[發明專利]一種40MPa超高壓氣瓶用鈦合金管材成型方法

有效

• 申請號: 202010559756.5
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111687361B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 張瑞慶
• 申請（專利權）人: 無錫宏達重工股份有限公司
• 主分類號: B21J5/08
• 分類號: B21J5/08;B21K1/14
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 杜丹盛

1.一種40MPa超高壓氣瓶用鈦合金管材成型方法，其特征在于：其預先采用彈性失效準則作為鈦合金高壓氣瓶的設計準則進行計算40Mpa氣瓶的鈦合金TC4的壁厚為25mm～35mm，在制作過程中采用軟包套保溫鍛造技術使鍛件毛坯從50mm壁厚減少到25mm～35mm壁厚，分別獨立制作半成品管材段、半成品封頭端，最后將鍛造成型的半成品管材段、半成品封頭端進行封頭鍛焊；

經過兩火次組織準備鐓拔變形和管坯預制的鍛造過程，最后一火采用軟包套保溫鍛造技術鍛出半成品，通過軟包套包覆于TC4坯表面、并立即進行鍛造；

軟包套的材質具體為絕熱棉，絕熱面通過粘貼方式快速包覆于管坯的外表面；

保溫鍛造時，使得熱塑性窗口控制在溫差不大于30℃，所述熱塑性窗口具體為TC4坯出爐至鍛造完畢；

控制TC4坯的鍛造處于良好塑性的兩相區溫度范圍內，并大幅度降低鈦坯表層的溫度梯度，充分弱化鈦坯表層的熱應力狀態，從而充分弱化鈦坯表面裂紋的產生；

長時間保持兩相區變形溫度，使可鍛時間充分延長，保證了薄壁管件壁厚最小化的變形時間；

封頭鍛焊過程中，半成品封頭段和管材段均開V型坡口，坡口角度30°～45°，然后采用單面焊雙面成型工藝進行焊接，得到鈦及鈦合金高壓氣瓶毛坯，之后對鈦合金高壓氣瓶毛坯的環形焊縫部位局部加熱，加熱溫度控制在850℃～970℃之間，然后采用鐓鍛工藝對鈦及鈦合金高壓氣瓶毛坯的焊縫以及焊接熱影響區進行鐓鍛，使焊縫部位被擠壓，并保證焊縫處變形量大于50％；

氣瓶的壁厚計算過程采用彈性失效準則作為鈦合金高壓氣瓶的設計準則，鈦合金高壓氣瓶屬于厚壁容器，K 為容器外徑D₀與內徑D_i之比， K≥1.2 ，鈦合金高壓氣瓶壁厚的設計采用為中徑公式，中徑公式是以筒體平均直徑處的周向應力作為相當應力， 并將此應力限制在材料的許用應力以內， 即周向應力 ，并考慮到實際筒體總存在焊縫而必須引入焊縫系數，從設計角度出發， 由殼體理論所求出的計算壁厚引入壁厚附加量， 則瓶體壁厚設計公式

式中： t 壁厚；

p 工作壓力；

D 為氣瓶外徑；

D₀=D-t；

材料的許用應力；

C 材料的裕度；

? 焊縫系數， 假定焊接過程中不產生缺陷， ? 取 1，最終帶入各項參數獲得瓶體壁厚的安全厚度為25mm～35mm。

2.如權利要求1所述的一種40MPa超高壓氣瓶用鈦合金管材成型方法，其特征在于，其具體制造工藝流程如下：確定工藝方案--下料—常規制坯—保溫拔長鍛造成管坯—機械加工—金相檢查-鍛焊技術制成氣瓶--試驗報告---技術分析，在保溫拔長鍛造成管坯的過程中分別采用保溫鍛造技術使鍛件毛坯從50mm壁厚減少到25mm～35mm壁厚，分別獨立制作半成品管材段、半成品封頭端，然后將半成品管材段、半成品封頭端通過機械加工形成預設尺寸，之后經過金相檢查確定合格后，將半成品管材段、半成品封頭端通過鍛焊結束制成氣瓶。