[发明专利]无缝气瓶正向旋轮热旋压收底方法

说明书

技术领域

本发明涉及无缝气瓶热旋压成形工艺，具体地指一种无缝气瓶正向旋轮热旋压收底方法。

背景技术

汽车用压缩天然气钢瓶(或缠绕气瓶内胆)一般采用热轧(或冷拔)无缝钢管热旋压成形为半椭球形(或半球形)底部封头(称为收底)，以及头部封头和瓶口(称为收口)。

采用无缝钢管热旋压成形收底的高压无缝气瓶，要求从钢瓶圆柱段到封头底部中心的厚度逐渐增大，底部中心厚度应不小于圆柱段最小设计壁厚的1.5倍。底部熔合区经解剖酸蚀后，断面试样上不得有肉眼可见的缩孔、气泡、未融合、裂纹、夹杂物或白点。因此，封头底部中心熔合良好、增厚良好是热旋压成形收底的关键技术。

科研人员通过热旋压成形收底工艺实践、分析和总结认识到，封头底部中心热旋压熔合的实质就是钢管材料自身的压力焊接，是成形温度和成形压力的匹配组合，温度高则压力可适当降低，压力高则温度可适当降低。

无缝气瓶热旋压成形收底一般采用反向旋轮旋压。反向旋轮旋压是旋轮从封头底部中心处向内轴向(-Z)进给道次进给量，再按照半椭圆形(或半圆形)轨迹旋转到钢管的外壁，从而形成半椭球形(或半球形)底部封头。这种成形方法的缺点是底部中心熔合区挤压力较小，需要设备有快速响应的穿孔枪对底部中心进行快速穿孔2次，以提高材料的熔合温度，保证熔合良好。目前，采用上述反向旋轮旋压收底的方法大多需要有快速响应穿孔枪的进口设备支持，一般选用德国莱菲尔德数控旋轮热旋压机，但该设备价格昂贵，一般在1500万元以上。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种封头底部中心熔合良好、增厚良好、且设备低廉的无缝气瓶正向旋轮热旋压收底方法。

为实现上述目的，本发明提供的无缝气瓶正向旋轮热旋压收底方法，包括以下步骤：

1)钢管加热：将用于加工成无缝气瓶的钢管的收底段加热到1050～1100℃。

2)封口旋压：对钢管收底段进行补热，补热温度控制在1050～1200℃，用旋压机主轴卡爪夹紧钢管外壁，使其以300～400rpm的转速旋转，同时将旋轮的工作斜面靠近钢管收底段外壁，对其进行7～8道次的标准半球形正向封口旋压，每道次旋轮在钢管收底段外壁向内轴向进给后，按照半圆形轨迹以500～800mm/min的正旋速度从钢管收底段外壁向封头底部中心转动，再按照相同的轨迹以1000～1800mm/min的返回速度转动到钢管收底段外壁；其中，第一道次封口旋压对应的旋轮转角α为45～55°，其后各道次封口旋压对应的旋轮转角α依次递增3～10°，但最后一道次封口旋压对应的旋轮转角α仅比前一道次封口旋压对应的旋轮转角α增加2～4°，并在最后一道次封口旋压的过程中封口切头，获得半球形封头。

3)半椭球封头成形和底部增厚旋压：保持对钢管收底段的补热状态和旋压机主轴转速不变，再对所获得的半球形封头进行7～10道次的半椭球封头成形和底部增厚旋压，每道次旋轮在钢管收底段外壁向内轴向进给后，按照半椭圆形轨迹以500～800mm/min的正旋速度从钢管收底段外壁向封头底部中心转动88～95°，再按照相同的轨迹以1000～1800mm/min的返回速度转动到钢管收底段外壁，获得底部增厚的半椭球封头。

4)半椭球封头表面光整旋压：继续保持对钢管收底段的补热状态和旋压机主轴转速不变，将旋轮移至封头底部中心，并在封头底部中心向内轴向进给0.3～1.5mm后，以80～200mm/min的返回速度和设定的半椭圆形轨迹转动到钢管收底段外壁，使整个半椭球封头表面光滑，从而完成无缝气瓶的热旋压收底。

所说的步骤1)中，钢管收底段的加热长度L与钢管外径Φ的数学关系为：L＝Φ±(50～100mm)。

所说的步骤2)中，在最后一道次封口旋压时，对封头底部中心的补热温度优选控制在1150～1200℃。

所说的步骤2)中，第一道次封口旋压对应的旋轮轴向进给量为80～130mm，第二道次封口旋压对应的旋轮轴向进给量为20～40mm，其后各道次封口旋压对应的旋轮轴向进给量依次递减2～10mm。

所说的步骤2)中，最后一道次封口旋压对应的旋轮转角α仅比前一道次封口旋压对应的旋轮转角α增加3°，可保证钢管端头因不垂直而不均匀的材料向外翻出形成的小圆柱在封口道次被切掉，以免端头不均匀和氧化严重的材料压入底部中心的熔合区造成熔合不良。