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1、ICSICS 23.020.3023.020.30J J 7474团体标准T/ZJASE 0172022车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶工业计算机层析成像（CT）检测方法Test method on fully-wrapped carbon fiber reinforced cylinders with an aluminumliner for the on-board storage of compressed hydrogen as a fuel for land vehicles byindustrial computed tomography(CT)2022-12-26 发布2023
2、-01-16 实施浙江省特种设备协会 发布T/ZJASE 0172022I目次目次.I前言.II引言.III1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 一般要求.25 检测程序.36 缺陷评定.47 记录与报告.5附录 A（资料性）氢气瓶工装夹具结构.6附录 B（资料性）氢气瓶工业 CT 检测工艺卡.7附录 C（资料性）氢气瓶典型缺陷的工业 CT 图像示例.8附录 D（资料性）完整氢气瓶的典型工业 CT 图像.10参考文献.1T/ZJASE 0172022II前言本文件按照GB/T 1.1-2020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则起草。请注意本文件的某些内容可能
3、涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由浙江省特种设备协会提出并归口。本文件起草单位：浙江省特种设备科学研究院、天津三英精密仪器股份有限公司。本文件主要起草人：钟海见、时岩、缪存坚、郭伟灿、凌张伟、唐萍、滕国阳、赵立、陶杨吉、汤杰、须颖、张宗、许巧莉、宋鑫。本文件为首次发布T/ZJASE 0172022III引言应用于氢燃料电池汽车的压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶具有铝内胆、碳纤维复合材料增强层、玻璃纤维复合材料保护层等多层结构。超声信号在纤维层内衰减严重，射线影像重叠造成缺陷评判困难，常规无损检测手段难以检测其内部缺陷。工业计算机层析成像可直观显示被测物体的二维断层图像、
4、三维立体图像及内部缺陷信息，是检测压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶缺陷的有力工具。本文件是在工业CT检测氢气瓶缺陷的试验结果基础上制定的T/ZJASE 01720221车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶工业计算机层析成像（CT）检测方法1范围本文件规定了车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶（以下简称氢气瓶）的工业计算机层析成像（以下简称工业CT）检测方法的一般要求、检测程序、缺陷评定和记录与报告。本文件适用于公称水容积不大于450L、贮存介质为压缩氢气、固定在道路车辆上用作燃料箱的氢气瓶纤维层分层、夹杂等缺陷的工业CT检测。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成文件必不可少的条
5、款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 12604.12无损检测 术语 第12部分：工业射线计算机层析成像检测GB 18871电离辐射防护与辐射源安全基本标准GB/T 29067无损检测 工业计算机层析成像（CT）图像测量方法GB/T 29069无损检测 工业计算机层析成像（CT）系统性能测试方法GB/T 35544车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶GBZ 117工业X射线探伤放射防护要求3术语和定义GB/T 12604.12和GB/T 35544界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1铝内胆al
6、uminum 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无缝铝合金容器。来源：GB/T 35544-2017，3.1.13.2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。来源：GB/T 35544-2017，3.1.23.3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。来源：GB/T 35544-2017，3.1.3T/ZJASE 017202223.4锥束圆周扫描cone beam circular scan射
7、线束为锥束，射线源与面阵探测器组合相对被测物体作旋转运动以获得投影数据的过程。3.5转台偏置扫描rotation stage offset scan转台旋转中心相对射线源焦点与面阵探测器中心连线偏离一定水平距离，射线源与面阵探测器组合相对被测物体作旋转运动以获得投影数据的过程。3.6螺旋扫描spiral scan射线源与探测器组合相对被测物体作螺旋形旋转运动以获得投影数据的过程。4一般要求4.1 检测人员4.1.1从事氢气瓶工业 CT 检测的人员，应具备必要的工业 CT 及计算机软硬件知识，并经过辐射安全防护及工业 CT 无损检测专业培训。4.1.2从事氢气瓶工业 CT 检测的人员，应熟悉氢气
8、瓶制造工艺、氢气瓶的结构以及缺陷类型等相关知识。4.1.3检测人员在工作时，应佩戴个人剂量计，个人剂量计应定期送有关部门进行检测，检测人员的吸收剂量限值应符合 GB 18871 的规定。4.2 检测场所4.2.1检测场所应实行分区管理，设置检测室和控制室。工业 CT 系统的主机（由射线源系统、探测器系统、机械系统等组成）置于检测室，工业 CT 系统的控制设备应放置在控制室中。4.2.2检测室的辐射防护安全要求应符合 GBZ 117 的规定。4.2.3检测室应干净、整洁，具有良好的通风及照明，温度和湿度应符合设备使用条件要求。4.2.4检测室有专门的接地设施，接地电阻应满足设备使用条件要求。4.
9、2.5控制室与检测室相邻，应具备符合辐射防护安全要求的连锁装置及声光报警装置。4.2.6在射线源、防护门及其他适当位置处设立醒目的电离辐射警告标志。4.3 检测系统4.3.1概述工业CT系统由射线源系统、探测器系统、装载系统、视频监控系统、机械系统、辐射安全防护系统和计算机系统等组成。4.3.2系统性能4.3.2.1射线源系统工业CT系统宜采用X射线作为射线源，提供稳定、可靠的射线束。4.3.2.2探测器系统探测器系统应选用面阵探测器。选用探测器应保证单次锥束圆周扫描或转台偏置扫描覆盖整个直径方向的氢气瓶T/ZJASE 017202234.3.2.3装载系统装载系统包括氢气瓶工装夹具及起重设备
10、。工装夹具应具备将氢气瓶固定在转台的功能，并且不干扰氢气瓶的工业CT扫描结果。氢气瓶工装夹具结构可参见附录A。4.3.2.4视频监控系统视频监控系统的摄像头分别安装在射线源系统和探测器系统两侧。移动射线源系统、探测器系统、以及氢气瓶及工装夹具时，应保持其安全距离。4.3.2.5机械系统机械系统提供射线源系统、探测器系统，以及转台的高精度移动功能。氢气瓶及工装夹具的重量不超过转台最大允许承重的90%。4.3.2.6辐射安全防护系统辐射安全防护系统由辐射防护与报警系统、现场监视系统、语音通讯装置等组成。辐射防护与报警系统由安全连锁装置与声光报警装置组成；现场监视系统包括摄像机和监视器，应保证检测室
11、内无监视盲区；语音通讯装置应实现检测室检测人员与控制室检测人员的双向语音通讯。4.3.2.7计算机系统计算机系统配备相关图像扫描、图像重建和图像分析软件。图像分析软件应具有对比度和亮度调节、尺寸测量、以及灰度值测量等功能。4.3.2.8空间分辨率和密度分辨率工业CT系统的空间分辨率应优于2.0 lp/mm，密度分辨率应优于2%。实际缺陷检测能力应满足具体检测的要求。空间分辨率和密度分辨率应按GB/T 29069进行测试。4.3.2.9尺寸测量精度工业CT系统的尺寸测量精度应按GB/T 29067进行校准。4.3.2.10模拟试件模拟试件含已知缺陷，其材料、结构、尺寸及射线衰减特性应与被检氢气瓶
12、相同或相近。5检测程序5.1 检测前准备5.1.1目视被检氢气瓶，确保氢气瓶内部无介质，表面应无影响工业 CT 检测的异物。若有，应予以标注，并记录。5.1.2按操作规程进行开机前的安全检查、射线机预热、机械运动控制回零、射线源与探测器对齐等。5.1.3新设计气瓶在其首次检测前，应用氢气瓶模拟试件对检测工艺进行试验验证，得到的图像符合质量要求后实施检测。当气瓶发生影响检测的较大设计变更时，也应当用相应变更后的模拟试件对检测工艺重新进行试验验证。5.2 氢气瓶装载5.2.1安装氢气瓶至工装夹具内，氢气瓶瓶口朝上放置。氢气瓶及工装夹具结构示意图参见附录 A。5.2.2使用起重设备将氢气瓶及工装夹具
13、放置在机械系统的转台中心，保证氢气瓶的待检部位处于T/ZJASE 01720224线束中心区域，且始终在探测器的有效成像区域。5.3 扫描参数设置5.3.1根据被检氢气瓶的结构、尺寸、密度、最大穿透厚度等因素选择合适的射线能量（管电压），射线能量应保证能穿透氢气瓶的最大穿透厚度，推荐选用 X 射线穿透率为 10%20%时的射线能量。5.3.2在检测条件允许的情况下，宜选用较高的靶电流，以提高射线源强度，提高投影图像的信噪比，从而缩短扫描时间，提高扫描效率。5.3.3在射线能量和射线强度允许的情况下，宜选择较小的射线源焦点尺寸，以提高图像清晰度和空间分辨率，提高细小缺陷的检出率。5.3.4滤波片
14、放置在靠近射线源一侧，可减少 X 射线能谱中的低能成分，降低射束硬化的影响。5.3.5进行锥束圆周扫描时，氢气瓶在探测器上的射线成像应始终包含沿径向的完整氢气瓶；进行转台偏置扫描时，氢气瓶在探测器上的射线成像应始终包含氢气瓶的中轴线和其一侧的边缘。5.3.6在满足单次 CT 重建图像包含沿径向的完整氢气瓶的条件下，氢气瓶应靠近射线源，探测器应远离射线源，以提高 CT 图像放大倍数。5.3.7在检测条件允许的情况下，宜选择较长的采样时间；较大的每圈采集投影数和采集图像合并数，以提高 CT 图像质量。5.4 标记物放置在氢气瓶表面间隔距离粘附标记物。5.5 工艺卡编制检测前，应编制工业CT检测工艺
15、卡，工艺卡中一般应包括工艺卡编号、被检氢气瓶名称、检测标准、设备型号、检测工艺参数、检测示意图等。检测工艺卡可参照附录B或根据氢气瓶检测特点自行设计。5.6 扫描检测沿高度方向进行分段单次CT扫描或者螺旋扫描。分段单次CT扫描方式可选择锥束圆周扫描或转台偏置扫描。单次CT扫描区域应至少包含一个标记物。螺旋扫描氢气瓶的始末位置选择，应使氢气瓶的瓶口和底部分别位于始末射线成像区域的中心位置。5.7 图像重建及处理5.7.1图像重建范围应包含沿径向的完整氢气瓶。氢气瓶图像应占整幅 CT 图像的 2/3 左右，CT 图像不应具有影响缺陷评判的伪影。5.7.2图像重建矩阵大小应满足缺陷检测要求，最小缺陷
16、特征至少由 22 个像素显示。5.7.3采用合适的图像处理方法调整图像的对比度、亮度及放大倍数，以改善图像的空间分辨率和信噪比。6缺陷评定6.1 缺陷定性6.1.1扫描含已知缺陷的氢气瓶模拟试件，获得工业 CT 图像，用于缺陷定性评判。6.1.2根据 CT 图像中细节特征的形状、尺寸、灰度值等信息，判断氢气瓶的缺陷类型。氢气瓶典型缺陷类型包括纤维层分层、夹杂等，其工业 CT 图像参见附录 CT/ZJASE 017202256.2 缺陷定量采用图像分析软件对缺陷图像进行分析，根据缺陷及其周围背景的灰度值过渡情况，确定缺陷边界，并记录缺陷形状、尺寸和灰度值。6.3 缺陷定位将检测发现的缺陷进行定位
17、，并在检测报告中记录。6.4 质量评定质量评定应根据相应产品标准的规定。7记录与报告记录与报告至少应包括以下内容：a)记录编号；b)委托单位；c)被检氢气瓶：名称、规格尺寸等；d)检测设备：工业 CT 设备型号、空间分辨率、密度分辨率等；e)检测工艺参数：射线源参数、扫描方式等；f)依据标准及检测项目；g)检测示意图：包括扫描路径、标记物位置等；h)检测数据及结果：氢气瓶及缺陷的工业 CT 图像、缺陷位置等。完整氢气瓶的典型工业 CT 图像参见附录 D；i)检测人员、审核人员、批准人员、检测日期等T/ZJASE 01720226附录A（资料性附录）氢气瓶工装夹具结构A.1氢气瓶工装夹具包括限位
18、板、支撑块和支撑柱，基本结构参见图A.1。A.2支撑柱竖直安装且相互间隔距离以围成限制氢气瓶沿径向移动的空间。支撑柱由木材、聚乙烯、或酚醛树脂等密度较低、线性衰减系数较小的材料组成。A.3支撑块选用尼龙等质地较软的材料，以保护氢气瓶的底部和瓶口不受损伤。A.4下限位板与工业CT机械系统的转台连接。A.5上限位板的顶面设有可供起吊用的吊环。说明：1-下限位板；2-下支撑块；3-支撑柱；4-上支撑块；5-上限位板；6-吊环。图 A.1氢气瓶及工装夹具结构示意T/ZJASE 01720227附录B（资料性附录）氢气瓶工业 CT 检测工艺卡氢气瓶工业CT检测工艺卡如表B.1所示。表B.1 氢气瓶工业C
19、T检测工艺卡氢气瓶名称氢气瓶材质规格尺寸检测标准模拟试件工艺卡编号设备名称检测部位示意图：设备型号空间分辨率/(lp/mm)密度分辨率射线源类型射线能量/MeV或管电压/kV剂量率/(cGy/min)或靶电流/mA焦点尺寸/mm检测要求：探测器类型滤波片类型扫描方式放大倍数采样时间/ms每圈采集投影数采集图像合并数图像重建方法图像重建矩阵注意事项：编制图像重建范围审核图像处理方法日期T/ZJASE 01720228附录C（资料性附录）氢气瓶典型缺陷的工业 CT 图像示例氢气瓶典型缺陷的工业CT图像如图C.1-图C.3所示。图 C.1 氢气瓶瓶肩的碳纤维层分层缺陷图 C.2氢气瓶瓶颈和瓶肩的碳纤维层分层缺T/ZJASE 01720229图 C.3 氢气瓶筒体的夹杂缺T/ZJASE 017202210附录D（资料性附录）完整氢气瓶的典型工业 CT 图像完整氢气瓶的典型工业 CT 图像如图 D.1 所示。图 D.1 完整氢气瓶的典型工业 CT图T/ZJASE 017202211参考文献1GB/T 29034 无损检测 工业计算机层析成像（CT）指南2GB/T 29070 无损检测 工业计算机层析成像（CT）检测 通用要求3GB/T 37166 无损检测 复合材料工业计算机层析成像（CT）检测方法4GB/T 38535 纤维增强树脂基复合材料工业计算机层析成像（CT）检测方