[发明专利]舰船用钛合金高压无缝气瓶的成形与加工方法

说明书

本发明公开了一种舰船用钛合金高压无缝气瓶的成形与加工方法，锻件坯料锻造，锻件坯料的锻造温度为800℃～960℃‑强力旋压坯料加工，强力旋压圆筒段加热温度为550℃～750℃‑强力旋压成形圆筒段‑无芯模热旋压成形头部封头‑无缝气瓶固溶、时效热处理及瓶口加工。产品质量好，无传统方法的焊接缺陷和底部封头未熔合缺陷；产品可靠性、抗疲劳性好，使用寿命长；材料利用率较高、制造成本较低。

技术领域

本发明涉及钛合金制品加工的技术领域，具体涉及一种舰船用钛合金高压无缝气瓶的成形与加工方法。

背景技术

随着现代海洋防务技术的快速发展，大型舰船大量应用于海洋防务装备，相应的舰船用钛合金高压无缝消防气瓶等设备有了大量应用的需求。无缝气瓶由于使用方便、安全、可反复充装、承压高等特点，目前已广泛应用于燃料供给、消防、清扫等。常用的钢质气瓶材料密度大，要提高气瓶的承压能力，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，且耐腐蚀性能差，降低了使用寿命和可靠性。复合材料气瓶因复合材料会随着时间的延长而发生老化而影响气瓶的可靠性和使用寿命。

钛合金是一种优质的高强度结构钢。其屈强比高、高温强度高，可以在600℃以下长期使用；比强度高，密度为4.5g/cm³，只有钢比重的60％，在相同材料屈服强度、相同容积、相同压力的情况下，钛合金气瓶只有钢气瓶重量的50％左右；耐热性、耐蚀性好，在海洋等高盐、湿热环境中，几乎不发生腐蚀，使用寿命长、维修费用低；无磁性，降低了设备的磁场效应，增加了舰船设备的隐蔽性。

α+β型钛合金，含有大量的α相稳定元素和β相稳定元素，具有α+β两项组织，通过热处理可以获得高强度和不同的金相形态和数量。这类钛合金典型的TC4、TC6、TC11等，其中TC4应用最广泛，占钛合金应用数量的50％以上。

但传统的TC4钛合金高压气瓶采用封头与圆筒焊接成形，具有焊缝强度较低等较多缺陷，影响气瓶的使用寿命，且加工周期长，加工成本高。

传统的钢瓶热旋压收底技术，为了保证底部熔合良好，加热温度在1100℃以上，并对底部中心进行氧乙炔火焰穿孔。对于TC4钛合金高压气瓶，由于材料极易氧化，采用管料成形收底，底部中心容易产生氧化缺陷，熔合质量差。

传统的钢瓶热旋压收口技术，为了保证成形抗力低，加热温度在1100℃以上。对于TC4钛合金高压气瓶，高温旋压造成了材料的组织转变，生成了不可热处理逆转的β相组织，不能保证α+β型钛合金金相组织和性能。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种提高产品质量、提高产品使用寿命、提高材料利用率、降低制造成本的舰船用钛合金高压无缝气瓶的成形与加工方法。

为实现上述目的，本发明所设计的舰船用钛合金高压无缝气瓶的成形与加工方法，气瓶包括底部封头、圆柱段、头部封头和瓶口；成形与加工方法的具体过程如下：

1)锻件坯料锻造

将钛合金圆钢坯料锻造成锻件坯料，锻件坯料一端的圆周边留有供强力旋压的加工余量L1，且锻件坯料的锻造温度为800℃～960℃；

2)强力旋压坯料加工

将锻件坯料数控加工成强力旋压坯料，并将锻件坯料的台阶面一端按照气瓶最终尺寸加工成底部封头；

3)强力旋压成形圆筒段

采用强力旋压机正向强力热旋压成形圆筒段，旋压后保证圆筒段长度L3有加工余量；强力旋压圆筒段加热温度为550℃～750℃，温度过低；

4)无芯模热旋压成形头部封头

采用热旋压机无芯模正向热旋压成形头部封头，多道次逐步成形，封底后多道次逐渐加长成形瓶口，并保证圆筒段长度L3为正偏差；