CN115255818A - 单瓶口钛合金高压气瓶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，包括以下步骤：对钛合金棒坯进行加热反挤压处理，得到一端具有封底、另一端具有开口的钛合金管坯；对所述钛合金管坯具有所述开口的端部进行热旋压收口处理，得到具有封头、瓶颈以及瓶口的钛合金气瓶中间体；以及对所述钛合金气瓶中间体进行退火热处理。本发明制备的单瓶口钛合金高压气瓶具有较好的密封性。本发明还提供了一种由所述制备方法制备的单瓶口钛合金高压气瓶。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金高压容器制造技术领域，特别是涉及一种单瓶口钛合金高压气瓶及其制备方法。
背景技术
钛及钛合金由于比强度高、耐腐蚀性好、无磁性等优点，是理想的制备船舶用消防、空气系统、液压系统气瓶的原材料。将钛合金应用在无缝高压气瓶上，能够显著减轻气瓶的重量，提高其耐腐蚀性能和使用寿命，降低船舶的维护、维修成本，进而提高船舶的安全性、机动性、稳定性以及可靠性。
目前，传统钛合金气瓶多为焊接气瓶或双瓶口气瓶。然而，由于焊接气瓶上的焊缝严重影响焊接气瓶的承压能力及安全性，双瓶口气瓶竖直安装也存在一定的限制，因此对钛合金气瓶的推广应用带来了一定的影响。目前，钢质单瓶口高压无缝气瓶一般采用先制备无缝管材，再使用热旋压工艺封底焊合的方式制备瓶体。然而，钛合金对氧和氮的亲和力大大超过钢对这些元素的亲和力，制备瓶体时如果采用传统的热旋压工艺进行钛合金气瓶封底时，由于钛合金材料的塑性较差，且由于热旋压时无惰性气体保护，氧、氮化物的存在导致封底中心焊合位置的密封性较差。
发明内容
基于此，有必要提供一种密封性较好的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法。
另，还有必要提供一种由上述制备方法制备的单瓶口钛合金高压气瓶。
本发明一方面提供了一种单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，包括以下步骤：
对钛合金棒坯进行加热反挤压处理，得到一端具有封底、另一端具有开口的钛合金管坯；
对所述钛合金管坯具有所述开口的端部进行热旋压收口处理，得到具有封头、瓶颈以及瓶口的钛合金气瓶中间体；以及
对所述钛合金气瓶中间体进行退火热处理。
在其中一些实施例中，对所述钛合金棒坯进行加热反挤压处理具体包括以下步骤：
采用立式反挤压设备对所述钛合金棒坯进行加热反挤压处理。
在其中一些实施例中，所述加热反挤压处理的工艺参数包括：
加热温度为870℃～910℃，加热时间为3.5h～7h；
和/或所述立式反挤压设备中的挤压杆、锥形头以及模具的预热温度均为200℃～500℃。
在其中一些实施例中，所述热旋压收口处理的工艺参数包括：所述钛合金管坯的加热长度为500mm～800mm，和/或加热温度为870℃～910℃，和/或加热时间为1h～1.5h；
和/或采用滚轮收口模具旋压6～10道次完成所述封头、所述瓶颈以及所述瓶口的成型，旋压过程中采用4～8把补热焊炬进行补热。
在其中一些实施例中，所述钛合金管坯的圆度≤1％，和/或所述钛合金管坯的直线度≤1‰，和/或所述钛合金管坯内表面的粗糙度≤3.2μm，和/或所述钛合金管坯外表面的粗糙度≤6.3μm，和/或所述钛合金管坯的长度偏差为0mm～5mm。
在其中一些实施例中，所述退火热处理包括再结晶退火热处理以及普通退火热处理中的至少一种；
所述再结晶退火处理的工艺参数包括：所述再结晶退火热处理的温度为900℃～940℃，保温1h～2h，空冷；
所述普通退火热处理的工艺参数包括：所述普通退火热处理的温度为700℃～800℃，保温1h～2h，空冷。
在其中一些实施例中，所述制备方法还包括：
在对所述钛合金气瓶中间体进行退火热处理之后，对退火热处理之后的所述钛合金气瓶中间体的内表面和外表面分别进行喷丸处理和外喷砂处理；以及
对喷丸处理和外喷砂处理后的所述钛合金气瓶中间体进行酸洗。
在其中一些实施例中，所述制备方法还包括：
在对所述钛合金气瓶中间体进行酸洗之后，对所述钛合金气瓶中间体进行精密机械加工。
本发明另一方面提供了一种由所述制备方法制备的单瓶口钛合金高压气瓶，所述单瓶口钛合金高压气瓶的额定压力为10MPa～60MPa。
在其中一些实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶的壁厚为15mm～40mm，和/或所述单瓶口钛合金高压气瓶的长度为1m～3m，和/或所述单瓶口钛合金高压气瓶的公称外径为300mm～600mm。
本发明采用加热反挤压的工艺制备单瓶口钛合金高压气瓶的瓶身，再采用热旋压的工艺进行收口以制备所述单瓶口钛合金高压气瓶的封头、瓶颈和瓶口，制备工艺简单，材料利用率高，整体无焊缝或焊合点，不存在底部泄露的风险，制备得到的单瓶口钛合金高压气瓶的气密性较高、安全性较高，且安装方便。
附图说明
图1为本发明制备的钛合金管坯的剖视图；
图2为对图1所示的钛合金管坯进行热旋压收口处理后得到的单瓶口钛合金高压气瓶。
图标：10-封底；11-开口；20-钛合金管坯；30-瓶身；40-封头；50-瓶颈；60-瓶口；100-单瓶口钛合金高压气瓶。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，包括以下步骤：
步骤S11、请参阅图1，对钛合金棒坯进行加热反挤压处理，得到一端具有封底10、另一端具有开口11的钛合金管坯20。
具体地，采用立式反挤压设备对所述钛合金棒坯进行加热反挤压处理，得到一端具有所述封底10、另一端具有所述开口11的所述钛合金管坯20。
在一实施例中，在所述立式反挤压设备中，挤压杆连接锥形头，挤压桶内成型所述钛合金管坯20的管体，模具内成型所述封底10。在一实施例中，所述立式反挤压设备中的所述挤压杆、所述锥形头以及所述模具的预热温度均为200℃～500℃。
在一实施例中，所述加热反挤压处理的工艺参数包括：加热温度为870℃～910℃，加热时间为3.5h～7h。
在一实施例中，所述加热反挤压处理的工艺参数包括：采用玻璃润滑剂润滑，挤压速率为20mm/s～50mm/s。
步骤S12、将所述钛合金管坯20的内、外表面尺寸加工至成品尺寸。
具体地，采用镗床以及车床将所述钛合金管坯20的内、外表面尺寸加工至成品尺寸。
加工后的所述钛合金管坯20的工艺参数包括：在一实施例中，加工后的所述钛合金管坯20的圆度≤1％；在一实施例中，加工后的所述钛合金管坯20的直线度≤1‰；在一实施例中，加工后的所述钛合金管坯20内表面的粗糙度≤3.2μm；在一实施例中，加工后的所述钛合金管坯20外表面的粗糙度≤6.3μm；在一实施例中，加工后的所述钛合金管坯20的长度偏差为0mm～5mm。
步骤S13、请参阅图2，对所述钛合金管坯20具有所述开口11的端部进行热旋压收口处理，得到具有封头、瓶颈以及瓶口的钛合金气瓶中间体。
具体地，采用旋压设备对所述钛合金管坯20具有所述开口11的端部进行热旋压处理，得到具有所述封头、所述瓶颈以及所述瓶口的所述钛合金气瓶中间体。
可以理解，所述钛合金气瓶中间体包括依次连接的封底、瓶身、所述封头以及所述瓶颈，且所述瓶口位于所述钛合金气瓶中间体具有所述瓶颈的一端。
在一实施例中，所述热旋压收口处理的工艺参数包括：加热长度为500mm～800mm。
在一实施例中，所述热旋压收口处理的工艺参数包括：加热温度为870℃～910℃，和/或加热时间为1h～1.5h。
在一实施例中，所述热旋压收口处理的工艺参数包括：采用滚轮收口模具旋压6～10道次完成所述封头以及所述瓶口的成型，旋压过程中采用4～8把补热焊炬进行补热。
步骤S14、对所述钛合金气瓶中间体的所述瓶口进行锯切、以及对所述钛合金气瓶中间体的端面和所述封头等进行加工。
具体地，采用锯床以及车床对所述钛合金气瓶中间体的所述瓶口进行锯切、以及对所述钛合金气瓶中间体的所述端面和所述封头等进行加工。
步骤S15、对加工后的所述钛合金气瓶中间体进行退火热处理。
在一实施例中，所述退火热处理包括再结晶退火热处理以及普通退火热处理中的至少一种。在一实施例中，所述再结晶退火处理的工艺参数包括：所述再结晶退火热处理的温度为900℃～940℃，保温1h～2h，空冷。在一实施例中，所述普通退火热处理的工艺参数包括：所述普通退火热处理的温度为700℃～800℃，保温1h～2h，空冷。
步骤S16、对退火热处理之后的所述钛合金气瓶中间体的内表面和外表面分别进行喷丸处理和外喷砂处理。
具体地，采用喷丸、喷砂设备对退火热处理之后的所述钛合金气瓶中间体的内表面和外表面分别进行喷丸处理和外喷砂处理。
步骤S17、对喷丸处理和外喷砂处理后的所述钛合金气瓶中间体进行酸洗。
步骤S18、对酸洗后的所述钛合金气瓶中间体进行精密机械加工。
步骤S19、对精密机械加工后的所述钛合金气瓶中间体进行渗透、水压、气密以及尺寸等检测。
步骤S20、对检测后的所述钛合金气瓶中间体进行内磨，并进行多余物清理检查，得到单瓶口钛合金高压气瓶100。
可以理解，所述单瓶口钛合金高压气瓶100包括依次连接的封底10、瓶身30、封头40以及瓶颈50。其中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100具有瓶口60，且所述瓶口60位于所述单瓶口钛合金高压气瓶100具有所述瓶颈50的一端。
在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的额定压力为10MPa～60MPa。在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的壁厚t为15mm～40mm。在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的长度L为1m～3m。在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的公称外径D1为300mm～600mm。
请再次参阅图2，本发明还提供一种由上述制备方法制备的单瓶口钛合金高压气瓶100，所述单瓶口钛合金高压气瓶100包括依次连接的所述封底10、所述瓶身30、所述封头40以及所述瓶颈50。
其中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的材质为钛合金。
在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的壁厚t为15mm～40mm。在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的额定压力为10MPa～60MPa。在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的长度L为1m～3m。在一实施例中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100的公称外径D1为300mm～600mm。
在一实施例中，所述封底10为半球型，所述瓶身30为圆柱型、所述封头40为半球形。其中，所述单瓶口钛合金高压气瓶100具有瓶口60，且所述瓶口60位于所述单瓶口钛合金高压气瓶100具有所述瓶颈50的一端。
本发明采用加热反挤压的工艺制备所述单瓶口钛合金高压气瓶100的所述瓶身30，再采用热旋压的工艺进行收口以制备所述单瓶口钛合金高压气瓶100的所述封头40、所述瓶颈50和所述瓶口60，制备工艺简单，材料利用率高，整体无焊缝或焊合点，不存在底部泄露的风险，制备得到的所述单瓶口钛合金高压气瓶100的气密性较高、安全性较高，且安装方便。
以下通过具体实施例和对比例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)、采用立式反挤压设备对Ti-4Al-3Mo-1V钛合金棒坯进行加热反挤压处理，制备出一端具有半球型封底、另一端具有开口的无缝钛合金管坯。具体地，Ti-4Al-3Mo-1V钛合金棒坯的直径为
，β转变温度为960℃，加热温度为870℃，加热时间为4.5h；挤压杆、锥形头及外模具等预热温度为300℃，采用玻璃润滑剂润滑，挤压速率为30mm/s。
(2)、采用镗床以及车床将无缝钛合金管坯的内、外表面尺寸加工至旋压收口成型所需无缝钛合金管材尺寸。具体地，首先采用镗床将无缝钛合金管坯的内径加工至气瓶内径D2最小尺寸328±0.5mm，然后采用车床将无缝钛合金管坯的外径D1加工至
，保证筒体的圆度≤1％，筒体的直线度≤1‰，筒体内表面的粗糙度≤3.2μm，筒体外表面的粗糙度≤6.3μm，封底内外壁与筒体内外壁圆滑过渡，保证壁厚
。
(3)、采用旋压设备对无缝钛合金管坯具有开口的端部进行热旋压收口处理，得到具有封头、瓶颈以及瓶口的钛合金气瓶中间体。其中，钛合金气瓶中间体包括依次连接的封底、瓶身、封头以及瓶颈，且瓶口位于钛合金气瓶中间体具有瓶颈的一端。具体地，采用数控热旋压机旋压成型封头、瓶颈及瓶口，无缝钛合金管坯的加热长度为600±50mm，加热温度为870℃，加热时间为1.5h，采用滚轮收口模具旋压16道次完成封头及瓶口成型，旋压过程中采用6把补热焊炬进行补热，保证旋压后瓶口直径D3为
。
(4)、采用锯床以及车床对钛合金气瓶中间体的瓶口进行锯切、以及对钛合金气瓶中间体的端面和封头等进行加工。具体地，首先采用锯床将瓶口锯切约80mm，锯切前，检查气瓶总长，保证锯切后气瓶总长L为
；然后以瓶口找正车端面，车封头、瓶口外圆、瓶口与封头过渡外圆弧，保证瓶口外径D4≥147mm。
(5)、对加工后的钛合金气瓶中间体进行再结晶退火热处理。具体地，再结晶退火热处理的温度为920℃，保温时间为1.5h，空冷。
(6)、对退火热处理之后的钛合金气瓶中间体的内表面和外表面分别进行喷丸处理和外喷砂处理。具体地，喷丸压缩空气压力为0.6MPa，钢丸直径为2.5mm；喷砂压缩空气压力为0.6MPa，瓶体旋转速度为30r/min，喷枪速度为3mm/s。
(7)、对喷丸处理和外喷砂处理后的所述钛合金气瓶中间体进行酸洗。具体地，酸洗的温度为10℃～20℃，酸洗的时间为6min，酸洗液配方为：1％HF+10％HNO3。酸洗后分别采用15℃冷水和60℃热水进行冲洗，然后采用70℃热风干燥。
(8)、对酸洗后的所述钛合金气瓶中间体进行精密机械加工。具体地，首先采用镗床粗镗瓶口内孔至Φ65mm并倒角，然后采用数控加工中心对瓶颈、瓶口端面、内、外螺纹进行精加工，保证瓶口直径D3为145±2mm，瓶颈半径为R50，内螺纹为M70×3-6H，螺纹长度≥75mm，粗糙度≤3.2μm。
(9)、对精密机械加工后的钛合金气瓶中间体进行渗透、水压、气密以及尺寸等检测。具体地，水压试验压力为90MPa，保压时间5min，气密试验压力60MPa，保压时间15min，尺寸符合图纸要求。
(10)、对检测后的所述钛合金气瓶中间体进行内磨，并进行多余物清理检查，得到单瓶口钛合金高压气瓶。具体地，磨料为SiC与砂石混合物，要求SiC比例不小于15％，其中石子需为光滑石子，石子直径不大于20mm，滚磨时间2h，滚磨完成后冲洗气瓶内表面，并用干燥空气吹干。
实施例2
(1)、采用立式反挤压设备对TC4钛合金棒坯进行加热反挤压处理，制备出一端具有半球型封底、另一端具有开口的无缝钛合金管坯。具体地，TC4钛合金棒坯的直径为
，β转变温度为995℃，加热温度为910℃，加热时间为7h；挤压杆、锥形头及外模具等预热温度为300℃，采用玻璃润滑剂润滑，挤压速率为20mm/s。
(2)、采用镗床以及车床将无缝钛合金管坯的内、外表面尺寸加工至旋压收口成型所需无缝钛合金管材尺寸。具体地，首先采用镗床将无缝钛合金管坯的内径加工至气瓶内径D2最小尺寸552±0.5mm，然后采用车床将无缝钛合金管坯的外径D1加工至
，保证筒体的圆度≤1％，筒体的直线度≤1‰，筒体内表面的粗糙度≤3.2μm，筒体外表面的粗糙度≤6.3μm，封底内外壁与筒体内外壁圆滑过渡，保证壁厚
。
(3)、采用旋压设备对无缝钛合金管坯具有开口的端部进行热旋压收口处理，得到具有封头、瓶颈以及瓶口的钛合金气瓶中间体。其中，钛合金气瓶中间体包括依次连接的封底、瓶身、封头以及瓶颈，且瓶口位于钛合金气瓶中间体具有瓶颈的一端。具体地，采用数控热旋压机旋压成型封头及瓶口，无缝钛合金管坯的加热长度为700±50mm，加热温度为910℃，加热时间为1.5h，采用滚轮收口模具旋压12道次完成封头、瓶颈及瓶口成型，旋压过程中采用6把补热焊炬进行补热。保证旋压后瓶口直径D3为
。
(4)、采用锯床以及车床对钛合金气瓶中间体的瓶口进行锯切、以及对钛合金气瓶中间体的端面和封头等进行加工。具体地，首先采用锯床将瓶口锯切约80mm，锯切前，检查气瓶总长，保证锯切后气瓶总长L为
；然后以瓶口找正车端面，车封头、瓶口外圆、瓶口与封头过渡外圆弧，保证瓶口外径D4≥133mm。
(5)、对加工后的钛合金气瓶中间体进行普通退火热处理。具体地，普通退火热处理的温度为750℃，保温时间为1h，空冷。
(6)、对退火热处理之后的钛合金气瓶中间体的内表面和外表面分别进行喷丸处理和外喷砂处理。具体地，喷丸压缩空气压力为0.7MPa，钢丸直径为2.5mm；喷砂压缩空气压力为0.7MPa，瓶体旋转速度为20r/min，喷枪速度为2mm/s。
(7)、对喷丸处理和外喷砂处理后的所述钛合金气瓶中间体进行酸洗。具体地，酸洗的温度为10℃～20℃，酸洗的时间为6min，酸洗液配方为：1％HF+10％HNO3。酸洗后分别采用15℃冷水和60℃热水进行冲洗，然后采用70℃热风干燥。
(8)、对酸洗后的所述钛合金气瓶中间体进行精密机械加工。具体地，首先采用镗床粗镗瓶口内孔至Φ75mm并倒角，然后采用数控加工中心对瓶颈、瓶口端面、内、外螺纹进行精加工，保证瓶口直径D3为130±2mm，瓶颈半径为R60，内螺纹为M80×3-6H，螺纹长度≥42mm，粗糙度≤3.2μm。
(9)、对精密机械加工后的钛合金气瓶中间体进行渗透、水压、气密以及尺寸等检测。具体地，水压试验压力为45MPa，保压时间5min，气密试验压力30MPa，保压时间15min，尺寸符合图纸要求。
(10)、对检测后的所述钛合金气瓶中间体进行内磨，并进行多余物清理检查，得到单瓶口钛合金高压气瓶。具体地，磨料为SiC与砂石混合物，要求SiC比例不小于15％，其中石子需为光滑石子，石子直径不大于25mm，滚磨时间3h，滚磨完成后冲洗气瓶内表面，并用干燥空气吹干。
分别对实施例1和实施例2制备的单瓶口钛合金高压气瓶的尺寸以及性能进行的测试，测试结果如下：
实施例1制备的单瓶口钛合金高压气瓶的材质为Ti-4Al-3Mo-1V钛合金，单瓶口钛合金高压气瓶的工作压力为60MPa，单瓶口钛合金高压气瓶的外径D4为
，单瓶口钛合金高压气瓶的总长度L为
，单瓶口钛合金高压气瓶的壁厚t为
。
实施例2制备的单瓶口钛合金高压气瓶的材质为TC4钛合金，单瓶口钛合金高压气瓶的工作压力为30MPa，单瓶口钛合金高压气瓶的外径D4为
，单瓶口钛合金高压气瓶的总长度L为
，单瓶口钛合金高压气瓶的壁厚t为
。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对钛合金棒坯进行加热反挤压处理，得到一端具有封底、另一端具有开口的钛合金管坯；
对所述钛合金管坯具有所述开口的端部进行热旋压收口处理，得到具有封头、瓶颈以及瓶口的钛合金气瓶中间体；以及
对所述钛合金气瓶中间体进行退火热处理。
2.如权利要求1所述的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，对所述钛合金棒坯进行加热反挤压处理具体包括以下步骤：
采用立式反挤压设备对所述钛合金棒坯进行加热反挤压处理。
3.如权利要求2所述的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，所述加热反挤压处理的工艺参数包括：
加热温度为870℃～910℃，加热时间为3.5h～7h；
和/或所述立式反挤压设备中的挤压杆、锥形头以及模具的预热温度均为200℃～500℃。
4.如权利要求1所述的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，所述热旋压收口处理的工艺参数包括：所述钛合金管坯的加热长度为500mm～800mm，和/或加热温度为870℃～910℃，和/或加热时间为1h～1.5h；
和/或采用滚轮收口模具旋压6～10道次完成所述封头、所述瓶颈以及所述瓶口的成型，旋压过程中采用4～8把补热焊炬进行补热。
5.如权利要求4所述的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，所述钛合金管坯的圆度≤1％，和/或所述钛合金管坯的直线度≤1‰，和/或所述钛合金管坯内表面的粗糙度≤3.2μm，和/或所述钛合金管坯外表面的粗糙度≤6.3μm，和/或所述钛合金管坯的长度偏差为0mm～5mm。
6.如权利要求1所述的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，所述退火热处理包括再结晶退火热处理以及普通退火热处理中的至少一种；
所述再结晶退火处理的工艺参数包括：所述再结晶退火热处理的温度为900℃～940℃，保温1h～2h，空冷；
所述普通退火热处理的工艺参数包括：所述普通退火热处理的温度为700℃～800℃，保温1h～2h，空冷。
7.如权利要求1至6中任一项所述的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在对所述钛合金气瓶中间体进行退火热处理之后，对退火热处理之后的所述钛合金气瓶中间体的内表面和外表面分别进行喷丸处理和外喷砂处理；以及
对喷丸处理和外喷砂处理后的所述钛合金气瓶中间体进行酸洗。
8.如权利要求7所述的单瓶口钛合金高压气瓶的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在对所述钛合金气瓶中间体进行酸洗之后，对所述钛合金气瓶中间体进行精密机械加工。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的制备方法制备的单瓶口钛合金高压气瓶，其特征在于，所述单瓶口钛合金高压气瓶的额定压力为10MPa～60MPa。
10.如权利要求9所述的单瓶口钛合金高压气瓶，其特征在于，所述单瓶口钛合金高压气瓶的壁厚为15mm～40mm，和/或所述单瓶口钛合金高压气瓶的长度为1m～3m，和/或所述单瓶口钛合金高压气瓶的公称外径为300mm～600mm。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101391372A (zh) * | 2008-10-22 | 2009-03-25 | 中材科技（苏州）有限公司 | 气瓶碟形封头成型工艺 |
| CN104907452A (zh) * | 2014-03-11 | 2015-09-16 | 昆山永年先进制造技术有限公司 | 高压气瓶的挤压制造方法及其所用的收口模具 |
| CN106077219A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 洛阳双瑞特种装备有限公司 | 一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法 |
| CN108723716A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-02 | 昆明冶金研究院 | 一种无焊缝式铝合金液化石油气气瓶的制备方法 |
| CN108857269A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-23 | 昆明冶金研究院 | 一种铝合金石油液化气瓶的组合式瓶体制造方法 |
| CN109469817A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-15 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一端封底的高压气瓶铝合金内胆及其制造方法 |
| CN109578801A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-05 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种超高压气瓶内胆及其制造方法 |
| CN109578799A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-05 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 大型高压储运气瓶内胆及其制造方法 |
| CN112157159A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-01 | 新兴能源装备股份有限公司 | 一种气瓶旋压工艺方法 |
| CN112246947A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-22 | 湖北三江航天江北机械工程有限公司 | 舰船用钛合金高压无缝气瓶的成形与加工方法 |
| CN113084458A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 西部金属材料股份有限公司 | 一种钛合金气瓶及其制备方法 |
-
2022
- 2022-07-19 CN CN202210846829.8A patent/CN115255818A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101391372A (zh) * | 2008-10-22 | 2009-03-25 | 中材科技（苏州）有限公司 | 气瓶碟形封头成型工艺 |
| CN104907452A (zh) * | 2014-03-11 | 2015-09-16 | 昆山永年先进制造技术有限公司 | 高压气瓶的挤压制造方法及其所用的收口模具 |
| CN106077219A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 洛阳双瑞特种装备有限公司 | 一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法 |
| CN108857269A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-23 | 昆明冶金研究院 | 一种铝合金石油液化气瓶的组合式瓶体制造方法 |
| CN108723716A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-02 | 昆明冶金研究院 | 一种无焊缝式铝合金液化石油气气瓶的制备方法 |
| CN109469817A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-15 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一端封底的高压气瓶铝合金内胆及其制造方法 |
| CN109578801A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-05 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种超高压气瓶内胆及其制造方法 |
| CN109578799A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-05 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 大型高压储运气瓶内胆及其制造方法 |
| CN112157159A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-01 | 新兴能源装备股份有限公司 | 一种气瓶旋压工艺方法 |
| CN112246947A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-22 | 湖北三江航天江北机械工程有限公司 | 舰船用钛合金高压无缝气瓶的成形与加工方法 |
| CN113084458A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 西部金属材料股份有限公司 | 一种钛合金气瓶及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 邢焰，王向珂: "《实用热处理技术手册 第2版》", 31 March 2022, 北京理工大学出版社, pages: 553 - 559 * |
| 邢焰，王向珂: "《航天器材料》", 北京理工大学出版社, pages: 103 - 107 * |
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