制造缺陷對(duì)車(chē)用氣瓶安全性能的影響

杜玉玲

沈陽(yáng)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110042

伴隨著中國(guó)汽車(chē)數(shù)量的增長(zhǎng)，推廣天然氣汽車(chē)不但符合天然氣經(jīng)濟(jì)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(duì)抗。近年來(lái)，用于車(chē)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(lèi)型的氣瓶可耐高壓（20MPa）、活動(dòng)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(guó)家相關(guān)規(guī)定設(shè)定了階段性設(shè)計(jì)和生產(chǎn)基本過(guò)程和檢驗(yàn)條件。此外，在生產(chǎn)過(guò)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(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性，可能會(huì)造成廢品，并且會(huì)使不符合要求的低質(zhì)量氣瓶出現(xiàn)在社會(huì)使用中。

1 制造缺陷的類(lèi)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(guò)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(dāng)鋼內(nèi)膽中仍然殘留水時(shí)，大部分硫化氫就會(huì)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(huì)使鋼變質(zhì)），這種腐蝕效果對(duì)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(shí)會(huì)離子化，氫的積累會(huì)向鋼的周?chē)鷶U(kuò)散，當(dāng)氫在一定程度上局部積累時(shí)，會(huì)導(dǎo)致金屬脆性下降[1]。

1.2 組批雜亂

如果進(jìn)行氣瓶控制和電池控制測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)爐作為一組觀察對(duì)象。車(chē)載氣瓶的數(shù)量通常不應(yīng)超過(guò)200（包括設(shè)計(jì)用于故障測(cè)試的氣瓶）。但是加工廠仍然存在問(wèn)題，大多數(shù)缺陷反映了由于不合格材料的存儲(chǔ)而導(dǎo)致的雜亂現(xiàn)象，未及時(shí)記錄氣瓶的內(nèi)部編碼，不同的熔爐數(shù)量以及破損的車(chē)輪數(shù)量。每個(gè)氣瓶都不一樣，甚至樣本測(cè)試也無(wú)法反映氣瓶的性能，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控，這可能導(dǎo)致批量的存儲(chǔ)管理無(wú)法控制。

1.3 制度執(zhí)行不嚴(yán)格

氣瓶的設(shè)計(jì)和制造許可需要由評(píng)估設(shè)計(jì)文件和型式測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)通過(guò)批準(zhǔn)，例如每種氣瓶的設(shè)計(jì)方案應(yīng)由評(píng)估單元批準(zhǔn)，并在必要時(shí)可在通過(guò)相關(guān)的型式測(cè)驗(yàn)后再進(jìn)行提交，生產(chǎn)單位通常會(huì)理解這一點(diǎn)。但是當(dāng)更改原始設(shè)計(jì)的某些部分時(shí)，應(yīng)將某些部分視為設(shè)計(jì)，并且必須用于設(shè)計(jì)文檔再次更改和評(píng)定，例如體積和長(zhǎng)度的更改、閥門(mén)更改、生產(chǎn)過(guò)程更改以及最終形狀更改等等。完成設(shè)計(jì)評(píng)估后，需要進(jìn)行一些修改以及要通過(guò)類(lèi)型檢查，然后再進(jìn)行資格鑒定。

1.4 氣瓶制造技術(shù)不合格

我們國(guó)內(nèi)的氣瓶制造商已經(jīng)在2009年就發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中并未對(duì)氣瓶?jī)?nèi)膽使用的材料和制作工藝進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定。為了達(dá)到國(guó)安家明確的要求，中國(guó)公司生產(chǎn)的氣瓶主要由鋼管制成。采取鋼制造氣瓶時(shí)，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(shí)，在瓶肩部的表面和內(nèi)側(cè)更容易出現(xiàn)折痕和開(kāi)裂，從而影響剛度。

（2）在內(nèi)膽的熱處理過(guò)程中，難以保證其機(jī)械性能的均勻和一致性。

（3）剝離和固化過(guò)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(wèn)題

現(xiàn)在，通常通過(guò)縮小無(wú)縫鋼管的瓶口并關(guān)閉底部來(lái)處理汽車(chē)氣瓶，熱軋生產(chǎn)過(guò)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(jiàn)問(wèn)題將對(duì)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)的“未破裂，第一次泄漏”（LBB）[2]。

1.6 瓶閥錯(cuò)配

車(chē)輛的氣瓶閥門(mén)、型號(hào)和面積被視為氣瓶設(shè)計(jì)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(jì)算中需要的面積寬，以確保氣瓶的安全，通過(guò)連接溫度升高后，壓力可以迅速降低。但是，GB17296《車(chē)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(gè)原因，制造商經(jīng)常執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的存儲(chǔ)程序，而忽略了直徑，這樣通常會(huì)導(dǎo)致工廠閥門(mén)的不一致，特別是在大容量的氣瓶中非常常見(jiàn)，并對(duì)氣瓶的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的隱患。

1.7 纏繞層重修

氣瓶的復(fù)合層會(huì)導(dǎo)致諸如纖維撞擊、斷裂、異常固化、機(jī)械損壞和氣泡等問(wèn)題。這可以通過(guò)恢復(fù)風(fēng)層來(lái)恢復(fù)。硬化后，很難剝離，因此需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行維修和維護(hù)，而且很容易損壞內(nèi)膽。為此，制造商應(yīng)制定專(zhuān)業(yè)的維修方法，并限制維修工具、方法、打磨和測(cè)試程序。為了獲得“由內(nèi)部?jī)?chǔ)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行維修，并在包裝后對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)試。

1.8 疲勞試驗(yàn)不準(zhǔn)確

車(chē)輛氣瓶的疲勞測(cè)試是對(duì)瓶子進(jìn)行成組采樣。如果測(cè)試數(shù)據(jù)滿(mǎn)足特定要求的價(jià)格在10批以上，則后續(xù)測(cè)試的頻率將根據(jù)測(cè)試降低，并且測(cè)試頻率可能會(huì)每10抽批變化一次或每5批抽變化一次。如果設(shè)備無(wú)法正確控制測(cè)試，則對(duì)于多個(gè)模型和多個(gè)測(cè)試，疲勞測(cè)試通常會(huì)被取消或執(zhí)行不正確。此外國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，疲勞測(cè)試期間氣瓶壓力循環(huán)的速度不應(yīng)超過(guò)每分鐘10次。一些操作員加快個(gè)人測(cè)試速度為了達(dá)到節(jié)省時(shí)間的目的，從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真。結(jié)果不能證明氣瓶疲勞程度的真實(shí)表現(xiàn)。

2 結(jié)語(yǔ)

本文提出了汽車(chē)氣瓶的使用及其對(duì)氣瓶安全性影響的常見(jiàn)因素，包括許多相互作用、介入、方法、材料、熱處理、非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的檢查和測(cè)試以及控制。通常情況下，汽車(chē)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(gè)部門(mén)中的缺陷都會(huì)嚴(yán)重影響下一個(gè)過(guò)程，甚至影響氣缸的最終運(yùn)行[3]。