一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法技术

本发明专利技术提供一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法，采用冷拔管坯作为坯料，先后经过强力旋压和收口旋压获得收口旋压件A和收口旋压件B，再对其分别依次进行热处理和机械加工整形，最后通过氩弧焊的焊接方式将上述加工好的收口旋压件A和收口旋压件B焊接在一起。通过本方法加工而成的不锈钢气瓶，壁厚均匀，外观好，修磨量小，整体重量相较纯焊接钢质气瓶大幅减轻50％以上，且制造成本显著降低；产品晶粒组织得到细化，显著提高了气瓶整体的力学性能和高温服役的可靠性，对面临高温高压使用条件的薄壁气瓶的制造具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法
本专利技术属于气瓶制造领域，具体涉及一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法。
技术介绍
高压气瓶是航空航天设备的关键部件，使用压力高达35MPa，最高使用温度超过400℃。传统气瓶产品为厚度达18mm-20mm的纯钢质气瓶，瓶体采用轧制管材，两端封头采用锻件经过机械加工制备，最后再采用焊接工艺将两端封头与瓶体进行连接。在实际使用过程中，封头与瓶体的焊接区域内晶粒组织粗大，晶界析出相明显，晶界弱化效应严重，长期使用后存在漏气和萌生缺陷等隐患，而且这种采用焊接方式制造的纯钢质气瓶的重量大，与轻量化的要求日益脱节。针对实际发展需求，厚壁纯钢质气瓶已无法满足压力、温度、减重等设计指标的要求，新型航空航天用不锈钢气瓶的设计方案为：在厚度为1mm左右的薄壁不锈钢气瓶的内胆缠绕碳纤维及耐高温树脂，从而制得高压复合气瓶，其中，薄壁不锈钢气瓶的制备是核心技术。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法以至少解决目前传统纯钢气瓶厚度大、整体重量大、焊接区晶界弱化效应严重、长期使用隐患多等问题。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法，所述薄壁不锈钢气瓶由管坯通过所述成形方法加工而成，所述薄壁不锈钢气瓶包括一体成形的封头A、瓶口A，和一体成形的瓶体、封头B及瓶口B，所述成形方法包括如下步骤：S1，下料：准备待加工管坯，分别为管坯A和管坯B；S2，管坯初步旋压减薄：对管坯A和管坯B分别进行旋压减薄；S3，管坯端面整形：对旋压减薄后成形的管坯的待收口端部进行机械加工，确保待收口端部的切口整齐，从而得到减薄旋压件A和减薄旋压件B；S4，收口旋压：对减薄旋压件A和减薄旋压件B进行收口旋压，得到收口旋压件A和收口旋压件B；收口旋压件A为一体成形的封头A、夹持段A，收口旋压件B为一体成形的瓶体、封头B及夹持段B；S5，固溶处理：分别对收口旋压件A和收口旋压件B进行真空固溶处理；S6，机械加工整形：分别对固溶处理后的收口旋压件A和收口旋压件B的封头型面进行机械加工，并切去夹持段A和夹持段B，得到一体成形的封头A、瓶口A，和一体成形的瓶体、封头B及瓶口B；S7，连接：将封头A与瓶体进行连接。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述步骤S1具体包括如下步骤：S11，选取冷拔管作为管坯材料；S12，通过车削加工将冷拔管加工成管坯A和管坯B；S13，对车削加工所得的管坯A和管坯B进行热处理，以降低管坯A和管坯B的强度，满足强力旋压加工要求。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述步骤S2具体包括如下步骤：S21，将管坯A和管坯B的内表面和旋压成形模具的外表面均匀涂抹润滑油，以保证在经过旋压减薄之后的管坯内表面不出现划伤；S22，在尾顶及压料盘的作用下缓慢将管坯套入旋压成形模具，直至管坯封底与旋压成形模具端面压紧以完成管坯安装；S23，分别对管坯A和管坯B以正旋外旋压工艺进行强力旋压，使管坯A和管坯B减薄。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述步骤S23具体包括如下步骤：S231，分别对管坯A和管坯B以正旋外旋压工艺进行强力旋压，使管坯A和管坯B整体减薄；S232，分别对整体减薄后的管坯A和管坯B的非增厚成形段以正旋外旋压工艺进行多次强力旋压减薄，所述非增厚成形段位于管坯近夹持段的一端。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述步骤S4包括如下步骤：S41，设置收口旋压设备的旋轮的运行轨迹，以及旋压过程的转速和进给参数；S42，通过收口旋压设备的装夹工具分别夹持用于成形封头A和封头B的减薄旋压件A和减薄旋压件B，随后对减薄旋压件A和减薄旋压件B进行预热；S43，执行多道次收口旋压程序，同时对减薄旋压件A和减薄旋压件B进行补热，自动完成曲面封头旋压成形，得到一体成形的封头A、夹持段A，和一体成形的瓶体、封头B及夹持段B；S44，对封头A和封头B分别进行瓶口A和瓶口B的旋压预成形。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述步骤S6具体包括如下步骤：S61，分别对收口旋压件A和收口旋压件B的内、外表面进行车削加工，得到瓶口A和瓶口B；S62，分别对瓶口A和瓶口B进行钻孔加工，得到输气孔A和输气孔B；S63，分别切去夹持段A和夹持段B，得到一体成形的封头A、瓶口A，和一体成形的瓶体、封头B及瓶口B。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述步骤S7具体包括如下步骤：S71，采用焊接方式将封头A和瓶体对应焊接为一体；S72，对封头A和瓶体之间的焊缝进行检测，确保焊缝满足高温承压的使用要求。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述成形方法中所制备出的所述薄壁不锈钢气瓶的结构包括：瓶体，所述瓶体为一圆筒状；封头A，所述封头A为一半球形凸形封头，所述封头A的边缘与瓶体的一端连接；封头B，所述封头B为一半球形凸形封头，所述封头B的边缘与瓶体的另一端连接；瓶口A，所述瓶口A突出于封头A的球形面，所述瓶口A设置有输气孔A；瓶口B，所述瓶口B突出于封头B的球形面，所述瓶口B设置有输气孔B。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述薄壁不锈钢气瓶的瓶体厚度为0.8～1.2mm，所述瓶体的直径为60～120mm，所述薄壁不锈钢气瓶的长度为400～850mm，所述封头A和封头B的厚度为0.8～3mm。如上所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，优选，所述焊接方式为氩弧焊。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果：(1)相比于轧制瓶体与两侧锻造封头焊接的传统工艺，采用本专利技术提供的薄壁不锈钢气瓶的成形方法制备的气瓶产品，壁厚均匀，外观好，修磨量小，整体重量大幅减轻50％以上，且制造成本显著降低；(2)本专利技术实现了一侧封头与瓶体的一体化成形，减少1条焊缝，同时由于产品壁厚薄，另一端封头与瓶体焊缝的热影响区小，通过严格控制并在焊后进行多项焊缝质量检测，使多焊缝状态下气体易泄漏的遗留问题得到了极大改善；(3)本专利技术制备的气瓶各部分均为旋压结构件，能全方位地细化产品晶粒组织，特别是封头及其与瓶体的连接区，晶粒度等级最高可细化至7-8级，显著提高了气瓶整体的力学性能和高温服役可靠性；(4)本专利技术提供的薄壁不锈钢气瓶的成形方法机械化程度高，配套生产设备和占地少，工作环境较好，有效降低了人工操作对产品批量生产质量一致性的影响，生产效率高，能够很好地适应短周期、高自动化程度的工程化生产。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为本专利技术实施例的薄壁不锈钢气瓶的成品结构示意图；图2为本专利技术实施例的薄壁不锈钢气瓶的成形方法流程图；图3为图2中的步骤S1的具体流程图；图4为图2中的步骤S2的具体流程图；图5为图4中的步骤S23的具体流程图；图6为图2中的步骤S4的具体流程图；图7为图2中的步骤S6的具体流程图；图8为图2中的步骤S7的具体流程图；图9为本专利技术实施例的管坯A结构示意图；图10为本专利技术实施例的管坯B结构示意图；图11为本专利技术实施例的减薄旋压件A结构示意图；图12为本专利技术实施例的减薄旋压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法，所述薄壁不锈钢气瓶由管坯通过所述成形方法加工而成，所述薄壁不锈钢气瓶包括一体成形的封头A、瓶口A，和一体成形的瓶体、封头B及瓶口B，其特征在于，所述成形方法包括如下步骤：S1，下料：准备待加工管坯，分别为管坯A和管坯B；S2，管坯初步旋压减薄：对管坯A和管坯B分别进行旋压减薄；S3，管坯端面整形：对旋压减薄后成形的管坯的待收口端部进行机械加工，确保待收口端部的切口整齐，从而得到减薄旋压件A和减薄旋压件B；S4，收口旋压：对减薄旋压件A和减薄旋压件B进行收口旋压，得到收口旋压件A和收口旋压件B；收口旋压件A为一体成形的封头A、夹持段A，收口旋压件B为一体成形的瓶体、封头B及夹持段B；S5，固溶处理：分别对收口旋压件A和收口旋压件B进行真空固溶处理；S6，机械加工整形：分别对固溶处理后的收口旋压件A和收口旋压件B的封头型面进行机械加工，并切去夹持段A和夹持段B，得到一体成形的封头A、瓶口A，和一体成形的瓶体、封头B及瓶口B；S7，连接：将封头A与瓶体进行连接。

【技术特征摘要】
1.一种薄壁不锈钢气瓶的成形方法，所述薄壁不锈钢气瓶由管坯通过所述成形方法加工而成，所述薄壁不锈钢气瓶包括一体成形的封头A、瓶口A，和一体成形的瓶体、封头B及瓶口B，其特征在于，所述成形方法包括如下步骤：S1，下料：准备待加工管坯，分别为管坯A和管坯B；S2，管坯初步旋压减薄：对管坯A和管坯B分别进行旋压减薄；S3，管坯端面整形：对旋压减薄后成形的管坯的待收口端部进行机械加工，确保待收口端部的切口整齐，从而得到减薄旋压件A和减薄旋压件B；S4，收口旋压：对减薄旋压件A和减薄旋压件B进行收口旋压，得到收口旋压件A和收口旋压件B；收口旋压件A为一体成形的封头A、夹持段A，收口旋压件B为一体成形的瓶体、封头B及夹持段B；S5，固溶处理：分别对收口旋压件A和收口旋压件B进行真空固溶处理；S6，机械加工整形：分别对固溶处理后的收口旋压件A和收口旋压件B的封头型面进行机械加工，并切去夹持段A和夹持段B，得到一体成形的封头A、瓶口A，和一体成形的瓶体、封头B及瓶口B；S7，连接：将封头A与瓶体进行连接。2.如权利要求1所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：S11，选取冷拔管作为管坯材料；S12，通过车削加工将冷拔管加工成管坯A和管坯B；S13，对车削加工所得的管坯A和管坯B进行热处理，以降低管坯A和管坯B的强度，满足强力旋压加工要求。3.如权利要求1所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：S21，将管坯A和管坯B的内表面和旋压成形模具的外表面均匀涂抹润滑油，以保证在经过旋压减薄之后的管坯内表面不出现划伤；S22，在尾顶及压料盘的作用下缓慢将管坯套入旋压成形模具，直至管坯封底与旋压成形模具端面压紧以完成管坯安装；S23，分别对管坯A和管坯B以正旋外旋压工艺进行强力旋压，使管坯A和管坯B减薄。4.如权利要求3所述的薄壁不锈钢气瓶的成形方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括如下步骤：S231，分别对管坯A和管坯B以正旋外旋压工艺进行强力旋压，使管坯A和管坯B整体减薄；S232，分别对整体减薄后的管坯A和管坯B的非增厚成形段以正旋外旋压工艺进行多次强力旋压减薄，所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文龙，王东坡，马世成，吾志岗，孙昂，汪宇羿，张月倩，
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