一种大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法转让专利
申请号 : CN202210123860.9
文献号 : CN114147131B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 杨屹 , 范俊明 , 杨刚 , 周启雄 , 吴明霞 , 唐凯
申请人 : 四川大学 , 成都格瑞特高压容器有限责任公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、选择与所加工无缝钢管外径匹配的弧形翻板进行安装固定使弧形翻板的轴线平行于无缝钢管的轴线,所述弧形翻板的工作面上设置有钴基合金堆焊层;
在所述弧形翻板的工作面上设置所述钴基合金堆焊层的方法为:使用钴基焊条在弧形翻板的工作面上使用埋弧焊的方式堆焊3~5层,然后对堆焊层进行高温去应力处理,再使用磨削加工将堆焊层的成型面的表面粗糙度加工至轮廓的平均算术偏差Ra≤12.5;
S2、将无缝钢管的一端加热至1180℃~1220℃后保温8分钟~12分钟,且无缝钢管的加热长度L与无缝钢管外径φ之间的数值关系为:L=φ+(100mm~150mm);
S3、使用旋压机主轴卡爪夹紧无缝钢管,在弧形翻板的成型面涂覆石墨乳,然后将弧形翻板调节到旋压初始位置;
S4、以25rad/s~29rad/s的转速旋转无缝钢管,无缝钢管在转动的同时,弧形翻板以
0.0015rad/s~0.0035rad/s转速沿收口方向旋转1/4圈后完成一次成型,待收口端完全封闭成型后,弧形翻板沿无缝钢管的轴线内侧进给长度M后,再沿反收口方向翻转1/4圈后即完成无缝钢管一端的封头加工,
其中,
当所述无缝钢管的管径为200mm~400mm时,所述长度M为5mm;
当所述无缝钢管的管径大于400mm时,所述长度M为10mm;
S5、待所加工端封头冷却后,调转无缝钢管并重复步骤S2~步骤S4,以完成无缝钢管另一端封头的加工。
2.根据权利要求1所述的大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法,其特征在于,所述步骤S2中需要先将炉温烧到1180℃~1220℃后,再将无缝钢管的一端上料至加热炉中进行加热,通过测量无缝钢管的表面温度达到1180℃~1220℃后进行保温。
3.根据权利要求1所述的大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法,其特征在于,所述步骤S3中无缝钢管从加热炉中出料至旋压机主轴卡爪夹紧无缝钢管的时间不超过45秒。
4.根据权利要求1所述的大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法,其特征在于,所述钴基合金堆焊层为Fe~Cr~C合金堆焊层。
5.根据权利要求1所述的大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法,其特征在于,所述钴基合金堆焊层的成型面为直径与所述无缝钢管外径相等的内弧面。
6.根据权利要求1所述的大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法,其特征在于,使用弧形翻板旋压无缝钢管中的过程中,采用焊炬对无缝钢管的加工段进行补热。
7.根据权利要求6所述的大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法,其特征在于,所述焊炬的氧气压力值为0.7Mpa~0.9Mpa。
说明书 :
一种大口径高压气瓶均质化热旋压成形方法
技术领域
背景技术
压能力的要求进一步提高,要求具有大容积、大口径、大承压能力的气瓶。但现有的高压气
瓶的封头部位所受的应力情况复杂,现有的制造工艺又让封头部位存在着较大的应力集
中,大大降低了气瓶的使用寿命,降低了气瓶的安全性和可靠性。
强钢是指屈服强度在1370MPa(140 kgf/mm)以上,抗拉强度在1620 MPa(165 kgf/mm)以上
的合金钢称高强度钢;大口径通常是指管径大于现有常见的无缝钢管,在加工储气钢瓶中
通常是指管径大于200mm的无缝钢管。
质量高等优点。但在对加工高强度大口径的无缝钢管进行热旋压加工封头的过程中,用于
成型的翻板的材质的硬度和熔点均比高强钢低,导致翻板表面很容易因高温发生氧化后熔
化而与无缝钢管表面产生粘黏,易在翻板表面形成烧蚀、犁沟和粘着磨损等缺陷,这种现象
一方面会大大降低翻板的使用寿命,损坏热旋压设备,引起制造成本的提高。同时无缝钢管
成型后的封头表面由于有翻板的粘黏,导致封头表面缺陷较多,需要后续的机械加工进行
去除,势必造成封头减薄,为保证承压能力则需要增加原材料厚度以适应工艺减薄量;另一
方面翻板在钢管表面会产生三向应力,使得气瓶成形表面残余应压力不均,在使用过程中
因为承受疲劳载荷容易造成裂纹萌生并扩展,严重影响气瓶的使用寿命和安全性。
的气瓶各向同性;且旋压后,封头与直管段的过渡区域很容易拉薄,形成承力薄弱区,现有
技术中通常也是采用增加无缝钢管的厚度来提高过渡区域的厚度,但这种方式会造成成本
大量增加,同时储气钢瓶的重量也会增加,不利于应用。
发明内容
无缝钢管反正粘黏导致成型质量差的问题。
加热长度L与无缝钢管外径φ之间的数值关系为:L=φ+(100mm 150mm);
~
以0.0015rad/s 0.0035rad/s转速沿收口方向旋转1/4圈后完成一次成型,待收口端完全封
~
闭成型后,弧形翻板沿无缝钢管的轴线内侧进给长度M后,再沿反收口方向翻转1/4圈后即
完成无缝钢管一端的封头加工;
管另一端封头的加工。
至加热炉中进行加热,通过测量无缝钢管的表面温度达到1180℃ 1220℃后进行保温。
~
~
使用磨削加工将堆焊层的成型面的表面粗糙度加工至轮廓的平均算术偏差Ra≤12.5。
的管径大于400mm时,长度M为10mm。
磨损,制造成本可大幅度降低。
防止在弧形翻板表面形成烧蚀、犁沟和粘着磨损等缺陷,优选地降低了弧形翻板表面与无
缝钢管表面的摩擦磨损,提高了无缝钢管的表面质量,减小了成形过程中的摩擦磨损缺陷。
伤;可以对更大口径无缝钢管进行热旋压成形,且材料流变性好,成形之后壁厚变化均匀。
材料逐步扩展直至封口,然后弧形翻板再向轴内侧方向进给长度M后再回转1/4圈后能够反
向驱赶材料,补充无缝钢管直管段与封头的过渡区域的材料厚度,提高气瓶的承压能力,且
操作过程简单,加工成本低廉,加工效果容易保证,同时能够减小封头的表面应力集中、提
高表面性能。
不均带来的损伤或缺陷,提高了气瓶的使用寿命。
附图说明
具体实施方式
只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易
见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
弧形翻板1的材质优选为5CrMnMo模具钢,工作面是指其一体成型的模具钢材质的常规工作
面,当将弧形翻板1应用于本发明中旋压高强钢时,由于5CrMnMo模具钢的熔点和硬度均低
于高强钢,如果直接将弧形翻板1与表面温度达到1180℃ 1220℃的无缝钢管加热段接触,
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那么弧形翻板1的工作面将会被氧化后熔化,在旋压有挤压力的情况就会相互粘黏。通过钴
基合金堆焊层能够提高弧形翻板1的硬度和熔点。
~
磨削加工将堆焊层的成型面11的表面粗糙度加工至轮廓的平均算术偏差Ra≤12.5。钴基合
金堆焊层优选为Fe Cr C合金堆焊层。
~ ~
中由于点接触来的高应力幅值所带来的表面开裂的情况,传统翻板的结构图如图2所示;并
且使得无缝钢管成型后表面残余应力分布均匀,提高了成型后的疲劳性能。
的加热长度L与无缝钢管2外径φ之间的数值关系为:L=φ+(100mm 150mm)。
~
区域上料至加热炉中进行加热,通过使用热电偶测量无缝钢管2的表面温度达到1180℃
~
1220℃后进行保温。
现次生α相析出,降低了管材的塑型能力。
墨乳中的石墨粉在与无缝钢管2加热段接触时,无缝钢管2上的高温会让石墨燃烧产生二氧
化碳,二氧化碳能够作为保护气体阻隔氧气,防止弧形翻板1的成型面11氧化后熔化,进而
防止弧形翻板1与无缝钢管2粘黏。
之间在径向上具有间隙且间隙不大于3毫米,如图1所示。
时,弧形翻板1以0.0015rad/s 0.0035rad/s转速沿收口方向旋转1/4圈后完成一次成型,成
~
型次数根据加工实际效果进行,有可能一次成型即可完成收口,也可能多次重复成型才能
完成收口。
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焰为无缝钢管2补热,使其处于恒定温度状态下有助于成型。
即完成无缝钢管2一端的封头加工,其中,当无缝钢管2的管径为200mm 400mm时,长度M为
~
5mm;当无缝钢管2的管径大于400mm时,长度M为10mm。反收口方向翻转1/4圈(90°)能够反方
向将材料赶压至无缝钢管直管段与封头的过渡区域以增加过渡区域的材料厚度,提高气瓶
的承压能力,且操作过程简单,加工成本低廉,加工效果容易保证,同时能够减小封头的表
面应力集中、提高表面性能。
管2另一端封头的加工。
做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。