[發(fā)明專利]艦船用鈦合金高壓無縫氣瓶的成形與加工方法

有效

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• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112246947B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 馬曠;韓慶波;康斌;唐旭亮;吳欽
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天江北機械工程有限公司
• 主分類號: B21D22/14
• 分類號: B21D22/14;B21J5/00;B21D51/38;B21D51/44
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西;張繼巍

本發(fā)明公開了一種艦船用鈦合金高壓無縫氣瓶的成形與加工方法，鍛件坯料鍛造，鍛件坯料的鍛造溫度為800℃～960℃?強力旋壓坯料加工，強力旋壓圓筒段加熱溫度為550℃～750℃?強力旋壓成形圓筒段?無芯模熱旋壓成形頭部封頭?無縫氣瓶固溶、時效熱處理及瓶口加工。產(chǎn)品質(zhì)量好，無傳統(tǒng)方法的焊接缺陷和底部封頭未熔合缺陷；產(chǎn)品可靠性、抗疲勞性好，使用壽命長；材料利用率較高、制造成本較低。

技術領域

本發(fā)明涉及鈦合金制品加工的技術領域，具體涉及一種艦船用鈦合金高壓無縫氣瓶的成形與加工方法。

背景技術

隨著現(xiàn)代海洋防務技術的快速發(fā)展，大型艦船大量應用于海洋防務裝備，相應的艦船用鈦合金高壓無縫消防氣瓶等設備有了大量應用的需求。無縫氣瓶由于使用方便、安全、可反復充裝、承壓高等特點，目前已廣泛應用于燃料供給、消防、清掃等。常用的鋼質(zhì)氣瓶材料密度大，要提高氣瓶的承壓能力，只能用增加壁厚來實現(xiàn)，但這只能達到有限的程度，而且會大大增加氣瓶的重量，且耐腐蝕性能差，降低了使用壽命和可靠性。復合材料氣瓶因復合材料會隨著時間的延長而發(fā)生老化而影響氣瓶的可靠性和使用壽命。

鈦合金是一種優(yōu)質(zhì)的高強度結(jié)構(gòu)鋼。其屈強比高、高溫強度高，可以在600℃以下長期使用；比強度高，密度為4.5g/cm³，只有鋼比重的60％，在相同材料屈服強度、相同容積、相同壓力的情況下，鈦合金氣瓶只有鋼氣瓶重量的50％左右；耐熱性、耐蝕性好，在海洋等高鹽、濕熱環(huán)境中，幾乎不發(fā)生腐蝕，使用壽命長、維修費用低；無磁性，降低了設備的磁場效應，增加了艦船設備的隱蔽性。

α+β型鈦合金，含有大量的α相穩(wěn)定元素和β相穩(wěn)定元素，具有α+β兩項組織，通過熱處理可以獲得高強度和不同的金相形態(tài)和數(shù)量。這類鈦合金典型的TC4、TC6、TC11等，其中TC4應用最廣泛，占鈦合金應用數(shù)量的50％以上。

但傳統(tǒng)的TC4鈦合金高壓氣瓶采用封頭與圓筒焊接成形，具有焊縫強度較低等較多缺陷，影響氣瓶的使用壽命，且加工周期長，加工成本高。

傳統(tǒng)的鋼瓶熱旋壓收底技術，為了保證底部熔合良好，加熱溫度在1100℃以上，并對底部中心進行氧乙炔火焰穿孔。對于TC4鈦合金高壓氣瓶，由于材料極易氧化，采用管料成形收底，底部中心容易產(chǎn)生氧化缺陷，熔合質(zhì)量差。

傳統(tǒng)的鋼瓶熱旋壓收口技術，為了保證成形抗力低，加熱溫度在1100℃以上。對于TC4鈦合金高壓氣瓶，高溫旋壓造成了材料的組織轉(zhuǎn)變，生成了不可熱處理逆轉(zhuǎn)的β相組織，不能保證α+β型鈦合金金相組織和性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用壽命、提高材料利用率、降低制造成本的艦船用鈦合金高壓無縫氣瓶的成形與加工方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的艦船用鈦合金高壓無縫氣瓶的成形與加工方法，氣瓶包括底部封頭、圓柱段、頭部封頭和瓶口；成形與加工方法的具體過程如下：

1)鍛件坯料鍛造

將鈦合金圓鋼坯料鍛造成鍛件坯料，鍛件坯料一端的圓周邊留有供強力旋壓的加工余量L1，且鍛件坯料的鍛造溫度為800℃～960℃；

2)強力旋壓坯料加工

將鍛件坯料數(shù)控加工成強力旋壓坯料，并將鍛件坯料的臺階面一端按照氣瓶最終尺寸加工成底部封頭；

3)強力旋壓成形圓筒段

采用強力旋壓機正向強力熱旋壓成形圓筒段，旋壓后保證圓筒段長度L3有加工余量；強力旋壓圓筒段加熱溫度為550℃～750℃，溫度過低；

4)無芯模熱旋壓成形頭部封頭

采用熱旋壓機無芯模正向熱旋壓成形頭部封頭，多道次逐步成形，封底后多道次逐漸加長成形瓶口，并保證圓筒段長度L3為正偏差；