一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無(wú)縫鋼管的加工【技術(shù)領(lǐng)域】，提出一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，所提出的超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，其具體步驟如下：1）將用于加工成大容積鋼制無(wú)縫氣瓶的無(wú)縫鋼管收口段加熱到1000℃~1200℃；2）對(duì)無(wú)縫鋼管的收口段進(jìn)行8~10道次半球形收口旋壓得到半球形瓶肩；3）對(duì)無(wú)縫鋼管進(jìn)行3~4道次瓶口旋壓成形得到瓶口；4）表面精整旋壓。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了用屈服強(qiáng)度大于980MPa的超高強(qiáng)度鋼制成40MPa級(jí)的無(wú)縫高壓氣瓶；克服了傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的焊接氣瓶中與焊縫有關(guān)的不連續(xù)、強(qiáng)度降低、脆裂和拉應(yīng)力集中等缺陷，大幅提高了氣瓶的氣密性和耐壓性能。
【專利說(shuō)明】一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)縫鋼管的加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，特別適用于性能、質(zhì)量要求嚴(yán)格的40MPa級(jí)大容積鋼制無(wú)縫高壓氣瓶。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)船舶用25MPa高壓氣瓶采用的是鋼制焊接結(jié)構(gòu)氣瓶，制造工藝為:首先將鋼板卷成筒形，通過(guò)焊接形成氣瓶筒體，然后采用沖壓方法將鋼板沖壓成封頭形狀，最后將封頭和氣瓶筒體兩端焊接在一起制成高壓氣瓶，這樣制造的氣瓶有一條縱向焊縫和兩條環(huán)焊縫。而我國(guó)軍標(biāo)GJB5049-2001《XX用高壓空氣瓶通用規(guī)范》中明確規(guī)定，額定工作壓力大于30MPa的高壓空氣瓶必須采用無(wú)縫結(jié)構(gòu)。
[0003]對(duì)于我國(guó)大力發(fā)展面向深海的新型船舶，現(xiàn)有的25Mpa有縫高壓氣瓶已不能滿足需要，必須將高壓空氣瓶的壓力級(jí)別提高到40Mpa且采用無(wú)縫結(jié)構(gòu)，采用無(wú)縫結(jié)構(gòu)從根本上克服了傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的焊接氣瓶中與焊縫有關(guān)的不連續(xù)、強(qiáng)度降低、脆裂和拉應(yīng)力集中等缺陷，大幅提高氣瓶的氣密性和耐壓性能。因此，對(duì)于40MPa級(jí)高壓氣瓶需要使用材料為屈服強(qiáng)度大于980MPa的超高強(qiáng)度鋼并且采用無(wú)縫結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于40MPa級(jí)這類材料的鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造技術(shù)，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法。
[0005]一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，其具體步驟如下:
I)鋼管收口段加熱:將用于加工成大容積鋼制無(wú)縫氣瓶的無(wú)縫鋼管收口段加熱到10000C~1200°c，在此溫度范圍內(nèi)超高強(qiáng)度鋼具有較好的變形能力有利于旋壓收口成形；
2)瓶肩成形:對(duì)無(wú)縫鋼管的收口段進(jìn)行補(bǔ)熱，補(bǔ)熱溫度控制在1100°C~1200°C，在此溫度范圍內(nèi)超高強(qiáng)度鋼具有較好的變形能力有利于旋壓收口成形，用旋壓機(jī)主軸卡爪卡緊無(wú)縫鋼管，使其以15(T300r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將旋輪的工作面靠近無(wú)縫鋼管收口段外表面，對(duì)其進(jìn)行8~10道次半球形收口旋壓，每道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給后，按照半圓形狀軌跡以150(T2500mm/min的擺動(dòng)速度從無(wú)縫鋼管收口段外表面向瓶口中心擺動(dòng)，再按照相同的軌跡以5000mm/min擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面；其中，第一道次收口旋壓的旋輪轉(zhuǎn)角為30-38°，以后各道次對(duì)應(yīng)的旋輪轉(zhuǎn)角依次遞增疒5°，各道次對(duì)應(yīng)的旋輪轉(zhuǎn)角依次遞增2~5°，既能夠保證完成氣瓶封底又能夠避免旋輪轉(zhuǎn)角增加過(guò)大造成設(shè)備過(guò)載；最后獲得半球形瓶肩；第一道次收口旋壓對(duì)應(yīng)的旋輪軸向進(jìn)給量為ll(Tl50mm，其后各道次收口旋壓對(duì)應(yīng)的旋輪軸向進(jìn)給量為15~30mm，既能夠保證氣瓶瓶肩成形，又能避免補(bǔ)料不足或者補(bǔ)料過(guò)多造成的設(shè)備過(guò)載；
3)瓶口成形:保持對(duì)無(wú)縫鋼管補(bǔ)熱，并且保持旋壓機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速不變，對(duì)其進(jìn)行3~4道次瓶口旋壓成形，各道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段的外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給l(T20mm后，按照半圓形狀軌跡以150(T2500mm/min的擺動(dòng)速度從無(wú)縫鋼管收口段外表面向瓶口中心擺動(dòng)50^60°，再按照半圓形軌跡以5000mm/min的擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面，第一道次旋輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)范圍50飛0°，其后各道次旋輪轉(zhuǎn)角依次遞增廣5° ;最后一道次旋輪保持角度不變?cè)傺剌S向向外移動(dòng)2(T30mm，再按照半圓形狀軌跡以5000mm/min的擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面，形成瓶口 ；
4)表面精整旋壓:繼續(xù)對(duì)無(wú)縫鋼管補(bǔ)熱，并且保持旋壓機(jī)主軸轉(zhuǎn)速不變，旋輪從無(wú)縫鋼管收口段外表面沿已成形的氣瓶端部形狀軌跡，以50(T600mm/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)到瓶口后沿瓶口外表面運(yùn)動(dòng)到端部，保證整個(gè)半球形瓶肩和端部瓶口表面光滑，從而完成無(wú)縫氣瓶的熱旋壓收口成形。
[0006]所述的無(wú)縫鋼管的材料為屈服強(qiáng)度大于980MPa的超高強(qiáng)度鋼。
[0007]所述的超高強(qiáng)度鋼為屈服強(qiáng)度大于980MPa的鉻鑰鋼QP9100。
[0008]無(wú)縫鋼管收口段加熱長(zhǎng)度L與鋼管外徑Φ的數(shù)學(xué)關(guān)系為:?=Φ+ (3(T60mm)。
[0009]本發(fā)明提出的一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，采用上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了用屈服強(qiáng)度大于980MPa的超高強(qiáng)度鋼制成40MPa級(jí)的無(wú)縫高壓氣瓶；采用直接加工成瓶肩再成型瓶口的方式與現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)封口、底部增厚再加工瓶口口的方式相t匕，提高了工作效率；采用無(wú)縫結(jié)構(gòu)從根本上克服了傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的焊接氣瓶中與焊縫有關(guān)的不連續(xù)、強(qiáng)度降低、脆裂和拉應(yīng)力集中等缺陷，大幅提高了氣瓶的氣密性和耐壓性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1采用旋壓機(jī)對(duì)無(wú)縫鋼管進(jìn)行熱旋壓收口加工的狀態(tài)示意圖。
[0011]圖2為圖1中旋輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為無(wú)縫鋼管旋壓加工前示意圖。
[0013]圖4為無(wú)縫鋼管經(jīng)第一道次旋壓收口后的狀態(tài)示意圖。
[0014]圖5為無(wú)縫鋼管瓶肩旋壓收口后未進(jìn)行瓶口加工前的狀態(tài)示意圖。
[0015]圖6瓶口成形旋壓加工后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1、旋壓機(jī)，2、主軸卡爪，3、無(wú)縫鋼管，4、滑架；B是旋輪寬度，R是旋輪圓角，L是無(wú)縫鋼管加熱段的長(zhǎng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0017]結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以說(shuō)明:
如圖1、圖2所示，該實(shí)施例以水容積為410L的40MPa級(jí)鋼制無(wú)縫高壓氣瓶為例，采用直徑Φ=470πιπι的為鉻鑰鋼QP9100的無(wú)縫鋼管；旋輪寬度B=140mm，旋輪圓角R=30mm ;采用進(jìn)口的CTA-660熱旋壓收口機(jī)，旋壓收口的工藝過(guò)程如下:
一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，其具體步驟如下:
I)鋼管收口段加熱:結(jié)合圖3，采用中頻感應(yīng)爐將無(wú)縫鋼管收口段加熱到1150°C，收口加熱段長(zhǎng)度L為:L=520 mm ；
2)瓶肩成形:結(jié)合圖4、圖5，采用火焰噴槍對(duì)無(wú)縫鋼管的收口段進(jìn)行補(bǔ)熱，補(bǔ)熱溫度為1150°C，結(jié)合圖1，用旋壓機(jī)I的主軸卡爪2卡緊無(wú)縫鋼管3，使其以250r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將旋輪的工作面靠近無(wú)縫鋼管收口段外表面，對(duì)其進(jìn)行9道次半球形收口旋壓，每道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給后，按照半圓形狀軌跡以2500mm/min的擺動(dòng)速度從無(wú)縫鋼管收口段外表面向瓶口中心擺動(dòng)，再按照相同的軌跡以5000mm/min擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面；最后獲得半球形瓶肩；其中，各道次收口旋壓的旋輪轉(zhuǎn)角B分別為30°，33°，36°，39°，44°，49°，54°，56°，58° ;各道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給的進(jìn)給量分別是-140mm, -22mm, -22mm, -21mm, -21mm, -21mm, -20mm, -20mm,-19mm(這里的表示沿軸向向內(nèi)進(jìn)給)；
3)瓶口成形:保持對(duì)無(wú)縫鋼管補(bǔ)熱，并且保持旋壓機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速不變，對(duì)其進(jìn)行3道次瓶口旋壓成形，各道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段的外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給后，按照半圓形狀軌跡以2500mm/min的擺動(dòng)速度從無(wú)縫鋼管收口段外表面向瓶口中心擺動(dòng)50飛0°，再按照半圓形軌跡以5000mm/min的擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面，各道次收口旋壓的旋輪轉(zhuǎn)角為50°、52°和54° ;各道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給的進(jìn)給量分別是-18mm,-17mm,-15 mm ;最后一道次旋輪保持角度不變?cè)傺剌S向向外移動(dòng)30mm,再按照半圓形狀軌跡以5000mm/min的擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面，形成瓶口 ；
4)表面精整旋壓:結(jié)合圖6，繼續(xù)對(duì)無(wú)縫鋼管補(bǔ)熱，并且保持旋壓機(jī)主軸轉(zhuǎn)速不變，旋輪從無(wú)縫鋼管收口段外表面沿已成形的氣瓶端部形狀軌跡，以600mm/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)到瓶口后沿瓶口外表面運(yùn)動(dòng)到端部，保證整個(gè)半球形瓶肩和端部瓶口表面光滑，從而完成無(wú)縫氣瓶的熱旋壓收口成形，。
[0018]對(duì)旋壓收口得到的氣瓶瓶肩和瓶口解剖后發(fā)現(xiàn)，氣瓶瓶肩和瓶口內(nèi)外表面整潔無(wú)缺陷，從鋼管外壁到瓶口根部壁厚逐漸增加，瓶口內(nèi)徑、外徑和壁厚滿足使用要求。
【權(quán)利要求】
1.一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，其特征在于:所述成形制造方法的具體步驟如下: I)鋼管收口段加熱:將用于加工成大容積鋼制無(wú)縫氣瓶的無(wú)縫鋼管收口段加熱到10000C ~1200。。； 2)瓶肩成形:對(duì)無(wú)縫鋼管的收口段進(jìn)行補(bǔ)熱，補(bǔ)熱溫度控制在1100°C~1200°C，用旋壓機(jī)主軸卡爪卡緊無(wú)縫鋼管，使其以15(T300r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將旋輪的工作面靠近無(wú)縫鋼管收口段外表面，對(duì)其進(jìn)行8~10道次半球形收口旋壓，每道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給后，按照半圓形狀軌跡以150(T2500mm/min的擺動(dòng)速度從無(wú)縫鋼管收口段外表面向瓶口中心擺動(dòng)，再按照相同的軌跡以5000mm/min擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面；其中，第一道次收口旋壓的旋輪轉(zhuǎn)角為30-38°，以后各道次對(duì)應(yīng)的旋輪轉(zhuǎn)角依次遞增疒5°，最后獲得半球形瓶肩；第一道次收口旋壓對(duì)應(yīng)的旋輪軸向進(jìn)給量為ll(Tl50mm，其后各道次收口旋壓對(duì)應(yīng)的旋輪軸向進(jìn)給量為15~30mm ； 3)瓶口成形:保持對(duì)無(wú)縫鋼管補(bǔ)熱，并且保持旋壓機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速不變，對(duì)其進(jìn)行3~4道次瓶口旋壓成形，各道次旋輪在無(wú)縫鋼管收口段的外表面向內(nèi)軸向進(jìn)給l(T20mm后，按照半圓形狀軌跡以150(T2500mm/min的擺動(dòng)速度從無(wú)縫鋼管收口段外表面向瓶口中心擺動(dòng)50^60°，再按照半圓形軌跡以5000mm/min的擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面，第一道次旋輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)范圍50飛0°，其后各道次旋輪轉(zhuǎn)角依次遞增廣5° ;最后一道次旋輪保持角度不變?cè)傺剌S向向外移動(dòng)2(T30mm，再按照半圓形狀軌跡以5000mm/min的擺動(dòng)速度返回到鋼管收口段外表面，形成瓶口 ； 4)表面精整旋壓:繼續(xù)對(duì)無(wú)縫 鋼管補(bǔ)熱，并且保持旋壓機(jī)主軸轉(zhuǎn)速不變，旋輪從無(wú)縫鋼管收口段外表面沿已成形的氣瓶端部形狀軌跡，以50(T600mm/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)到瓶口后沿瓶口外表面運(yùn)動(dòng)到端部，保證整個(gè)半球形瓶肩和端部瓶口表面光滑，從而完成無(wú)縫氣瓶的熱旋壓收口成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，其特征在于:所述的無(wú)縫鋼管的材料為屈服強(qiáng)度大于980MPa的超高強(qiáng)度鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，其特征在于:所述的超高強(qiáng)度鋼為屈服強(qiáng)度大于980MPa的鉻鑰鋼QP9100。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度鋼制無(wú)縫高壓氣瓶的成形制造方法，其特征在于:無(wú)縫鋼管收口段加熱長(zhǎng)度L與鋼管外徑Φ的數(shù)學(xué)關(guān)系為:?=Φ+ (3(T60mm)。
【文檔編號(hào)】B21D51/24GK103537585SQ201310536589
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】邵飛, 鄧春鋒, 任方杰, 常磊, 張慶旭 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)雙瑞特種裝備有限公司