TIÊU CHUẨN VIỆT NAM
TCVN 6292: 1997
ISO 4706: 1989
CHAI CHỨA KHÍ – CHAI CHỨA KHÍ BẰNG THÉP HÀN CÓ THỂ NẠP LẠI
Gas cylinders – Refillable welded steel gas cylinders
Lời nói đầu
TCVN 6292: 1997 hoàn toàn tương đương với ISO 4706 : 1989.
TCVN 6292: 1997 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC 58 Bình chứa ga biên soạn Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành.
Lời giới thiệu
Mục đích của tiêu chuẩn này là tạo điều kiện thuận lợi cho việc thống nhất về thiết kế và chế tạo chai chứa khí bằng thép hàn. Các qui định được đưa ra là dựa trên cơ sở kiến thức, kinh nghiệm về vật liệu, các yêu cầu về thiết kế, các qui trình sản xuất và kiểm tra tại nơi sản xuất các chai thông thường ở các nước thành viên của ISO.
Tôn trọng những điều liên quan đến vật liệu kết cấu, phê duyệt các qui định thiết kế và kiểm tra trong quá trình sản xuất – những đối tượng của các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, các bên liên quan phải đảm bảo rằng trong việc áp dụng thực tế của tiêu chuẩn này, các yêu cầu của các bên liên quan cũng phải được thỏa mãn.
CHAI CHỨA KHÍ – CHAI CHỨA KHÍ BẰNG THÉP HÀN CÓ THỂ NẠP LẠI
Gas cylinders – Refillable welded steel gas cylinders
- Phạm vi và lĩnh vực áp dụng
Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu tối thiểu liên quan đến vật liệu, thiết kế, chế tạo và trình độ công nhân, qui trình sản xuất và kiểm tra trong quá trình sản xuất các chai chứa khí bằng thép hàn nạp lại được với áp suất thử không lớn hơn 75 bar[1] và dung tích chứa nước từ 1 lít đến 150 lít để chứa khí nén, khí hóa lỏng hay các khí hòa tan ở nhiệt độ môi trường.
- Tiêu chuẩn trích dẫn
ISO 2604 Sản phẩm thép chịu áp lực – Yêu cầu chất lượng.
ISO 3166 Mã quốc gia.
ISO 4978 Các sản phẩm thép cán tấm để chế tạo các chai hàn chứa khí.
ISO 6892 Vật liệu kim loại – Thử kéo.
ISO 7438 Vật liệu kim loại – Thử uốn.
- Định nghĩa và ký hiệu
3.1 Định nghĩa
3.1.1 Giới hạn chảy: xem ISO 6892
Trong tiêu chuẩn này, thuật ngữ “giới hạn chảy” nghĩa là giới hạn chảy trên. ReH hay đối với các loại thép không có biểu hiện rõ ràng giới hạn chảy thì là giới hạn chảy qui ước 0,2 % (độ dãn dài không tỷ lệ), Rp0,2.
3.1.2 Thường hóa: là quá trình nhiệt luyện chai sau khi chế tạo được nung lên đến nhiệt độ đồng đều cao hơn nhiệt độ tới hạn (AC3) của thép và sau đó được làm nguội trong không khí.
3.1.3 Khử ứng suất: là quá trình nhiệt luyện các chai sau khi chế tạo nhằm khử ứng suất dư mà không làm thay đổi cấu trúc luyện kim của thép.
3.1.4 Đáy lồi hoặc đáy lõm: đáy được gọi là lồi hay lõm là căn cứ vào bề mặt của đáy chịu áp suất là lồi hay lõm.
3.2 Ký hiệu
a là chiều dầy tính toán nhỏ nhất, tính bằng milimét, của vỏ chai.
ab là chiều dầy nhỏ nhất, tính bằng milimét, của vỏ chai (kể cả khấu trừ dò gỉ) được người sản xuất đảm bảo.
A là phần trăm độ dãn dài sau đứt.
b là chiều dầy tính toán nhỏ nhất, tính bằng milimét, của đáy chai.
C là hệ số hình dạng (xem hình 1).
D là đường kính ngoài, tính bằng milimét, của chai được nêu trong bản vẽ thiết kế (xem hình 4).
h là chiều cao, tính bằng milimét, của phần hình trụ của đáy chai (xem hình 4).
H là chiều cao ngoài, tính bằng milimét, của phần uốn vòm của đáy chai (xem hình 4).
J là hệ số khử ứng suất.
L là chiều dài, tính bằng milimét, của chai.
Lo là chiều dài tính toán ban đầu, tính bằng milimét, theo ISO 6892.
n là tỷ số giữa đường kính trục thử uốn và chiều dày của mẫu thử.
N là chai đã được thường hóa
pb là áp suất lớn nhất, tính bằng bar, đạt được trong quá trình thử nổ.
ph là áp suất thử thủy lực, tính bằng bar, trên áp suất khí quyển.
r là bán kính trong của khuỷu đáy chai, tính bằng milimét.
R là bán kính trong của phần đáy, tính bằng milimét.
Re là giá trị nhỏ nhất của giới hạn chảy, tính bằng N/mm2, mà người sản xuất đảm bảo đối với các chai.
Rg là giá trị nhỏ nhất của giới hạn bền kéo, tính bằng N/mm2, mà người sản xuất đảm bảo đối với các chai.
Rm là giá trị thực tế của giới hạn bền kéo, tính bằng N/mm2, được xác định khi thử kéo theo qui định ở điều 8.2.
S là chai đã được khử ứng suất.
So là diện tích mặt cắt ngang, tính bằng mm2, của mẫu thử kéo theo ISO 6892.
- Vật liệu
4.1 Yêu cầu chung
4.1.1 Vật liệu dùng để chế tạo chai chứa khí phải là thép thích hợp cho ép, dập và hàn và phải đảm bảo các tính chất cơ học của chai sau nhiệt luyện không thoái hóa theo thời gian (không hóa già).
Trong trường hợp việc kiểm tra các tính chất không hóa già này được yêu cầu thì các chỉ tiêu kiểm tra phải do người sản xuất và khách hàng thỏa thuận và được ghi vào đơn đặt hàng.
4.1.2 Tất cả các phần thân của chai hàn và tất cả các bộ phận được hàn vào thân chai phải được làm từ các vật liệu tương thích.
4.1.3 Các vật liệu hàn, nếu dùng, phải có khả năng tạo ra các mối hàn có giới hạn bền kéo ít nhất phải bằng (tương đương) giới hạn bền kéo của vật liệu để chế tạo chai.
4.1.4 Người sản xuất chai phải có và phải cung cấp các chứng nhận phân tích đúc của thép để chế tạo các phần chịu áp lực của chai và để nhận biết các chai ứng với các mẻ thép đã dùng để chế tạo ra chúng.
4.2 Thành phần hóa học
4.2.1 Vật liệu dùng để chế tạo chai chứa khí phải có chất lượng hàn được và hàm lượng các nguyên tố trong phân tích đúc phải nhỏ hơn các giá trị tới hạn sau đây:
| cácbon: | 0,22 % max |
| silic: | 0,45 % max |
| mangan: | 1,60 % max |
| phốt pho: | 0,04 % max |
| lưu huỳnh: | 0,04 % max |
| phốt pho và lưu huỳnh: | 0,07 % max |
Khi sử dụng các nguyên tố hợp kim vi lượng như niôbi (columbi), titan và vanadi thì phải hạn chế theo các hàm lượng sau đây:
| niôbi (columbi): | 0,08 % max |
| titan: | 0,20 % max |
| vanadi: | 0,20 % max |
| niôbi (columbi) + vanadi: | 0,20 % max |
Khi các nguyên tố hợp kim vi lượng được dùng thì tên và hàm lượng của chúng phải được ghi trong chứng chỉ của người sản xuất thép cùng với thành phần hóa học đã nêu trên.
4.2.2 Nếu có yêu cầu phân tích kiểm tra thì chúng phải được tiến hành hoặc trên các mẫu được lấy từ vật liệu chế tạo chai hoặc từ trên mẫu lấy từ chai thành phẩm. Trong tất cả các phân tích kiểm tra, các sai lệch cho phép lớn nhất so với các giới hạn được qui định cho phân tích đúc phải phù hợp với các giá trị được qui định trong phần tương ứng của ISO 2604.
4.3 Các vật liệu có thể được sử dụng
Các loại thép được xác định trong ISO 4978 thỏa mãn các yêu cầu của 4.1 và 4.2. Các thép thích hợp khác mà phù hợp với các yêu cầu của 4.2.1 cũng có thể dùng được, tùy thuộc vào sự chấp nhận của cơ quan nhà nước có thẩm quyền ở nơi sử dụng chai.
4.4 Nhiệt luyện
Các chai được đưa ra sử dụng phải được thường hóa hay khử ứng suất (xem 3.1.2 và 3.1.3). Người sản xuất chai phải xác nhận rằng các chai đã được nhiệt luyện sau khi hoàn thành tất cả các mối hàn và phải chứng nhận quá trình nhiệt luyện đã áp dụng
Không được phép nhiệt luyện cục bộ lại.
- Thiết kế
5.1 Yêu cầu chung
5.1.1 Việc tính toán chiều dầy thành của các bộ phận chịu áp suất trong của các chai chứa khí phải căn cứ vào giới hạn chảy của vật liệu chế tạo.
5.1.2 Để tính toán, giá trị giới hạn chảy Re phải được giới hạn đến giá trị lớn nhất của:
- a) 0,75 Rg đối với thép cac bon có giới hạn bền kéo nhỏ hơn 490 N/m2.
- b) 0,85 Rg đối với các thép vi hợp kim độ bền cao có giới hạn bền kéo không nhỏ hơn 490 N/m2.
5.1.3 Áp suất bên trong làm cơ sở để tính toán các chai chứa khí phải là áp suất thử thủy lực ph.
5.1.4 Bản vẽ kích thước đầy đủ bao gồm cả các tính chất của vật liệu phải được cung cấp cho khách hàng hay cơ quan thanh tra.
5.2 Tính toán chiều dầy thân chai
chiều dầy của thân chai hình trụ không được nhỏ hơn giá trị tính toán theo công thức:
a=
Đối với các mối hàn theo chu vi: J = 1
Đối với các mối hàn dọc:
– nếu từng mối hàn được chụp bằng tia bức xạ: J = 1;
– nếu mối hàn được chụp bằng tia bức xạ điểm (xem hình 5 và 7.2.2): J = 0,9;
– nếu mối hàn không được chụp bằng tia bức xạ (chỉ với thép các bon): J = 0,7.
Chiều dầy thành chai nhỏ nhất, xem 5.5.
5.3 Thiết kế phần đáy lõm
5.3.1 Hình dạng đáy của chai chứa khí phải thỏa mãn các điều kiện sau đây:
– đối với đáy chỏm cầu: R £ D; r ³ 0,1 D; h ³ 4 b (hình 4a)
– đối với đáy hình elip: H ³ 0,192 D; h ³ 4 b (hình 4b).
5.3.2 Chiều dầy của đáy chai chứa khí không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức:
b=
Trong công thức này C là hệ số hình dạng có giá trị phụ thuộc vào tỷ số H/D.
Giá trị của C có thể xác định trên đồ thị hình 1.
5.4 Thiết kế đáy lồi của chai đựng khí không ăn mòn (xem hình 6)
Đáy lồi phải có phần phủ lên nhau nhỏ nhất là 4a và chiều dầy nhỏ nhất là 2a.
5.5 Chiều dầy nhỏ nhất của thành chai
5.5.1 Chiều dầy tính theo 5.2 hay 5.3.2 nếu nhỏ hơn 2 mm hay 1,8 mm khi tỷ số L/D < 5 thì chiều dầy cho phép nhỏ nhất của phần hình trụ và phần đáy chai phải thỏa mãn (bằng) giá trị lớn nhất của các chiều dầy tiêu chuẩn sau đây:
a = b > mm
a = b > 1,5 mm
a và b không được nhỏ hơn giá trị được tính bằng các công thức trong 5.2 và 5.3.
Giá trị 1,8 mm có thể được thay thế cho 2 mm nếu tỷ số L/D có giá trị lớn nhất bằng 5 và cho phép chiều dầy có dung sai dương.
5.5.2 Một phần trong các yêu cầu 5.3 và 5.5.1 của phần hình trụ kết hợp với phần đáy trừ những điều qui định trong 5.5.3 cũng phải thỏa mãn các yêu cầu nêu trong 5.2 đối với thân hình trụ.
5.5.3 Phương trình nêu trong 5.2 không áp dụng cho trường hợp chiều dài của phần hình trụ của chai chứa khí đo từ đỉnh của các phần vòm của hai đầu không lớn hơn . Trong trường hợp này chiều dầy của thành chai không được nhỏ hơn chiều dầy của phần vòm (xem 5.3.2).
- Chế tạo và trình độ công nhân
6.1 Điều kiện hàn
Mỗi người sản xuất, trước khi tiến hành sản xuất chai chứa khí với thiết kế cho trước phải có công nghệ hàn và thợ hàn phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia. Các hồ sơ về sự phân loại như vậy phải được người sản xuất lưu giữ.
- a) các phép thử phải được tiến hành theo nguyên tắc là các mối hàn phải là đại diện cho các mối hàn trong sản xuất.
- b) các thợ hàn phải trải qua các kỳ thi đối với loại hình công việc và công nghệ liên quan.
- c) cần phải kiểm tra lại qui trình công nghệ cũng như thợ hàn nếu có sự thay đổi so với các qui định trong tiêu chuẩn phân loại.
6.2 Thép tấm và các phần dập
Trước khi lắp ráp, các phần chịu áp lực của chai phải được kiểm tra bằng mắt thường về độ đồng đều chất lượng và không được có các khuyết tật có hại.
6.3 Các mối hàn
6.3.1 Việc hàn các mối hàn dọc hay vòng quanh chu vi phải được tiến hành bằng các máy hàn tự động
6.3.2 Số lượng mối hàn dọc không lớn hơn một, phải là mối hàn kiểu giáp mép.
6.3.3 Số lượng mối hàn chu vi không được lớn hơn hai, phải là mối hàn giáp mép hoặc được hàn giáp mép có tấm lót gỗ hay được hàn chồng mép lên nhau. Các mối hàn phủ lên nhau phải có độ phủ lên nhau nhỏ nhất là bốn lần chiều dầy danh nghĩa của tấm thép và phải tuân theo 6.4.4.
6.3.4 Vị trí tất cả các lỗ phải được bố trí ở đáy của chai
Mỗi lỗ trên chai phải được gia cố bằng một đầu nối bằng thép hàn được, tương thích và được hàn chắc chắn, được thiết kế để đảm bảo độ bền và tránh tập trung ứng suất có hại. Mối hàn các đầu nối phải không được trùng với các mối hàn dọc và chu vi.
Nếu độ kín giữa van và chai được dẩm bảo bằng kim loại (ví dụ: đồng) thì một đầu nối van bên trong thích hợp có thể được lắp vào chai bằng một phương pháp không đảm bảo độ kín khít riêng.
6.4 Mối hàn
6.4.1 Trước khi chai được hàn kín thì phải kiểm tra mối hàn dọc bằng mắt ở cả hai phía. Các mối hàn dọc không được nối tiếp nhau liên tục.
6.4.2 Tất cả các mối hàn phải đều đặn không được có vết lõm và phải kết hợp với vật liệu nền mà không được cháy chân hay ngắt quãng.
6.4.3 Các mối hàn giáp mép và các mối hàn lồng mép phải được hàn ngấu, không được ngắt quãng.
6.4.4 Đối với các mối hàn chu vi chồng mép thì chân mối hàn phải chịu ứng suất cắt, ít nhất phải bằng 2 lần chiều dầy nhỏ nhất của thành chai được tính theo 5.2.
Các mối hàn chồng mép chỉ được cho phép sau khi đã thử mỏi đạt yêu cầu theo qui định trong phụ lục A.
6.5 Độ tròn
Độ không tròn bên ngoài của vỏ hình trụ phải được giới hạn sao cho sự khác nhau giữa đường kính ngoài lớn nhất và nhỏ nhất trên cùng một mặt cắt ngang không được lớn hơn 1 % giá trị trung bình của các đường kính này.
6.6 Các chi tiết phụ không chịu áp lực
6.6.1 Phần cổ, chân, tay, phần lõi, tấm lót và các vòng đệm không chịu áp lực của khí chứa trong chai có thể được gắn vào chai bằng cách hàn miễn là các phần này được làm bằng thép hàn được và tương thích.
6.6.2 Mỗi một chi tiết phụ này phải được thiết kế để có thể kiểm tra từng mối hàn, mà chúng không được tiếp xúc với các mối hàn dọc hay chu vi và được thiết kế sao cho tránh được thấm nước.
6.6.3 Phần đệm chân phải có độ bền thích hợp và được gắn vào chai để đảm bảo độ cân bằng và được hàn sao cho có thể kiểm tra mối hàn xung quanh ở đáy.
Phần chân phải được thoát nước một cách thích hợp và phần không gian bị che khuất phải chân được thông thoáng thích hợp.
[1] ) 1 bar = 105 Pa = 105 N/m2
