TCVN 10120:2013 - phần 1

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10120:2013

ISO 20703:2011

CHAI CHỨA KHÍ - CHAI BẰNG HỢP KIM NHÔM, HÀN, NẠP LẠI ĐƯỢC - THIẾT KẾ, KẾT CẤU VÀ THỬ NGHIỆM

Gas cylinders - Refillable welded aluminium-alloy cylinders - Design, construction and testing

Lời nói đầu

TCVN 10120:2013 hoàn toàn tương đương với ISO 20730:2006.

TCVN 10120:2013 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC58 Chai chứa khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CHAI CHỨA KHÍ - CHAI BẰNG HỢP KIM NHÔM, HÀN, NẠP LẠI ĐƯỢC - THIẾT KẾ, KẾT CẤU VÀ THỬ NGHIỆM

Gas cylinders - Refillable welded aluminium-alloy cylinders - Design, construction and testing

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu tối thiểu đối với vật liệu, thiết kế, kết cấu và chất lượng chế tạo, các quá trình chế tạo và thử nghiệm trong sản xuất các chai chứa khí di động, nạp lại được bằng hợp kim nhôm hàn có dung tích nước từ 0,5 L đến và bằng 150 L, và có áp suất thử không lớn hơn 60 bar (6MPa) dùng để chứa khí nén, khí hóa lỏng và khí hòa tan.

Tiêu chuẩn này bao gồm các yêu cầu đối với các bình chứa hình cầu và các chai chứa được chế tạo từ các thân không hàn có các bộ phận không chịu áp lực được hàn với thân như các đai bảo vệ và vòng ở chân.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 197 (ISO 6892), Vật liệu kim loại - Thử kéo ở nhiệt độ phòng.

TCVN 198 (ISO 7438), Vật liệu kim loại - Thử uốn.

TCVN 256-1 (ISO 6506-1), Vật liệu kim loại - Thử độ cứng Brinen - Phần 1: Phương pháp thử.

TCVN 6700-2 (ISO 9606-2), Kiểm tra chấp nhận thợ hàn - Hàn nóng chảy - Phần 1: Nhôm và hợp kim nhôm.

TCVN 6872 (ISO 11117), Chai chứa khí - Mũ và nắp bảo vệ van - Thiết kế; kết cấu và thử nghiệm.

TCVN 6874-1 (ISO 11114-1), Chai chứa khí - Tính tương thích của vật liệu làm chai và làm van với khí chứa - Phần 1: Vật liệu kim loại.

TCVN 7389 (ISO 13341), Chai chứa khí - Lắp van vào chai chứa khí.

ISO 2107, Aluminium and aluminium alloys - Wrought products - Temper designations (Nhôm và hợp kim nhôm - Sản phẩm gia công áp lực - Ký hiệu cấp độ cứng).

ISO 7866, Gas cylinders - Refillable seamless aluminium alloy gas cylinders - Design, construction and testing (Chai chứa khí - Chai bằng hợp kim nhôm không hàn, nạp lại được - Thiết kế, kết cấu và thử nghiệm).

ISO 10042:2005, Welding - Arc-welded joints in aluminium and its alloys - Quality levels for imperfections (Hàn - Các mối nối hàn hồ quang trong nhôm và hợp kim nhôm - Các mức chất lượng đối với các khuyết tật).

ISO 13769, Gas cylinders - Stamp marking (Chai chứa khí - Ghi nhãn bằng dập dấu).

ISO 15614-2:2005, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials - Welding procedure test - Part 2: Arc welding of aluminium and its alloys (Đặc tính kỹ thuật và cấp chứng chỉ các quy trình hàn vật liệu kim loại - Thử quy trình hàn - Phần 2: Hàn hồ quang nhôm và hợp kim nhôm).

3. Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu

3.1. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1.1. Giới hạn chảy (yield stress)

Giá trị tương ứng với giới hạn chảy quy ước 0,2% (độ giãn dài không tỷ lệ), R_p0,2

3.1.2. Nhiệt luyện hòa tan (solution heat treatment)

Xử lý nhiệt bao gồm nung nóng sản phẩm tới một nhiệt độ thích hợp, giữ ở nhiệt độ này trong thời gian đủ dài để cho phép các thành phần đi vào dung dịch rắn và làm nguội đủ nhanh để giữ các thành phần trong dung dịch.

3.1.3. Tôi (quenching)

Làm nguội nhanh có kiểm soát trong một môi trường thích hợp để giữ lại pha chất hòa tan trong dung dịch rắn.

3.1.4. Hóa già nhân tạo (artificial ageing)

Quá trình xử lý nhiệt, trong đó pha của chất hòa tan được tiết ra để gia tăng giới hạn chảy và giới hạn bền kéo.

3.1.5. Lô sản phẩm (batch)

Số lượng đến 250 chai chứa, cộng với các chai cho thử phá hủy, có cùng một đường kính danh nghĩa, chiều dày và kết cấu, được chế tạo liên tục từ cùng một khuôn đúc và có cùng một chế độ xử lý nhiệt trong cùng một khoảng thời gian; chiều dài của các chai chứa trong cùng một mẻ xử lý nhiệt có thể thay đổi tới ± 12 %.

3.1.6. Hộ số ứng suất thiết kế (design stress factor)

Tỷ số giữa ứng suất tương đương của thành chai ở áp suất thử (P_h) và giới hạn chảy nhỏ nhất được bảo đảm (R_e).

3.1.7. Kiểm tra không phá hủy (non-destructive examination)

Kiểm tra hoặc thử nghiệm không ảnh hưởng đến vật liệu hoặc ảnh hưởng xấu đến chi tiết được kiểm tra.

3.2. Ký hiệu

4. Vật liệu

4.1. Quy định chung

4.1.1. Có thể sử dụng hợp kim nhôm để chế tạo các chai chứa với điều kiện là các vật liệu này đáp ứng được các yêu cầu của thử nghiệm chống ăn mòn được quy định trong Phụ lục A, và đáp ứng được tất cả các yêu cầu của tiêu chuẩn này.

4.1.2. Các ví dụ về các hợp kim được sử dụng thông thường nhất để chế tạo các chai chứa khí được cho trong Bảng 1.

4.1.3. Sau khi hoàn thành tất cả các công việc hàn (bao gồm cả hàn các bộ phận phụ) và trước khi thử thủy lực mỗi chai chứa phải được xử lý nhiệt nếu được yêu cầu để đáp ứng các chuẩn mực thiết kế.

4.2. Xử lý nhiệt

4.2.1. Quy định chung

Bất cứ công việc hàn nào trên bộ phận chịu áp lực phải được thực hiện trước khi xử lý nhiệt lần cuối (xem 6.2).

4.2.2. Hợp kim xử lý nhiệt được

Nhà sản xuất phải quy định trên tài liệu thử nghiệm các kiểu thiết kế mới, khi có yêu cầu, các nhiệt độ nhiệt luyện hòa tan và hóa già nhân tạo và các thời gian mà các chai chứa khí phải được giữ ở các nhiệt độ này. Môi trường được sử dụng để tôi sau khi nhiệt luyện hòa tan phải được xác định.

Trừ khi hợp kim phải chịu nhiệt độ vượt quá 400 °C trong quá trình tạo hình phải thực hiện việc xử lý ổn định hóa và nhà sản xuất phải xác định nhiệt độ và thời gian cho quá trình xử lý ổn định hóa này.

Tuy nhiên, không cần thiết phải xử lý ổn định hóa đối với chai chứa có chiều dày thành trong 5.2 được tính toán với giá trị giới hạn chảy nhỏ nhất được bảo đảm của hợp kim ram O (hoặc hợp kim được ủ để kết tinh lại hoàn toàn trước khi tạo hình chai như đã quy định trong ISO 2107).

Nếu chai chứa được sử dụng cho dịch vụ khí hòa tan thì hợp kim chỉ được sử dụng trong điều kiện được ủ hoàn toàn, nghĩa là các tính chất tối thiểu đã bảo đảm được sử dụng cho vật liệu phải xem xét việc xử lý nhiệt được áp dụng, ví dụ trong quá trình hoạt động đại trà.

4.2.3. Hợp kim không xử lý nhiệt được

Nhà sản xuất phải quy định trên tài liệu thử nghiệm các kiểu thiết kế mới, khi có yêu cầu, kiểu nguyên công tạo hình kim loại được thực hiện (ép đùn, kéo, dát, tạo hình có áp v.v ...). Trừ khi hợp kim phải chịu nhiệt độ vượt quá 400 °C trong quá trình tạo hình, phải thực hiện việc xử lý nhiệt làm ổn định tổ chức và nhà sản xuất phải xác định nhiệt độ và thời gian cho quá trình xử lý nhiệt làm ổn định tổ chức này.

4.2.4. Kiểm soát việc xử lý nhiệt quy định

Trong quá trình xử lý nhiệt, nhà sản xuất phải tuân theo các nhiệt độ và khoảng thời gian được quy định trong các phạm vi sau:

a) Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình                                phạm vi lớn nhất, 20 °C

Nhiệt độ hóa già nhân tạo                      phạm vi lớn nhất, 20 °C

Nhiệt độ ổn định hóa                             phạm vi lớn nhất, 20 °C

b) Khoảng thời gian

Thời gian mà các chai chứa được giữ ở nhiệt độ trong các quá trình xử lý:

Tất cả các quá trình xử lý                       phạm vi lớn nhất, 20 %

4.3. Tính tương thích của vật liệu với khí chứa

Phải kiểm tra tính tương thích của vật liệu với khí chứa như đã quy định trong TCVN 6874-1 (ISO 11114-1).

5. Thiết kế

5.1. Quy định chung

5.1.1. Việc tính toán chiều dày thành của các chi tiết chịu áp lực phải có sự liên kết với giới hạn chảy (R_e) của vật liệu để đảm bảo tính đàn hồi.

5.1.2. Để tính toán, giá trị của giới hạn chảy (R_e) được giới hạn ở giá trị lớn nhất 0,9 Rg đối với các hợp kim nhôm.

5.1.3. Áp suất bên trong dùng để tính toán chiều dày thành phải là áp suất thử thủy lực.

5.1.4. Đối với các khí hòa tan, quá trình chế tạo khối vật liệu xốp có thể làm biến đổi đặc tính của hợp kim nhôm được sử dụng. Điều này phải được xem xét khi thiết kế thân chai.

5.1.5. Mỗi khi cần thiết phải phơi ra trước nhiệt (ví dụ đối với axetylen hòa tan, khi quá trình chế tạo khối vật liệu xốp có thể làm biến đổi đặc tính của hợp kim nhôm được sử dụng) thì yêu cầu này phải được xem xét.

Bảng 1 - Thành phần hóa học của các hợp kim nhôm

5.2. Tính toán chiều dày thành

5.2.1. Chiều dày thành của vỏ hình trụ

Chiều dày nhỏ nhất được bảo đảm của vỏ hình trụ (a’) không được nhỏ hơn chiều dày được tính toán theo phương trình

Giá trị của F là trị số nhỏ hơn trong hai trị số và 0,85; Re/Rg phải được giới hạn tới 0,9.

Giá trị của Z phụ thuộc vào số lượng kiểm tra không phá hủy (NDE) và kiểu chai chứa; phải áp dụng các quy định trong Bảng 2 cho các mối hàn bên ngoài như hàn các đai bảo vệ và vành (vòng) ở chân.

Nhà sản xuất có thể lựa chọn giữa kiểm tra không phá hủy (NDE) 100 % các mối hàn hoặc kiểm tra theo điểm được quy định như sau:

- Đối với các mối hàn theo chu vi (bao gồm cả các mối hàn chốt và hàn gờ lồi), phải kiểm tra 25 mm trên mỗi bên của độ phủ chờm của mối hàn;

- Đối với các mối hàn dọc, phải kiểm tra trên chiều dài 100 mm cách chỗ giao nhau của mối hàn theo chu vi và mối hàn dọc và kiểm tra tr&eci