CN101927421A - 小容积钢制无缝管制气瓶的冷拔加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无缝钢管加工小容积气瓶的方法，其特征在于：将管坯加热然后进行旋压收底，收好底的瓶坯装入退火炉中退火，退火后的瓶坯放置在酸洗液中浸浴，再在磷化液中浸浴，最后在皂化液中浸浴，磷化皂化处理后的瓶坯，在常温下装在拉伸机的冲模杆上，将拉伸好的瓶坯齐口，再将管坯装夹到收口机上，进行旋压收口，按设计要求钻孔，在热处理炉中进行调质处理，按设计要求精车螺纹。本发明具有节约能源，性价比高而重容比小等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力容器制造方法，尤其涉及小容积钢制无缝管制气瓶的方法。
背景技术
钢制气瓶通常用来盛装永久气体、液化气体或混合气体，是一种承压容器。现有的钢制无缝气瓶制造方法有Erhardt(简称“E”法)和Mannesman(简称“M”法)。其中，“E”法是将钢坯加热后通过冲拔拉伸，再经过收口制成气瓶，这种方法加工的气瓶又称为“冲拔瓶”。“M”法是将无缝钢管两端局部加热，通过旋压收底、收口制成气瓶，这种方法加工的气瓶又称为“管制瓶”。在我国，大多数厂家采用“E”法制造方法，少数采用“M”法制造方法。
两种制造方法都存在不同程度缺陷。其中，“E”法只适合制造壁厚较厚的气瓶，壁厚薄时瓶颈段易起皱折，爆破试验时瓶颈处多出现横向裂口，而小容积气瓶壁薄较小，因此“E”法不太适合小容积气瓶的制造。另外，气瓶制造一般都要经过多次冲拔才能最终成形，每次冲拔拉伸前都要对瓶坯加热，因此“E”法制造工艺能耗较高。“M”法的缺点有三点：其一，气瓶直接由无缝管收底收口而制成，气瓶壁厚就是钢管壁厚，对钢管质量要求高，要求钢管壁厚必须严格控制在公差范围内；其二，气瓶厚度是依照钢管规格选取，因而实际选用厚度比设计厚度大，不但增加了气瓶重量造成操作不便而且增加产品成本，造成不必要的资源浪费。其三，如果制造小容积气瓶,选用薄壁钢管,采用“M”法成形时瓶底尺寸控制比较难，对瓶底成形设备要求高。气瓶底部采用旋压收底工艺，气瓶底部壁厚比筒体壁厚要厚2倍以上，筒壁和瓶底过渡要符合气瓶相关的设计标准，过渡自然且尺寸要求严格。因此，采用“M”法制造时过渡部份控制十分困难。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的不足，从而开发一种以冷拔工艺用无缝钢管加工小容积气瓶的方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种无缝钢管加工小容积气瓶的方法，按所要加工的气瓶的规格确定下料参数，用带锯下料后即为管坯，其特征在于：
1）收底：将管坯加热至1300℃～1400℃，再将管坯装夹到收底机上，进行旋压收底；收底后瓶坯底部的厚度和圆弧等几何尺寸都加工至图样要求。
2）退火：将收好底的瓶坯装入退火炉中，开启真空泵，压力降至-0.02MPa左右时关闭真空泵，充入氮气，炉内保压，升温至850℃±15℃的温度下，保温120℃±5℃时间，再以100℃/h速度冷却；
3）磷化皂化：将退火后的瓶坯放置在酸洗液中浸浴25-65min，水洗，再在磷化液中浸浴10-25 min，温度控制的50℃～60℃，水洗，最后在皂化液中浸浴3-5 min，温度控制在60℃～80℃，水洗；
4）冷拔拉伸：将磷化皂化处理后的瓶坯，在常温下装在拉伸机的冲模杆上，在液压缸的作用下，冲模杆顶着瓶坯通过拉拔模圈，将瓶坯拉伸至符合设计要求；
5）收口：将拉伸好的瓶坯齐口，齐口后在高频炉中加热至1100℃左右，再将管坯装夹到收口机上，进行旋压收口；
6）打孔：按设计要求钻孔；
7）调质：在热处理炉中进行调质处理，淬火温度为865℃±15℃，保温时间15min-30 min，回火温度为560℃±15℃，保温时间20min-40 min。
8）精车螺纹：按设计要求精车螺纹。
经检测，采用本发明加工的气瓶的机械性能指标符合设计要求，如表１。
表１ 气瓶的机械性能指标
本发明适用范围为：容积2Ｌ～１2Ｌ的气瓶，直径为φ103.5～φ156,无缝钢管规格为φ108～φ159。
本发明和现有的制造技术相比具有以下几大优点：
1）适用性优势：现有的加工制造方法均不适合小容积钢制无缝管制气瓶的加工，而经过实践证明本发明适用于小容积钢制无缝管制气瓶。
2）节能优势：在冷拔拉伸工序中瓶坯不进行任何加热，直接在常温的状态下拉伸，因此和“E”法相比较具有节能优势。采用本发明更符合“节能减排”的指导方针，顺应社会科技发展的潮流。
3）成本优势：冷拔拉伸可以精确控制气瓶壁厚，因此完全可以按设计和工艺要求的厚度来进行生产，因此和“M”法相比较具有成本优势。因此采用此发明，可以更合理地利用资源，降低产品成本，大幅提高产品的性价比，提高产品的市场竞争力。
4）重容比小：以7.5L气瓶为例，重容比参数如表1所示，重容比平均约为1.08左右，而我国各厂家气瓶的重容比一般控制在1.4，欧美发达国家气瓶的重容比为１.1～1.2，因此用此发明制造的气瓶的重容比达到国际先进水平。重容比小意味着同样容积的气瓶，重量轻，因此重容比小的气瓶更便于操作，将有更好的市场前景。
表1 重容比参数表
 |
实测容积（L） | 空瓶重（Kg） | 重容比 |
| 1 | 7.75 | 8.38 | 1.08 |
| 2 | 7.76 | 8.33 | 1.07 |
| 3 | 7.75 | 8.25 | 1.06 |
| 4 | 7.74 | 8.60 | 1.11 |
附图说明：
附图1是本发明的一种瓶坯加工过程示意图；
1-1收底后的瓶坯；
1-2冷拔拉伸后的瓶坯；
1-3收口后的瓶坯；
附图2是冷拔拉伸前后瓶坯底部结构示意图；
2-1收底后瓶底结构；
2-2冷拔后瓶底结构；
附图3是本发明的气瓶冷拔拉伸装置示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例所采用的气瓶容积（V）为7.5L，外径（φ）为136mm，设计压力为17.4MPa，试验压力25 MPa，设计最小壁厚为2.5mm，气瓶材质为34CrMo4，选用的无缝钢管规格为φ139.7×4.5。
具体实施方式如下：
1）下料：按所要加工的气瓶的规格确定下料参数，用带锯下料。
2）收底：将管坯在高频炉中加热至1400℃，再将管坯装夹到收底机上，进行旋压收底。收底后的瓶坯如图1-1所示。收底后瓶坯底部的厚度和圆弧等几何尺寸都加工至图样要求，底部结构如图2-1。
3）退火：将收好底的瓶坯装入退火炉中，开启真空泵，抽取炉内空气，压力降至-0.02MPa左右时关闭真空泵，充入氮气，炉内保持0.0001MPa～0.01MPa压力，炉内升温，在850℃±15℃的温度下，保温120℃±5℃时间，再以100℃/h速度冷却。
4）磷化皂化：将热处理好的瓶坯放置在配制好的酸洗液中浸浴30min，水洗二次，再在配制好的磷化液中浸浴15 min，温度控制在50℃水洗2次，最后在配制好的皂化液中浸浴4 min，温度控制在70℃，水洗1次。
5）冷拔拉伸：如图3，将磷化皂化处理后的瓶坯1装在拉伸机4的冲模杆3上，在液缸5的作用下，冲模杆3顶着瓶坯1通过拉拔模圈2，将瓶坯拉伸至符合设计要求。
所述冲模杆3的模头部份圆弧和锥度与收底后的瓶坯底部圆弧和锥度一致，拉拔模圈2内径与气瓶最终外径相等。冷拔拉伸开始时，瓶坯底部由于尺寸已达到最终尺寸，因此通过拉拔模圈2后尺寸不再发生改变。通过L长度后，瓶坯外径大于最终尺寸，必须在冲模杆的作用下通过拉拔模圈，拉伸后达到最终尺寸，而端部为锥形，因此形成了瓶底和筒体由厚向薄自然过渡。
拉拔前的瓶坯厚为4.5mm，拉拔后的厚度为3.0mm左右。拉拔后瓶坯的外径、厚度和长度都发生了变化, 冷拔拉伸后的瓶坯如图1-2。冷拔加工过程对气瓶底部结构没有任何改变，只是从瓶底与筒体的过渡部份开始通过冷拔拉伸改变气瓶壁厚，拉拔后的气瓶底部结构如图2-2。
本发明通过冲模杆的设计和收底工艺的保证，使在冷拔拉伸过程中瓶底结构不发生改变。同时，利用了冷拔拉伸的作用，使瓶底和筒体由厚向薄自然过渡，且完全达到设计要求，克服了“M”法在成形时瓶底尺寸控制比较难的技术难点。
6）收口：将拉伸好的瓶坯齐口，齐口后在在高频炉中加热至1100℃左右，再将管坯装夹到收口机上，进行旋压收口。收口后的瓶坯如图1-3。
7）打孔：按产品图样钻孔。
8）调质：在热处理炉中进行调质处理，淬火温度为865℃±15℃，保温时间20min，回火温度为560℃±15℃，保温时间20min。
9）精车螺纹：按产品图样在数控车床上精车螺纹。
经检测，采用本发明加工的气瓶的机械性能指标符合设计要求，如表2。
表2 气瓶的机械性能指标
Claims (1)
1.一种无缝钢管加工小容积气瓶的方法，按所要加工的气瓶的规格确定下料参数，用带锯下料后即为管坯，其特征在于：
1）收底：将管坯加热至1300℃～1400℃，再将管坯装夹到收底机上，进行旋压收底；
2）退火：将收好底的瓶坯装入退火炉中，开启真空泵，压力降至-0.02MPa左右时关闭真空泵，充入氮气，炉内保压，升温至850℃±15℃的温度下，保温120℃±5℃时间，再以100℃/h速度冷却；
3）磷化皂化：将退火后的瓶坯放置在酸洗液中浸浴25-65min，水洗，再在磷化液中浸浴10-25 min，温度控制的50℃～60℃，水洗，最后在皂化液中浸浴3-5 min，温度控制在60℃～80℃，水洗；
4）冷拔拉伸：将磷化皂化处理后的瓶坯，在常温下装在拉伸机的冲模杆（3）上，在液压缸（5）的作用下，冲模杆（3）顶着瓶坯（1）通过拉拔模圈（2），将瓶坯拉伸至符合设计要求；
5）收口：将拉伸好的瓶坯齐口，齐口后在高频炉中加热至1100℃左右，再将管坯装夹到收口机上，进行旋压收口；
6）打孔：按设计要求钻孔；
7）调质：在热处理炉中进行调质处理，淬火温度为865℃±15℃，保温时间15min-30 min，回火温度为560℃±15℃，保温时间20min-40 min。
8）精车螺纹：按设计要求精车螺纹。
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