[發明專利]一種鈦合金氣瓶及其制備方法

在審

• 申請號: 202110390796.6
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113084458A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 葛鵬;席錦會;侯鵬;劉姣;廖強
• 申請（專利權）人: 西部金屬材料股份有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C21D9/00;C21D9/08;C22F1/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明提供了一種鈦合金氣瓶及其制備方法，屬于鈦合金加工技術領域。本發明采用第一熱處理、模鍛成型和第二熱處理的方式制備鈦合金封頭，采用第三熱處理、斜軋穿孔、熱軋和第四熱處理的方式制備鈦合金管材，再將鈦合金封頭與鈦合金管材進行摩擦焊接，得到鈦合金氣瓶。本發明采用第一熱處理、模鍛成型和第二熱處理的方式，能夠保證鈦合金氣瓶封頭的強度；本發明采用第三熱處理、斜軋穿孔、熱軋和第四熱處理的方式制備鈦合金管材，能夠保證鈦合金氣瓶基體的強度。本發明采用摩擦焊接的方式，能夠增強焊縫的強度，所得焊縫質量與母材相當。同時，本發明提供的方法操作難度低、成材率高、成本低，尤其適用于大規格鈦合金氣瓶的制備。

技術領域

本發明涉及鈦合金加工技術領域，尤其涉及一種鈦合金氣瓶及其制備方法。

背景技術

鈦合金因其具有低密度、高比強、耐高溫、耐腐蝕、無磁性、生物相容性好等優異的綜合性能，在航空、航天、航海、石油、化工、醫療等領域得到廣泛的應用。以往飛行器、潛艇用高壓氣瓶為鋼制，但由于傳統飛行器、潛艇上使用的氣瓶一般體積較大，直徑較大，采用鋼材制作，重量也比較大，不能滿足減重的要求。隨著科技的進步，鈦合金因其特殊的優勢開始進入飛行器、潛艇用氣瓶領域。

目前鈦及鈦合金氣瓶的制造方法主要有：1)板材卷焊+冷旋壓+電子束焊接；2)將管材兩端收口旋壓制備整體氣瓶；3)反擠壓制粗管坯+精鍛拔管+旋壓制備管件+熱旋壓收口；4)鍛造成型管材段和封頭端+電子束或激光焊接。方法1)存在兩方面問題，首先，冷旋壓難度大；其次，電子束焊接焊縫處為鑄態組織，與基體組織差異大，導致焊縫強度低。方法2)管材兩端收口旋壓制備整體氣瓶，這種方法對于低強鈦合金薄壁管材難度低，但對于高強或厚壁管材的成型來說難度非常大。方法3)管材制備過程復雜，采用熱旋壓工藝對于厚壁管材的收口，需要大型強力的旋壓設備。方法4)采用鍛造成型成材率低，且電子束或激光焊接為熔融焊接，焊接過程中可能會出現夾雜、孔洞等缺陷，且所得鈦合金焊縫組織為粗大的β晶粒，其力學性能及組織與母材有明顯差異。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種鈦合金氣瓶及其制備方法。本發明提供的制備方法簡單，操作難度低，成材率高，且所得鈦合金氣瓶的焊縫強度高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鈦合金氣瓶的制備方法，包括以下步驟：

(1)對鈦合金棒坯依次進行第一加熱、模鍛成型和第一熱處理，得到鈦合金封頭；所述鈦合金封頭為一端開口的圓管，所述圓管設有開口端和封口端；

(2)對鈦合金棒材依次進行第二加熱、斜軋穿孔、熱軋和第二熱處理，得到鈦合金管材；所述鈦合金管材的壁厚和外徑與所述鈦合金封頭的開口端的壁厚和外徑相同；

(3)將鈦合金封頭和鈦合金管材按照“第一鈦合金封頭、鈦合金管材、第二鈦合金封頭”的順序進行摩擦焊接，得到鈦合金氣瓶；

所述步驟(1)和步驟(2)之間沒有時間順序的限制。

優選的，所述步驟(3)中摩擦焊接的參數包括：

主軸轉速為650～1000rpm；

摩擦壓力為5.0～20.0MPa；

摩擦加壓時間為2.0～5.0s；

摩擦變形量為5.0～10.0mm；

頂鍛壓力為10～30.0MPa；

頂鍛加壓時間為1.0～3.0s；

總變形量為8.0～13.0mm。

優選的，所述鈦合金封頭的圓管的長度為100～150mm。