Page 40 - 无损检测2024年第十一期

时 岩，等：

储氢气瓶缠绕层缺陷的多尺度工业 CT 检测及其成因分析

上的内压载荷，一旦产生气孔、夹杂、分层、纤维断 的多尺度检测分析，并且缺少其他无损检测方法或
裂等损伤将带来严重安全隐患 。氢气瓶的多层结 材料表征手段对CT检测结果的验证。
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构对氢气瓶无损检测的实施以及相关标准的制订带 文章将针对承压为35 MPa的车用储氢气瓶，利
来了巨大挑战 。常规超声信号在碳纤维缠绕层内 用工业CT几何放大成像原理， 开展储氢气瓶缠绕层
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衰减严重、射线影像重叠造成图像干扰，难以有效 缺陷的多尺度工业CT检测分析； 并对分层缺陷类型
检测缠绕层缺陷 。虽然国内外已制定氢气瓶产品 进行归纳分类，分析其产生原因。另外，利用光镜和
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标准和定期检验标准，如ISO 11623：2015、GB/T 扫描电镜对碳纤维缠绕层试件进行显微组织表征，
35544—2017、GB/T 42612—2023、GB/T 42626— 验证工业CT在分层缺陷定性、厚度定量，以及缠绕
2023等，但其规定的缠绕层无损检测仍以目视表面 方式判断方面的准确性。
检查为主，仍难以检测识别氢气瓶的内部缺陷，从而
1 材料与方法
制约了氢能汽车的快速发展。
工业计算机层析成像技术（工业CT技术）通过 储氢气瓶实物，碳纤维缠绕层试件以及CT扫
射线投影数据重建被测物体的断层物理特征分布， 描现场如图1所示。试验选用车用铝内胆碳纤维全
能直观展示三维内部结构和二维切片图像，较适用 缠绕储氢气瓶筒体和封头段（型号为CHG3-259-28-
于解决缠绕层的检测难题 。近年来有关于利用工 35T/A），以及从筒体机加工得到的碳纤维缠绕层试
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业CT对缠绕层气瓶开展缺陷检测的文献报道。例 件（边长为20 mm）。储氢气瓶外径为280 mm，公称
如，NEBE等 运用工业CT检测出氢气瓶瓶肩处尺 工作压力为35 MPa。筒体的横截面照片显示，碳纤
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寸为0. 4 mm的二维缺陷。朱延霆等 发现工业CT 维在自然光下显现出黑色和灰色区域交替分布状态。
检测技术对碳纤维复合材料气瓶的表面划痕、纤维 工业CT选用微米级焦点CT（焦点尺寸为4 μm，

层分层等缺陷具有很好的检测效果。SHI等 基于 型号为nanoVoxel-4000，生产公司为天津三英精密
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缠绕层储氢气瓶的工业CT测试平台，发现缠绕层 仪器股份有限公司）。该工业CT配备的X射线源管
分层缺陷集中分布在瓶颈和瓶肩处。然而，上述文 电压为20~225 kV，像素为3 072×3 072、配备像素
献均对缠绕气瓶进行亚毫米级单一尺度的宏观工业 间距为140 μm和有效成像视野为430 mm×430 mm
CT检测，未对缠绕层缺陷开展从亚毫米级至微米级 的大视场平板探测器，以保证射线能穿透储氢气瓶，

图 1 储氢气瓶实物，碳纤维缠绕层试件以及 CT 扫描现场
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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测