CN1087163A - 无缝气体钢瓶壳体结构 - Google Patents

Abstract

一种制造无缝气体钢瓶壳体的方法，其中镍板复 合于钢板从而使整个两板之间均匀地接合而形成复 合板。此后，在进一步加工之前复合板最好先切成圆 形毛坯。圆形毛坯经乙二酸预处理以便在它的两个 相对表面能留住润滑剂，接着施加润滑剂。圆形毛坯 最好先制成杯状，再润滑和拉制成无缝气体钢瓶壳 体。然后将气体钢瓶的一端旋压成气体钢瓶头部，接 着在气体钢瓶头部内部形成螺纹，随后，进行热处理 而最终形成无缝气体钢瓶。

Description

本发明涉及一种制造适合用于最终形成贮存高压、超高纯度气体的无缝气体钢瓶的无缝气体钢瓶壳体的方法。更具体地涉及这样一种方法，其中气体钢瓶壳体具有一镍内层。

已有技术中，气体钢瓶被广泛地用于贮存高压气体。用于电子工业的超纯度气体尤其存在贮存问题，因为在气体钢瓶内存在的腐蚀性产物会降低被贮存的气体的纯度。如果超纯度气体是蚀刻气体（如HCl）的话，那么，这种腐蚀也可以是由气体本身引起的。

为了维持气体的纯度，用于贮存超纯度气体的气体钢瓶专门设计成完全由镍构成，或者制成分层结构：即具有钢的外层和镀于钢外层上的镍内层。大家都知道，完全由镍构成的气体钢瓶价格很高，因此，从价格角度看，人们宁愿采用分层结构。此外，压力超过500psig时，纯镍气体钢瓶是不能使用的。

镀镍气体钢瓶的制造是用冷拉制或穿轧方法先将钢坯制成气体钢瓶壳体，然后再电镀气体钢瓶壳体的内部的。此后，通过将气体钢瓶的开口端旋压成气体钢瓶的头部，在气体钢瓶的头部上形成螺纹，随后再对气体钢瓶进行热处理。

镀镍气体钢瓶的缺点在于，镍镀层会含有裂缝，空隙和裂口，通过它们超纯度气体可能会被污染，也会因为气体本身与钢的反应而生成污染物。此外，镍镀层的表面粗糙，极易滞留污染物。

正如将要讨论的，本发明通过本发明的方法来制造气体钢瓶，从而解决了已有技术中在生产适合用于贮存高压、超纯度气体的气体钢瓶中所存在的问题。

本发明提供了一种形成无缝气体钢瓶壳体的方法。根据该方法，镍薄板复合于钢板，从而使镍板和钢板通体均匀地接合，从而形成了具有两个相对表面的复合板。复合板的两个相对表面接着用物理及化学方法清洗，以从复合板上除去油、污点、锈、氧化物、和污迹（smut）。在化学清洗之后，复合板的两个相对表面被预加热以便在冷拉制时润滑剂能保留在表面上，然后，复合板的两个相对表面涂覆上润滑剂。在润滑程序之后，复合板接着被冷拉制成无缝气体钢瓶壳体。按这种方式形成的气体钢瓶壳体在一端是封闭的，而另一端则开口，然后通过已有技术中传统的旋压操作在无缝气体钢瓶壳体的开口端形成气体钢瓶头部，使之最终成为气体钢瓶。此后，在气体钢筒内部形成内螺纹。

本发明者发明，将镍板与钢板复合起来，使之通体均匀地完全接合，例如通过爆炸复合技术或辊压接合技术得到的气体钢瓶远远优于已有技术中耐腐蚀的气体钢瓶。优越之原因在于，在拉制过程中，镍与钢一起被拉制，镍内层基本上没有裂缝、空隙、孔或其他缺陷。在拉制成无缝气体钢瓶壳体之后，它们仍处处保留着均匀的接合，从而在钢层与镍层之间无空隙存在。在这方面，在冷拉制工艺中，金属必须变形以进行拉制。在变形硬化之前，金属被拉制的能力，随被拉制的金属的不同而不同。例如，曾尝试用不锈钢和由Cr-Mo合金形成的钢来拉制复合板，但是因为不锈钢的变形硬化，没有成功。镍也会加工硬化并且是变形敏感的。所以，过去并不知道究竟能否使镍和钢能一起变形而无断裂。因此，镍和钢复合板能被一起冷拉制这一事实自然是一个出乎意料的结果。

尽管说明书后面的权项具体指明并清楚地对本发明的实质性内容和要点提出了相应的权利要求，但是通过根据本发明制成的无缝气体钢瓶壳体的附图，无疑能更好地理解本发明。

现请参见附图1，图中示出了根据本发明的无缝气体钢瓶壳体10的纵向剖视图。无缝气体钢瓶壳体10有一外表面12，由4130Cr-Mo钢层（标号14）构成，及内表面16，由镍层（标号18）构成。请注意，也可以使用不同合金的钢材，例如C-Mn，中等锰等等。

无缝气体钢瓶10由厚约9.525mm的4130Cr-Mo钢层和厚约1.588mm的位于钢层上的镍层构成。镍层最好是用传统的方式通过爆炸复合技术复合于钢板上。在传统的爆炸复合技术中，炸药置于镍板上。纸板间隔器也置于两金属板之间，而且有一纸板模壳置于两板周围。炸药引炸之后，产生了具有两个相对的表面的复合板，其中之一形成外表面12，而另一则形成无缝气体钢瓶壳体10的内表面16。这样形成的复合板在镍板与钢板的接合处具有微观互锁波形构型的交联（网状）结构，从而沿镍与钢板的内表面整个交界处形成完全均匀的机械接合。另一种产生均匀接合的可能方法是将镍板和钢板辊压在一起。以这种方式产生的均匀接合在已有技术中通常被称为扩散压合。

复合板的大小安排得要能够可以从复合板上切割下若干圆块，直径38.1cm或60.96cm，以形成一个或多个圆的毛坯。可以理解，镍和钢板也可以预先切割以便在复合后再形成圆形毛坯。

然后，对这样形成的圆形毛坯接着进行物理清洗。清洗可以通过将复合板的相对的两侧与碱性清洗剂接触而完成。即通过将圆形毛坯浸入加热的含有碱性清洗剂，最好是PARCO  CLEANER2076，（由位于165  Rexdale  Blvd，Rexdale，Toronto，Ontario  M9W1P7的Parker+Amchem  Henkel  Canada  LTD制造）的水溶液而完成。溶液中清洗剂的含量为约7%-8.6%（体积），溶液被加热至约82℃-92℃的范围内。圆形毛坯浸入约3-4分钟。这种物理清洗通过去除油和去污而清洗毛坯。此后，通过将圆形毛坯浸入加热至约60°-66℃的清水中漂洗约3-4分钟而去除碱性残留物。

圆形毛坯的相对的表面接着通过与酸性洗液的接触而进行化学清洗，以从相对的表面上去除锈、氧化物和污迹。这是通过将毛坯浸入浴液而完成的。浴液中含有浓度在约10%-15%（体积）之间的硫酸水溶液，且温度在约60℃-82℃之间。在约6-8分钟之后，接着将圆形毛坯从酸性洗液中取出。取出后，于室温下将圆形毛坯短暂地浸于冷的过量的水漂洗液中，以终止酸性洗液的酸性作用。在冷过量漂洗之后，圆形毛坯再浸入清水漂洗液中，以保证去除所有的酸洗液残留物，并且提高毛坯的温度以便能涂覆润滑剂。清水漂洗液加热至约71℃-82℃，浸渍时间为约6-8分钟。

在毛坯经化学清洗后，在相对的每一表面上施涂润滑剂。根据本发明，对于镍和钢表面的润滑剂是相同的。在加上润滑剂之前，毛坯的表面被预加热，以便使润滑剂在冷拉制无缝气体钢瓶壳体时能保留在表面上。

这是在化学清洗结束之后毛坯从热清水漂洗液中取出还仍保持一定热度时，立即通过使毛坯的相对的表面与氧化剂，如乙二酸接触而完成这种预处理的。应指出，本发明者发现可以用乙二酸处理这两个表面，而以前这种处理还没有人建议过用于钢材。根据本发明，毛坯浸入最好含有约6.3%-9.4%（体积）的BONDERITE72A（由Parker+Amchem  Henkel  Corporation制造，位于88100Stephanson  Highway，Madison  Heights，Michigan  48872）的乙二酸溶液。该溶液加热至约71-77℃，浸渍时间为约5-20分钟。随后，毛坯的相对的表面通过短暂地浸入位于室温下冷的过量漂洗液进行漂洗。这种漂洗可以阻止乙二酸盐的转变反应。所有残留于毛坯的相对的两表面的残余的酸性物接着被中和剂基本消除，中和最好是通过浴液，即加热至约82℃-93℃，并且含有约0.09%（体积）由Parker+Amchem  Henckel  Canada  LTD（地址如上）制造的PARCOLENE  21的水溶液。

然后，通过浴浸将润滑剂施涂于相对的两表面上。较佳的溶液是含BONDERLUBE  234（也是由Parker+Amchem  Henkel  Canada  LTD制造的）或者任何其他具有出色的膜强度的冷成形（冷加工）润滑剂的水溶液，浓度为约6.25%。浴液被加热至约74-77℃，浸渍时间为约9-12分钟。在施加润滑剂之后，接着将毛坯冷拉制成如无缝气体钢瓶壳体的无缝气体钢瓶壳体。然而毛坯最好先被制成杯状，退火，再润滑，然后再拉制成如无缝气体钢瓶壳体10所示的无缝气体钢瓶壳体。

尽管本发明根据一个最佳实施例加以图示和描述，但是本领域的熟练技术人员完全可以在不背离本发明的精髓和范围的前提下进行多种变动，添加和省略，这些同样落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种适合最终制成气体钢瓶的无缝气体钢瓶壳体的制造方法，其特征在于，包括：

将镍板复合于钢板上，使整个镍板和钢板均匀地接合，从而形成具有两个相对表面的复合板；

物理和化学清洗复合板的两个相对的表面，从而从复合板上去除油、污、锈、氧化物和污迹等；

预加热复合板的两个相对的表面以求在冷拉制时润滑剂能保留在表面上，接着在复合板的两个相对表面施加润滑剂；

将复合板冷拉制成无缝气体钢瓶壳体。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，镍板和钢板的复合板是通过爆炸复合技术形成的。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，复合板的两个相对表面通过暴露于乙二酸而进行预处理。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在复合之后直接将复合板制成圆形毛坯。

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在复合之后直接将复合板制成圆形毛坯。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，在被冷拉制之前，圆形毛坯先制成杯状并且再行润滑。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，镍板和钢板的复合是通过辊压技术形成的。

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