[发明专利]小管嘴、大直径、大长径比的柱形铝合金内胆热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于航天用复合材料气瓶制造技术领域，具体涉及一种复合材料气瓶用小管嘴、大直径、大长径比的柱形铝合金内胆热处理方法。

背景技术

6061铝合金为热处理强化合金，包括固溶和时效热处理过程，固溶和时效热处理制度：在535±5℃保温120min，水淬，淬火转移时间不超过60s，再在165±5℃保温10h，空冷，其中固溶处理的淬火过程是铝合金瓶体力学性能控制的关键环节。一般而言，贮箱、气瓶类压力容器的固溶热处理采用水槽直接水淬或喷淋两种方式，其中水槽淬火广泛应用于较小尺寸的半球形或柱形构件，而喷淋适用于较大尺寸结构，如日本H-2火箭直径5m量级贮箱封头壳体淬火(李宝蓉等，H-2B运载火箭贮箱制造技术与应用，航天制造技术，2008(5):35-37)。目前，国内对于两端小管嘴(外径φ60～80mm、内孔φ20～40mm)、大直径(φ300～400mm)、大长径比(＞2)、空心、柱形、无焊缝整体气瓶的固溶热处理一般简单地采用直接水槽淬火(中国专利，CN201010295347.5；LD31合金高压瓶衬旋压成形工艺的试验研究，第八届全国旋压技术交流会，1999)，淬火时整瓶垂直入水，但由于瓶体容积大、长度大，瓶体淬火时上、下两端冷却速度存在明显差异；此外，由于瓶体两端管嘴较小，瓶体中的空气排出过程较慢，浮力影响瓶体入水速度，导致后入水端瓶体的冷却速度低；另外，空心瓶体淬火时入水速度的差异也影响冷却效果，过快则瓶体内空气不易排出，瓶体内形成一定程度的“中空”状态，易导致瓶体上浮、瓶体内部冷却速度降低或不均匀等，而过慢则瓶体后入水端冷却速度不足。一般来说，后入水管嘴、封头和附近直线段部位的力学性能偏低，易导致复合材料瓶体在水压自紧、疲劳或爆破试验时管嘴R角处发生泄漏而不能满足设计要求。因此，提高“肚大嘴小”瓶体在淬火过程中后入水端管嘴、封头和附近直线段的冷却速度，使6061铝合金的力学性能满足设计要求至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述问题，提供小管嘴、大直径、大长径比的柱形铝合金内胆热处理方法，采用喷淋和水淬结合的热处理方式，使得铝合金内胆两端管嘴、封头和直线段的力学性能均能满足设计要求。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：小管嘴、大直径、大长径比的柱形铝合金内胆热处理方法，步骤如下：

步骤(一)、将两端有小管嘴的柱形铝合金内胆垂直固定安装在热处理工装上，所述热处理工装包括柱形外框架、内胆上端固定装置、内胆下端托架、配重块和框架挡板；其中，在柱形外框架靠近下端位置固定内胆下端托架，并在内胆下端托架下方框架底部放置配重块，铝合金内胆垂直放置在内胆下端托架上，铝合金内胆直筒段上端由固定装置垂直固定在柱形外料框靠近上端位置，框架挡板沿柱形框架周向包裹，并固定于柱形外框架顶部；

步骤(二)、将垂直安装在热处理工装上的铝合金内胆放入热处理炉中进行固溶处理，处理完毕后，将热处理工装和柱形铝合金内胆吊出并转移至淬火处理用水槽上方，在转移过程中，将喷淋装置移至柱形外框架上端固定位置，当热处理工装下降至内胆与水接触时，开启水槽上方的喷淋装置，并迅速将热处理工装及内胆沉入水中；

步骤(三)、淬火完毕后，将热处理工装和铝合金内胆一同放入热处理炉中进行时效处理，处理完毕后，将铝合金内胆从热处理工装上拆卸。

所述热处理工装的柱形外框架顶部中心位置设置定位圆环，圆环高度小于铝合金内胆管嘴高度，直径与内胆上端管嘴直径匹配。

所述热处理工装的内胆上端固定装置包括倒置锥形挡板、固定杆、纯铝薄垫层；其中，倒置锥形挡板下缘为10～15mm高的圆柱形延伸段，沿内胆直线段方向贴合，且其周长与内胆直线段上缘相匹配，并由卡箍固定于内胆直线段上缘，倒置锥形挡板延伸段内侧铺设纯铝薄垫层，倒置锥形挡板外侧对称焊接两根固定杆，固定杆自由端固定在柱形外框架边缘上，倒置锥形挡板上缘圆周小于框架内圆，且低于框架上端面。

所述热处理工装的内胆下端托架包括一个定位圆环和两根固定杆；定位圆环作为内胆下端托架的中心，定位圆环直径小于柱形内胆直径、大于内胆管嘴直径，顶外圆环外侧用固定杆焊接在框架边缘上。

所述喷淋装置包括内胆上端管嘴与封头的冷却喷淋管路和上端管嘴内孔注水管路；其中，内胆上端管嘴与封头的冷却喷淋管路一端与水泵连接、另一端装有弯角多孔喷头，上端管嘴内孔注水管路一端也与水泵连接，另一端装有直角圆管喷头，上端管嘴内孔注水管路圆管直径小于框架顶部中心位置定位圆环直径。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：