Page 39 - 无损检测2024年第十一期

2024 远东无损检测新技术论坛论文精选
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DOI：10.11973/wsjc240390

储氢气瓶缠绕层缺陷的多尺度工业 CT 检测

及其成因分析

时 岩 1， 2 ，沈子韬 1， 2 ，滕国阳 1， 2 ，章芳芳 1， 2 ，赵 立 1， 2 ，缪存坚 1， 2 ，唐 萍 1， 2
（1. 浙江省特种设备科学研究院，杭州 310020；2. 浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室，杭州 310020）

摘 要：高压储氢气瓶多采用碳纤维全缠绕方法制备，碳纤维缠绕层通常承担大部分内压载
荷，一旦发生损伤将带来严重安全隐患。针对储氢气瓶和碳纤维缠绕层试件，利用工业CT几何放
大成像原理，开展缠绕层缺陷的多尺度工业CT检测分析。依据缠绕层分层缺陷厚度对其进行分类，
并分析各类分层缺陷的产生原因。利用光镜和扫描电镜技术，表征碳纤维缠绕层试件的显微组织，
验证了工业CT开展分层缺陷定性、厚度定量，以及缠绕层缠绕方式判断的准确性。
关键词：工业CT；碳纤维全缠绕气瓶；储氢气瓶；缠绕层缺陷
中图分类号：TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)11-0005-07

Multi-scale industrial computed tomography detection and source analysis of defects in the

wrapping layer of hydrogen storage cylinders

SHI Yan , SHEN Zitao , TENG Guoyang , ZHANG Fangfang , ZHAO Li , MIAO Cunjian , TANG Ping 1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
（1. Zhejiang Academy of Special Equipment Science, Hangzhou 310020, China;
2. Key Laboratory of Special Equipment Safety Testing Technology of Zhejiang Province, Hangzhou 310020, China）
Abstract: High-pressure hydrogen storage cylinders are predominantly fabricated utilizing the fully wrapping
methodology with carbon fibers, wherein the wrapping layers typically bear the majority of the internal pressure loads. Any
incidence of damage within these layers poses a formidable threat to safety. This paper focused on the multi-scale industrial
computed tomography detection of defects in the wrapping layer of hydrogen storage cylinder and carbon fiber wrapping
layer specimen, using the principle of geometric magnification imaging in industrial computed tomography. A classification
scheme for delamination defects within the wrapping layers was devised according to their respective thicknesses, followed
by an in-depth analysis aimed at elucidating the underlying causes for the manifestation of such diverse defect types. The
microstructure of carbon fiber wrapping layer specimen was characterized through the application of optical microscope
and scanning electron microscope techniques. Thereafter, the accuracy of industrial computed tomography in qualitatively
deciphering delamination defects, quantitatively determining thickness, and discerning the wrapping methodologies of
wrapping layers was rigorously substantiated.
Key words: industrial computed tomography; fully-wrapped carbon fiber reinforced cylinder; hydrogen storage cylinder;
wrapping layer defect

氢能凭借其清洁环保、可规模储输等优点，在
收稿日期：2024-08-16
基金项目：浙江省自然科学基金（LTGC24E060002） ；浙江省市场 能源结构中扮演着重要的角色。氢燃料电池汽车的
监管局青年科技项目（QN2023428） ；中国合格评定国家认可委员会科 推广是应用氢能的重要途径之一，而氢气的安全储
技项目（2022CNAS14） 存是实现氢能汽车大规模商业化应用的关键。当前
作者简介：时 岩（1993—），男，博士，主要从事特种设备无损检
车用高压储氢气瓶多采用碳纤维全缠绕方法制备，
测技术研究，shiyan_zjtj@163.com
从内到外依次是铝内胆或塑料内胆、碳纤维缠绕层
通信作者：唐 萍（1983—），女，博士，主要从事特种设备安全风
和玻璃纤维保护层。碳纤维缠绕层通常承担一半以
险及智能化检测技术研究，tangpingjob@163.com
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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测