 焊接接头检测
      • 材料
        • 指标
          • 韧性断裂应力
          • 拉伸断裂应力
          • 拉伸断裂标称应变
        • 试验方法
          • 按图示取样12段
            • 无缝塑料内胆
            • 焊接塑料内胆（含有一道环向焊接接头）
            • 焊接塑料内胆（含有2道环向焊接接头）
            • 吹塑内胆（含有四道合模线）
          • 试样分成3组，按照GB/T 1040.1和GB/T 1040.2的规定，采用1B型试样，在23，-50，90℃下拉伸，10mm/min
      • 尺寸
        • 指标
          • 熔融宽度
        • 实验方法
          • 按图示取样12段
            • 无缝塑料内胆
            • 焊接塑料内胆（含有一道环向焊接接头）
            • 焊接塑料内胆（含有2道环向焊接接头）
            • 吹塑内胆（含有四道合模线）
          • 测量宽度，精度0.1mm
    • 维卡软化温度
      • 含义：维卡软化温度是指当匀速升温时，某一负荷条件下，横截面积为1mm2的标准压针刺入热塑性塑料1mm深时的温度
      • 指标
        • PE聚乙烯（含改性聚乙烯）≥115℃
        • PA聚酰胺（含改性聚酰胺）≥135℃
      • 试验方法
        • GB/T 1633-2000中的A50
    • 瓶阀座和塑料内胆连接接头
      • 尺寸
        • 指标
          • 有效螺距数
          • 螺纹牙型，尺寸，公差和表面粗糙度
        • 试验方法
          • GB/T 3934进行测量
      • 气密性
        • 0.2Mpa，保压时间大于1min
      • 解剖检查
        • 瓶阀座与塑料内胆连接接头处目视检查
    • O型密封圈
      • 指标
        • 符合GB/T 42612的D.3的规定
          • 外观
          • 尺寸
          • 硬度
          • 断裂拉伸强度
          • 拉断伸长率
          • 压缩永久变形率
          • 硬度变化
          • 氢气损伤
      • 试验方法
        • GB/T 42612的D.3
  • 气瓶合格指标和试验方法
    • 1. 缠绕层力学性能
      • a. 层间剪切试验
        • 指标
          • 层间剪切强度≥34.5Mpa
        • 试验方法
          • 按GB/T 42612的附录G
      • b. 拉伸试验
        • 指标
          • 拉伸强度≥设计制造单位保证值
        • 试验方法
          • 按照GB/T 1458的规定进行试验，有效试样数量≥6件
    • 2. 缠绕层外观
      • a. 指标
        • 缠绕层
          • 无纤维裸露
          • 无纤维断裂
          • 无树脂积瘤、分层
          • 无纤维未浸透
        • 标签
          • 无褪色
          • 无文字模糊
      • b. 试验方法
        • 目视
    • 3. 水压试验
      • a. 指标
        • 瓶体不应泄露或明显变形
        • 气瓶弹性膨胀量小于极限弹性膨胀量
      • b. 试验方法
        • 按照GB/T 9251的规定，试验压力为1.5倍工作压力，保压30s
    • 4. 气密性试验
      • a. 指标
        • 氢气泄露率≤6mL/(h*L)
      • b. 试验方法
        • 用水压试验合格后的气瓶
        • 按照附录H的规定，温度15±5℃
    • 5. 水压爆破试验
      • a. 指标
        • 气瓶爆破压力为0.9Pb0~1.1Pb0
        • 气瓶爆破压力大于等于Pbmin
      • b. 试验方法
        • 按照GB/T 15385
        • 试验压力大于1.5倍公称工作压力时，升压速率≤1.4Mpa/s
        • 升压速率≤0.35Mpa/s时，可直接加压至爆破
        • 升压速率＞0.35Mpa/s且小于1.4Mpa/s时，如果气瓶处于压力源和测压装置之间，可以加压至爆破，否则应在最小设计爆破压力下保持至少5秒后再继续加压至爆破；
    • 6. 常温压力循环试验
      • a. 指标
        • A1类和B1类气瓶
          • 22000次循环无泄露或破裂，44000次或至泄露时不应破裂
        • A2类和B2类气瓶
          • 11000次循环无泄露或破裂，22000次或至泄露时不应破裂
      • b. 试验方法
        • GB/T 9252, 2Mpa~1.25倍公称工作压力，压力循环频率≤10次/min
    • 7. 火烧试验
      • a. 指标
        • 热电偶温度达到附录I规定的范围
        • 从点火到TPRD打开的时间应≥10min
        • 气体通过TPRD泄放，气瓶不应爆破
      • b. 试验方法
        • 按照附录I
    • 8. 扭矩试验
      • a. 指标
        • 氢气漏率≤6mL/(h*L)
      • b. 试验方法
        • 固定瓶体后，使用扭矩扳手对瓶阀座施加2倍设计最大扭矩，按照5.7.4.2的规定进行气密性试验
    • 9. 极限温度压力循环试验
      • a. 指标
        • 无纤维松开，气瓶泄露或破裂现象
        • 水压爆破试验时，爆破压力应≥1.8倍公称工作压力
      • b. 试验方法
        • 高温压力循环
          • 温度≥85℃，相对湿度≥90%
          • 按照GB/T9252的规定进行压力循环试验，循环压力下限2Mpa，上限≥1.25倍公称工作压力，循环频率≤10次/min，压力循环次数4000次
          • 试验过程中应保证气瓶表面积瓶内试验介质的温度≥85℃；
        • 低温压力循环
          • 温度≤-40℃
          • 按照GB/T9252的规定进行压力循环试验，循环压力下限2Mpa，上限≥0.8倍公称工作压力，循环频率≤10次/min，压力循环次数4000次
          • 试验过程中应保证气瓶表面积瓶内试验介质的湿度≤-40℃；
        • 水压爆破试验
          • 对经过高温和低温压力循环试验的气瓶，按照5.7.5.2的规定进行水压爆破试验
    • 10. 加速应力破裂试验
      • a. 指标
        • 爆破压力≥1.8倍公称工作压力
      • b. 试验方法
        • 温度≥85℃，将气瓶加水压至1.25倍公称工作压力，在此温度和压力下静置1000h，再按照5.7.5.2的规定进行水压爆破试验；
    • 11. 裂纹容限试验
      • a. 指标
        • A1类
          • 前7500次压力循环内，不应泄露或破裂，继续循环至设计循环次数Nd之前，瓶体不应破裂；
        • A2类
          • 前3000次压力循环内，不应泄露或破裂，继续循环至设计循环次数Nd之前，瓶体不应破裂；
      • b. 试验方法
        • 在靠近气瓶端部的筒体外表面沿轴向用宽度1mm~1.5mm的刀具加工2条裂纹
          • 一条位于气瓶的瓶阀端，长度25mm，深度≥1.25mm；
          • 一条位于气瓶的另一端，长度200mm，深度≥0.75mm；
        • 按照GB/T 9252的规定进行压力循环试验
          • 循环压力下限2Mpa，上限≥1.25倍公称工作压力；
          • 压力循环频率≤10次/min；
          • 循环次数为设计循环次数Nd；
    • 12.环境试验
      • a. 指标
        • 试验过程中，瓶体不应泄露，试验后，其爆破压力≥1.8倍工作压力
      • b. 试验方法
        • 气瓶放置和区域划分
          • 在气瓶筒体划分3个明显区域，以进行摆锤冲击和化学暴露，每个区域的直径为100mm；
            • 摆锤冲击预处理
              • 预处理时气瓶固定且无内压，冲击能量应≥30J
            • 暴露用环境液体
              • 在3个经摆锤冲击预处理的区域表面，分别放置厚度1.0mm，直径100mm的玻璃棉衬垫，滴入足够的化学试剂，加盖速率薄膜
                • 19%体积分数的硫酸水溶液
                • 10%体积分数的乙醇汽油溶液
                • 50%体积分数的甲醇水溶液
            • 压力循环
              • 2Mpa-1.25倍公称工作压力，升压速率≤2.75Mpa/s，压力循环次数3000次
            • 保压
              • 1.25倍公称工作压力
              • 保压24小时
              • 同时进行化学腐蚀+保压+压力循环，时间至少48小时；
            • 水压爆破试验
              • 5.7.5.2
    • 13.跌落试验
      • a. 指标
        • 跌落后，肩部保护罩不应脱落
        • A1类
          • 前7500次常温压力循环内，不应破裂或泄漏，继续循环之设计循环次数Nd之前不应破裂
        • A2类
          • 前3000次常温压力循环内，不应破裂或泄漏，继续循环之设计循环次数Nd之前不应破裂
      • b. 试验方法
        • 水平跌落
          • 1.8米
        • 垂直跌落
          • 0.1米≤H≤1.8米
        • 45°跌落
          • 最小高度≥0.6米，质心高度1.8米
        • 跌落后，进行常温压力循环试验，循环次数为气瓶设计循环次数Nd
    • 14.氢气循环试验
      • a. 指标
        • 氢气泄漏率≤6mL/(h*L)
        • 解剖后内胆、内胆和瓶阀座连接出无疲劳裂纹、塑料内陷、O型圈老化或静电放电损伤
      • b. 试验方法
        • 下限2Mpa，上限≥1.25倍公称工作压力；
        • 充氢速率≤60/s，充氢过程瓶内温度≤85℃；
        • 放氢速率≥实际使用时气瓶最大放氢速率，过程中气瓶表面温度≥-40摄氏度；
        • 氢气循环次数1000次，分2组进行，每组500次；第一组常温环境，循环后1.15倍公称压力在55℃环境静置30h，第二组在环境温度为-30℃和50℃条件下分别250循环；
    • 15.枪击试验
      • a. 指标
        • 气瓶不破裂
      • b. 试验方法
        • 氢气或氮气加压至公称压力
        • 射击
          • 使用7.62mm穿甲弹以850m/s的速度设计气瓶，距离45m；
          • 或使用HV≥870，直径为6.08mm-7.62mm，质量为3.8g-9.75g的锥形钢制弹头以850m/s的速度射击气瓶，射击能量≥3300J;
          • 射击角度90°；
    • 16.常温渗透试验
      • a. 指标
        • 氢气泄露率≤6ml/(h*L)
      • b. 试验方法
        • 15±5℃
        • 公称工作压力，保压12h
        • 每12小时测量一次氢气渗透量，至少连续测量3次，直至两次值之差≤前一次测量值的±10%；记录曲线；
    • 17.耐久性试验
      • a. 指标
        • 在水压试验、跌落试验、表面损伤试验、环境试验、加速应力破裂试验、极限温度压力循环试验和常温静压试验过程中，气瓶不应泄漏或破裂，在剩余强度液压爆破试验中，气瓶爆破压力应≥0.8Pb0；
      • b. 试验方法
        • 抽取一只气瓶，按照下图顺序进行试验
    • 18.使用性能试验
      • a. 指标
        • 在水压试验、常温和极限温度气压循环试验、极限温度渗透试验和常温静压试验过程中，气瓶不应泄漏或破裂；
        • 在极限温度渗透试验中，渗透达稳定状态的时间应≤500h，稳定状态是的氢气漏率≤46ml/(h*L),
        • 每个泄漏点的氢气漏率均应≤3.6ml/min(0.005mg/s)
        • 在剩余强度液压爆破试验中，气瓶爆破压力应≥0.8Pb0
      • b. 试验方法
• 6. 检验规则
  • 出厂检验
  • 型式试验
  • 设计变更
• 7. 安装和防护
  • 安装
    • 安装空间的设计应防止氢气聚集，氢气可以自由扩散到外部空间
    • 气瓶厂规定瓶阀/TPRD端塞的型号、规格及安装力矩
    • 气瓶制造单位应向车辆制造单位或车载氢系统集成单位提供气瓶的水平安装方式；
    • 车辆制造单位或车载氢系统集成单位应采取设置固定支架、紧固带等措施，防止气瓶在在使用过程中松动
    • A2 和B2类气瓶，车辆制造单位或车载氢系统集成单位在进行结构设计时，应保证日常维护保养时能够清楚观察到气瓶外表面，定期检验时能方便地拆卸气瓶和瓶阀；
  • 防护
    • 对气瓶、瓶阀/TPRD端塞及其连接件进行防冲击保护
    • 车辆制造单位或氢系统集成单位在气瓶上设置保护装置时，保护装置的设计与车辆的连接方法应获得气瓶制造单位同意的书面文件；
    • 充氢时加氢枪与气瓶间宜具备通信和安全联动功能，保证压力和温度不超出气瓶压力和温度允许范围；
    • 对A1和B1类气瓶，车辆结构设计时宜采用强度足够的护板、铠甲等方式进行防护；
• 8. 标志，包装，运输和储存
• 9. 产品合格证和批量检验质量证明书