一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法，包括：先用模锻工艺加工出封头段，再采用锻造工艺制备出管材段，将两个封头段与管材段进行焊接，然后对焊缝部分进行加热和镦锻，使焊缝组织发生根本变化，达到使用要求。本发明专利技术的这种钛及钛合金高压气瓶成品，气瓶内表面的无褶皱，粗糙度较低，疲劳性能、冲击性能以及拉伸性能都达到了使用要求。

A manufacturing method of titanium and titanium alloy high pressure gas cylinder

The invention discloses a manufacturing method of titanium and titanium alloy high-pressure gas cylinder, which comprises the following steps: first, the head section is processed by die forging process, then the pipe section is prepared by forging process, the two head sections are welded with the pipe section, and then the weld part is heated and upset forged, so that the structure of the weld joint changes fundamentally and meets the use requirements. The finished product of the titanium and titanium alloy high-pressure gas cylinder of the invention has no wrinkles on the inner surface of the gas cylinder, low roughness, and the fatigue performance, impact performance and tensile performance all meet the use requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法
本专利技术属于钛及钛合金高压容器制造领域，具体涉及一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法。
技术介绍
潜艇中有许多高压气瓶，里面贮存高压空气，是潜艇上浮必须的装备。以前高压气瓶为钢材制造。而钛及钛合金由于其比重轻、比强度高、优越的耐蚀性能，在海洋工程上应用越来越重视。目前钛及钛合金高压气瓶的制造，是采用厚壁管材经旋压收口，再经过机械加工成型制备而成。常见的钛合金气瓶直径为200～500mm，壁厚为5～35mm，传统工艺的难点在于旋压收口；对于厚壁管材的收口需要大型强力的旋压设备，采用热旋压工艺。旋压时的温度控制是一个难题，收口后的内表面有严重的皱褶。对于薄壁管材的收口，虽然旋压机所用的旋压力较小，加热温度较低，但也会产生严重皱褶。这种皱褶影响高压气瓶的疲劳性能、冲击性能以及拉伸性能。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法，包括：步骤1：采用模锻成型工艺将钛及钛合金棒材加工成第一半成品封头段；并要保证所述第一半成品封头段的组织和性能达到设计要求，然后采用机械加工的方法再对所述第一封头段内外表面进行加工，得到较高尺寸精度和较低表面粗糙度的第二半成品封头；所述第二半成品封头段由封头和直管构成。步骤2：采用锻造工艺制备一段管材段，并用机械加工的方法对管材段的内外表面进行加工，保证所述管材段的组织和性能达到设计要求；步骤3：将步骤1和步骤2得到的两个所述第二半成品封头段和所述管材段开“V”型坡口，坡口角度30°～45°，然后采用单面焊双面成型工艺进行焊接，得到钛及钛合金高压气瓶毛坯；步骤4：对步骤3得到的所述钛及钛合金高压气瓶毛坯的环形焊缝部位局部加热，加热温度控制在850℃～970℃之间，然后采用镦锻工艺对钛及钛合金高压气瓶毛坯的焊缝以及焊接热影响区进行镦锻，使焊缝部位被挤压，并保证焊缝处变形量大于50％，焊缝处向管材内外表面凸出，再采用机械加工的方法去除焊缝周围突出管材的部分，使焊缝处与管材内外表面平齐即可，得到钛及钛合金高压气瓶半成品。步骤5：对所述钛及钛合金高压气瓶半成品整体进行机械加工和打压试验，得到钛及钛合金高压气瓶。在本专利技术的一个实施例中，步骤4可反复多次，使焊缝处多次变形，直至焊缝组织和母材组织基本一致。本专利技术的另一个实施例提供了一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法，包括：步骤1：采用模锻成型工艺将钛及钛合金棒材加工成第一半成品封头段；并要保证所述第一半成品封头段的组织和性能达到设计要求，然后采用机械加工的方法再对所述第一半成品封头段内外表面进行加工，得到较高尺寸精度和较低表面粗糙度的第二半成品封头段；所述第二半成品封头段由封头和直管构成。步骤2：将步骤1得到的两个所述第二半成品封头段开“V”型坡口，坡口角度30°～45°，然后采用单面焊双面成型工艺进行焊接，得到钛及钛合金高压气瓶毛坯；步骤3：对步骤2得到的所述钛及钛合金高压气瓶毛坯的环形焊缝部位局部加热，加热温度控制在850℃～970℃之间，然后采用镦锻工艺对钛及钛合金高压气瓶毛坯的焊缝以及焊接热影响区进行镦锻，使焊缝部位被挤压，并保证焊缝处变形量大于50％，焊缝处向管材内外表面凸出，再采用机械加工的方法去除焊缝周围突出管材的部分，使焊缝处与管材内外表面平齐即可，得到钛及钛合金高压气瓶半成品。步骤4：对所述钛及钛合金高压气瓶半成品整体进行机械加工和打压试验，得到钛及钛合金高压气瓶。在本专利技术的一个实施例中，步骤3可反复多次，使焊缝处多次变形，直至焊缝组织和母材组织基本一致。本专利技术的有益效果：1、本专利技术的这种钛及钛合金高压气瓶，消除了气瓶内表面的褶皱，粗糙度较低，疲劳性能、冲击性能以及拉伸性能都得到了较大的改善；2、本专利技术的制造方法工艺简单，且降低了生产成本，提高了生产效率。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的一种钛及钛合金高压气瓶的结构示意图；图2为本专利技术镦锻工艺压下量为50％时焊缝区的等效应变图；图3为本专利技术镦锻工艺压下量为60％时焊缝区的等效应变图；图4为本专利技术镦锻工艺压下量为70％时焊缝区的等效应变图；图5为本专利技术焊缝区镦锻前的焊缝示意图；图6为本专利技术镦锻工艺压下量为50％时焊缝区的焊缝示意图；图7为本专利技术实施例2得到的一种钛及钛合金高压气瓶的结构示意图。附图标记说明：1-封头；2-直管；3-焊缝；4-管材段。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本专利技术实施例以TC4合金为基础，提供了一种三段焊接的TC4钛合金高压气瓶的制造方法，该制造方法包括以下步骤：步骤1：采用模锻成型工艺将TC4合金棒材加工成第一半成品封头段，并要保证第一半成品封头段的组织和性能达到设计要求，然后采用机械加工的方法再对第一半成品封头段的内外表面按工艺要求进行加工，得到较高尺寸精度和较低表面粗糙度的第二半成品封头段；第二半成品封头段由封头和直管构成。步骤2：采用锻造工艺制备一段管材段，并用机械加工的方法对管材段的内外表面进行加工，保证管材段的组织和性能达到设计要求。步骤3：将步骤1的方法制备两个第二半成品封头段的直管和管材段的两端，开“V”型坡口，坡口角度30°～45°，坡口进行对接，然后采用单面焊双面成型工艺对坡口对接处进行焊接，得到TC4钛合金高压气瓶毛坯。单面焊双面成型工艺是采用与母体一样的焊条，在坡口的正面焊接，且焊后坡口正反面均能得到符合要求的焊缝的一种方法。进一步地，本专利技术实施例的单面焊双面成型工艺所采用的焊条材料为TC4钛合金。步骤4：对步骤3得到的TC4钛合金高压气瓶毛坯的两个环形焊缝部位局部加热，加热温度为850℃～970℃，然后采用镦锻工艺对钛及钛合金高压气瓶毛坯进行镦锻，使焊缝部位被挤压，并保证焊缝处变形量大于50％，焊缝处向管材内外表面凸出，再采用机械加工的方法去除焊缝周围突出管材的部分，使焊缝处与管材内外表面平齐即可，得到钛及钛合金高压气瓶半成品。需要说明的是，局部加热部位的长度由变形量和镦粗量来决定，其余部位需要进行冷却。加热可以采用工频感应加热，利用光学测温仪来对加热的部位进行测温；加热温度为850℃～970℃，该加热温度使TC4钛合金既不会发生相变，又可以很容易产生塑性变形；加热也可以采用其他方式，例如火焰加热和电加热。该光学测温仪的型号为ZH6578。此外，也可以通过任何一种符合要求的测温方式来进行测温，例如，通过热电偶进行测温等其他方式，本专利技术实施例的测温方式不限于此。冷却方式为：通过管子缠绕待冷却的部位，管子内留有水流通道，管子上设有进水口和出水口，且进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法，其特征在于，包括：/n步骤1：采用模锻成型工艺将钛及钛合金棒材加工成第一半成品封头段，并要保证所述第一半成品封头段的组织和性能达到设计要求，然后采用机械加工的方法再对所述第一半成品封头段内外表面进行加工，得到较高尺寸精度和较低表面粗糙度的第二半成品封头段；所述第二半成品封头段由封头和直管构成。/n步骤2：采用锻造工艺制备一段管材段，并用机械加工的方法对管材段的内外表面进行加工，保证所述管材段的组织和性能达到设计要求；/n步骤3：将步骤1和步骤2得到的两个所述第二半成品封头段和所述管材段开“V”型坡口，坡口角度30°～45°，然后采用单面焊双面成型工艺进行焊接，得到钛及钛合金高压气瓶毛坯；/n步骤4：对步骤3得到的所述钛及钛合金高压气瓶毛坯的环形焊缝部位局部加热，加热温度控制在850℃～970℃之间，然后采用镦锻工艺对钛及钛合金高压气瓶毛坯的焊缝以及焊接热影响区进行镦锻，使焊缝部位被挤压，并保证焊缝处变形量大于50％，焊缝处向管材内外表面凸出，再采用机械加工的方法去除焊缝周围突出管材的部分，使焊缝处与管材内外表面平齐即可，得到钛及钛合金高压气瓶半成品。/n步骤5：对所述钛及钛合金高压气瓶半成品整体进行机械加工和打压试验，得到钛及钛合金高压气瓶。/n...

【技术特征摘要】
1.一种钛及钛合金高压气瓶的制造方法，其特征在于，包括：
步骤1：采用模锻成型工艺将钛及钛合金棒材加工成第一半成品封头段，并要保证所述第一半成品封头段的组织和性能达到设计要求，然后采用机械加工的方法再对所述第一半成品封头段内外表面进行加工，得到较高尺寸精度和较低表面粗糙度的第二半成品封头段；所述第二半成品封头段由封头和直管构成。
步骤2：采用锻造工艺制备一段管材段，并用机械加工的方法对管材段的内外表面进行加工，保证所述管材段的组织和性能达到设计要求；
步骤3：将步骤1和步骤2得到的两个所述第二半成品封头段和所述管材段开“V”型坡口，坡口角度30°～45°，然后采用单面焊双面成型工艺进行焊接，得到钛及钛合金高压气瓶毛坯；
步骤4：对步骤3得到的所述钛及钛合金高压气瓶毛坯的环形焊缝部位局部加热，加热温度控制在850℃～970℃之间，然后采用镦锻工艺对钛及钛合金高压气瓶毛坯的焊缝以及焊接热影响区进行镦锻，使焊缝部位被挤压，并保证焊缝处变形量大于50％，焊缝处向管材内外表面凸出，再采用机械加工的方法去除焊缝周围突出管材的部分，使焊缝处与管材内外表面平齐即可，得到钛及钛合金高压气瓶半成品。
步骤5：对所述钛及钛合金高压气瓶半成品整体进行机械加工和打压试验，得到钛及钛合金高压气瓶。


2.根据权利要求1所述的钛及钛合金高压气瓶半成品的制造方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宗式，佟大新，
申请(专利权)人：宝鸡市泛美材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61