[发明专利]一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法

说明书

本发明提供了一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法，其用钛合金气瓶替代传统钢制气瓶，取代目前使用的钢制25MPa高压空气瓶，同时提高高压空气的储存容量。并且解决目前TC4管材锻件壁厚最小化问题，提高金相组织和机械性能合格率。其预先采用弹性失效准则作为钛合金高压气瓶的设计准则进行计算40Mpa气瓶的钛合金TC4的壁厚为25mm～35mm，在制作过程中采用软包套保温锻造技术使锻件毛坯从50mm壁厚减少到25mm～35mm壁厚，分别独立制作半成品管材段、半成品封头端，最后将锻造成型的半成品管材段、半成品封头端进行封头锻焊。

技术领域

本发明涉及气瓶制作的技术领域，具体为一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法。

背景技术

军工钛材是未来钛材的重点领域，军工钛材短期内将保持较稳定的增长，大量武器装备需要轻量化、高强度化，满足现代战争日益增长的快速反应能力和高强度性。随着反潜探测技术水平的提高，现代潜艇必须向着大潜深、高隐蔽性的方向发展。而潜艇下潜的深度提高，就必须相应地提高潜艇在大深度故障状态下的应急挽回能力，以确保潜艇的安全。由于高压空气系统是保证潜艇失事挽回最主要的生命力系统，因此要提高潜艇在大深度故障状态下的应急挽回能力，就必须加大潜艇的高压空气应急吹除速率，提高潜艇高压空气的储备量。而增大应急吹除速率行之有效的办法是提高高压空气系统的压力级。目前潜艇高压空气系统使用的25MPa级钢制高压气瓶已满足不了深潜使用的要求。主要表现在以下几方面：

（1）921钢作为高压气瓶的材料，要提高气瓶的强度，只能用增加壁厚来实现，但这只能达到有限的程度，而且会大大增加气瓶的重量。

（2）气瓶自身重量增加，潜艇的有效载荷将相应的减少。而且对整个潜艇的重量平衡和总体分布带来很大困难。

（3）921钢制高压气瓶的耐腐蚀能力差，受腐蚀的高压气瓶内部出现的各种腐蚀产物将造成高压空气的污染，使整套高压空气系统的可靠性大大降低。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法，其用钛合金气瓶替代传统钢制气瓶，取代目前使用的钢制25MPa高压空气瓶，同时提高高压空气的储存容量。并且解决目前TC4管材锻件壁厚最小化问题，提高金相组织和机械性能合格率。

一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法，其特征在于：其预先采用弹性失效准则作为钛合金高压气瓶的设计准则进行计算40Mpa气瓶的钛合金TC4的壁厚为25mm～35mm，在制作过程中采用软包套保温锻造技术使锻件毛坯从50mm壁厚减少到25mm～35mm壁厚，分别独立制作半成品管材段、半成品封头端，最后将锻造成型的半成品管材段、半成品封头端进行封头锻焊。

其进一步特征在于：

气瓶的壁厚计算过程采用弹性失效准则作为钛合金高压气瓶的设计准则，钛合金高压气瓶属于厚壁容器，K 为容器外径D₀与内径D_i之比， K≥1.2 ，钛合金高压气瓶壁厚的设计采用为中径公式，中径公式是以筒体平均直径处的周向应力作为相当应力，并将此应力限制在材料的许用应力以内，即周向应力 ，并考虑到实际筒体总存在焊缝而必须引入焊缝系数，从设计角度出发，由壳体理论所求出的计算壁厚引入壁厚附加量，则瓶体壁厚设计公式

式中： t 壁厚；

p 工作压力；

D 为气瓶外径；

D₀=D-t；

材料的许用应力；

C 材料的裕度；

ϕ 焊缝系数，假定焊接过程中不产生缺陷， ϕ 取 1，最终带入各项参数获得瓶体壁厚的安全厚度为25mm～35mm；