制造缺陷對車用氣瓶安全性能的影響

杜玉玲

沈陽特種設(shè)備檢測研究院 遼寧沈陽 110042

伴隨著中國汽車數(shù)量的增長，推廣天然氣汽車不但符合天然氣經(jīng)濟效益的發(fā)展戰(zhàn)略，而且可以高效地與能源缺乏和空氣污染的狀況對抗。近年來，用于車輛的壓縮天然氣瓶的制造商和生產(chǎn)的數(shù)量都發(fā)展迅速。這種類型的氣瓶可耐高壓（20MPa）、活動容器、可在艱苦的工作條件使用、疲勞載荷（15，000次）和高事故隱患等特征。因此，國家相關(guān)規(guī)定設(shè)定了階段性設(shè)計和生產(chǎn)基本過程和檢驗條件。此外，在生產(chǎn)過程中一些接口要求很容易被忽略，公司的制造和管理非常不符合系統(tǒng)的要求，為了確保質(zhì)量，影響測試數(shù)據(jù)的可靠性，可能會造成廢品，并且會使不符合要求的低質(zhì)量氣瓶出現(xiàn)在社會使用中。

1 制造缺陷的類型

1.1 氣瓶材料的腐蝕作用

用于內(nèi)膽的材料：通常，公眾所談?wù)摰募夹g(shù)方法是在氣瓶的內(nèi)膽中使用鋼作為原料，而填充物是天然氣。盡管天然氣在填充之前必須要先經(jīng)過脫硫、脫水和去除油的工序，但它仍具有水解作用（最大氫含量為20mg/m3），但是當鋼內(nèi)膽中仍然殘留水時，大部分硫化氫就會溶解在水中，它將使鋼降解（在低于250攝氏度的狀況下，干燥的硫化氫不會使鋼變質(zhì)），這種腐蝕效果對氣瓶的內(nèi)膽材料有很大的影響，并且具有損害作用。硫化氫與水接觸時會離子化，氫的積累會向鋼的周圍擴散，當氫在一定程度上局部積累時，會導(dǎo)致金屬脆性下降[1]。

1.2 組批雜亂

如果進行氣瓶控制和電池控制測試，則可以考慮將具有相同原料罐數(shù)量、直徑、處理技術(shù)和熱處理標準的連續(xù)爐作為一組觀察對象。車載氣瓶的數(shù)量通常不應(yīng)超過200（包括設(shè)計用于故障測試的氣瓶）。但是加工廠仍然存在問題，大多數(shù)缺陷反映了由于不合格材料的存儲而導(dǎo)致的雜亂現(xiàn)象，未及時記錄氣瓶的內(nèi)部編碼，不同的熔爐數(shù)量以及破損的車輪數(shù)量。每個氣瓶都不一樣，甚至樣本測試也無法反映氣瓶的性能，因此無法實現(xiàn)有效的監(jiān)控，這可能導(dǎo)致批量的存儲管理無法控制。

1.3 制度執(zhí)行不嚴格

氣瓶的設(shè)計和制造許可需要由評估設(shè)計文件和型式測驗系統(tǒng)的系統(tǒng)通過批準，例如每種氣瓶的設(shè)計方案應(yīng)由評估單元批準，并在必要時可在通過相關(guān)的型式測驗后再進行提交，生產(chǎn)單位通常會理解這一點。但是當更改原始設(shè)計的某些部分時，應(yīng)將某些部分視為設(shè)計，并且必須用于設(shè)計文檔再次更改和評定，例如體積和長度的更改、閥門更改、生產(chǎn)過程更改以及最終形狀更改等等。完成設(shè)計評估后，需要進行一些修改以及要通過類型檢查，然后再進行資格鑒定。

1.4 氣瓶制造技術(shù)不合格

我們國內(nèi)的氣瓶制造商已經(jīng)在2009年就發(fā)布了國家標準，其中并未對氣瓶內(nèi)膽使用的材料和制作工藝進行詳細的規(guī)定。為了達到國安家明確的要求，中國公司生產(chǎn)的氣瓶主要由鋼管制成。采取鋼制造氣瓶時，其仍然存在生產(chǎn)缺陷，通常表現(xiàn)為以下情況：

（1）扭曲并形成鋼管時，在瓶肩部的表面和內(nèi)側(cè)更容易出現(xiàn)折痕和開裂，從而影響剛度。

（2）在內(nèi)膽的熱處理過程中，難以保證其機械性能的均勻和一致性。

（3）剝離和固化過程往往不能完全固化，導(dǎo)致氣瓶表面不光滑。

1.5 熱加工方式問題

現(xiàn)在，通常通過縮小無縫鋼管的瓶口并關(guān)閉底部來處理汽車氣瓶，熱軋生產(chǎn)過程受諸如中間溫度控制、工具和設(shè)備的溫度控制以及生產(chǎn)精度等因素的影響。這些常見問題將對產(chǎn)品質(zhì)量造成重大損害，將引起壓力并影響產(chǎn)品疲勞周期。測試該有缺陷的產(chǎn)品是否在壓力循環(huán)中破裂了10，000次以上，并且不符合標準的“未破裂，第一次泄漏”（LBB）[2]。

1.6 瓶閥錯配

車輛的氣瓶閥門、型號和面積被視為氣瓶設(shè)計文件的組成部分。熔塞閥和爆破片組合的泄放面積必須比計算中需要的面積寬，以確保氣瓶的安全，通過連接溫度升高后，壓力可以迅速降低。但是，GB17296《車輛用壓縮天然氣瓶閥》中的表述并未反映瓶閥的直徑。由于這個原因，制造商經(jīng)常執(zhí)行標準化的存儲程序，而忽略了直徑，這樣通常會導(dǎo)致工廠閥門的不一致，特別是在大容量的氣瓶中非常常見，并對氣瓶的安全構(gòu)成了嚴重的隱患。

1.7 纏繞層重修

氣瓶的復(fù)合層會導(dǎo)致諸如纖維撞擊、斷裂、異常固化、機械損壞和氣泡等問題。這可以通過恢復(fù)風(fēng)層來恢復(fù)。硬化后，很難剝離，因此需要花費大量的時間和精力進行維修和維護，而且很容易損壞內(nèi)膽。為此，制造商應(yīng)制定專業(yè)的維修方法，并限制維修工具、方法、打磨和測試程序。為了獲得“由內(nèi)部儲罐中的壓力引起的塑性變化，導(dǎo)致在零壓力下氣缸內(nèi)的抗拉力下降”，必須對產(chǎn)品進行維修，并在包裝后對壓力進行測試。

1.8 疲勞試驗不準確

車輛氣瓶的疲勞測試是對瓶子進行成組采樣。如果測試數(shù)據(jù)滿足特定要求的價格在10批以上，則后續(xù)測試的頻率將根據(jù)測試降低，并且測試頻率可能會每10抽批變化一次或每5批抽變化一次。如果設(shè)備無法正確控制測試，則對于多個模型和多個測試，疲勞測試通常會被取消或執(zhí)行不正確。此外國家標準規(guī)定，疲勞測試期間氣瓶壓力循環(huán)的速度不應(yīng)超過每分鐘10次。一些操作員加快個人測試速度為了達到節(jié)省時間的目的，從而導(dǎo)致測試結(jié)果失真。結(jié)果不能證明氣瓶疲勞程度的真實表現(xiàn)。

2 結(jié)語

本文提出了汽車氣瓶的使用及其對氣瓶安全性影響的常見因素，包括許多相互作用、介入、方法、材料、熱處理、非標準產(chǎn)品的檢查和測試以及控制。通常情況下，汽車氣瓶的廢料生產(chǎn)工作量大、工序復(fù)雜、生產(chǎn)復(fù)雜、連續(xù)性高。每個部門中的缺陷都會嚴重影響下一個過程，甚至影響氣缸的最終運行[3]。