CN109595462B - 双封头超大尺寸超高压气瓶内胆及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双封头超大尺寸超高压气瓶内胆及其制造方法，包括直筒段，和分别位于直筒段两端的A封头和B封头，A瓶口和B瓶口分别位于A封头和B封头上；超高压气瓶内胆为长度为5‑13m的铝合金内胆，直筒段的公称外径为Φ300‑Φ850mm，超高压气瓶的额定压力为35‑70Mpa。本发明总体采用旋压的加工方法，产品整体无焊缝，制备工艺简单，操作方便，能耗低，污染小，原材料的损耗比较少，节约了原材料成本。本发明的制造方法加工出来的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，具有尺寸超大、可靠性高、壁薄、质量轻的特点；其内材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐高压特性，对超高压气瓶的制造具有重要的意义。

Description

双封头超大尺寸超高压气瓶内胆及其制造方法
技术领域
本发明属于高压容器技术领域，具体涉及一种双封头超大尺寸超高压气瓶内胆及其制造方法。
背景技术
超高压气瓶已经广泛用于工矿生产、建筑、交通、海洋、航空、医疗、军事等国民经济的各个行业。超高压气瓶的容量、瓶壁厚度及制作工艺和材料都会影响超高压气瓶的性能。如天然气和氢气是一种世界范围内重点发展和广泛使用的清洁能源。目前采用35-70MP超高压气瓶储运和使用压缩天然气(CNG)、压缩氢气和其他压缩工业气体是这些气体从主管路输送到用气点、加气站等地的主要方式。
目前，铝合金内胆碳纤维全缠绕超高压气瓶具有众多优点，已逐步取代传统钢质气瓶，成为当今世界超高压气瓶的主流产品。其优点如下：
(1)大幅减重；采用铝合金内胆复合缠绕的气瓶，同等性能下材料厚度仅为钢瓶的50％-70％，且密度更低，因而其重量仅为传统钢瓶的35％-40％。
(2)破损安全性好；铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶采用铝合金内胆及碳纤维复合材料增强，每平方厘米上的纤维多达几千上万根，当气瓶超载并发生少量纤维断裂时，其载荷会迅速分配在未破坏的纤维上，这会在短期乃至相当长一段时间内使气瓶不致丧失承载能力，大大提高安全性。
(3)减震性好；复合材料中纤维与树脂基体界面具有吸震能力，震动阻尼好，抗声震疲劳性能也很高。
(4)与无缝钢质气瓶需要的复杂工序相比，纤维缠绕工艺更加灵活，容易变换，工序更为简化，也容易实现自动化，且能耗远远低于钢质气瓶的生产过程。
例如，外径Φ300-Φ850mm、长度5-13m的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶主要用作大型天然天然气运输槽车用储运气瓶、加气站储运气瓶、CNG运输船储运气瓶等大容积高压储运气瓶。
但是受材料生产以及技术能力的限制，我国目前还未能生产长度大于5m的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶，其核心问题就是铝合金内胆无法制造。
在上述背景下，为了大幅提高天然气、氢气、工业高纯气体槽车的储运能力，为了进一步掌握具有自主产权的大型压缩天然气、氢气和混合燃气等储运装置的关键技术及产品，迫切的需要开发具有直径大、长度长、质量轻、高可靠等特性的超高压气瓶用铝合金内胆产品。
发明内容
本发明的目的在于提出一种超高压气瓶铝合金内胆及其制造方法。以至少解决目前超高压气瓶容积小，质量过重，可靠性差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，双封头超大尺寸超高压气瓶内胆作为缠绕气瓶的内胆用于储存压缩气体，所述双封头超大尺寸超高压气瓶内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构的铝合金内胆，包括A瓶口、A封头、直筒段、B封头和B瓶口，所述A封头和B封头分别位于所述直筒段的两端，所述A瓶口和B瓶口分别位于所述A封头和B封头上；所述双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的长度为5-13m，所述直筒段的公称外径为Φ300-Φ850mm，所述超高压气瓶的额定压力为35-70Mpa。
如上所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，优选，所述直筒段的壁厚为3-10mm，所述直筒段的整体直线度不大于0.3mm/m；
优选地，所述直筒段的壁厚的公差小于等于±0.1mm；
再优选地，所述直筒段任意直线段位置局部直线度不大于0.3mm/300mm；
再优选地，所述直筒段整体直线度不大于2mm/全长；
再优选地，所述直筒段任意位置的圆度不大于0.3mm；
再优选地，所述直筒段的内表面粗糙度小于Ra0.8μm，所述直筒段的外表面粗糙度小于Ra3.2μm。
如上所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，优选，所述封头的结构类型为椭球型封头、碟型封头或半球型封头，所述A封头的结构类型与所述B封头的结构类型相同，所述封头的厚度由边缘向瓶口部位均匀渐变增厚；
优选地，所述封头的厚度由边缘的5-8mm向瓶口部位的10-15mm均匀渐变增厚。
如上任一项所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述制造方法包括如下步骤：
S1，铝合金内胆旋压管制备；
S2，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修磨，对步骤S1中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的可修复缺陷进行修复；该步骤具体包括如下步骤：
S21，直筒段的缺陷检查，在内圆修磨机构前端安装视觉检查系统，检测步骤S2中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段，检查内表面深度大于0.03mm的划伤和磕碰，同时，检查气孔、夹杂、凹陷或微裂纹缺陷；
S22，拆除视觉检测系统，根据检测结果，通过定位坐标换算，采用自动内圆修磨机床对步骤S21中检查出的可修复缺陷进行自动修复；
S3，封头和瓶口的旋压成型；
S4，瓶口中心孔的加工；
S5，曲面探伤；
S6，曲面内表面修磨；
S7，热处理；
S8，内胆清洗，采用立式气瓶内胆清洗机对双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除加工污染物；
S9，成品检验，对步骤S8中获得的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆进行检验，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的成品；
S10，涂覆，对步骤S9中的到的超高压气瓶用铝合金内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件，以提高铝合金与待缠绕树脂、纤维间的贴合度；
S11，对步骤S10得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行A瓶口和B瓶口的内、外径和内、外螺纹的精密加工。
如上所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述步骤S1为：采用超长筒体张力旋压设备对无缝管材的直筒段进行多道次强力外旋压成形处理，得到铝合金内胆旋压管；具体包括如下步骤：
S1a，铝合金内胆旋压管直筒段的旋压成型，采用超长筒体张力旋压设备以张力三旋轮错距正旋旋压方法对无缝管材进行2-4次旋压过程，得到旋压件A；旋压时采用1-2m长的浮动芯模进行旋压辅助加工；
S1b，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用锯床对步骤S1a中得到的旋压件A进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；
S1c，铝合金内胆旋压管的清洗，采用清洗机对步骤S1b中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；
S1d，修磨铝合金内胆旋压管，采用超长数控内外圆修磨机对步骤S1c中清洗后的铝合金内胆旋压管进行内外表面划伤、碰伤的修磨；
优选地，所述步骤S1a中的张力三旋轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6-12mm；
优选地，所述步骤S1c中的清洗机为旋转喷淋清洗机或超声清洗机；
优选地，所述铝合金内胆旋压管的清洗采用加热30-45℃的中性清洗剂完成；
再优选地，所述铝合金内胆旋压管清洗后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍。
如上所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述步骤S1a中旋压件A的旋压制造过程中，采用牵引力牵引无缝管材的一端向外延伸，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；所述牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；无缝管材被牵引一端的轴向固定在牵引机构上，确保被牵引一端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。
如上所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述步骤S3为：采用加热收口旋压机对铝合金内胆旋压管两端的开口处分别进行封头和瓶口的旋压成型，得到旋压成型件B；所述旋压成型件B包括直筒段和直筒段两端的A封头和B封头；具体包括如下步骤：
S31，装夹，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹
S32，加热，对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处加热至200-400℃；
S33，封头及瓶口的成型旋压，采用单侧X直线、Z直线和旋转三向插补式收口旋压机对步骤S32中加热的铝合金内胆旋压管进行多道次收口旋压；
S34，对铝合金内胆旋压管的另一端重复步骤S31、S32、S33的操作，得到旋压成型件B；所述旋压成型件B包括直筒段和直筒段两端的A封头和B封头；
优选地，所述步骤S32中的加热采用氧气、丙烷/LNG进行燃烧喷焰加热。
如上所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，优选，在双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法中：
S4，瓶口中心孔的加工，对步骤S3中得到的旋压成型件B两端的A封头和B封头分别进行瓶口中心孔的机加工，得到旋压成型件C；
S5，曲面探伤，对步骤S4中得到的旋压成型件C进行收口质量探伤，检验封头位置是否有橘皮、折叠的加工缺陷；
S6，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用封头内表面修磨机床对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C；
S7，热处理，对步骤S6中得到的旋压成型件C进行T6工艺处理，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆；
其中，优选地，所述步骤S7包括如下步骤：
S71，装夹，采用多个分瓣式专用热处理工装等距离装夹旋压成型件C；
S72，淬火处理，将步骤S71中装夹的旋压成型件C放入淬火炉进行淬火处理，将旋压成型件C加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温2-4小时，接着将旋压成型件C进行淬火；
S73，时效处理，将淬火后的旋压成型件C转移至时效炉进行时效处理，最后在160-200℃环境中保温6-10小时，制得双封头超大尺寸超高压气瓶内胆；
优选地，所述淬火和时效采用卧式连续淬火、时效炉进行热处理。
如上所述的超高压气瓶用铝合金内胆制造方法，优选，所述步骤S6具体包括如下步骤：
S61，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件C；
S62，采用封头内表面修磨机床自带的自动内窥系统自动观测、判断A封头和B封头的内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
S63，采用封头内表面修磨机床的数控自动修磨机构对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C，在修磨过程中，数控自动修磨机构可编程独立执行。
如上所述的超高压气瓶用铝合金内胆制造方法，优选，所述步骤S22具体包括如下步骤：
S221，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；
S222，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；
S223，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明提供的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，总体采用旋压的加工方法，产品加工精度高，整体无焊缝，表面质量控制严格，满足超高压气瓶用铝合金内胆的要求。
在现有技术中很难生产出来直径大于406mm、长度大于5米的超大尺寸超高压气瓶用铝合金内胆，本发明采用全自动视觉检查和修磨系统对制得的铝合金内胆旋压管进行表面缺陷检查，确保任意位置无深度大于0.03mm的划伤，内表面光洁度达到Ra0.8μm。本发明的制造方法在制备过程中不加工瓶口的尺寸和螺纹，在完成纤维缠绕以后，再进行瓶口尺寸和瓶口内外螺纹的加工，以保证瓶口型面不会在热处理等工序氧化、损伤，且加工表面达到超高精度和光洁度要求，满足氢的小分子超高密封需求，从而实现超高压不泄露。整体制备工艺简单，操作方便，能耗低，污染小，整个制作过程中原材料的损耗比较少，节约了原材料成本。
本发明的制造方法加工出来的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，公称外径为Φ300-Φ850mm，容积和缠绕后可承受的压力均远高于现有的标准铝合金内胆；直筒段的壁厚为3-10mm，具有尺寸超大、可靠性高、壁薄、质量轻的特点；直筒段的抗拉强度大于等于345MPa、屈服强度大于等于310MPa、延伸率大于等于15％；任意位置无深度大于0.03mm的划伤，内表面光洁度达到Ra0.8μm，直筒段任意位置组织晶粒度按照ASTME112标准大于等于6级，其内材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐高压特性，对超大尺寸超高压气瓶的制造具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例中双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的结构示意图；
图2为本发明实施例中双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法流程图。
图中：1、A瓶口；2、A封头；3、直筒段；4、B封头；5、B瓶口。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供一种双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，双封头超大尺寸超高压气瓶内胆由无缝管材通过本制造方法加工而成；如图1所示，双封头超大尺寸超高压气瓶内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构的铝合金内胆，包括A瓶口1、A封头2、直筒段3、B封头4和B瓶口5，A封头2和B封头4分别位于直筒段3的两端，A瓶口1和B瓶口5分别位于A封头2和B封头4上；双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的长度为5-13m(例如5.5m、6m、6.5m、7m、7.5m、8m、8.5m、9m、9.5m、10m、10.5m、11m、11.5m、12m、12.5m)，直筒段3的公称外径为Φ300-Φ850mm(例如Ф350mm、Ф400mm、Ф450mm、Ф500mm、Ф550mm、Ф600mm、Ф650mm、Ф700mm、Ф750mm、Ф800mm)，超高压气瓶的额定压力为35-70Mpa(例如37Mpa、40Mpa、43Mpa、47Mpa、50Mpa、53Mpa、56Mpa、60Mpa、63Mpa、67Mpa)。封头的结构类型为椭球型封头、碟型封头或半球型封头，A封头2的结构类型与B封头4的结构类型相同，封头的厚度由边缘向瓶口部位均匀渐变增厚；在本发明的实施例中，A封头2和B封头4的结构类型均为碟型；如图2所示，本发明的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法包括如下步骤：
S1，铝合金内胆旋压管制备，采用超长筒体张力旋压设备对无缝管材的直筒段3进行多道次强力外旋压成形处理，得到铝合金内胆旋压管；该步骤具体包括如下步骤：
S1a，铝合金内胆旋压管直筒段3的旋压成型，采用超长筒体张力旋压设备以张力三旋轮错距正旋旋压方法对无缝管材进行2-4次(例如2次、3次、4次)旋压过程，得到旋压件A；在本发明的实施例中，张力三旋轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6-12mm(例如6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm)；旋压时采用1-2m(例如1.1m、1.2m、1.3m、1.4m、1.5m、1.6m、1.7m、1.8m、1.9m)长的浮动芯模进行旋压辅助加工；无缝管材经旋压处理后的总变形量为55％-70％；在本发明的实施例中，当总变形量大于70％时应进行中间退火处理。旋压件A为等厚直筒或两端带有外环向端框的直筒段3。在本步骤的旋压制造过程中，采用牵引力牵引无缝管材的一端向外延伸，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；无缝管材被牵引一端的轴向固定在牵引机构上，确保被牵引一端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。
S1b，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用锯床对步骤S1a中得到的旋压件A进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；在本发明的实施例中，锯床采用双头自动锯床，锯条采用铝合金专用锯条。
S1c，铝合金内胆旋压管的清洗，采用旋转喷淋清洗机或超声清洗机添加30-45℃(例如31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃)的中性清洗剂对步骤S1b中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；清洗完成后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍。
S1d，铝合金内胆旋压管的探伤，采用超长数控内外圆修磨机对步骤S1c中清洗后的铝合金内胆旋压管进行直筒段3的全自动探伤，检验是否有起皮、褶皱、裂纹等加工缺陷。
S2，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修磨，对步骤S1中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段3进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的可修复缺陷进行修复；该步骤具体包括如下步骤：
S21，直筒段3缺陷检查，在内圆修磨机构前端安装视觉检查系统，编程检测步骤S2中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段3，检查内表面深度大于0.03mm的划伤和磕碰，同时，检查气孔、夹杂、凹陷、微裂纹等缺陷；
S22，拆除视觉检测系统，根据检测结果，通过定位坐标换算，采用自动内圆修磨机床对步骤S21中检查出的可修复缺陷进行自动修复；该步骤具体包括如下步骤：
S221，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；
S222，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；
S223，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。
S3，封头和瓶口的旋压成型，采用加热收口旋压机对铝合金内胆旋压管两端的开口处分别进行封头和瓶口的旋压成型，得到旋压成型件B；旋压成型件B包括直筒段3和直筒段3两端的A封头2和B封头4；该步骤具体包括如下步骤：
S31，装夹，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹；
S32，加热，采用氧气、丙烷/LNG燃烧对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处进行喷焰加热至200-400℃(例如200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃)；
S33，封头及瓶口的成型旋压，采用单侧X直线、Z直线和旋转三向插补式收口旋压机对步骤S32中加热的铝合金内胆旋压管进行10-18道次(例如11道次、12道次、13道次、14道次、15道次、16道次、17道次)收口旋压，在旋压过程中，收口旋压第1-8道次(例如2道次、3道次、4道次、5道次、6道次、7道次)带有反旋，用于瓶口部位的增厚；制得的封头的厚度由边缘的5-8mm(例如5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.4mm、6.6mm、6.8mm、7mm、7.3mm、7.6mm、7.8mm)向瓶口部位的10-15mm(例如10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm)均匀渐变增厚；
S34，对铝合金内胆旋压管的另一端重复步骤S31、S32、S33的操作，得到旋压成型件B；旋压成型件B包括直筒段3和直筒段3两端的A封头2和B封头4。
S4，瓶口中心孔的加工，采用2-3个固定在机床工作台上的分瓣式自夹紧装置进行旋压成型件B的装夹；采用专用超长瓶口加工中心对步骤S3中得到的旋压成型件B两端的A封头2和B封头4分别进行瓶口中心孔的机加工，得到旋压成型件C；为后续热处理做好准备；
S5，曲面探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤S4中得到的旋压成型件C进行收口质量探伤，检验封头位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷；
S6，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用专用封头内表面修磨机床对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C；该步骤具体包括如下步骤：
S61，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件C；
S62，采用专用封头内表面修磨机床自带的自动内窥系统自动观测、判断A封头2和B封头4的内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
S63，采用专用封头内表面修磨机床的数控自动修磨机构对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C，在修磨过程中，数控自动修磨机构可编程独立执行。
S7，热处理，对步骤S6中得到的旋压成型件C进行T6工艺处理，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆；该步骤具体包括如下步骤：
S71，装夹，采用3-5个(例如3个、4个、5个)分瓣式专用热处理工装等距离装夹旋压成型件C，防止其热处理变形；将多个旋压成型件C通过分瓣式专用热处理工装放置在立体热处理工架上，便于一次热处理多件旋压成型件C。
S72，淬火处理，将步骤S71中装夹的旋压成型件C放入卧式连续淬火、时效炉的辊道上，送入淬火室进行淬火处理，在淬火室中将旋压成型件C加热至525-531℃(例如525.5℃、526℃、526.5℃、527℃、527.5℃、528℃、528.5℃、529℃、529.5℃、530℃、530.5℃)，并在525-531℃(例如525.5℃、526℃、526.5℃、527℃、527.5℃、528℃、528.5℃、529℃、529.5℃、530℃、530.5℃)环境中保温2-4小时(例如2.2小时、2.4小时、2.6小时、2.8小时、3小时、3.2小时、3.4小时、3.6小时、3.8小时)，接着将旋压成型件C进行水雾介质淬火；在淬火时应保证双封头超大尺寸超高压气瓶内胆全部接触水雾时间不得大于5s。
S73，时效处理，将淬火后的旋压成型件C转移至时效炉进行时效处理，最后在160-200℃(例如165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、198℃)环境中保温6-10小时(例如6.3小时、6.6小时、7小时、7.3小时、7.7小时、8小时、8.4小时、8.7小时、9小时、9.3小时、9.7小时)，制得双封头超大尺寸超高压气瓶内胆。
S8，内胆清洗，采用专用卧式气瓶内胆清洗机对步骤S7中得到的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物；该步骤具体包括如下步骤：
S81，将双封头超大尺寸超高压气瓶内胆卧式放置在专用立式气瓶内胆清洗机上，使专用卧式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入内胆内部，固定内胆；
S82，采用高压水喷淋或超声清洗方式对双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的内腔进行清洗，去除铝屑及其他加工污染物；
S83，清洗完毕后倾斜45°倒水；
S84，采用内伸式蒸汽烘干机进行内胆烘干。
S9，成品检验，对步骤S8中获得的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆进行检验，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的成品。
S10，涂覆，对步骤S9中的到的超高压气瓶用铝合金内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件，以提高铝合金与待缠绕树脂、纤维间的贴合度。
S11，对步骤S10得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行A瓶口1和B瓶口5的内、外径和内、外螺纹的精密加工，以保证瓶口型面不会在热处理等工序氧化、损伤，且加工表面达到超高精度和光洁度要求，满足氢的小分子超高密封需求，从而得到超高压气瓶，检测该超高压气瓶的极限承压情况。在进行A瓶口1和B瓶口5的内、外径和内、外螺纹的精密加工时，采用高速加工，确保整体的精度和光洁度满足要求。
经本发明的制造方法制备的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，其长度为5-13m，直筒段3的公称外径为Φ300-Φ850mm，直筒段3的壁厚为3-10mm(例如3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm)，直筒段3的整体直线度不大于0.3mm/m；直筒段3的壁厚的公差小于等于±0.1mm；直筒段3任意直线段位置局部直线度不大于0.3mm/300mm；直筒段3任意位置的圆度不大于0.3mm；直筒段3的内表面粗糙度小于Ra0.8μm，直筒段3的外表面粗糙度小于Ra3.2μm。本发明的制造方法制得的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的容积远高于现有的标准铝合金内胆的容积，同时还具有壁厚薄、耐高压和质量轻等特性。
实施例1
制备一种直径779mm，长度12m，壁厚为8mm的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，其超高压气瓶额定压力要求为50Mpa，具体包括如下操作步骤：
S1，铝合金内胆旋压管制备，该步骤具体包括如下步骤：
S1a，铝合金内胆旋压管直筒段3的旋压成型，采用张力三旋轮错距正旋旋压方法对长度为1.6m的无缝管材进行4次旋压过程，旋压时采用2m长的浮动芯模进行旋压辅助加工；张力三旋轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6mm；从而得到旋压件A。旋压件A为等厚直筒或两端带有外环向端框的直筒段3。旋压件A的尺寸为：总长度为12.6m，直筒段3的厚度为8mm，两端端框厚度12mm。
在本步骤的旋压制造过程中，采用牵引力牵引无缝管材的一端向外延伸，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；无缝管材被牵引一端的轴向固定在牵引机构上，确保被牵引一端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。
S1b，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用双头自动锯床对步骤S1a中得到的旋压件A进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；该铝合金内胆旋压管直筒段3的长度为12.2m；
S1c，铝合金内胆旋压管的清洗，采用旋转喷淋清洗机或超声清洗机添加40℃的中性清洗剂对步骤S1b中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；清洗完成后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍。
S1d，铝合金内胆旋压管的探伤，采用超长数控内外圆修磨机对步骤S1c中清洗后的铝合金内胆旋压管进行直筒段3的全自动探伤，检验是否有起皮、褶皱、裂纹等加工缺陷。
S2，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修磨，对步骤S1中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段3进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的可修复缺陷进行修复；该步骤具体包括如下步骤：
S21，直筒段3缺陷检查，在内圆修磨机构前端安装视觉检查系统，编程检测步骤S2中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段3，检查内表面深度大于0.03mm的划伤和磕碰，同时，检查气孔、夹杂、凹陷、微裂纹等缺陷；
S22，拆除视觉检测系统，根据检测结果，通过定位坐标换算，采用自动内圆修磨机床对步骤S21中检查出的可修复缺陷进行自动修复；该步骤具体包括如下步骤：
S221，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；
S222，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；
S223，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。
S3，封头和瓶口的旋压成型，采用加热收口旋压机对铝合金内胆旋压管两端的开口处分别进行封头和瓶口的旋压成型，得到旋压成型件B；旋压成型件B包括直筒段3和直筒段3两端的A封头2和B封头4；该步骤具体包括如下步骤：
S31，装夹，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹；
S32，加热，采用氧气、丙烷/LNG燃烧对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处进行喷焰加热至300℃；
S33，封头及瓶口的成型旋压，采用单侧X直线、Z直线和旋转三向插补式收口旋压机对步骤S32中加热的铝合金内胆旋压管进行12道次收口旋压，在旋压过程中，收口旋压带有4次反旋，用于瓶口部位的增厚；制得的封头的厚度由边缘的10mm向瓶口部位的14mm均匀渐变增厚；
S34，对铝合金内胆旋压管的另一端重复步骤S31、S32、S33的操作，得到旋压成型件B；旋压成型件B包括直筒段3和直筒段3两端的A封头2和B封头4。
S4，瓶口中心孔的加工，采用2个固定在机床工作台上的分瓣式自夹紧装置进行旋压成型件B的装夹；采用专用超长瓶口加工中心对步骤S3中得到的旋压成型件B两端的A封头2和B封头4分别进行瓶口中心孔的机加工，得到旋压成型件C；为后续热处理做好准备；
S5，曲面探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤S4中得到的旋压成型件C进行收口质量探伤，检验封头位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷；
S6，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用专用封头内表面修磨机床对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C；该步骤具体包括如下步骤：
S61，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件C；
S62，采用专用封头内表面修磨机床自带的自动内窥系统自动观测、判断A封头2和B封头4的内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
S63，采用专用封头内表面修磨机床的数控自动修磨机构对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C，在修磨过程中，数控自动修磨机构可编程独立执行。
S7，热处理，对步骤S6中得到的旋压成型件C进行T6工艺处理，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆；该步骤具体包括如下步骤：
S71，装夹，采用4个分瓣式专用热处理工装等距离装夹旋压成型件C，防止其热处理变形；将多个旋压成型件C通过分瓣式专用热处理工装放置在立体热处理工架上，便于一次热处理多件旋压成型件C。
S72，淬火处理，将步骤S71中装夹的旋压成型件C放入卧式连续淬火、时效炉的辊道上，送入淬火室进行淬火处理，在淬火室中将旋压成型件C加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温3.5小时，接着将旋压成型件C进行水雾介质淬火；在淬火时应保证双封头超大尺寸超高压气瓶内胆全部接触水雾时间不得大于5s。
S73，时效处理，将淬火后的旋压成型件C转移至时效炉进行时效处理，最后在180℃环境中保温8小时，制得双封头超大尺寸超高压气瓶内胆。
S8，内胆清洗，采用专用卧式气瓶内胆清洗机对步骤S7中得到的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物；该步骤具体包括如下步骤：
S81，将双封头超大尺寸超高压气瓶内胆卧式放置在专用立式气瓶内胆清洗机上，使专用卧式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入内胆内部，固定内胆；
S82，采用高压水喷淋或超声清洗方式对双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的内腔进行清洗，去除铝屑及其他加工污染物；
S83，清洗完毕后倾斜45°倒水；
S84，采用内伸式蒸汽烘干机进行内胆烘干。
S9，成品检验，对步骤S8中获得的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆进行检验，部分项目进行抽检，对抽检的超高压气瓶用铝合金内胆的任意六个位置的组织晶粒度进行测量，测量结果该六个位置的组织晶粒度按照ASTME112标准分别为8级，8级、7级、7级、7级、6级，对抽检的超高压气瓶用铝合金内胆的直筒段3的抗拉强度。屈服强度和延伸率分别进行测量，经测量，直筒段3的抗拉强度为345MPa、屈服强度为310MPa、延伸率为15％，本批次生产产品合格，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的成品。
S10，涂覆，对步骤S9中的到的超高压气瓶用铝合金内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件，以提高铝合金与待缠绕树脂、纤维间的贴合度。
S11，对步骤S10得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行A瓶口1和B瓶口5的内、外径和内、外螺纹的精密加工，以保证瓶口型面不会在热处理等工序氧化、损伤，且加工表面达到超高精度和光洁度要求，满足氢的小分子超高密封需求，从而得到超高压气瓶，检测该超高压气瓶的极限承压情况。在进行A瓶口1和B瓶口5的内、外径和内、外螺纹的精密加工时，采用高速加工，确保整体的精度和光洁度满足要求。
经过检验，本实施例制得的超高压气瓶用铝合金内胆的任意位置的组织晶粒度按照ASTME112标准等级均大于等于5级，直筒段3的抗拉强度为345MPa、屈服强度为310MPa、延伸率为15％；进行内胆缠绕后得到的超高压气瓶测试极限压力为132Mpa，满足额定压力50Mpa的要求。
综上所述，本发明提供的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，总体采用旋压的加工方法，能耗低，污染小，整个制作过程中原材料的损耗比较少，节约了原材料成本。本发明的制造方法加工出来的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆，公称外径为Φ300-Φ850mm，容积和缠绕后可承受的压力均远高于现有的标准铝合金内胆；直筒段的壁厚为3-10mm，具有壁厚薄、质量轻的特点；直筒段的抗拉强度满足大于等于345Mpa的要求、屈服强度满足大于等于310Mpa的要求、延伸率满足大于等于15％的要求；任意位置无深度大于0.03mm的划伤，内表面光洁度达到Ra0.8μm，直筒段任意位置组织晶粒度按照ASTME112标准大于等于5级，其内材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐高压特性，对超高压气瓶的制造具有重要的意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，其特征在于，所述双封头超大尺寸超高压气瓶内胆作为缠绕气瓶的内胆用于储存压缩气体，所述双封头超大尺寸超高压气瓶内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构的铝合金内胆，包括A瓶口、A封头、直筒段、B封头和B瓶口，所述A封头和B封头分别位于所述直筒段的两端，所述A瓶口和B瓶口分别位于所述A封头和B封头上；所述双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的长度为5-13m，所述直筒段的公称外径为Φ450-Φ850mm，所述超高压气瓶的额定压力为35-70Mpa；所述封头的结构类型为椭球型封头、碟型封头或半球型封头，所述A封头的结构类型与所述B封头的结构类型相同，所述封头的厚度由边缘向瓶口部位均匀渐变增厚；所述封头的厚度由边缘的5-8mm向瓶口部位的10-15mm均匀渐变增厚；
所述直筒段的壁厚为3-10mm，所述直筒段的整体直线度不大于0.3mm/m；
所述直筒段的壁厚的公差小于等于±0.1mm；
所述直筒段任意直线段位置局部直线度不大于0.3mm/300mm；
所述直筒段整体直线度不大于2mm/所述直筒段的全长；
所述直筒段任意位置的圆度不大于0.3mm；
所述直筒段的内表面粗糙度小于Ra0.8μm，所述直筒段的外表面粗糙度小于Ra3.2μm；
所述超高压气瓶内胆的制造方法包括如下步骤：
S1，铝合金内胆旋压管制备；
所述步骤S1为：采用超长筒体张力旋压设备对无缝管材的直筒段进行多道次强力外旋压成形处理，得到铝合金内胆旋压管；具体包括如下步骤：
S1a，铝合金内胆旋压管直筒段的旋压成型，采用超长筒体张力旋压设备以张力三旋轮错距正旋旋压方法对无缝管材进行2-4次旋压过程，得到旋压件A；旋压时采用1-2m长的浮动芯模进行旋压辅助加工；
S1b，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用锯床对步骤S1a中得到的旋压件A进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；
S1c，铝合金内胆旋压管的清洗，采用清洗机对步骤S1b中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；
S1d，修磨铝合金内胆旋压管，采用超长数控内外圆修磨机对步骤S1c中清洗后的铝合金内胆旋压管进行内外表面划伤、碰伤的修磨；
所述步骤S1a中的张力三旋轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6-12mm；
S2，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修磨，对步骤S1中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的可修复缺陷进行修复；该步骤具体包括如下步骤：
S21，直筒段的缺陷检查，在内圆修磨机构前端安装视觉检查系统，检测步骤S2中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段，检查内表面深度大于0.03mm的划伤和磕碰，同时，检查气孔、夹杂、凹陷或微裂纹缺陷；
S22，拆除视觉检测系统，根据检测结果，通过定位坐标换算，采用自动内圆修磨机床对步骤S21中检查出的可修复缺陷进行自动修复；
S3，封头和瓶口的旋压成型；
所述步骤S3为：采用加热收口旋压机对铝合金内胆旋压管两端的开口处分别进行封头和瓶口的旋压成型，得到旋压成型件B；所述旋压成型件B包括直筒段和直筒段两端的A封头和B封头；具体包括如下步骤：
S31，装夹，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹；
S32，加热，对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处加热至200-380℃；所述步骤S32中的加热采用氧气、丙烷/LNG进行燃烧喷焰加热；
S33，封头及瓶口的成型旋压，采用单侧X直线、Z直线和旋转三向插补式收口旋压机对步骤S32中加热的铝合金内胆旋压管进行12道次收口旋压；在旋压过程中，收口旋压第1-8道次带有反旋，用于瓶口部位的增厚，制得的封头的厚度由边缘的5-8mm向瓶口部位的10-15mm均匀渐变增厚；
S34，对铝合金内胆旋压管的另一端重复步骤S31、S32、S33的操作，得到旋压成型件B；所述旋压成型件B包括直筒段和直筒段两端的A封头和B封头；
S4，瓶口中心孔的加工；对步骤S3中得到的旋压成型件B两端的A封头和B封头分别进行瓶口中心孔的机加工，得到旋压成型件C；
S5，曲面探伤；对步骤S4中得到的旋压成型件C进行收口质量探伤，检验封头位置是否有橘皮、折叠的加工缺陷；
S6，曲面内表面修磨；根据探伤结果，采用封头内表面修磨机床对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C；
S7，热处理；对步骤S6中得到的旋压成型件C进行T6工艺处理，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆；所述步骤S7包括如下步骤：
S71，装夹，采用多个分瓣式专用热处理工装等距离装夹旋压成型件C；
S72，淬火处理，将步骤S71中装夹的旋压成型件C放入淬火炉进行淬火处理，将旋压成型件C加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温2.2-4小时，接着将旋压成型件C进行淬火；将旋压成型件C进行水雾介质淬火；在淬火时应保证双封头超大尺寸超高压气瓶内胆全部接触水雾时间不得大于5s；
S73，时效处理，将淬火后的旋压成型件C转移至时效炉进行时效处理，最后在185-200℃环境中保温6.3-10小时，制得双封头超大尺寸超高压气瓶内胆；所述淬火和时效采用卧式连续淬火、时效炉进行热处理；
S8，内胆清洗，采用立式气瓶内胆清洗机对双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除加工污染物；
S9，成品检验，对步骤S8中获得的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆进行检验，得到双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的成品；
S10，涂覆，对步骤S9中的到的超高压气瓶用铝合金内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件，以提高铝合金与待缠绕树脂、纤维间的贴合度；
S11，对步骤S10得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行A瓶口和B瓶口的内、外径和内、外螺纹的精密加工。
2.如权利要求1所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，其特征在于，所述步骤S1c中的清洗机为旋转喷淋清洗机或超声清洗机。
3.如权利要求1所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，其特征在于，所述铝合金内胆旋压管的清洗采用加热30-45℃的中性清洗剂完成。
4.如权利要求1所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，其特征在于，所述铝合金内胆旋压管清洗后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍。
5.如权利要求1所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，其特征在于，所述步骤S1a中旋压件A的旋压制造过程中，采用牵引力牵引无缝管材的一端向外延伸，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；所述牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；无缝管材被牵引一端的轴向固定在牵引机构上，确保被牵引一端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。
6.如权利要求1所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括如下步骤：
S61，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件C；
S62，采用封头内表面修磨机床自带的自动内窥系统自动观测、判断A封头和B封头的内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
S63，采用封头内表面修磨机床的数控自动修磨机构对步骤S5中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件C，在修磨过程中，数控自动修磨机构可编程独立执行。
7.如权利要求1所述的双封头超大尺寸超高压气瓶内胆的制造方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括如下步骤：
S221，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；
S222，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；
S223，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。
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