[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

本發明提供了一種40MPa超高壓氣瓶用鈦合金管材成型方法，其用鈦合金氣瓶替代傳統鋼制氣瓶，取代目前使用的鋼制25MPa高壓空氣瓶，同時提高高壓空氣的儲存容量。并且解決目前TC4管材鍛件壁厚最小化問題，提高金相組織和機械性能合格率。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。

技術領域

本發明涉及氣瓶制作的技術領域，具體為一種40MPa超高壓氣瓶用鈦合金管材成型方法。

背景技術

軍工鈦材是未來鈦材的重點領域，軍工鈦材短期內將保持較穩定的增長，大量武器裝備需要輕量化、高強度化，滿足現代戰爭日益增長的快速反應能力和高強度性。隨著反潛探測技術水平的提高，現代潛艇必須向著大潛深、高隱蔽性的方向發展。而潛艇下潛的深度提高，就必須相應地提高潛艇在大深度故障狀態下的應急挽回能力，以確保潛艇的安全。由于高壓空氣系統是保證潛艇失事挽回最主要的生命力系統，因此要提高潛艇在大深度故障狀態下的應急挽回能力，就必須加大潛艇的高壓空氣應急吹除速率，提高潛艇高壓空氣的儲備量。而增大應急吹除速率行之有效的辦法是提高高壓空氣系統的壓力級。目前潛艇高壓空氣系統使用的25MPa級鋼制高壓氣瓶已滿足不了深潛使用的要求。主要表現在以下幾方面：

（1）921鋼作為高壓氣瓶的材料，要提高氣瓶的強度，只能用增加壁厚來實現，但這只能達到有限的程度，而且會大大增加氣瓶的重量。

（2）氣瓶自身重量增加，潛艇的有效載荷將相應的減少。而且對整個潛艇的重量平衡和總體分布帶來很大困難。

（3）921鋼制高壓氣瓶的耐腐蝕能力差，受腐蝕的高壓氣瓶內部出現的各種腐蝕產物將造成高壓空氣的污染，使整套高壓空氣系統的可靠性大大降低。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種40MPa超高壓氣瓶用鈦合金管材成型方法，其用鈦合金氣瓶替代傳統鋼制氣瓶，取代目前使用的鋼制25MPa高壓空氣瓶，同時提高高壓空氣的儲存容量。并且解決目前TC4管材鍛件壁厚最小化問題，提高金相組織和機械性能合格率。

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。

其進一步特征在于：

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；