本發(fā)明屬于潛水器壓載水艙領(lǐng)域，具體涉及一種深海載人潛水器壓載水艙的制造方法。

背景技術(shù)：

深海載人潛水器體現(xiàn)一個國家的綜合技術(shù)力量，是海洋技術(shù)開發(fā)的最前沿與制高點(diǎn)，利用它可取得海底世界的寶貴數(shù)據(jù)和資料，用于深海資源勘探、熱液硫化物考察、深海生物基因、深海地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。目前世界上只有美國、日本、法國、俄羅斯擁有深海載人潛水器，最大工作深度未超過6500米。中國研制的7000米載人潛水器“和諧號”，成為目前世界下潛工作深度最深的載人潛水器。

壓載水艙是深海載人潛水器上的關(guān)鍵裝置，用以控制潛水器的上浮和下潛。當(dāng)需要下潛時，壓水艙注水，開始下潛；當(dāng)需要在水中懸停時，它拋出一個配重塊；當(dāng)需要上浮時，它拋出第2個配重塊，同時向壓載水艙充入空氣，排出海水，就可以上浮。

目前，潛水器上的耐壓結(jié)構(gòu)(包括載人球、壓載水艙、耐壓罐等)多采用鈦合金制造，也有的用鎳鋼。制造工藝有三種：無焊接、半球焊接和瓜瓣焊接。后面兩種工藝工序復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，但第一種工藝生產(chǎn)工藝簡單，但是制造而成的壓載水艙強(qiáng)度不高，導(dǎo)致潛水器潛水深度不足，在深海高壓的情況下容易因?yàn)椴牧蠁栴}出現(xiàn)設(shè)備漏水從而造成設(shè)備損壞的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種深海載人潛水器壓載水艙的制造方法，生產(chǎn)工藝簡單，結(jié)構(gòu)可靠，通過該方法制造的壓載水艙承受的壓力達(dá)到113mpa以上，使用極限深度可達(dá)到11000米。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種深海載人潛水器壓載水艙的制造方法，包括如下步驟：(1)熱沖壓板坯制造：

a、選材：選擇超高強(qiáng)度鋼c350；

b、板坯制造：c350鋼由真空感應(yīng)爐(vim)初次冶煉澆注鋼錠，以之作為自耗電極進(jìn)行真空電弧重熔(var)，獲得自耗錠；自耗錠經(jīng)均勻化處理后，鍛造并軋制為板坯，鋼錠到板坯總變形比要求≥5，鍛軋后空冷至室溫；

(2)熱沖壓：

a、半球殼體模具準(zhǔn)備和試模：根據(jù)壓載水艙半球殼體尺寸計算，準(zhǔn)備好半球殼體的內(nèi)模、外模，其中內(nèi)模采用鑄造成型，并機(jī)加工為半球面，外模為模鍛成型的環(huán)狀外模；

采用一定厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼板進(jìn)行試模：碳素結(jié)構(gòu)鋼板加熱至約1150℃保溫后，熱沖壓為半球殼體，所得半球殼體進(jìn)行機(jī)加工，根據(jù)加工情況，確定半球殼體所需板坯尺寸，并根據(jù)確定的尺寸對步驟1鍛軋成的板坯采用水切割，切為需要的板坯；

b、板坯加熱：將板坯裝爐，裝爐溫度≤650℃，加熱溫度：1160±10℃，總加熱時間≥1.5h，進(jìn)行不定時測溫，板坯溫度達(dá)到1140～1150℃保溫1h；

c、熱沖壓：根據(jù)板坯直徑，預(yù)先在外模底座上用銷釘進(jìn)行定位，以確保板坯與內(nèi)模中心對正，用叉車取出板坯迅速放置在外模上，對中良好再進(jìn)行熱沖壓，要求半球殼體一次沖壓成型；

d、冷卻：半球殼體開口向上，空冷至室溫，冷卻過程中禁止吹風(fēng)，防止殼體變形過大；

e、外形檢查：半球殼體冷卻至室溫后，仔細(xì)檢查表面并測量尺寸；

(3)熱處理：

a、工裝準(zhǔn)備：為保證熱處理后半球殼體的冷卻效果，半球開口向上，安置在托盤上，對半球殼體進(jìn)行支撐和固定，防止熱處理過程中殼體變形過大，半球殼體開口部分采用17-4ph鋼φ30～35mm棒材焊接成“*”型支架，焊接時要求盡量靠近開口邊緣，與半球殼體連接牢固；半球殼體下部用碳素鋼板支架焊接后放置在托盤上，焊點(diǎn)不能過大，以減少熱影響區(qū)；

b、細(xì)晶化處理：采用高溫?zé)崽幚頎t，對兩個半球殼體及平封蓋進(jìn)行循環(huán)細(xì)晶化處理；

c、固溶處理；

(4)機(jī)加工：

a、粗加工：將支架和碳素鋼板支架從半球殼上切割掉，兩個半球殼體及平封蓋均需按照圖紙要求進(jìn)行機(jī)加工；半球殼體在立式車床上完成，所有涂裝面及螺紋均按尺寸公差及表面光潔度加工；非涂裝面留2～3mm余量，待時效處理后精加工以確保壓載水艙各部組裝配合良好；

b、進(jìn)行時效處理；

c、精加工：將非涂裝面進(jìn)行機(jī)加工，保證尺寸公差及表面光潔度達(dá)到要求。

進(jìn)一步的，所述循環(huán)細(xì)晶化處理循環(huán)步驟如下：

(1)先將半球殼體在高溫?zé)崽幚頎t以940-960℃的溫度保溫1h，然后進(jìn)行水冷；

(2)水冷后再次在高溫?zé)崽幚頎t以890-910℃的溫度保溫1h，然后進(jìn)行水冷；

(3)隨后再將其投入到高溫?zé)崽幚頎t以850-870℃的溫度保溫1h，然后水冷；

(4)最后再次在高溫?zé)崽幚頎t以850-870℃的溫度保溫1h，然后水冷。

進(jìn)一步的，所述固溶處理是在810-830℃下保溫0.5h，然后水冷。

進(jìn)一步的，所述時效處理是在500-520℃下保溫2h，然后空冷。

進(jìn)一步的，所述c350鋼冶煉后化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下：c≤0.005％；mn≤0.10％；si≤0.10％；p≤0.005％；s≤0.005％；ni含量17.5-18.5％；co含量為11.5-12.5％；mo含量為4.0-5.0％；ti含量為1.25-1.50％；al含量為0.10-0.16％；余量為fe；c350鋼中氣體含量質(zhì)量百分比如下：h≤0.0001％；o≤0.0015％；n≤0.0015％。

本發(fā)明的有益效果是：該深海載人潛水器壓載水艙的制造方法，生產(chǎn)工藝簡單，結(jié)構(gòu)可靠，通過該方法制造的壓載水艙承受的壓力達(dá)到113mpa以上，使用極限深度可達(dá)到11000米。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明壓載水艙的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明熱沖壓時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明熱處理時的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、上半球殼體；2、下半球殼體；3、內(nèi)模；4、外模；5、板坯；6、平封蓋；7、“*”型支架；8、銷釘；9、外模底座；10、托盤；11、碳素鋼板支架。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1到圖2所示的一種深海載人潛水器壓載水艙的制造方法，包括如下步驟：

(1)熱沖壓板坯制造：

a、選材：壓載水艙在工作時受到海水的靜壓力，在11000m的極限深度，理論上需承受110mpa的壓力，經(jīng)計算，殼體材料的屈服強(qiáng)度應(yīng)大于1700mpa才能保證其運(yùn)行的安全性，超高強(qiáng)度鋼c350(18ni系列馬氏體時效鋼中的350級)的屈服強(qiáng)度可達(dá)2350mpa以上，k1c可達(dá)55mpm^1/2，完全滿足要求；且該鋼冷、熱加工性能好，熱處理工藝簡單，熱處理后變形小，因此被選為制造該型壓載水艙的材料；

b、板坯制造：c350鋼由真空感應(yīng)爐(vim)初次冶煉澆注鋼錠，以之作為自耗電極進(jìn)行真空電弧重熔(var)，獲得自耗錠；鋼錠經(jīng)1220℃約40h的均勻化處理后，鍛造并軋制為板坯5，鋼錠到板坯5總變形比達(dá)到20，鍛、軋后空冷至室溫；

(2)熱沖壓：

a、半球殼體模具準(zhǔn)備和試模：根據(jù)壓載水艙半球殼體尺寸計算，準(zhǔn)備好半球殼體的內(nèi)模3、外模4，內(nèi)模3采用鑄造成型，并機(jī)加工為球面，外模4為模鍛成型的環(huán)狀外模；

采用55mm厚的hg785鋼板進(jìn)行試模：碳素結(jié)構(gòu)鋼板加熱至約1150℃保溫后，熱沖壓為半球殼體，所得半球殼體進(jìn)行機(jī)加工，根據(jù)加工情況，確定半球殼體所需板坯厚度為50mm和70mm，并對模具進(jìn)行修整，板坯采用水切割，切為需要直徑；

b、板坯加熱：將板坯裝爐，裝爐溫度≤650℃，加熱溫度：1160±10℃，總加熱時間≥1.5h，進(jìn)行不定時測溫，板坯溫度達(dá)到1140～1150℃保溫1h；

c、熱沖壓：用叉車取出板坯迅速放置在內(nèi)模3上，對中良好后進(jìn)行熱沖壓，半球殼體均一次沖壓成型；

d、冷卻：根據(jù)板坯直徑，預(yù)先在外模底座9上用銷釘8進(jìn)行定位，以確保板坯與內(nèi)模中心對正，用叉車取出板坯迅速放置在外模上，對中良好再進(jìn)行熱沖壓，要求半球殼體一次沖壓成型；

e、外形檢查：半球殼體冷卻至室溫后，仔細(xì)檢查表面并測量尺寸，確保符合工藝要求；

(3)熱處理：

a、工裝準(zhǔn)備：為保證熱處理后半球殼體的冷卻效果，半球開口向上，安置在托盤10上，對半球殼體進(jìn)行支撐和固定，防止熱處理過程中殼體變形過大，半球殼體開口部分采用17-4ph鋼φ30～35mm棒材焊接成“*”型支架7，焊接時要求盡量靠近開口邊緣，與半球殼體連接牢固；半球殼體下部用碳素鋼板支架11焊接后放置在托盤10上，焊點(diǎn)不能過大，以減少熱影響區(qū)；

b、細(xì)晶化處理：采用高溫?zé)崽幚頎t，對兩個半球殼體及平封蓋6進(jìn)行循環(huán)細(xì)晶化處理；

c、固溶處理；

(4)機(jī)加工：

a、粗加工：半球殼體和“*”型支架7切割分離，半球殼體下部和碳素鋼板支架11切割分離，兩個半球殼體(包括上半球殼體1和下半球殼體2)及平封蓋均需按照圖紙要求進(jìn)行機(jī)加工；半球殼體在立式車床上完成，所有涂裝面及螺紋均按尺寸公差及表面光潔度加工；非涂裝面留2～3mm余量，待時效處理后精加工以確保壓載水艙各部組裝配合良好；

b、進(jìn)行時效處理；

c、精加工：將非涂裝面進(jìn)行機(jī)加工，保證尺寸公差及表面光潔度達(dá)到要求。

進(jìn)一步的，所述循環(huán)細(xì)晶化處理循環(huán)步驟如下：

(1)先將半球殼體在高溫?zé)崽幚頎t以940-960℃的溫度保溫1h，然后進(jìn)行水冷；

(2)水冷后再次在高溫?zé)崽幚頎t以890-910℃的溫度保溫1h，然后進(jìn)行水冷；

(3)隨后再將其投入到高溫?zé)崽幚頎t以850-870℃的溫度保溫1h，然后水冷；(4)最后再次在高溫?zé)崽幚頎t以850-870℃的溫度保溫1h，然后水冷；

進(jìn)一步的，其特征在于，所述固溶處理是在810-830℃下保溫0.5h，然后水冷；

進(jìn)一步的，其特征在于，所述時效處理是在500-520℃下保溫2h，然后空冷；

進(jìn)一步的，所述壓載水艙制造材料選用c350鋼，冶煉后c350鋼化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下：c0.0025％；mn0.032％；si0.01％；p0.0026％；s0.0026％；ni18.30％；co12.00％；mo4.52％；ti1.30％；al0.14％，cr0.016；余量為fe；鋼中氣體含量質(zhì)量百分比如下：[h]0.0001％；[o]0.0010％；[n]0.0010％。

通過該方法制作的壓載水艙經(jīng)過檢測，各項(xiàng)數(shù)據(jù)測試如下：屈服強(qiáng)度rp0.2:2289.12mpa，抗拉強(qiáng)度rm：2402.91mpa，斷后伸長率a:6.6％，斷面收縮率z:37.59％，沖擊韌性aku:19.0j。所以通過該方法制造的壓載水艙承受的壓力達(dá)到113mpa以上，使用極限深度可達(dá)到11000米。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。