超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆及其制造方法，包括直筒段，和分别位于直筒段两端的A封头和B封头，A瓶口和B瓶口分别位于A封头和B封头上；超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的长度为5‑13m，直筒段的公称外径为Φ300‑Φ850mm，高压气瓶的额定压力为20‑30Mpa。本发明专利技术总体采用旋压的加工方法，产品整体无焊缝，制备工艺简单，操作方便，能耗低，污染小，整个制作过程中原材料的损耗比较少，节约了原材料成本。本发明专利技术的制造方法加工出来的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，具有壁薄、质量轻的特点；其内材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐高压特性，对高压气瓶的制造具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆及其制造方法
本专利技术属于高压容器
，具体涉及一种超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆及其制造方法。
技术介绍
高压气瓶已经广泛用于工矿生产、建筑、交通、海洋、航空、医疗、军事等国民经济的各个行业。高压气瓶的容量、瓶壁厚度及制作工艺和材料都会影响高压气瓶的性能。如天然气和氢气是一种世界范围内重点发展和广泛使用的清洁能源。目前采用20-30MP高压气瓶储运和使用压缩天然气(CNG)、压缩氢气和其他压缩工业气体是这些气体从主管路输送到用气点、加气站等地的主要方式。目前，铝合金内胆碳纤维全缠绕高压气瓶具有众多优点，已逐步取代传统钢质气瓶，成为当今世界高压气瓶的主流产品。其优点如下：(1)大幅减重；采用铝合金内胆复合缠绕的气瓶，同等性能下材料厚度仅为钢瓶的50％-70％，且密度更低，因而其重量仅为传统钢瓶的35％-40％。(2)破损安全性好；铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶采用铝合金内胆及碳纤维复合材料增强，每平方厘米上的纤维多达几千上万根，当气瓶超载并发生少量纤维断裂时，其载荷会迅速分配在未破坏的纤维上，这会在短期乃至相当长一段时间内使气瓶不致丧失承载能力，大大提高安全性。(3)减震性好；复合材料中纤维与树脂基体界面具有吸震能力，震动阻尼好，抗声震疲劳性能也很高。(4)与无缝钢质气瓶需要的复杂工序相比，纤维缠绕工艺更加灵活，容易变换，工序更为简化，也容易实现自动化，且能耗远远低于钢质气瓶的生产过程。例如，外径Φ300-Φ850mm、长度5-13m的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶主要用作大型天然天然气运输槽车用储运气瓶、加气站储运气瓶、CNG运输船储运气瓶等大容积高压储运气瓶。但是受材料生产以及技术能力的限制，我国目前还未能生产长度大于5m的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶，其核心问题就是铝合金内胆无法制造。在上述背景下，为了大幅提高天然气、氢气、工业高纯气体槽车的储运能力，为了进一步掌握具有自主产权的大型压缩天然气、氢气和混合燃气等储运装置的关键技术及产品，迫切的需要开发具有直径大、长度长、质量轻、高可靠等特性的高压气瓶用铝合金内胆产品。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种高压气瓶铝合金内胆及其制造方法。以至少解决目前高压气瓶容积小，质量过重，可靠性差的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆作为缠绕气瓶的内胆用于储存压缩气体，所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构，包括A瓶口、A封头、直筒段、B封头和B瓶口，所述A封头和B封头分别位于所述直筒段的两端，所述A瓶口和B瓶口分别位于所述A封头和B封头上；所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的长度为5-13m，所述直筒段的公称外径为Φ300-Φ850mm，所述高压气瓶的额定压力为20-30Mpa。如上所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，优选，所述直筒段的壁厚为3-10mm，所述直筒段的整体直线度不大于0.5mm/m；优选地，所述直筒段的壁厚的公差小于等于±0.15mm；再优选地，所述直筒段任意直线段位置局部直线度不大于0.5mm/300mm；再优选地，所述直筒段任意位置的圆度不大于0.5mm；再优选地，所述直筒段的内表面粗糙度小于Ra1.6μm，所述直筒段的外表面粗糙度小于Ra3.2μm。如上所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，优选，所述封头的结构类型为椭球型封头、碟型封头或半球型封头，所述A封头的结构类型与所述B封头的结构类型相同，所述封头的厚度由边缘向瓶口部位均匀渐变增厚；优选地，所述封头的厚度由边缘的5-8mm向瓶口部位的10-15mm均匀渐变增厚；再优选地，所述瓶口的长度为40mm、所述瓶口的外径为50mm，所述瓶口的内径为28mm。如上任一项所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的制造方法，优选，所述制造方法包括如下步骤：S1，铝合金内胆旋压管制备，采用超长筒体张力旋压设备对无缝管材的直筒段进行多道次强力外旋压成形处理，得到铝合金内胆旋压管；该步骤具体包括如下步骤：S1a，铝合金内胆旋压管直筒段的旋压成型，采用超长筒体张力旋压设备以张力三旋轮错距正旋旋压方法对无缝管材进行多次旋压过程，得到旋压件A；旋压时采用浮动芯模进行旋压辅助加工；旋压制造过程中，采用牵引力牵引无缝管材的一端向外延伸，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；所述牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；无缝管材被牵引一端的轴向固定在牵引机构上，确保被牵引一端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由；S1b，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用锯床对步骤S1a中得到的旋压件A进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；S1c，铝合金内胆旋压管的清洗，采用清洗机对步骤S1b中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；S1d，探伤，对步骤S1c中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段进行超声探伤，检查内表面气孔、夹杂、凹陷、微裂纹的缺陷；S2，铝合金内胆旋压管的修磨，对步骤S1中得到的铝合金内胆旋压管进行内外表面划伤、碰伤的修磨；S3，封头和瓶口的旋压成型；S4，瓶口中心孔的加工；S5，曲面探伤；S6，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用封头内表面修磨机床对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C；S7，热处理，对步骤S6中得到的旋压成型件C进行T6工艺处理，得到超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆坯；S8，瓶口加工，采用超长瓶口加工中心对步骤S7中得到的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆坯的A瓶口和B瓶口的内径和外径分别进行机加工，并加工出瓶口内螺纹，得到超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆；S9，内胆清洗，采用卧式气瓶内胆清洗机对步骤S8中得到的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除加工污染物。如上所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的制造方法，优选，所述步骤S1中：所述步骤S1a中的张力三旋轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6-12mm；优选地，所述步骤S1c中的清洗机为旋转喷淋清洗机或超声清洗机；优选地，所述铝合金内胆旋压管的清洗采用加热30-45℃的中性清洗剂完成；再优选地，所述铝合金内胆旋压管清洗后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍。如上所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的制造方法，优选，所述步骤S2具体包括如下步骤：S21，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；S22，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；S23，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。如上所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的制造方法，优选，所述步骤S3为：采用加热收口旋压机对所述铝合金内胆旋压管两端的开口处分别进行封头和瓶口的旋压成型，得到旋压成型件B；所述旋压成型件B包括直筒段和直筒段两端的A封头和B封头；具体包括如下步骤：S31，装夹，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹S32，加热，对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处加热至200-400℃；S33，封头及瓶口的成型旋压，采用单侧X直线、Z直线和旋转三向插补式收口旋压机对步骤S32中加热的铝合金内胆旋压管进行多道次收口旋压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，其特征在于，所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆作为缠绕气瓶的内胆用于储存压缩气体，所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构，包括A瓶口、A封头、直筒段、B封头和B瓶口，所述A封头和B封头分别位于所述直筒段的两端，所述A瓶口和B瓶口分别位于所述A封头和B封头上；所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的长度为5‑13m，所述直筒段的公称外径为Φ300‑Φ850mm，所述高压气瓶的额定压力为20‑30Mpa。

【技术特征摘要】
1.一种超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，其特征在于，所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆作为缠绕气瓶的内胆用于储存压缩气体，所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构，包括A瓶口、A封头、直筒段、B封头和B瓶口，所述A封头和B封头分别位于所述直筒段的两端，所述A瓶口和B瓶口分别位于所述A封头和B封头上；所述超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的长度为5-13m，所述直筒段的公称外径为Φ300-Φ850mm，所述高压气瓶的额定压力为20-30Mpa。2.如权利要求1所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，其特征在于，所述直筒段的壁厚为3-10mm，所述直筒段的整体直线度不大于0.5mm/m；优选地，所述直筒段的壁厚的公差小于等于±0.15mm；再优选地，所述直筒段任意直线段位置局部直线度不大于0.5mm/300mm；再优选地，所述直筒段任意位置的圆度不大于0.5mm；再优选地，所述直筒段的内表面粗糙度小于Ra1.6μm，所述直筒段的外表面粗糙度小于Ra3.2μm。3.如权利要求1所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆，其特征在于，所述封头的结构类型为椭球型封头、碟型封头或半球型封头，所述A封头的结构类型与所述B封头的结构类型相同，所述封头的厚度由边缘向瓶口部位均匀渐变增厚；优选地，所述封头的厚度由边缘的5-8mm向瓶口部位的10-15mm均匀渐变增厚；再优选地，所述瓶口的长度为40mm、所述瓶口的外径为50mm，所述瓶口的内径为28mm。4.一种如权利要求1至3任一项所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：S1，铝合金内胆旋压管制备，采用超长筒体张力旋压设备对无缝管材的直筒段进行多道次强力外旋压成形处理，得到铝合金内胆旋压管；该步骤具体包括如下步骤：S1a，铝合金内胆旋压管直筒段的旋压成型，采用超长筒体张力旋压设备以张力三旋轮错距正旋旋压方法对无缝管材进行多次旋压过程，得到旋压件A；旋压时采用浮动芯模进行旋压辅助加工；旋压制造过程中，采用牵引力牵引无缝管材的一端向外延伸，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；所述牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；无缝管材被牵引一端的轴向固定在牵引机构上，确保被牵引一端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由；S1b，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用锯床对步骤S1a中得到的旋压件A进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；S1c，铝合金内胆旋压管的清洗，采用清洗机对步骤S1b中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；S1d，探伤，对步骤S1c中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段进行超声探伤，检查内表面气孔、夹杂、凹陷、微裂纹的缺陷；S2，铝合金内胆旋压管的修磨，对步骤S1中得到的铝合金内胆旋压管进行内外表面划伤、碰伤的修磨；S3，封头和瓶口的旋压成型；S4，瓶口中心孔的加工；S5，曲面探伤；S6，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用封头内表面修磨机床对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C；S7，热处理，对步骤S6中得到的旋压成型件C进行T6工艺处理，得到超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆坯；S8，瓶口加工，采用超长瓶口加工中心对步骤S7中得到的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆坯的A瓶口和B瓶口的内径和外径分别进行机加工，并加工出瓶口内螺纹，得到超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆；S9，内胆清洗，采用卧式气瓶内胆清洗机对步骤S8中得到的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除加工污染物。5.如权利要求4所述的超大尺寸高压气瓶用铝合金内胆的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中：所述步骤S1a中的张力三旋轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6-12m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东坡，马世成，汪宇羿，赵文龙，张月倩，孙昂，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11