CN111140765B - 一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，属于复合材料气瓶技术领域。本发明所述的柔性随动衬环既解决了超薄壁内衬装配难的问题，又解决了两种不同薄壁金属焊接在一起发生膨胀时存在的变形一致性、协调性差的问题，保证了超薄壁内衬的刚性和圆度，还避免了焊接过程中产生的飞溅多余物，该柔性随动衬环实现了不同刚性材料的随动变形保证了变形可靠性，降低膨胀拉裂几率，从而提高复合材料气瓶的安全性。

Description

一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环

技术领域

本发明涉及一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，属于复合材料气瓶技术领域。

背景技术

对于复合材料气瓶中超薄壁金属内衬，尤其是大尺寸超薄壁内衬，封头与筒体、筒体与筒体之间的装配与焊接是两道较难的工序，自身薄壁结构固有的特殊性决定了内衬零部件在装配时的不稳定性，导致焊接时容易出现塌陷缺陷，或在焊接熔深有限的情况下，出现不能穿透焊缝且氧化严重等问题，从而影响气瓶的关键性指标(承压能力和密封能力)，并为焊接质量和焊缝评定带来了难题。另外，传统衬环通常是采用点焊点方式与薄壁内衬母材连接，由于目前普遍存在衬环厚、内衬薄的结构形式，容易出现衬环变形小、内衬变形大的不一致情况，最终因衬环和内衬间形成拉应力超出点焊点连接承载能力而导致衬环掉落，严重的可拉裂母材使内衬泄漏。

发明内容

针对复合材料气瓶中超薄壁内衬存在的装配和焊接两大技术难题，本发明提供一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，该柔性随动衬环很适合超薄壁内衬焊接，尤其在一致性膨胀变形方面具有可随动变形的优势，既解决了超薄壁内衬装配难的问题，又解决了两种不同薄壁金属焊接在一起发生膨胀时存在的变形一致性、协调性差的问题，保证了超薄壁内衬的刚性和圆度，还避免了焊接过程中产生的飞溅多余物，该柔性随动衬环实现了不同刚性材料的随动变形保证了变形可靠性，降低膨胀拉裂几率，从而提高复合材料气瓶的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，所述柔性随动衬环是一种变厚度的圆环结构，沿其轴向分为壁较薄的柔性部分和壁较厚的刚性部分；

柔性部分的壁厚小于超薄壁内衬的壁厚，在柔性部分上沿轴向加工有一个以上的U型缺口，且U型缺口在柔性部分的周向上均匀布置，使柔性部分形成一个非封闭的环状结构；

刚性部分的壁厚大于超薄壁内衬的壁厚，在刚性部分的外表面上沿周向加工有一个环形凹槽，并在环形凹槽上加工用于散热以及减重的通孔；

所述柔性随动衬环与超薄壁内衬通过点焊点方式焊接，且焊点与U型缺口不重叠。

进一步地，所述超薄壁内衬的壁厚优选0.4mm～1.5mm。

进一步地，U型缺口的个数与所述柔性随动衬环上焊点的个数相等，且任意两个相邻U型缺口之间含有一个焊点。

进一步地，柔性部分的壁厚不小于超薄壁内衬壁厚的1/2。

进一步地，刚性部分的壁厚不大于超薄壁内衬的壁厚的2倍。

进一步地，环形凹槽位于刚性部分的中间，环形凹槽的宽度为刚性部分高度的1/4～1/2。

进一步地，柔性部分的高度与刚性部分的高度比为0.5～1.5:1。

有益效果：

本发明所述的柔性随动衬环具有良好的随动变形能力，对于具有超薄壁内衬的复合材料气瓶很实用，具体优点如下：

(1)设计比超薄壁内衬壁厚大的刚性部分，保证了超薄壁内衬在装配过程中的刚度和抵抗焊接热应力变形刚性，使超薄壁内衬在焊接完成后具有能够满足要求的圆度，方便后续复合层缠绕，成功解决了超薄壁结构刚性不足问题；

(2)在刚性部分上开设环形凹槽以及通孔，既达到减重的效果，又有效解决了超薄壁内衬焊接过程中产生的热变形影响焊缝质量问题，同时又避免了在焊接过程中产生的焊接飞溅；

(3)设计比内衬壁厚小的柔性部分，并在柔性部分上加工U型缺口，实现了大膨胀变形一致性，避免了点焊点因变形不一致产生较大应力拉裂母材；

因此，在高压膨胀大变形状态下采用本发明所述柔性随动衬环能够解决传统衬环与超薄壁内衬变形不一致的弊端，实现了随动变形，并避免了传统衬环拉裂母材的缺陷发生，同时又突破了超薄壁内衬焊接的技术难题，提高了复合材料气瓶的可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明所述柔性随动衬环的结构示意图。

其中，1-U型缺口，2-环形凹槽，3-通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

纤维缠绕类气瓶，其超薄壁内衬的壁厚为0.4mm～1.5mm，内径不大于1200mm；

针对上述纤维缠绕类气瓶的柔性随动衬环是一种变厚度的圆环结构，沿其轴向分为壁较薄的柔性部分和壁较厚的刚性部分，柔性部分与刚性部分在轴向上的高度比值为0.5～1.5:1；

柔性部分的壁厚小于超薄壁内衬的壁厚且不小于超薄壁内衬壁厚的1/2，在柔性部分上沿轴向加工有与焊点个数相等的U型缺口1，且U型缺口1在柔性部分的周向上均匀布置，使柔性部分形成一个非封闭的环状结构，如图1所示；

刚性部分的壁厚大于超薄壁内衬的壁厚且不大于超薄壁内衬壁厚的2倍，在刚性部分的外表面上沿周向加工有一个环形凹槽2，并在环形凹槽2上加工用于散热以及减重的通孔3，该环形凹槽2位于刚性部分的中部且其宽度为刚性部分高度的1/4～1/2，如图1所示；

所述柔性随动衬环与超薄壁内衬通过点焊点方式焊接，且每一个焊点位于两个相邻U型缺口1之间。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，其特征在于：所述柔性随动衬环是一种变厚度的圆环结构，沿其轴向分为壁较薄的柔性部分和壁较厚的刚性部分；

柔性部分的壁厚小于超薄壁内衬的壁厚，在柔性部分上沿轴向加工有一个以上的U型缺口(1)，且U型缺口(1)在柔性部分的周向上均匀布置，使柔性部分形成一个非封闭的环状结构；

刚性部分的壁厚大于超薄壁内衬的壁厚，在刚性部分的外表面上沿周向加工有一个环形凹槽(2)，且环形凹槽(2)上加工有通孔(3)；

所述超薄壁内衬的壁厚为0.4mm～1.5mm；环形凹槽(2)位于刚性部分的中间，环形凹槽(2)的宽度为刚性部分高度的1/4～1/2；柔性部分的高度与刚性部分的高度比为0.5～1.5:1。

2.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，其特征在于：所述柔性随动衬环与超薄壁内衬通过点焊点方式焊接，且焊点与U型缺口(1)不重叠。

3.根据权利要求2所述的一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，其特征在于：U型缺口(1)的个数与所述柔性随动衬环上焊点的个数相等，且任意两个相邻U型缺口(1)之间含有一个焊点。

4.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，其特征在于：柔性部分的壁厚不小于超薄壁内衬壁厚的1/2。

5.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料气瓶的柔性随动衬环，其特征在于：刚性部分的壁厚不大于超薄壁内衬的壁厚的2倍。

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