ChinaAutoRegs｜GB/T 35544-2017英文版/English/翻译/车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶
Fully-Wrapped Carbon Fiber Reinforced Cylinders with an Aluminum Liner for the On-Board Storage of Compressed Hydrogen as a Fuel for Land Vehicles
CONTENTS
Foreword
1 Scope
2 Normative References
3 Terms, Definitions and Symbols
4 Type, Parameter, Category, and Designation
5 Specifications
6 Test Methods and Acceptance Criteria
7 Inspection Rules
8 Marking, Packaging, Transportation and Storage
9 Product Certificate and Batch Inspection Quality Certificate
Annex A (Informative) Methods of determining the maximum allowable defect size for aluminum liners
Annex B (Normative) Type test methods and acceptance criteria for the thermally activated pressure relief devices (TPRD) and the valves 30
Bibliography
1 SCOPE
This standard specifies the types and parameters, specifications, test methods, inspection rules, and marking, packaging, transportation and storage requirements with respect to the fully-wrapped carbon fiber reinforced cylinder with an aluminum liner for the on-board storage of compressed hydrogen as a fuel for land vehicles (hereinafter referred to as the “cylinders”).
This standard is applicable to the design and manufacture of the refillable cylinders that are fixed in road vehicles as fuel tanks to store compressed hydrogen, with a nominal working pressure 70MPa, a nominal water capacity 450L, and a working temperature -40°C and 85°C.
Note: The manufacture and inspection of the gas cylinders for hydrogen supply intended for urban rail transit powered by hydrogen fuel cell, etc. may use this standard as a reference.
2 NORMATIVE REFERENCES
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
GB/T 192 General purpose metric screw threads – Basic profile
GB/T 196 General purpose metric screw threads – Basic dimensions
GB/T 197 General purpose metric screw threads – Tolerances
GB/T 228.1 Metallic materials – Tensile testing – Part 1: Method of test at room temperature
GB/T 230.1 Metallic materials – Rockwell hardness test – Part 1: Test method (Scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
GB/T 231.1 Metallic materials – Brinell hardness test – Part 1: Test method
GB/T 232 Metallic materials – Bend test
GB/T 1458 Test method for mechanical properties of ring of filament-winding reinforced plastics
GB/T 3191 Aluminum and aluminum alloys extruded bars, rods
GB/T 3246.1 Inspection method for structure of wrought aluminum and aluminum alloy products – Part 1: Inspection method for microstructure
GB/T 3362 Test methods for tensile properties of carbon fiber multifilament
GB/T 3880.1 Wrought aluminum and aluminum alloy plates, sheets and strips for general engineering – Part 1: Technical conditions of delivery
GB/T 3880.2 Wrought aluminum and aluminum alloy plates, sheets and strips for general engineering – Part 2: Mechanical properties
GB/T 3880.3 Wrought aluminum and aluminum alloy plates, sheets and strips for general engineering – Part 3: Tolerances on forms and dimensions
GB/T 3934 Specification of gauges for general purpose screw threads
GB/T 4437.1 Aluminum and aluminum alloy extruded tubes – Part 1: Seamless tubes
GB/T 4612 Plastics – Epoxy compounds – Determination of epoxy equivalent
GB/T 6519 Ultrasonic inspection of wrought aluminum and magnesium alloy products
GB/T 7690.3 Reinforcements – Test method for yarns – Part 3: Determination of breaking force and breaking elongation for glass fiber
GB/T 7762-2014 Rubber, vulcanized or thermoplastic – Resistance to ozone cracking – Static strain test
GB/T 7999 Optical emission spectrometric analysis method of aluminum and aluminum alloys
GB/T 9251 Methods for hydrostatic test of gas cylinders
GB/T 9252 Method for pressure cycling test of gas cylinders
GB/T 11640 Seamless aluminum alloy gas cylinders
GB/T 12137 Method for leakage test of gas cylinders
GB/T 13005 Terminology of gas cylinders
GB/T 15385 Method for hydraulic burst test of gas cylinder
GB/T 17394.1 Metallic materials – Brinell hardness test – Part 1: Test method
GB/T 19466.2 Plastics – Differential scanning calorimetry (DSC) – Part 2: Determination of glass transition temperature
GB/T 20668 Unified screw threads – Basic dimensions
GB/T 20975 (all parts) Methods for chemical analysis of aluminum and aluminum alloys
GB/T 26749 Carbon fiber – Determination of tensile properties of resin-impregnated yarn
GB/T 30019 Carbon fiber – Determination of density
GB/T 33215 Pressure relief devices for gas cylinders
YS/T 67 Wrought aluminum and aluminum alloy columniform ingots
3.1 术语和定义
GB/T 13005界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
铝内胆 aluminum liner 在外表面缠绕碳纤维增强层，用于密封气体且可承受或不承受部分压力载荷的元缝铝合金容器。
3.1.2
全缠绕 fully-wrapped 用浸渍树脂基体的碳纤维连续在铝内胆上进行螺旋和环向缠绕，使气瓶的环向和轴向都得到增强
的缠绕方式。
3.1.3
全缠绕气瓶 fully-wrapped cylinder
在铝内胆外表面全缠绕碳纤维增强层，经加温固化成型的气瓶。
3.1.4
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。
3.1.5
自紧 autofrettage 通过向气瓶施加内压使铝内胆产生塑性变形，从而使得气瓶在零压力下铝内胆承受压应力、碳纤维
承受拉应力的加压过程．
3.1.6
自紧压力 autofrettage pressure
自紧时施加在气瓶内的最高压力（表压〉．
3.1.7
气瓶批量 batch of cylinder
采用同一设计条件，具有相同结构尺寸铝内胆、复合材料，且用同一工艺进行缠绕、固化的气瓶的限 定数量。
3.1.8
铝内胆批量 batch of aluminum liner 采用同一设计条件，具有相同的公称外直径、设计壁厚，用同一炉罐号材料，同一制造工艺制成，按同一热处理规范及相同的工艺参数进行连续热处理的铝内胆的限定数量。
3. 1.9
设计使用年限 service life 在规定使用条件下，气瓶允许使用的年限。
3. 1. 10
纤维应力比 fiber stress ratio 气瓶在最小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．
3. 1. 11
极限弹性膨胀量 rejection elastic expansion; REE 在每种规格型号气瓶设计定型阶段，由制造单位规定的气瓶弹性膨胀量的许用上限值，单位为毫
升。 该数值不得超过设计定型批相同规格型号气瓶在水压试验压力下弹性膨胀量平均值的 1.1 倍。
3.2 符号 下列符号适用于本文件，
A 室温下铝内胆材料断后伸长率实测值，%；
a, 铝内胆材料拉伸试样的原始厚度，mm;
b, 铝内胆材料拉伸试样的原始宽度，mm;
D, 冷弯试验弯心直径，mm;
D。 铝内胆公称外直径，mm;
H 铝内胆材料压扁试验压头间距，mm;
l, 铝内胆材料拉伸试样的原始标距，mm;
N, 气瓶设计循环次数，次p
p 气瓶公称工作压力，MPa;
Pbmm 气瓶最小爆破压力，MPa;
pbo 气瓶爆破压力期望值，MPa;
Pm 气瓶许用压力，MPa;
P• 气瓶水压试验压力，MPa;
R p0.2 一一室温下铝内胆材料。.2%非比例延伸强度，MPa;
R m 一一室温下铝内胆材料抗拉强度实测值，MPa;
s” 一一冷弯试验铝内胆简体实测平均壁厚，mm;
V 一一气瓶公称水容积，L。
4 型式、参鼓、分类和型号
4. 1 型式 气瓶的瓶体结构应符合图1所示的型式，其中T型为凸形底结构，S型为两端收口结构。
5 技术要求
5. 1 一般要求
5.1.1 公称水窑积
A类气瓶的公称水容积不大于 450 L;B类气瓶的公称水容积不大于 230 Lo
5. 1.2 设计循环次数
A类气瓶的设计循环次数 N，为11 000 次；B类气瓶的设计循环次数 N，为 7 500 次。
5. 1.3 设计使用年限
A类气瓶的设计使用年限为 15 年；B类气瓶的设计使用年限为 10 年。 当气瓶实际使用年限未达 到设计使用年限，但充装次数达到设计循环次数时，气瓶应当报废 a
5.1.4 许用压力
在充装和使用过程中，气瓶的许用压力Pm 为公称工作压力p的 1.25 倍。
5. 1.5 温度范围
在充装和使用过程中，气瓶的温度应不低于 － 40 ℃且不高于 85 ℃ E
5.1.6 氢气晶质 充装气瓶的压缩氢气成分应符合燃料电池汽车用氢气品质的要求回
5.1.7 工作环境 设计气瓶时，应考虑其连续承受机械损伤或化学侵蚀的能力，其外表面至少应能适应下列工作
环境z
a) 间断地浸人水中，或者道路溅水g
b) 车辆在海洋附近行驶，或者在用盐融化冰的路面上行驶$
c) 阳光中的紫外线辐射P
d) 车辆振动和碎石冲击s
e) 接触酸和碱溶液、肥料g
f) 接触汽车用液体，包括汽油、液压泊、电池酸、乙二薛和油p
g) 接触排放的废气。
5.2 材料
5.2.1 －般要求 制造气瓶的材料，应有材料制造单位提供的质量证明书原件，或者加盖了材料经营单位公章且有经
办人签字（章）的质量证明书复印件。
5.2.2 铝内胆
5.2.2.1 内胆应采用 6061 铝合金，其化学成分应符合表 2 的规定。
5.2.2.2 锢内胆材料应满足相应标准的规定，桂树应持舍GB/T 3880.1、GB/T 3880.2,GB/T 3880.3的 规定，管材应持合GB/T 4437.1的规定，挤压棒材应符合GB/T 3191的规定，铸髓应符合YS/T 67的 规定， 铸髓应进行超声检测，超声检恻按；2 mm当量平底孔进行，检验方法应符合GB/T 6519的 规定，
5.2.2.3 铝内胆材料应经气瓶制造单位复瞌合格后方可使用． 气瓶制造单位应按材料炉罐号根据 GB/T 7999或GB/T 20975进行化学成分复验．
5.2.3 树脂
5.2.3.1 撞击旨材料应果用环氧树脂或政性耳氧树脂等耐热性高且稳定性好的热固性树脂． 树脂的环氧 当量制定应按GB/T 4612的规定执行，树脂材料的玻璃化转变温度应按GB/T 19466.2的规定进行制 定，且其值应不低于105℃．
5.2.3.2 攫苗材料的性能和技术指标应带舍相应的国家标准或行业标准的规定．
5.2.4 纤维
5.2.4.1 碳纤维
5.2.4.1.1 承载纤维应采用连续元捡破纤维，不准许采用提合纤维． 擅自当采用碳纤维作为承载纤维，用玻璃纤维作为防电偶腐蚀层或外表面保护层时，不认为是混合纤维－
5.2.4.1.2 每批融纤维的力学性能应持合气瓶设计文件的规定。
5.2.4.1.3 气瓶制造单位应对融纤雄材料按批进行笙验。 纤维钱密度〈公制号数〉应按GB/T 3362或 GB/T 30019测定z纤维攫膛拉伸强度应按GB/T 3362或GB/T 26749测定 a
5.2.4.2 玻璃纤维
5.2.4.2.1 应采用S型或E型璇璃纤维，其力学性能应符合气瓶设计文件的规定。
5.2.4.2.2 玻璃纤维只允许用作气瓶外表面保护层或肪电偶腐惶层，
5.2.4.2.3 采用GB/T 7690.3规定的方法，按批对玻璃纤维力学性能进行复验 B
5.3 世钳；
5.3.1 铝内胆
5.3.1.1 铝内阻端部应来用凸形结构。
5.3.1.2 铝内阻端部应采用渐变厚度设计，情体与端部应圆滑过撞，
5.3.1.3 铝内阻最小设计壁厚应通过应力分析验证，
5.3.1.4 气瓶瓶口应开在气瓶端部，且应与铝内阻罔铀．
5.3.1.5 瓶口的外径和厚度应捕足瓶阀装配时的扭捏要求， 必要时，瓶口可采用增强结构，如钢套等。
5.3.1.6 瓶口蝇就应采用直螺镜，螺住长度应太于气瓶阀门螺挠的有敷长度，且应符合GB/T 192、GB/T 196、GB/T 197或GB/T 20668的规定。
5.3.1.7 瓶口螺纹在水压试验压力下的切应力安全系数应不小于4o 计算螺纹切应力安全系数时，铝 合金剪切强度取0.6倍的材料抗拉强度保证值。
5.3.2 气瓶
5.3.2.1 气瓶水压试验压力应不低于1.5倍公称工作压力。
5.3.2.2 纤维应力比应不低于2.250
5.3.2.3 气瓶最小爆破压力应不低于2.25倍公称工作压力。
5.3.2.4 气瓶外表面可以采用适当的保护层进行防护a 如果保护层作为设计的一部分时，应符合6.2.11规定的要求。
5.3.2.5 气瓶使用条件中不包括因外力等引起的附加载荷。
5.3.3 应力分析 采用有限单元法，建立合适的气瓶分析模型，计算气瓶在自紧压力、自紧后零压力、公称工作压力、许用压力、水压试验压力和最小爆破压力下，铝内胆和缠绕层中的应力和应变． 分析模型应考虑铝内胆的材料非线性、复合材料各向异性和结构的儿何非线性。
5.3.4 最大允许缺陷尺寸
采用含裂纹气瓶常温压力循环试验方法或者基于断裂力学的工程评估方法，确定铝内胆无损检测 时的最大允许缺陷尺寸，参见附录A。
5.4 制造
5.4.1 一般要求
5.4.1.1 气瓶应符合产品设计图样和相关技术文件的规定。
5.4.1.2 制造应分批管理，铝内胆成品和气瓶成品均以不大于200只加上破坏性试验用铝内胆或气瓶 的数量为一个批。
5.4.2 铝内胆
5.4.2.1 铸链和挤压棒材应挤压成形，或者挤压后冷拉伸成形5板材应冲压冷拉伸或旋压成形；管材应 旋压成形。 铝内胆不得进行焊接。
5.4.2.2 成形后的铝内胆应按评定合格的热处理工艺进行固溶时效热处理。
5.4.2.3 铝内胆热处理后应逐只进行硬度测定。
5.4.3 瓶口螺纹 螺纹和密封面应光滑平整，不准许有倒牙、平牙、牙双线、牙底平、牙尖、牙阔以及螺纹表面上的明显
跳动波纹。 螺纹轴线应与气瓶轴线同轴。
5.4.4 纤维缠绕
5.4.4.1 缠绕碳纤维前，铝内胆内外表团应清理干净，不得有金属碎屑等杂物，且应采取措施防止铝内 胆外表面与碳纤维缠绕层之间发生电偶腐蚀。
5.4.4.2 缠绕和固化应按评定合格的工艺进行。 回化温度不得对铝内胆力学性能产生影响。
5.4.4.3 水压试验前应按规定的自紧压力进行自紧处理，并详细记录每只气瓶的自紧压力、容积膨胀量等。
5.5 附件
5.5.1 气瓶应当设置温度驱动安全泄压装置（TPRD）和截止阀。 TPRD应采用易熔含金塞或其他合适 的结构型式，其动作温度应为（110±5）℃，且泄放口不得朝向瓶体。
5.5.2 易熔合金塞应满足GB/T33215的规定，其他结构型式的TPRD应满足相应标准的要求。
5.5.3 气瓶设置其他火烧保护装置时，装置不得影响气瓶的受力状态和TPRD的正常开启。
5.5.4 温度驱动安全泄压装置和阀门的型式试验方法及合格指标应满足附录B的规定。
6 试验方法和合格指标
6.1 铝内胆
6.1.1 壁厚和制造公差
6.1.1.1 试验方法 壁厚应采用超声测厚仪测量s制造公差应采用标准的或专用的量具、样板进行检查。
6.1.1.2 合格指标 铝内胆的壁厚和制造公差应符合以下要求 2
a) 壁厚应不小于最小设计壁厚g
b) 简体外直径平均值和公称外直径的偏差不超过公称外直径的1%;
c) 筒体同一截面上最大外直径与最小外直径之差不超过公称外直径的2%;
d) 简体直线度不超过筒体长度的3%,.
6.1.2 肉外表面
6.1.2. 1 试验方法 目测检查外表面，用内窥灯或内窥镜检查内表面。
6.1.2.2 合格指标 铝内胆内外表面应符合以下要求z
a) 内、外表面元肉眼可见的表面压痕、凸起、重叠、裂纹和夹杂，颈部与端部过渡部分元突变或明显皱折
b) 筒体与端部应圆滑过渡s
c) 若采用机加工或机械修磨的方法去除表面缺陷，缺陷去除部位应圆滑过渡，且壁厚不小于最小 设计壁厚。
6.1.3 瓶口螺蚊
6.1.3.1 试瞌方法 目测检查，并用符合GB/T3934标准或相应标准的量规检查．
6.1.3.2 合格指标
瓶口螺纹应符合以下要求z
a) 螺纹的有效螺距数和表面粗糙度应符合设计规定；
b) 螺纹牙型、尺寸和公差应符合相关标准规定。
6.1.4 铝内胆热处理后的性能测量
6.1.4.1 取样
取样要求如下：
a) 取样部位：拉伸试样、冷弯试样和压扁试样应从筒体中部截取，金相试样应从铝内胆肩部截取， 如图 2 所示；
a) 取样数量：拉伸试样3件、冷弯试样2件或压扁试样1件、金相试样1件。
6.1.4.5 压扁试验
6.1.4.5.1 试验方法
试样 制备和试验方法按GB/T 11640执行。 试样应被压扁至表3规定间距H。
6. 1.4.5.2 合格指标
在保持规定压头间距和压扁载荷条件下，目测铝内胆压扁变形处无裂纹。
6.1.5 硬度试验
6.1.5.1 试验方法
试验方法应按GB/T 17394.LGB/T 230.l或GB/T 231.l的规定执行。
6. 1.5.2 合格指标
硬度值不得超出设计制造单位规定的范围。
6. 1.6 无损检测
6. 1.6.1 试验方法 采用超声检测或其他合适的检测方法，对铝内胆进行无损检测。
6. 1.6.2 合格指标 铝内胆最大缺陷尺寸应小于5.3.4规定的最大允许缺陷尺寸。
6.2 气瓶
6.2.1 缠绕层力学性能
6.2.1.1 层间剪切试验
6.2.1.1.1 试验方法
按GB/T 1458规定，制作具有代表性的缠绕层试样，有效试样数应不少于6个。将试样在沸水煮24 h后，再按GB/T 1458规定的方法进行试验。
6.2.1.1.2 合格指标 缠绕层复合材料层间剪切强度值应不低于13.8 MPa”
6.2.1.2 拉伸试验
6.2.1.2.1 试验方法
按GB/T 3362规定，制作具有代表性的拉伸试样，有效试样数应不少于6个，并按GB/T 3362规 定的试验方法进行试验。
6.2.1.2.2 合格指标 实测抗拉强度应不低于设计制造单位保证值。
6.2.2 缠绕层外观
6.2.2.1 试验方法
目测检查。
6.2.2.2 合格指标 不得有纤维裸露、纤维断裂、树脂积瘤、分层及纤维未浸透等缺陷。
6.2.3 水压试验
6.2.3.1 试验方法
按GB/T 9251规定的外测法进行水压试验，试验压力队为1.”。
6.2.3.2 合格指标
在试验压力下保压至少30 s，压力不应下降，瓶体不应泄漏或明显变形。 气瓶弹性膨胀量应小于极 限弹性膨胀量，且泄压后容积残余变形率不大于5%。
6.2.4 气密性试验
6.2.4.1 试验方法
在水压试验舍格后，按GB/T 12137规定的试验方法采用氮气进行气密性试验，试验压力为p.
6.2.4.2 合格指标
在试验压力下保压至少1 min，瓶体、瓶阅和瓶体瓶阀连接处均不应泄漏。 困装配引起的泄漏，允 许返修后重做试验．
6.2.5 水压爆破试验
6.2.5.1 试验方法
按GB/T 15385规定的试验方法在常温条件下进行水压爆破试验，并同时满足以下要求g
a) 试验介质应为非腐蚀性液体g
b) 当试验压力大于1.”时，升压速率应小于1.4 MPa/s。 若升压速率 小于或者等于0.35 MPa/s,:fJO 压直至爆破g若升压速率大于0.35 MPa/s 且小于1.4 MPa/s，如果气瓶处于压力源和测压装 置之间，则加压直至爆破，否则应在达到最小爆破压力后保压至少5 s后，继续加压直至爆破，
6.2.5.2 合格指标
爆破起始位置应在气瓶筒体部位。 对于A类气瓶，实测爆破压力应大于或者等于趴皿p对于B类 气瓶，实测爆破压力应在0.9pb<l ～ l.lph<l内，且大于或者等于Pomm。 气瓶爆破压力期望值Pho应由制造 单位提供数值及依据（含实测值及其统计分析〉。
6.2.6 常温压力循环试验
6.2.6.1 试验方法
试验介质应为非腐蚀性液体，在常温条件下按GB/T 9252规定的试验方法进行常温压力循环试 验，并同时满足以下要求z
a) 试验前，在规定的环境温度和相对湿度条件F，气瓶温度应达到稳定g试验过程中，监测 环境、 液体和气瓶表面的温度并维持在规定值3
b) 循环压力下限应为（2±l)MPa，上限应不低于 l.25p;
c) 压力循环频率应不超过6次／min.
在设计循环次数Nd内，气瓶不得发生泄漏或破裂，之后继续循环至22 000 次或至泄漏发生，气瓶 不得发生破裂。
气瓶及其附件应进行火烧试验，并同时满足以F要求：
a) 局部火烧位置应为气瓶上距安全世压装置最远的区域。 如果气瓶两端均装有安全泄压装置， 火源应处于安全泄压装置间的中心位置；
b) 试验前，用氢气或空气缓慢将气瓶加压至公称工作压力扣
c) 火源为液化石油气（LPG）、天然气或者煤油燃烧器，其宽度应大于或者等于气瓶直径，使火焰 由气瓶的下部及两侧将其环绕。 局部火烧时的火源长度为（250土50)mm，整体火烧时的火源 长度应吞没整个气瓶；
d) 气瓶应水平放置，并使其下表面距火源约100 mm。 在气瓶轴向不超过1.6 5 m 的区域内至少 设置5 个热电偶（ 至少2个设置在局部火烧范围内；至少3 个设置在其他区域）。 设置在其他 区域的热电偶应等间距布置且间距小于或者等于0.5 mo 热电偶距气瓶下表面 的距离为 (25士lO)mm。 必要时，还可在安全泄压装置及气瓶其他部位设置更多的热电偶；
e) 试验时应采用防风板等遮风措施，使气瓶受热均匀；
f) 火烧试验时，热电偶指示温度如图5所示。 局部火烧阶段，气瓶火烧区域上热电偶指示温度在点火后1 min内至少应达到300℃，在3 min内至少达到600℃，在之后的7 min内不得低于 600 ·c ，但也不得高于900℃。 点火10 min后进入整体火烧阶段，火焰应迅速布满整个气瓶长
度，热电偶指示温度至少应达到800℃，但不得高于1 100℃。 热电偶指示温度应满足表4
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