CN1086780A - 异种材料复合与球形容器无模高能成型同步完成技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是球形容器制造领域的异种材料 复合与球形容器无模高能成型同步完成技术。本发 明先将不同材质的金属材料下料成一定规格的板料， 将其分层组焊成异种材料多层球内接多面壳体，再将 一定参数的炸药放在壳体内规定的位置上，由水将炸 药爆炸时产生的能量传递给金属板，同时完成异种材 料的复合和球体的成型。本发明生产的复合球体、椭 球、蛋壳球、雨滴球其生产成本仅为传统技术制造相 同复合壳体的1/6，生产周期的1/20。

Description

本发明涉及的是球形容器制造领域的异种材料复合与球形容器无模高能成形同步完成技术，用于异种材料复合球形容器的制造。

目前国内外生产异种材料复合球形容器的方法主要有两种。第一种方法是分两步进行，首先将不同材质的金属材料通过①.热压法、②.爆炸复合法，加工成复合材料;然后将复合材料下料成梯形板，再用油压机通过将板料在模具压制下成一定尺寸规格的复合材料的球瓣，最后将球瓣组焊成复合材料球体。这种方法的缺点是必须使材料复合与球形容器的制造分开进行、而且计算复杂、加工难度大，而且需要昂贵的大型油压机、模具和工装。此外，用这种方法不易扩大或缩小球壳直径。见GB150-89和GB12337-90;1991年第三期《压力容器》中介绍到的由于工艺难度大到目前为止只有美国、日本和前苏联制造了少量的有间隙的双层球形容器。而内外层壳体紧密贴合没有间隙的异种材料复合球形容器的制造就更困难了，目前还未见到有报导介绍有哪个国家的厂家具有能生产没有间隙的异种材料复合和球形容器同步完成的技术。第二种方法是1993年第一期《压力容器》有一文章介绍的方法：首先将平面金属板料切割成正六边形的平板毛坯，然后依设计结构按从内到外的顺序将这些坯料组焊成封闭的双层多面体充满液体介质，在压力泵液压加载的作用下，双层壳体发生塑性变形而最终成形为完全贴合的双层球壳。这种方法的缺点是需要专门的加压设备，当球壳的厚度增加时，则会大大增加加压胀形的难度，用这种方法生产的球壳还会出现大量的易产生应力集中的十字焊缝以及多块金属板对接顶点处出现难以变形的死角，另外焊缝长焊接工作量大、生产周期长、变形不均匀、内外层金属贴紧程度不一致等。

本发明的目的是：克服上述现有技术的缺点，提出一种新的“异种材料复合与球形容器无模高能成形同步完成技术”。其特征是：首先将不同材质的金属材料下料成一定尺寸和形状的板料，并将其在卷板机上卷制成圆柱体和锥台体（或者全部为锥台体）将其分层组焊成异种材料多层球内接多面壳体，例如附图2;再将一定参数的炸药放在壳体的规定位置上，例如附图2中的（7）;通过水将炸药爆炸时产生的能量转递给金属板例如附图2中的（9），同时使异种材料的复合和球型容器的成形同步完成。从而得到异种材料复合成的金属球形容器，例如附图1。如果改变金属材料的下料尺寸、形状及炸药参数还可以制造出多层异种材料复合与椭球、蛋壳球、雨滴球等异型球体无模高能成形进行后得到的壳体。本发明从根本上解决了生产双层（或双层以上）复合球形容器中的多个关键技术。其主要特点是：①.多层异种材料复合与球形容器无模高能成形同步完成;②.不需要大型油压机、模具和压力泵即可生产多种金属材料之间的任意组合复合（铝、铜、低合金钢、碳钢、不锈钢和钛等金属之间任意组合复合均可以完成）、多层数、任意壁厚和任意球壳直径的异种材料复合与球形容器无模高能成形同步完成的复合球形容器;③.材料复合与球体成形时金属性能不受影响，金属材料的塑性指标没有明显损耗;④.焊缝相对少，复合与成形过成还可以消除焊接应力，改善球壳的焊缝受力情况;⑤.球壳壁厚减薄量小，由于用水作传压介质，所以复合成形后的球壳表面质量好;⑥.复合成形过成快，生产周期短，仅为传统工艺制造相同复合球壳生产周期的二十分之一;⑦.利用廉价的炸药作为能源，节省了其他能源，使生产成本进一步降低，成本仅为传统工艺制造相同复合材料球体的六分之一;⑧.生产过程所需设备简单，一般中小型压力容器制造厂和一般的金属结构厂均具备生产条件，并适合现场施工和安装。

本发明可以按以下过程实现：①.将不同材质的金属板料经计算分别下料为卷制一节圆柱体所需的矩形料和若干块卷制成锥台体的扇形料（也可以将金属板全部下料成若干块卷制成锥台体所需的扇形料），而后根据设计结构的要求先将一种材质卷制好的金属板组焊成球内接多面体，再将第二种、第三种……材质的金属依次组焊在上一层的金属壳体上，从壳体的里层或外层进行组焊均可以。由此首先得到一个由异种材料分层组成的多层球内接多面体，例如附图2中（6）、（8）、（12）、（13）;②.然后用两个金属圆板分别封住壳体两端，例如附图2中的（3）、（4）、（10）、（11）并在上层金属圆板上开一一定尺寸规格的圆孔，例如附图2中（3）、（4），这两个金属圆板材料的组成种类、层数和顺序与壳体材料组成的种类、层数和顺序相同;③.在上一层金属圆板的内表面加焊一块加强工艺板，例如附图2中（5）;④.从上孔将水把壳体灌满，作为传压介质，例如附图2中（9）;⑤.把经过严格计算后的一定参数的炸药，例如附图2中（7）通过炸药架，例如附图2中（2），定位于壳体内;⑥.经过电线例如附图2中（1），给雷管通电使其爆炸，雷管爆炸引爆炸药，由此产生异种材料之间复合与球体成形所需要的能量。经过消除成形前壳体焊接应力、异种材料复合、球体成形和校形等过程最终得到异种材料复合球形容器，经过十余台各种尺寸规格和多层异种材料组合复合成形同步完成的壳体，证明了该技术的可行性和先进性。所生产出的一、二、三类复合材料球形压力容器均达到了GB150-89和GB12337-90国家标准，生产出的常压容器、用于食品行业的储罐和工艺美术装饰用球也均达到了相应的行业标准，创造了可喜的经济效益与社会效益。

附图1是复合成形后的球形容器。附图2为本发明技术实施过程中的说明图。

Claims (2)

1、应用于球形容器制造领域的异种材料复合与球形容器无模高能成形同步完成技术。其特征在于：本发明是首先将不同材质的金属材料分别下料成为一定尺寸和形状的板料，将其分层组焊成异种材料多层球内接多面壳体，该壳体的层数与组成复合球体材料种类的数量相同，再将一定数量和形状的炸药放在壳体的一定几何位置上，通过水作为传压介质，当炸药爆炸时水将炸药爆炸时产生的能量转递给金属板，即可同步完成异种材料的复合和球形容器的成形，从而得到异种材料复合成的金属球形容器。

2、如权力1所述，其特征在于改变金属材料的下料尺寸和形状，将其组焊成不同曲线旋转所围成的椭球、蛋壳球、水滴球等壳体内接异种材料多层多面壳体，同样以水作为传压介质，通过改变炸药的多种参数，当炸药爆炸时水将炸药爆炸时产生的能量传递给金属板，从而使多层异种材料的复合与椭球、蛋壳球或雨滴形球体等多种材料多样复合异形球体的成形过程同步完成。