CN113883408A - 一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶及其制造方法 - Google Patents

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汪发春
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Abstract

本申请提供了一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶及其制造方法。该铝合金内胆超高压全缠绕气瓶包括：铝合金内胆、复合材料加强层和外部保护层；铝合金内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构，包括：第一封头和第二封头分别位于直筒段的两端，第一瓶口和第二瓶口分别位于第一封头和第二封头上；气瓶的长度不大于5m，公称外径为(406，850)mm，工作压力为(30，90)MPa；复合材料加强层包覆于铝合金内胆的外侧，其中，复合材料加强层是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕碳纤维并用树脂固化而成；外部保护层包覆于复合材料加强层的外侧，其中，外部保护层是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕玻璃纤维并用树脂固化而成。

Description

一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶及其制造方法
技术领域
本申请涉及高压容器技术领域，特别涉及一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶及其制造方法。
背景技术
随着氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化,氢源技术及氢能基础设施的研究和建设已引起发达国家的高度关注。安全经济的氢气储运技术是氢能利用推向实用化、产业化的关键。使用压力达到35-90MPa超高压气瓶高压储氢是最常用和最直接的储氢方式。高压储氢可在常温下使用,通过阀门的调节就可以直接将氢气释放出来,具有储氢气瓶结构简单、压缩氢气制备的能耗较少、充装速度快等优点,已成为现阶段氢能储运的主要方式。
目前，铝合金内胆碳纤维全缠绕超高压气瓶具有众多优点，采用铝合金内胆高压复合氢气瓶具有以下优点：
(1)气瓶重量轻、刚性好、强度高，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)金属材料的疲劳破坏通常是没有明显预兆的突发性破坏，而复合材料中的增强物与基体的结合既能有效地传递载荷，又能阻止裂纹的扩展，提高了气瓶的断裂韧性；
(3)复合材料中的大量增强纤维使得材料过载而少数纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使整个气瓶在短期内不至于失去承载能力；
(4)复合材料气瓶在受到撞击或高速冲击发生破坏时不会产生具有危险性的碎片，从而减少或避免了对人员的伤害；
(5)无需特殊处理就能满足耐腐蚀的要求；
(6)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；
(7)纤维缠绕为超高压提供了便捷、可靠的技术方案，是实现90MPa超高压储氢的最有效方案。
例如，外径Ф406-Ф850mm、长度不大于5m的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶主要用作重型卡车、中型运输车、巴士、工程车等类型车辆的燃料气瓶，以及模块化氢燃料气瓶组储运气瓶、绿色能源转化及储运装置、移动式加氢设备等移动使用大容积超高压气瓶。
但是，受到材料、生产等技术能力的限制，我国目前还未能生产直径大于Φ406mm的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶，核心问题就是铝合金内胆无法制造。为了进一步掌握具有自主知识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、可靠性高等特性的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶产品。
发明内容
本申请的目的在于提供一种铝合金内胆高压全缠绕气瓶及其制造方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种铝合金内胆高压全缠绕气瓶，包括：铝合金内胆、复合材料加强层和外部保护层；所述铝合金内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构，包括：第一瓶口、第一封头、直筒段、第二封头和第二瓶口，所述第一封头和第二封头分别位于所述直筒段的两端，所述第一瓶口和第二瓶口分别位于所述第一封头和第二封头上；所述复合材料加强层包覆于所述铝合金内胆的外侧，其中，所述复合材料加强层是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕碳纤维并用树脂固化而成；所述外部保护层包覆于所述复合材料加强层的外侧，其中，所述外部保护层是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕玻璃纤维并用树脂固化而成；在玻璃纤维缠绕后，按照设定的加热温度和保温时间，将缠绕后的气瓶放置在箱式加热炉支撑架上进行加热保温，以使缠绕的纤维固化。
本申请实施例还提供一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法，用于制造上述任一所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，包括：
步骤S1、铝合金内胆旋压管制备：采用数控强力外旋压机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；
步骤S2、封头收口旋压成型：采用加热收口旋压机对所述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，得到第二旋压件；
步骤S3、瓶口中心孔的加工：对步骤S2中得到的第二旋压件两端的第一封头和第二封头分别进行瓶口中心孔的机加工，得到第三旋压件；
步骤S4、曲面探伤：对步骤S3中得到的第三旋压件进行收口质量探伤，检验封头位置是否有加工缺陷；
步骤S5，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S4中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的第三旋压件；
步骤S6，热处理：对步骤S5中得到的第三旋压件进行T6工艺处理，得到铝合金内胆坯；
步骤S7，瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的铝合金内胆坯的第一瓶口和第二瓶口的内径和外径分别进行机加工，并加工出瓶口内螺纹，得到铝合金内胆；
步骤S8，内胆清洗；
步骤S9，半成品检验：对步骤S8获得的铝合金内胆进行抽检；
步骤S10、内胆预处理：采用专用自动涂覆、烘干设备对步骤S9中的铝合金内胆卧式放置在专用自动涂覆、烘干设备的涂覆工位，对其进行防电偶腐蚀层涂；
步骤S11，碳纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S10中涂覆好防电偶腐蚀层的铝合金内胆以螺旋和环向相结合的缠绕方式进行碳纤维缠绕加工，形成气瓶的复合材料加强层；
步骤S12，玻璃纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S11中缠绕完毕多层碳纤维的气瓶半成品以螺旋和环向相结合的缠绕方式进行玻璃纤维缠绕加工，形成气瓶的外部保护层；
步骤S13，固化：基于阶梯式升降温曲线，采用具备支持气瓶在炉内自动旋转功能的箱式加热炉对气瓶进行固化，具体的，步骤S13包括：
步骤S1301，将缠绕气瓶放置在箱式加热炉支撑架上，并通过定位销将箱式加热炉的旋转接头与缠绕工装固定；
步骤S1302，将设备调成程序模型，按照设定的加热温度和保温时间，选定编制的固化程序后打开启动键固化；
步骤S1303，到达保温时间后，打开箱式加热炉降温功能，待温度降到指定值后，打开设备大门，将固化好的气瓶移至下一工序；
步骤S14，自紧、水压试验：采用可验证气瓶使用压力2倍以上的水压试验机对气瓶逐只进行水压自紧和外侧法水压试验；
步骤S15，气密试验：采用氦质谱检漏设备对气瓶逐只进行气密检漏试验；
步骤S16，疲劳试验：采用疲劳压力循环试验机按照每批一件的比例对气瓶进行疲劳性能抽检验证；
步骤S17，爆破试验：采用气瓶爆破试验机按照每批一件的比例对气瓶进行爆破性能抽检验证。
与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
本申请实施例提供的技术方案中，采用旋压、缠绕、固化等复合加工方法，制造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，在铝合金内胆的外侧，以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕碳纤维并用树脂固化，形成包覆铝合金内胆的复合材料加强层；在复合材料加强层的外侧，以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕玻璃纤维并用树脂固化，形成包覆复合材料加强层的外部保护层。整个制造过程，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，极大节约了原材料成本。
通过本申请实施例提供的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶制造方法，加工出来的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，公称外径为Φ406-Φ850mm，容积远高于现有的标准铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的容积；具有承压能力高、可靠性高、壁薄、质量轻的特点；铝合金内胆任意位置组织晶粒度按照ASTME112标准大于等于5级，材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐高压特性；气瓶整体疲劳寿命达到15000次以上，承压能力达到完全满足35-90MPa使用压力要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的结构示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法的流程示意图；
图3为根据本申请的一些实施例提供的铝合金内胆旋压管制备的流程示意图；
图4为根据本申请的一些实施例提供的修磨铝合金内胆旋压管的流程示意图；
图5为根据本申请的一些实施例提供的封头收口旋压成型的流程示意图；
图6为根据本申请的一些实施例提供的封曲面内表面修磨的流程示意图；
图7为根据本申请的一些实施例提供的第三旋压件热处理的流程示意图；
图8为根据本申请的一些实施例提供的瓶口加工的流程示意图；
图9为根据本申请的一些实施例提供的内胆清洗的流程示意图；
图10为根据本申请的一些实施例提供的内胆预处理的流程示意图；
图11为根据本申请的一些实施例提供的碳纤维缠绕的流程示意图；
图12为根据本申请的一些实施例提供的玻璃纤维缠绕的流程示意图；
图13为根据本申请的一些实施例提供的步骤S13的流程示意图；
图14为根据本申请的一些实施例提供的步骤S14的流程示意图；
图15为根据本申请的一些实施例提供的铝合金内胆气密测试的流程示意图。
附图标记说明：
100-铝合金内胆；200-复合材料加强层；300-外部保护层。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的结构示意图；如图1所示，该铝合金内胆超高压全缠绕气瓶包括：铝合金内胆100、复合材料加强层200和外部保护层300；所示铝合金内胆100为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构，包括：第一瓶口(A瓶口)、第一封头(A封头)、直筒段、第二封头(B封头)和第二瓶口(B瓶口)，第一封头(A封头)和第二封头(B封头)分别位于直筒段的两端，第一瓶口(A瓶口)和第二瓶口(B瓶口)分别位于第一封头(A封头)和第二封头(B封头)上；其中，采用数控强力外旋压机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；复合材料加强层200包覆于铝合金内胆100的外侧，其中，复合材料加强层200是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕碳纤维并用树脂固化而成；外部保护层300包覆于复合材料加强层200的外侧，其中，外部保护层300是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕玻璃纤维并用树脂固化而成；在玻璃纤维缠绕后，按照设定的加热温度和保温时间，将缠绕后的气瓶放置在箱式加热炉支撑架上进行加热保温，以使缠绕的纤维固化。
在本申请实施例中，气瓶的长度不大于5m，公称外径为(406，850)mm，工作压力为(30，90)MPa；气瓶的容积为(280，2800)L；优选的，气瓶的长度为(2.8，5)m；气瓶的工作压力为35MPa或70MPa；气瓶的容积为(280，510)L；气瓶的使用温度为(-40℃，85℃)；气瓶用于承装CNG气体；气瓶用于车载卧式放置的燃料气瓶和立式防止的车载储运气瓶。
在本申请实施例中，铝合金内胆100的直筒段的壁厚为(1，10)mm，直筒段的整体直线度不大于0.3mm/m；优选的，直筒段的壁厚的公差小于等于±0.1mm；直筒段任意直线段位置局部直线度不大于0.3mm/300mm；述直筒段任意位置的圆度不大于0.3mm；直筒段的内表面粗糙度小于Ra0.8μm，直筒段的外表面粗糙度小于Ra1.6μm。
在本申请实施例中，封头的厚度由边缘向瓶口部位均匀渐变增厚；优选的，封头的厚度由边缘的(5，8)mm向瓶口部位的(10，15)mm均匀渐变增厚；封头可采用椭球型封头或蝶形封头或半球形封头，第一封头(A封头)的结构与第二封头(B封头)的结构相同；优选的，瓶口的长度为40mm，瓶口的外径为(50，96)mm，瓶口的内径为(28.6，50.8)mm。
在本申请实施例中，复合材料加强层200的碳纤维和外部保护层300的玻璃纤维均采用湿法缠绕；优选的，碳纤维为连续无捻碳纤维；碳纤维的抗拉强度不小于4900MPa；碳纤维缠绕的缠绕张力不小于5N；树脂为热固性树脂，树脂的玻璃化转变温度不低于105℃；优选的，树脂为环氧树脂或改性环氧树脂；碳纤维和/玻璃纤维在缠绕完成4小时内，采用箱式加热炉固化，且固化时，气瓶始终进行自旋转。
在本申请实施例中，气瓶需进行自紧水压，并通水压、气密测试，以及疲劳、爆破测试；优选的，自紧水压压力为气瓶使用压力的1.8倍；气瓶疲劳测试的疲劳次数不小于15000次。
图2为根据本申请的一些实施例提供的一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法的流程示意图；如图2所示，该铝合金内胆100超高压全缠绕气瓶的制造方法用于制造上述任一实施例铝合金内胆100超高压全缠绕气瓶，包括：
步骤S1、铝合金内胆旋压管制备：采用数控强力外旋压机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；
图3为根据本申请的一些实施例提供的铝合金内胆旋压管制备的流程示意图；如图3所示，铝合金内胆旋压管制备的流程包括：
步骤S101、铝合金内胆旋压管直筒段旋压成型：采用三轮错距正旋或反旋旋压方法对无缝管材进行2-4次旋压过程，得到第一旋压件(旋压件A)；正旋旋压时采用加工长度等于设定产品长度1.2-1.4倍的芯模进行旋压辅助加工；反旋旋压时采用加工长度等于设定产品长度0.6-0.8倍的芯模进行旋压辅助加工；
在本申请实施例中，三轮错距正旋或反旋旋压方法中的错距量设置为6-12mm；三轮错距正旋或反旋旋压方法中所使用的设备为具备油脂自动喷涂、自动上下料、自动旋压力检测功能的全自动旋压设备。
步骤S102、铝合金内胆旋压管的定长加工：对步骤S101中得到的第一旋压件(旋压件A)进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；
步骤S103、铝合金内胆旋压管的清洗：采用清洗机对步骤S102中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；
在本申请实施例中，清洗机为旋转喷淋清洗机或超声清洗机；铝合金内胆旋压管的清洗采用加热30-45℃中性清洗剂完成；铝合金内胆旋压管清洗后采用专用擦干用具或烘干装置去除表面残留水渍。
步骤S104、铝合金内胆旋压管的检验：采用尺寸、形状公差及表面缺陷检测设备对铝合金内胆旋压管形状、尺寸公差进行检验，自动检测内外表面是否有缺陷；
在本申请实施例中，表面缺陷检测设备为旋压管激光视觉自动检测设备；表面缺陷检测设备自动检测铝合金内胆旋压管内外表面是否有划伤。
步骤S105、修磨铝合金内胆旋压管：采用数控内外圆修磨机对步骤S104中检测出表面缺陷的铝合金内胆旋压管进行内外表面划伤、碰伤的修磨；
在本申请实施例中，数控内外圆修磨机具备视觉复检功能，以对检测出表面缺陷的铝合金内胆旋压管进行内外表面划伤、碰伤的修磨。
图4为根据本申请的一些实施例提供的修磨铝合金内胆旋压管的流程示意图；如图4所示，修磨铝合金内胆旋压管包括：
步骤S115、驱动铝合金内胆旋压管旋转，驱动内圆修磨机构自带的视觉检测设备对步骤S104中检测到的内表面缺陷进行定位，并根据定位后的位置，进行逐点修磨；其中，修磨时，铝合金内胆旋压管以30r/min的速度，在(-10°，10°)角度范围内摆动；
步骤S125、驱动铝合金内胆旋压管以30r/min的速度旋转，驱动外圆修磨机构自带的视觉检测设备对步骤S104中检测到的外表面缺陷进行定位，并根据定位后的位置进行连续修磨；
步骤S106、采用专用超声波自动探伤机对步骤S105中得到的铝合金内胆旋压管的直筒段进行全自动探伤，检验是否有加工缺陷；
在本申请实施例中，专用超声波自动探伤机对铝合金内胆旋压管的直筒段进行全自动探伤，检验铝合金内胆旋压管的直筒段是否有起皮、褶皱、裂纹。
步骤S2、封头收口旋压成型：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，得到第二旋压件(旋压成型件B)，第二旋压件(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；
图5为根据本申请的一些实施例提供的封头收口旋压成型的流程示意图；如图5所示，封头收口旋压成型的流程包括：
步骤S201、装夹：采用分瓣式中空主轴对铝合金内胆旋压管进行装夹；
步骤S202、加热：对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处加热至180-390℃；
在本申请实施例中，对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处加热时采用氧气、丙烷/LNG天然气进行燃烧喷焰加热；
步骤S203、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S202中加热的铝合金内胆旋压管进行多道次收口旋压；其中，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；制得的第二旋压件(旋压成型件B)的封头的厚度由边缘的4mm向瓶口部位的20mm均匀渐变增厚；
步骤S204、对铝合金内胆旋压管的另一端重复步骤S201、S202、S203的操作，得到第二旋压件(旋压成型件B)；第二旋压件(旋压成型件B)包括直筒段和直筒段两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)；
步骤S205、对步骤S204中第二旋压件(旋压成型件B)进行在位瓶口中心孔加工。
在本申请实施例中，在位瓶口中心孔加工采用多轴自动加工。
步骤S3、瓶口中心孔的加工：对步骤S2中得到的第二旋压件(旋压成型件B)两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)分别进行瓶口中心孔的机加工，得到第三旋压件(旋压成型件C)；
步骤S4、曲面探伤：对步骤S3中得到的第三旋压件(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；
步骤S5，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S4中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的第三旋压件(旋压成型件C)；
图6为根据本申请的一些实施例提供的封曲面内表面修磨的流程示意图；如图6所示，曲面内表面修磨的流程包括：
步骤S501、采用专用装夹工装装夹第三旋压件(旋压成型件C)；
在本申请实施例中，第三旋压件(旋压成型件C)的装夹工装为分瓣式中空装夹工装；
步骤S502、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、判断封头内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
步骤S503、采用专用封头内表面修磨机床的封头内型面修磨机构对步骤S4中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的第三旋压件(旋压成型件C)。
在本申请实施例中，封头内型面修磨为数控自动修磨机构，可编程独立执行。
步骤S6，热处理：对步骤S5中得到的第三旋压件(旋压成型件C)进行T6工艺处理，得到超高压气瓶用铝合金内胆坯；
图7为根据本申请的一些实施例提供的第三旋压件热处理的流程示意图；如图7所示，第三旋压件热处理的流程包括：
步骤S601、淬火处理：将步骤S5中制得的第三旋压件(旋压成型件C)放入淬火炉进行淬火处理，将第三旋压件(旋压成型件C)加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温2-4小时，接着将第三旋压件(旋压成型件C)进行淬火；
在本申请实施例中，淬火炉为立式铝合金箱式淬火炉或通过式连续淬火炉。
步骤S602，时效处理：将淬火后的第三旋压件(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，制得超高压气瓶用铝合金内胆坯。
在本申请实施例中，时效炉为台车式铝合金时效炉或通过式连续时效炉。
步骤S7，瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的超高压气瓶用铝合金内胆坯的第一瓶口(A瓶口)和第二瓶口(B瓶口)的内径和外径分别进行机加工，并加工出瓶口内螺纹，得到超高压气瓶用铝合金内胆100；
图8为根据本申请的一些实施例提供的瓶口加工的流程示意图；如图8所示，瓶口加工的流程包括：
步骤S701、采用分瓣式中空装夹工装装夹铝合金内胆坯；
步骤S702、瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的铝合金内胆坯的瓶口外径、内径和瓶口内螺纹进行加工，得到超高压气瓶用铝合金内胆100，第一瓶口(A瓶口)和第二瓶口(B瓶口)的长度、外径和内径尺寸分别为40mm、50mm、28mm。
步骤S8，内胆清洗：采用专用立式气瓶内胆清洗机对步骤S7中得到的超高压气瓶用铝合金内胆100的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物。
图9为根据本申请的一些实施例提供的内胆清洗的流程示意图；如图9所示，铝合金内胆清洗包括：
步骤S801、将铝合金内胆100立式放置在专用立式气瓶内胆清洗机上，使专用立式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入铝合金内胆100内部，固定铝合金内胆100；
步骤S802、采用高压水喷淋或超声清洗方式对铝合金内胆100的内腔进行清洗，去除加工污染物；
步骤S9、半成品检验：对步骤S8获得的铝合金内胆进行抽检，对抽检的铝合金内胆的任意六个位置的组织晶粒度进行测量，以及，对抽检的铝合金内胆的直筒段的抗拉强度、屈服强度和延伸率进行测量；其中，铝合金内胆的直筒段的抗拉强度不小于345MPa，屈服强度不小于310MPa，延伸率小于16％；
步骤S10，内胆预处理：采用专用自动涂覆、烘干设备对步骤S9中的铝合金内胆100卧式放置在专用自动涂覆、烘干设备的涂覆工位，对其进行防电偶腐蚀层涂覆；
图10为根据本申请的一些实施例提供的内胆预处理的流程示意图；如图10所示，内胆预处理包括：
步骤S1001、按树脂:固化剂＝1:0.85(重量比)配置胶液；
在本申请实施例中，防电偶腐蚀层采用环氧树脂和固化剂混合液。
步骤S1002、记录铝合金内胆100的编号，用电子天平测量铝合金内胆100的重量，采用相同螺纹缠绕工装，将缠绕工装螺纹处套上四氟垫圈后，将其拧到铝合金内胆100两端瓶口处，并将铝合金内胆100固定在涂覆装置上；
步骤S1003、采用自动涂覆滚刷自动涂覆胶液，直至胶液均匀涂覆在铝合金内胆100上；
步骤S1004、采用旋转固化方式，按照160℃的固化温度、3h的固化时间对铝合金内胆进行固化。
在本申请实施例中，涂覆好防电偶腐蚀层的铝合金内胆100烘干时的烘干温度为140-160℃。
步骤S11，碳纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S10中涂覆好防电偶腐蚀层的铝合金内胆100进行碳纤维缠绕加工；
图11为根据本申请的一些实施例提供的碳纤维缠绕的流程示意图；如图11所示，碳纤维缠绕的流程包括：
步骤S1101，将碳纤维纱线从纱架引出，依次通过转向轮、浸胶槽和绕丝嘴，并将纱线绑在绕丝嘴上，完成穿纱；
步骤S1102，按一定比例混合环氧树脂和固化剂，配好的胶液倒入浸胶槽中，打开浸胶槽的加热按钮，并设置到指定温度；
步骤S1103，将称重后的超高压气瓶用铝合金内胆100安装两端缠绕固定工装并固定在缠绕机上；
步骤S1104，选定缠绕程序，将系在绕丝嘴的纱线解开，并手动缠绕在内胆上，并保证纱线与内胆不打滑，转动气瓶，直到将浸有树脂的纱线拉到内胆上，开始并完成碳纤维缠绕。
步骤S12，玻璃纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S11中缠绕完毕多层碳纤维的气瓶半成品进行玻璃纤维缠绕加工；
图12为根据本申请的一些实施例提供的玻璃纤维缠绕的流程示意图；如图12所示，玻璃纤维缠绕的流程包括：
步骤S1201、将步骤S11中得到的已缠绕碳纤维的气瓶半成品安装两端缠绕固定工装，并固定在缠绕机上；
步骤S1202、将两张相同编号的标签，张贴在气瓶中部的两侧；
步骤S1203、将玻璃纤维纱线从纱架引出，依次通过转向轮、浸胶槽和绕丝嘴，将纱线绑在绕丝嘴上，完成穿纱；
步骤S1204、按比例将混合环氧树脂和固化剂，配好的胶液倒入浸胶槽中，打开浸胶槽的加热按钮，并设置到指定温度；
步骤S1205、选定缠绕程序，将系在绕丝嘴的纱线解开，并手动缠绕在铝合金内胆上，并保证纱线与铝合金内胆不打滑，转动气瓶，直到将浸有树脂的纱线拉到内胆上，按照设定张力开始并完成玻璃纤维缠绕；其中，缠绕单层厚度0.464mm，环向缠绕角度±89°，纵向缠绕角度±5°。
步骤S13，固化：采用具备支持气瓶在炉内自动旋转功能的箱式加热炉进行气瓶固化，固化采用阶梯式升降温曲线；
图13为根据本申请的一些实施例提供的步骤S13的流程示意图；如图13所示，步骤S13包括：
步骤S1301，将缠绕气瓶放置在箱式加热炉支撑架上，并通过定位销将箱式加热炉的旋转接头与缠绕工装固定；
步骤S1302，将设备调成程序模型，按照设定的加热温度和保温时间，选定编制的固化程序后打开启动键固化；
步骤S1303，固化完成后，打开箱式加热炉降温功能，待温度降到指定值后，打开设备大门，将固化好的气瓶移至下一工序。
优选的，固化好的气瓶转移采用可托举两端缠绕工装的专用托举装置。
步骤S14，自紧、水压试验：采用可验证气瓶使用压力2倍以上的水压试验机逐只进行气瓶水压自紧和外侧法水压试验；
图14为根据本申请的一些实施例提供的步骤S14的流程示意图；如图14所示，步骤S14包括：
步骤S1401、将受试气瓶灌满水后通过水压接头与水压试验机连接，其中，连接管路中无气体；
步骤S1402、在室温下对受试气瓶进行自紧水压，自紧水压为使用压力的1.8倍，升压过程中，升压速率不超过0.5MPa/s，压力达到后再自紧水压下保压5min，然后泄压；
步骤S1403、在室温下对受试气瓶进行水压试验，压力为使用压力的1.5倍，升压过程中，升压速率不超过0.5MPa/s，压力达到后保压30s，然后泄压；其中，受试气瓶的容积残余变形率不大于5％。
步骤S1501、将受试气瓶置于气密实验舱并安装于固定的气密试验台上，气密实验舱采用整体混凝土浇筑并贴附18mm钢板建造；
步骤S1502、进行正压吸枪法氦质谱检漏试验，试验压力为(0，37)MPa，试验温度为室温，试验介质为95％的氮气和5％氦气的混合气，在试验压力下保压，采用固定在可自动轴向移动轨道式机器人上的氦质谱检漏仪吸枪，分别检测两端瓶口及阀门处，漏率应低于10-5Pa.m3/s。
优选的，在步骤S1502中，吸枪与被测位置距离有机械手控制，不大于2mm，吸枪移动速度不大于20mm/s。
在一些可选实施例中，在步骤S16中，试验压力为(0，52.5)MPa，试验温度为室温，试验介质为油或水，从0MPa到52.5MPa进行压力循环至少15000次，受试气瓶瓶体不泄露或爆破。
在一些可选实施例中，在步骤S17中，试验时采用水介质将受试气瓶气压升至79MPa，保压5s后，继续增压，直至受试气瓶破坏。
在本申请实施例中，采用旋压、缠绕、固化等复合加工方法，制造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100，在铝合金内胆100的外侧，以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕碳纤维并用树脂固化，形成包覆铝合金内胆100的复合材料加强层200；在复合材料加强层200的外侧，以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕玻璃纤维并用树脂固化，形成包覆复合材料加强层200的外部保护层300。整个制造过程，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，极大节约了原材料成本。
通过本申请实施例提供的铝合金内胆100超高压全缠绕气瓶制造方法，加工出来的铝合金内胆100超高压全缠绕气瓶，公称外径为Φ406-Φ850mm，容积远高于现有的标准铝合金内胆100超高压全缠绕气瓶的容积；铝合金内胆100任意位置组织晶粒度按照ASTME112标准大于等于5级，材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐超高压特性；气瓶整体疲劳寿命达到15000次以上，承压能力达到完全满足30-90MPa使用压力要求。
实施例1
在本申请实施例中，通过上述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶制造方法制造一种直径为420mm，长度2.5m，壁厚为4mm的超高压气瓶用铝合金内胆100，其中，超高压气瓶额定压力要求为35Mpa，具体步骤如下：
步骤S1、铝合金内胆旋压管制备，包括：
步骤S101、铝合金内胆旋压管直筒段的旋压成型，采用三轮错距正旋旋压方法对长度为1m的无缝管材进行2道次旋压，三轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6mm；
得到第一旋压件(旋压件A)，第一旋压件(旋压件A)为等厚直筒或两端带有外环向端框的直筒段；第一旋压件(旋压件A)的尺寸为：总长度为3000mm，直筒段的厚度为4mm，两端台阶段厚度为10mm。
步骤S102、铝合金内胆旋压管的定长加工：采用双柱自动锯床对步骤S101中得到的第一旋压件(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的长度为2600mm；
步骤S103、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S102中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；清洗完成后采用自动擦干机或烘干装置去除表面残留水渍。
步骤S104、采用旋压管激光视觉自动检测设备，将步骤S103中得到的铝合金内胆旋压管通过自动装夹装置固定在床身上，对其进行质量检测；
在本申请实施例中，步骤S104的流程具体如下：
步骤S114、编程旋转铝合金内胆旋压管，并驱动激光检测机构自动检测铝合金内胆旋压管直径、圆度、直线度、端面垂直度等尺寸、形位公差是否满足设计要求；
步骤S124、编程旋转铝合金内胆旋压管，并驱动内表面视觉识别装置自动检测内表面是否有深度大于0.0.3mm划伤或起皮、褶皱、表面裂纹等表面缺陷；
步骤134、编程旋转铝合金内胆旋压管，并驱动外表面视觉识别装置，自动检测内表面是否有深度大于0.03mm划伤或起皮、褶皱、表面裂纹等表面缺陷。
步骤S105、修磨铝合金内胆旋压管：将步骤S104中检测有表面缺陷的铝合金内胆旋压管通过自动装夹装置固定在数控内外圆修磨机上，对步骤S104检测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；
在本申请实施例中，步骤S105的流程具体如下：
步骤S115、驱动铝合金内胆旋压管旋转，首先驱动内圆修磨机构自带的视觉检测设备对S104中检测到的内表面缺陷定位，并跟据定位后的位置，进行逐点修磨，其修磨时铝合金内胆旋压管以30r/min的速度、在-10°-+10°的角度范围内摆动；
步骤S125、驱动铝合金内胆旋压管以30r/min速度旋转，驱动外圆修磨机构自带的视觉检测设备对S104中检测到的外表面缺陷定位，并跟据定位后的位置，进行连续修磨。
步骤S106、采用超声波自动探伤机对步骤S104中得到的铝合金内胆旋压管进行全自动探伤，检验筒体是否有橘皮、折叠等加工缺陷。
步骤S2、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，得到第二旋压件(旋压成型件B)；第二旋压件(旋压成型件B)包括直筒段和直筒段两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)；
具体的，步骤S2包括：
步骤S201、装夹：采用分瓣式中空主轴对铝合金内胆旋压管进行装夹；
步骤S202、加热：采用氧气、丙烷/LNG天然气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310℃；
步骤S203、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S202中加热的铝合金内胆旋压管进行收口旋压；
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；制得的第二旋压件(旋压成型件B)的封头的厚度由边缘的8mm向瓶口部位的25mm均匀渐变增厚。
步骤S204、对铝合金内胆旋压管的另一端重复步骤S201、S202、S203的操作，得到第二旋压件(旋压成型件B)；第二旋压件(旋压成型件B)包括直筒段和直筒段两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)。
步骤S3、瓶口中心孔的加工：采用分瓣式中空装夹工装进行第二旋压件(旋压成型件B)的装夹，采用专用瓶口加工中心对步骤S2中得到的第二旋压件(旋压成型件B)两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)分别进行瓶口中心孔的机加工，得到第三旋压件(旋压成型件C)；为后续热处理做好准备；
步骤S4、曲面探伤：对步骤S3中得到的第三旋压件(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；
步骤S5、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S4中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的第三旋压件(旋压成型件C)；
具体的，步骤S5包括：
步骤S501、采用分瓣式中空装夹工装对第三旋压件(旋压成型件C)进行装夹；
步骤S502、采用专用封头内表面修磨机床自带的视觉识别系统自动观测、判断封头内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
步骤S503、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，得到质量合格的第三旋压件(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。
步骤S6、热处理：对步骤S5中得到的第三旋压件(旋压成型件C)进行T6工艺处理，得到超高压气瓶用铝合金内胆坯；
具体的，步骤S6包括：
步骤S601、淬火处理：将步骤S5中制得的第三旋压件(旋压成型件C)放入立式铝合金箱式淬火炉进行淬火处理，将第三旋压件(旋压成型件C)加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温3.5小时，接着将第三旋压件(旋压成型件C)进行水介质淬火；
步骤S602、时效处理：将淬火后的第三旋压件(旋压成型件C)转移至台车式铝合金时效炉进行时效处理，最后在160℃环境中保温9小时，制得超高压气瓶用铝合金内胆坯。在整个淬火处理和时效处理过程中，超高压气瓶用铝合金内胆坯采用专用的热处理工装立式固定于专用热处理料框中。
步骤S7、瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的超高压气瓶用铝合金内胆坯的第一瓶口(A瓶口)和第二瓶口(B瓶口)的内径和外径分别进行机加工，并加工出瓶口内螺纹，得到超高压气瓶用铝合金内胆100；
具体的，步骤S7包括：
步骤S701、采用分瓣式中空装夹工装装夹超高压气瓶用铝合金内胆坯；
步骤S702、瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的超高压气瓶用铝合金内胆坯的瓶口外径、内径和瓶口内螺纹进行高速加工，得到超高压气瓶用铝合金内胆100，第一瓶口(A瓶口)和第二瓶口(B瓶口)的长度、外径和内径尺寸分别为为40mm、50mm、28mm。
步骤S8、内胆清洗：采用专用立式气瓶内胆清洗机对步骤S7中得到的超高压气瓶用铝合金内胆100的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物；
具体的，步骤S8包括：
步骤S801、将超高压气瓶用铝合金内胆100立式放置在专用立式气瓶内胆清洗机上，使专用立式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入内胆内部，固定内胆；
步骤S802、采用高压水喷淋对超高压气瓶用铝合金内胆100的内腔进行清洗，去除铝屑及其他加工污染物。
步骤S9、半成品检验：对步骤S8中获得的超高压气瓶用铝合金内胆100进行检验，部分项目进行抽检，抽检比例为每批次抽检1件(通常每批数量不大于200件)。对抽检的超高压气瓶用铝合金内胆100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6级，6级、7级、7级、6级、5级，对抽检的超高压气瓶用铝合金内胆100的直筒段的抗拉强度。屈服强度和延伸率分别进行测量，经测量，直筒段的抗拉强度为345MPa、屈服强度为310MPa、延伸率为16％，本批次生产产品合格，得到超高压气瓶用铝合金内胆100的成品。
步骤S10、内胆预处理：将铝合金内胆100卧式放置在专用自动涂覆、烘干设备的涂覆工位，对其进行防电偶腐蚀层涂覆；
具体的，步骤S10包括：
步骤S1001、按树脂:固化剂＝1:0.85(重量比)配置胶液；
步骤S1002、记录内胆编号，用电子天平测量内胆重量，采用相同螺纹的缠绕工装，将缠绕工装螺纹处套上四氟垫圈，之后用手拧到内胆两端瓶口处，并将内胆固定在涂覆装置上；
步骤S1003、采用自动涂覆滚刷自动涂覆胶液，至胶液均匀涂覆在内胆上；
步骤S1004、采用旋转固化的方式，按照固化温度：160℃，固化时间：3h对内胆进行固化。
步骤S11，碳纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S10中涂覆好防电偶腐蚀层的铝合金内胆100进行碳纤维缠绕加工
具体的，步骤S11包括：
步骤S1101、将碳纤维纱线从纱架引出，依次通过转向轮、浸胶槽和绕丝嘴，并将纱线绑在绕丝嘴上，完成穿纱；
步骤S1102、按环氧树脂：固化剂＝1：0.85(重量比)混合环氧树脂和固化剂，配好的胶液倒入浸胶槽中，含胶量25％，打开浸胶槽的加热按钮，并设置到指定温度；
步骤S1103、将涂覆后的铝合金内胆100安装两端缠绕固定工装并固定在缠绕机上；
步骤S1104、选定缠绕程序，将系在绕丝嘴的纱线解开，并手动缠绕在内胆上，并保证纱线与内胆不打滑，转动气瓶，直到将浸有树脂的纱线拉到内胆上，设定张力为5N，开始并完成碳纤维缠绕，缠绕单层厚度0.464mm，环向缠绕角度±89°，纵向缠绕角度±15°。
步骤S12、玻璃纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S11中缠绕完毕多层碳纤维的气瓶半成品进行玻璃纤维缠绕加工；
具体的，步骤S12包括：
步骤S1201、将步骤S11中得到的已缠绕碳纤维的气瓶半成品安装两端缠绕固定工装并固定在缠绕机上；
步骤S1202、两张相同编号的标签，张贴在气瓶中部的两侧；
步骤S1203、将玻璃纤维纱线从纱架引出，依次通过转向轮、浸胶槽和绕丝嘴，并将纱线绑在绕丝嘴上，完成穿纱；
步骤S1204、按环氧树脂：固化剂＝1：0.85(重量比)混合环氧树脂和固化剂，配好的胶液倒入浸胶槽中，含胶量40％，打开浸胶槽的加热按钮，并设置到指定温度；
步骤S1205、选定缠绕程序，将系在绕丝嘴的纱线解开，并手动缠绕在内胆上，并保证纱线与内胆不打滑，转动气瓶，直到将浸有树脂的纱线拉到内胆上，设定张力为5N，完成1层环向玻璃纤维缠绕，缠绕单层厚度0.464mm，环向缠绕角度±89°。
步骤S13，固化：采用具备支持气瓶在炉内自动旋转功能的箱式加热炉进行气瓶固化，固化采用阶梯式升降温曲线；
具体的，步骤S13包括：
步骤S1301，采用可托举两端缠绕工装的专用托举装置将缠绕气瓶放置在箱式加热炉支撑架上，并通过定位销将箱式加热炉的旋转接头与缠绕工装固定；
步骤S1302，将设备调成程序模型，设定预热加热至80℃保温1小时，之后加热至120℃，保温3小时，选定编制的固化程序后打开启动键固化；
步骤S1303，保温到时候，自动打开箱式加热炉降温功能，冷却至40℃，打开设备大门，将固化好的气瓶移至下一工序。
S14，自紧、水压试验：采用可验证气瓶使用压力2倍以上的水压试验机逐只进行气瓶水压自紧和外侧法水压试验；
具体的，步骤S14包括：
步骤S1401，将受试瓶灌满水后通过水压接头与水压试验机连接。管路中不应存有气体；
步骤S1402，对受试瓶进行自紧水压，自紧压力为使用压力1.8倍，即63Mpa，升压过程中，升压速率不超过0.5MPa/s，到压后在自紧压力下保压5min，然后泄压，试验温度为室温，试验介质为水；
步骤S1403，对受试瓶进行水压试验，压力为使用压力1.5倍，即52.5Mpa，升压过程中，升压速率不超过0.5MPa/s，到压后保压30s，然后泄压，试验温度为室温，试验介质为水，容积残余变形率不应大于5％。
步骤S15，气密试验：采用具备防爆功能的一体式气密试验机逐只进行气瓶的气密检漏试验；
具体的，步骤S15包括：
步骤S1501、将受试气瓶置于气密实验舱并安装于固定的气密试验台上，气密实验舱采用整体混凝土浇筑并贴附18mm钢板建造；
步骤S1502、进行正压吸枪法氦质谱检漏试验，试验压力为(0，37)MPa，试验温度为室温，试验介质为95％的氮气和5％氦气的混合气，在试验压力下保压，采用固定在可自动轴向移动轨道式机器人上的氦质谱检漏仪吸枪，分别检测两端瓶口及阀门处，漏率应低于10-5Pa.m3/s。吸枪与被测位置距离有机械手控制，不大于2mm，吸枪移动速度不大于20mm/s。
步骤S16，疲劳试验：采用疲劳压力循环试验机按照每批一件的比例进行气瓶疲劳性能抽检验证；
试验压力0MPa到52.5MPa、试验温度为室温、试验介质油或水，从0MPa至52.5MPa进行压力循环至少15000次；瓶体不应泄漏或爆破。
步骤S17，爆破试验：采用气瓶爆破试验机按照每批一件的比例进行气瓶爆破性能抽检验证。试验时采用水介质将气瓶升压至79MPa，保压5s以后，不破坏为合格。此后继续增压，直到破坏为止。
经过检验，本实施例制得的超高压气瓶用铝合金内胆100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，直筒段的抗拉强度为345MPa、屈服强度为310MPa、延伸率为16％；进行内胆缠绕后得到的超高压气瓶测试极限压力为95Mpa，满足额定压力35Mpa的要求。
实施例2
在本申请实施例中，通过上述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶制造方法制造一种直径为618mm，长度4.5m，壁厚为6mm的超高压气瓶用铝合金内胆100，其超高压气瓶额定压力要求为45Mpa，具体步骤如下：
步骤S1、铝合金内胆旋压管制备；
具体的，步骤S1包括：
步骤S101、铝合金内胆旋压管直筒段的旋压成型：采用三轮错距反旋旋压方法对长度为1.5m的无缝管材进行3道次旋压，三轮错距反旋旋压方法中的错距量设置为6mm；
得到第一旋压件(旋压件A)，第一旋压件(旋压件A)为等厚直筒或两端带有外环向端框的直筒段；第一旋压件(旋压件A)的尺寸为：总长度为4700mm，直筒段的厚度为6mm，两端端框段厚度11mm。
步骤S102、铝合金内胆旋压管的定长加工：采用双柱自动锯床对步骤S101中得到的第一旋压件(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的长度为4600mm；
步骤S103、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S102中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；清洗完成后采用自动擦干机或烘干装置去除表面残留水渍。
步骤S104、采用旋压管激光视觉自动检测设备，将步骤S103中得到的铝合金内胆旋压管通过自动装夹装置固定在床身上，对其进行质量检测；
在本申请实施例中，步骤S104的流程具体如下：
步骤S114、编程旋转铝合金内胆旋压管，并驱动激光检测机构自动检测铝合金内胆旋压管直径、圆度、直线度、端面垂直度等尺寸、形位公差是否满足设计要求；
步骤S124、编程旋转铝合金内胆旋压管，并驱动内表面视觉识别装置自动检测内表面是否有深度大于0.03mm划伤或起皮、褶皱、表面裂纹等表面缺陷；
步骤134、编程旋转铝合金内胆旋压管，并驱动外表面视觉识别装置，自动检测内表面是否有深度大于0.03mm划伤或起皮、褶皱、表面裂纹等表面缺陷。
步骤S105、修磨铝合金内胆旋压管：将步骤S104中检测有表面缺陷的铝合金内胆旋压管通过自动装夹装置固定在数控内外圆修磨机上，对步骤S104检测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；
在本申请实施例中，步骤S105的流程具体如下：
步骤S115、驱动铝合金内胆旋压管旋转，首先驱动内圆修磨机构自带的视觉检测设备对S104中检测到的内表面缺陷定位，并跟据定位后的位置，进行逐点修磨，其修磨时铝合金内胆旋压管以30r/min的速度、在-10°-+10°的角度范围内摆动；
步骤S125、驱动铝合金内胆旋压管以30r/min速度旋转，驱动外圆修磨机构自带的视觉检测设备对S104中检测到的外表面缺陷定位，并跟据定位后的位置，进行连续修磨。
步骤S106、采用超声波自动探伤机对步骤S104中得到的铝合金内胆旋压管进行全自动探伤，检验筒体是否有橘皮、折叠等加工缺陷。
步骤S2、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，得到第二旋压件(旋压成型件B)；第二旋压件(旋压成型件B)包括直筒段和直筒段两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)；
具体的，步骤S2包括：
步骤S201、装夹：采用分瓣式中空主轴对铝合金内胆旋压管进行装夹；
步骤S202、加热：采用氧气、丙烷/LNG天然气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310℃；
步骤S203、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S202中加热的铝合金内胆旋压管进行收口旋压；
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；制得的第二旋压件(旋压成型件B)的封头的厚度由边缘的4mm向瓶口部位的20mm均匀渐变增厚。
步骤S204、对铝合金内胆旋压管的另一端重复步骤S201、S202、S203的操作，得到第二旋压件(旋压成型件B)；第二旋压件(旋压成型件B)包括直筒段和直筒段两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)。
步骤S3、瓶口中心孔的加工：采用分瓣式中空装夹工装进行第二旋压件(旋压成型件B)的装夹，采用专用瓶口加工中心对步骤S2中得到的第二旋压件(旋压成型件B)两端的第一封头(A封头)和第二封头(B封头)分别进行瓶口中心孔的机加工，得到第三旋压件(旋压成型件C)；为后续热处理做好准备；
步骤S4、曲面探伤：对步骤S3中得到的第三旋压件(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；
步骤S5、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S4中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的第三旋压件(旋压成型件C)；
具体的，步骤S5包括：
步骤S501、采用分瓣式中空装夹工装对第三旋压件(旋压成型件C)进行装夹；
步骤S502、采用专用封头内表面修磨机床自带的视觉识别系统自动观测、判断封头内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
步骤S503、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，得到质量合格的第三旋压件(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。
步骤S6、热处理：对步骤S5中得到的第三旋压件(旋压成型件C)进行T6工艺处理，得到超高压气瓶用铝合金内胆坯；
具体的，步骤S6包括：
步骤S601、淬火处理：将步骤S5中制得的第三旋压件(旋压成型件C)放入立式铝合金箱式淬火炉进行淬火处理，将第三旋压件(旋压成型件C)加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温3.5小时，接着将第三旋压件(旋压成型件C)进行水介质淬火；
步骤S602、时效处理：将淬火后的第三旋压件(旋压成型件C)转移至台车式铝合金时效炉进行时效处理，最后在160℃环境中保温9小时，制得超高压气瓶用铝合金内胆坯。在整个淬火处理和时效处理过程中，超高压气瓶用铝合金内胆坯采用专用的热处理工装立式固定于专用热处理料框中。
步骤S7、瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的超高压气瓶用铝合金内胆坯的第一瓶口(A瓶口)和第二瓶口(B瓶口)的内径和外径分别进行机加工，并加工出瓶口内螺纹，得到超高压气瓶用铝合金内胆100；
具体的，步骤S7包括：
步骤S701、采用分瓣式中空装夹工装装夹超高压气瓶用铝合金内胆坯；
步骤S702、瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的超高压气瓶用铝合金内胆坯的瓶口外径、内径和瓶口内螺纹进行高速加工，得到超高压气瓶用铝合金内胆100，第一瓶口(A瓶口)和第二瓶口(B瓶口)的长度、外径和内径尺寸分别为为40mm、50mm、28mm。
步骤S8、内胆清洗：采用专用立式气瓶内胆清洗机对步骤S7中得到的超高压气瓶用铝合金内胆100的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物；
具体的，步骤S8包括：
步骤S801、将超高压气瓶用铝合金内胆100立式放置在专用立式气瓶内胆清洗机上，使专用立式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入内胆内部，固定内胆；
步骤S802、采用高压水喷淋对超高压气瓶用铝合金内胆100的内腔进行清洗，去除铝屑及其他加工污染物。
步骤S9、半成品检验：对步骤S8中获得的超高压气瓶用铝合金内胆100进行检验，部分项目进行抽检，抽检比例为每批次抽检1件(通常每批数量不大于200件)。对抽检的超高压气瓶用铝合金内胆100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6级，6级、7级、7级、6级、5级，对抽检的超高压气瓶用铝合金内胆100的直筒段的抗拉强度。屈服强度和延伸率分别进行测量，经测量，直筒段的抗拉强度为345MPa、屈服强度为310MPa、延伸率为16％，本批次生产产品合格，得到超高压气瓶用铝合金内胆100的成品。
步骤S10、内胆预处理：将铝合金内胆100卧式放置在专用自动涂覆、烘干设备的涂覆工位，对其进行防电偶腐蚀层涂覆；
具体的，步骤S10包括：
步骤S1001、按树脂:固化剂＝1:0.85(重量比)配置胶液；
步骤S1002、记录内胆编号，用电子天平测量内胆重量，采用相同螺纹的缠绕工装，将缠绕工装螺纹处套上四氟垫圈，之后用手拧到内胆两端瓶口处，并将内胆固定在涂覆装置上；
步骤S1003、采用自动涂覆滚刷自动涂覆胶液，至胶液均匀涂覆在内胆上；
步骤S1004、采用旋转固化的方式，按照固化温度：160℃，固化时间：3h对内胆进行固化。
步骤S11，碳纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S10中涂覆好防电偶腐蚀层的铝合金内胆100进行碳纤维缠绕加工
具体的，步骤S11包括：
步骤S1101、将碳纤维纱线从纱架引出，依次通过转向轮、浸胶槽和绕丝嘴，并将纱线绑在绕丝嘴上，完成穿纱；
步骤S1102、按环氧树脂：固化剂＝1：0.85(重量比)混合环氧树脂和固化剂，配好的胶液倒入浸胶槽中，含胶量25％，打开浸胶槽的加热按钮，并设置到指定温度；
步骤S1103、将涂覆后的铝合金内胆100安装两端缠绕固定工装并固定在缠绕机上；
步骤S1104、选定缠绕程序，将系在绕丝嘴的纱线解开，并手动缠绕在内胆上，并保证纱线与内胆不打滑，转动气瓶，直到将浸有树脂的纱线拉到内胆上，设定张力为5N，开始并完成碳纤维缠绕，缠绕单层厚度0.464mm，环向缠绕角度±89°，纵向缠绕角度±15°。
步骤S12、玻璃纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S11中缠绕完毕多层碳纤维的气瓶半成品进行玻璃纤维缠绕加工；
具体的，步骤S12包括：
步骤S1201、将步骤S11中得到的已缠绕碳纤维的气瓶半成品安装两端缠绕固定工装并固定在缠绕机上；
步骤S1202、两张相同编号的标签，张贴在气瓶中部的两侧；
步骤S1203、将玻璃纤维纱线从纱架引出，依次通过转向轮、浸胶槽和绕丝嘴，并将纱线绑在绕丝嘴上，完成穿纱；
步骤S1204、按环氧树脂：固化剂＝1：0.85(重量比)混合环氧树脂和固化剂，配好的胶液倒入浸胶槽中，含胶量40％，打开浸胶槽的加热按钮，并设置到指定温度；
步骤S1205、选定缠绕程序，将系在绕丝嘴的纱线解开，并手动缠绕在内胆上，并保证纱线与内胆不打滑，转动气瓶，直到将浸有树脂的纱线拉到内胆上，设定张力为5N，完成1层环向玻璃纤维缠绕，缠绕单层厚度0.464mm，环向缠绕角度±89°。
步骤S13，固化：采用具备支持气瓶在炉内自动旋转功能的箱式加热炉进行气瓶固化，固化采用阶梯式升降温曲线；
具体的，步骤S13包括：
步骤S1301，采用可托举两端缠绕工装的专用托举装置将缠绕气瓶放置在箱式加热炉支撑架上，并通过定位销将箱式加热炉的旋转接头与缠绕工装固定；
步骤S1302，将设备调成程序模型，设定预热加热至80℃保温1小时，之后加热至120℃，保温2小时，选定编制的固化程序后打开启动键固化；
步骤S1203，保温到时候，自动打开箱式加热炉降温功能，冷却至40℃，打开设备大门，将固化好的气瓶移至下一工序。
S14，自紧、水压试验：采用可验证气瓶使用压力2倍以上的水压试验机逐只进行气瓶水压自紧和外侧法水压试验；
具体的，步骤S14包括：
步骤S1401，将受试瓶灌满水后通过水压接头与水压试验机连接。管路中不应存有气体；
步骤S1402，对受试瓶进行自紧水压，自紧压力为使用压力1.8倍，即81Mpa，升压过程中，升压速率不超过0.5MPa/s，到压后在自紧压力下保压5min，然后泄压，试验温度为室温，试验介质为水；
步骤S1403，对受试瓶进行水压试验，压力为使用压力1.5倍，即67.5Mpa，升压过程中，升压速率不超过0.5MPa/s，到压后保压30s，然后泄压，试验温度为室温，试验介质为水，容积残余变形率不应大于5％。
步骤S15，气密试验：采用具备防爆功能的一体式气密试验机逐只进行气瓶的气密检漏试验；
具体的，步骤S15包括：
步骤S1501、将受试气瓶置于气密实验舱并安装于固定的气密试验台上，气密实验舱采用整体混凝土浇筑并贴附18mm钢板建造；
步骤S1502、进行正压吸枪法氦质谱检漏试验，试验压力为(0，48)MPa，试验温度为室温，试验介质为95％的氮气和5％氦气的混合气，在试验压力下保压，采用固定在可自动轴向移动轨道式机器人上的氦质谱检漏仪吸枪，分别检测两端瓶口及阀门处，漏率应低于10-5Pa.m3/s。吸枪与被测位置距离有机械手控制，不大于2mm，吸枪移动速度不大于20mm/s。
步骤S16，疲劳试验：采用疲劳压力循环试验机按照每批一件的比例进行气瓶疲劳性能抽检验证；
试验压力0MPa到48MPa、试验温度为室温、试验介质油或水，从0MPa至48MPa进行压力循环至少15000次；瓶体不应泄漏或爆破。
步骤S17，爆破试验：采用气瓶爆破试验机按照每批一件的比例进行气瓶爆破性能抽检验证。试验时采用水介质将气瓶升压至102MPa，保压5s以后，不破坏为合格。此后继续增压，直到破坏为止。
由上述实施例可见，本申请实施例提供的铝合金内胆100超高压全缠绕气瓶制造方法制造的超高压气瓶，公称外径为Φ406-Φ850mm，容积远高于现有的标准铝合金内胆100的容积；直筒段的壁厚为1-10mm，具有壁厚薄、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16％；进行内胆缠绕后得到的超高压气瓶测试极限压力为122Mpa，满足额定压力45Mpa的要求。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，其特征在于，包括：铝合金内胆、复合材料加强层和外部保护层；
所述铝合金内胆为两端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构，包括：第一瓶口、第一封头、直筒段、第二封头和第二瓶口，所述第一封头和第二封头分别位于所述直筒段的两端，所述第一瓶口和第二瓶口分别位于所述第一封头和第二封头上；所述气瓶的长度不大于5m，公称外径为(406，850)mm，工作压力为(30，90)MPa；
所述复合材料加强层包覆于所述铝合金内胆的外侧，其中，所述复合材料加强层是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕碳纤维并用树脂固化而成；
所述外部保护层包覆于所述复合材料加强层的外侧，其中，所述外部保护层是以螺旋和环向相结合的缠绕方式缠绕玻璃纤维并用树脂固化而成；在玻璃纤维缠绕后，按照设定的加热温度和保温时间，将缠绕后的气瓶放置在箱式加热炉支撑架上进行加热保温，以使缠绕的纤维固化。
2.根据权利要求1所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，其特征在于，所述气瓶的容积为(280，2800)L；
优选的，所述气瓶的长度为(2.8，5)m；
优选的，所述气瓶的工作压力为35MPa；
再优选的，所述气瓶的工作压力为70MPa；
优选的，所述气瓶的容积为(280，510)L；
优选的，所述气瓶的使用温度为(-40℃，85℃)；
优选的，所述气瓶用于承装氢气；
优选的，所述气瓶用于车载卧式放置的燃料气瓶和立式防止的车载储运气瓶；
优选的，所述铝合金内胆的直筒段的壁厚为(1，10)mm，所述直筒段的整体直线度不大于0.5mm/m；
优选的，所述直筒段的壁厚的公差小于等于±0.1mm；
优选的，所述直筒段任意直线段位置局部直线度不大于0.3mm/300mm；
优选的，所述直筒段任意位置的圆度不大于0.3mm；
优选的，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Ra1.6μm。
3.根据权利要求1所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，其特征在于，所述封头的厚度由边缘向所述瓶口部位均匀渐变增厚；
优选的，所述封头的厚度由边缘的(5，8)mm向所述瓶口部位的(10，15)mm均匀渐变增厚；
优选的，所述封头可采用椭球型封头或蝶形封头或半球形封头，所述第一封头的结构与所述第二封头的结构相同；
优选的，所述瓶口的长度为40mm，所述瓶口的外径为(50，96)mm，所述瓶口的内径为(28.6，50.8)mm。
4.根据权利要求1所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，其特征在于，所述复合材料加强层的碳纤维和所述外部保护层的玻璃纤维均采用湿法缠绕；
优选的，所述碳纤维为连续无捻碳纤维；
优选的，所述碳纤维的抗拉强度不小于4900MPa；所述碳纤维缠绕的缠绕张力不小于5N；
优选的，所述树脂为热固性树脂，所述树脂的玻璃化转变温度不低于105℃；
优选的，所述树脂为环氧树脂或改性环氧树脂；
优选的，所述碳纤维和/所述玻璃纤维在缠绕完成4小时内，采用箱式加热炉固化，且固化时，所述气瓶始终进行自旋转。
5.根据权利要求1所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，其特征在于，所述气瓶需进行自紧水压，并通水压、气密测试，以及疲劳、爆破测试；
优选的，所述自紧水压压力为所述气瓶使用压力的1.8倍；
优选的，所述气瓶疲劳测试的疲劳次数不小于15000次。
6.一种铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法，用于制造权利要求1-5任一所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶，其特征在于，包括：
步骤S1、铝合金内胆旋压管制备：采用数控强力外旋压机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；
步骤S2、封头收口旋压成型：采用加热收口旋压机对所述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，得到第二旋压件；
步骤S3、瓶口中心孔的加工：对步骤S2中得到的第二旋压件两端的第一封头和第二封头分别进行瓶口中心孔的机加工，得到第三旋压件；
步骤S4、曲面探伤：对步骤S3中得到的第三旋压件进行收口质量探伤，检验封头位置是否有加工缺陷；
步骤S5，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S4中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的第三旋压件；
步骤S6，热处理：对步骤S5中得到的第三旋压件进行T6工艺处理，得到铝合金内胆坯；
步骤S7，瓶口加工：采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的铝合金内胆坯的第一瓶口和第二瓶口的内径和外径分别进行机加工，并加工出瓶口内螺纹，得到铝合金内胆；
步骤S8，内胆清洗；
步骤S9、半成品检验：对步骤S8获得的铝合金内胆进行抽检；
步骤S10，内胆预处理：采用专用自动涂覆、烘干设备对步骤S9中的铝合金内胆卧式放置在专用自动涂覆、烘干设备的涂覆工位，对其进行防电偶腐蚀层涂覆；
步骤S11，碳纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S10中涂覆好防电偶腐蚀层的铝合金内胆以螺旋和环向相结合的缠绕方式进行碳纤维缠绕加工，形成气瓶的复合材料加强层；
步骤S12，玻璃纤维缠绕：采用数控自动缠绕机对步骤S11中缠绕完毕多层碳纤维的气瓶半成品以螺旋和环向相结合的缠绕方式进行玻璃纤维缠绕加工，形成气瓶的外部保护层；
步骤S13，固化：基于阶梯式升降温曲线，采用具备支持气瓶在炉内自动旋转功能的箱式加热炉对气瓶进行固化；具体的，步骤S13包括：
步骤S1301，将缠绕气瓶放置在箱式加热炉支撑架上，并通过定位销将箱式加热炉的旋转接头与缠绕工装固定；
步骤S1302，将设备调成程序模型，按照设定的加热温度和保温时间，选定编制的固化程序后打开启动键固化；
步骤S1303，到达保温时间后，打开箱式加热炉降温功能，待温度降到指定值后，打开设备大门，将固化好的气瓶移至下一工序；
步骤S14，自紧、水压试验：采用可验证气瓶使用压力2倍以上的水压试验机对气瓶逐只进行水压自紧和外侧法水压试验；
步骤S15，气密试验：采用氦质谱检漏装备对气瓶逐只进行气密检漏试验；
步骤S16，疲劳试验：采用疲劳压力循环试验机按照每批一件的比例对气瓶进行疲劳性能抽检验证；
步骤S17，爆破试验：采用气瓶爆破试验机按照每批一件的比例对气瓶进行爆破性能抽检验证。
7.根据权利要求6所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，步骤S1中：所述铝合金内胆旋压管的清洗采用加热(30℃，45℃)中性清洗剂完成；
优选的，所述铝合金内胆旋压管清洗后采用专用擦干用具或烘干装置去除表面残留水渍；
在步骤S13中，所述固化好的气瓶转移采用可托举两端缠绕工装的专用托举装置。
8.根据权利要求6所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，步骤S5包括：
步骤S501、采用专用装夹工装装夹第三旋压件；
步骤S502、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、判断封头内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；
步骤S503、采用专用封头内表面修磨机床的封头内型面修磨机构对步骤S4中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的第三旋压件；
优选的，所述第三旋压件的装夹工装为分瓣式中空装夹工装；
优选的，所述封头内型面修磨为可编程独立执行的数控自动修磨机构。
9.根据权利要求6所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，步骤S6包括：
步骤S601、淬火处理：将步骤S5中制得的第三旋压件放入淬火炉进行淬火处理，将第三旋压件加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温2-4小时，接着将第三旋压件进行淬火；
步骤S602，时效处理：将淬火后的第三旋压件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，制得铝合金内胆坯；
优选的，所述淬火炉为立式铝合金箱式淬火炉或通过式连续淬火炉；
优选的，所述时效炉为台车式铝合金时效炉或通过式连续时效炉。
10.根据权利要求6所述的铝合金内胆超高压全缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，步骤S7包括：
步骤S701、采用分瓣式中空装夹工装装夹铝合金内胆坯；
步骤S702、瓶口加工，采用专用瓶口加工中心对步骤S6中得到的铝合金内胆坯的瓶口外径、内径和瓶口内螺纹进行加工，得到铝合金内胆，第一瓶口和第二瓶口的长度、外径和内径尺寸分别为为40mm、50mm、28mm。
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