WO2018151630A1 - Сосуд из термически неупрочняемого алюминиевого сплава и способ его изготовления - Google Patents

Сосуд из термически неупрочняемого алюминиевого сплава и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2018151630A1
WO2018151630A1 PCT/RU2018/050010 RU2018050010W WO2018151630A1 WO 2018151630 A1 WO2018151630 A1 WO 2018151630A1 RU 2018050010 W RU2018050010 W RU 2018050010W WO 2018151630 A1 WO2018151630 A1 WO 2018151630A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vessel
deformation
aluminum alloy
paragraphs
pipe
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/050010
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Олег Евгеньевич БОГАЧЕК
Александр Михайлович Дриц
Original Assignee
Олег Евгеньевич БОГАЧЕК
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Евгеньевич БОГАЧЕК filed Critical Олег Евгеньевич БОГАЧЕК
Priority to CN201880025032.3A priority Critical patent/CN110520668B/zh
Priority to EP18753958.0A priority patent/EP3584492A4/en
Priority to US16/486,270 priority patent/US11644151B2/en
Publication of WO2018151630A1 publication Critical patent/WO2018151630A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/14—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of aluminium; constructed of non-magnetic steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D22/00—Producing hollow articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J12/00—Pressure vessels in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/12—Vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0604—Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0617—Single wall with one layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F17C2203/0646—Aluminium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F17C2203/0648—Alloys or compositions of metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0123—Mounting arrangements characterised by number of vessels
    • F17C2205/0126—One vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2109—Moulding
    • F17C2209/2145—Moulding by rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2181—Metal working processes, e.g. deep drawing, stamping or cutting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/22—Assembling processes
    • F17C2209/221—Welding
    • F17C2209/222—Welding by friction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to the field of metalworking, namely to the production of vessels from thermally unstrengthened aluminum alloys for cylinders and pressure vessels, and can be used in aerospace, gas, automotive, shipbuilding and other industries.
  • a method for manufacturing welded pressure vessels of steel is known, according to which a shell is made by convolving a steel sheet stock and its subsequent automatic welding with calibration and x-ray quality control of the weld. The bottom is obtained separately by hood. Then fittings and valves are welded into the shell and the bottom, and then the shell and the bottom are assembled and automatically welded with butt welds.
  • This method is very time-consuming, and the cylinders have a high cost, as it includes the separate receipt of the shell and bottom and their subsequent welding.
  • the use of steel as a material for the manufacture of vessels also imposes additional difficulties in the manufacture of the vessel. And in the case of using aluminum alloys, automatic fusion welding does not ensure the tightness and strength of welded joints at the level of the base metal.
  • a method for manufacturing a vessel (liner) from an aluminum alloy is known from RU 2429930.
  • This method includes local heating of an extruded aluminum alloy pipe, roll-in of the pipe to form a bottom, a middle cylindrical part and a bottom with a neck. After the formation of the bottom in its middle part, a conical hole is drilled at the polar point, which is then welded with the filler of a welding wire to form an equally strong sealed deaf bottom and the outside welded is cleaned part by gently stripping.
  • the outer surface of the bottom is ellipsoidal in shape.
  • extruded pipes made of aluminum alloys have large tolerances for wall thickness, which leads to the need to choose a thicker pipe to ensure the strength of the liner.
  • the method known from RU 2429930 is characterized by increased metal consumption and tare coefficient (perfection coefficient), defined as the ratio of the mass of the vessel to its capacity in liters (kg / liter).
  • extruded pipes made of aluminum alloys have anisotropy of mechanical properties: the strength of the metal in the chord (radial) direction is 15-20% lower than in the longitudinal one.
  • the wall thickness of the pipe must be increased, which leads to an additional increase in metal consumption and an increase in the tare coefficient of the resulting vessel (liner).
  • a vessel (high-pressure cylinder) made of thermally unstrengthened aluminum alloy, disclosed in RU 2382919, is also known from the prior art.
  • This cylinder contains a whole metal shell made of a tube pressed billet from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy, which is strengthened by loading the cylinder with test pressure .
  • the starting material for obtaining a vessel from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy in this document is an entire extruded tube made of aluminum-magnesium alloys.
  • thermally hardened aluminum alloys are generally more durable than thermally hardened, the production of vessels from them is associated with additional costs for their heat treatment. It should also take into account the costs of the hardening and aging operations themselves, as well as the necessary specialized equipment - hardening and aging furnaces. In view of the above, the use of thermally unstrengthened alloys can significantly reduce costs, simplify and reduce the cost of the technology for producing vessels.
  • the technical problem solved by the present invention is the provision of a relatively simple and inexpensive method of manufacturing a vessel from thermally unstrengthened aluminum alloy, which allows to obtain a strong and wear-resistant vessel with low weight and low tare.
  • a method for manufacturing a vessel comprising: forming a tube by convolution of at least one flat workpiece with a joint of edges, friction welding with stirring of joined edges and deformation of at least a portion of the pipe to shape the vessel in a vessel, wherein as flat blanks use a sheet of thermally unstrengthened aluminum alloy, which is preliminarily subjected to cold deformation with a degree of permanent deformation in the range of 0.5-15%, and the specified
  • the deformation of at least one part of the pipe is hot deformation at a temperature of 230-520 ° C.
  • the proposed method provides a technical result in the form of reducing the weight of the vessel, increasing the strength of the vessel, ensuring equal strength of the vessel and reducing the number of cycles of hot deformation in the manufacture of the vessel. Also provided are a reduction in metal consumption and laboriousness in the manufacture of a vessel from a thermally unstrengthened aluminum alloy, a low container coefficient, an increase in the reliability and service life of the vessel obtained by the indicated method.
  • the pipe is formed by convolution of at least one flat billet with the edges joined, friction welding with stirring of joined edges and deformation of at least part of the pipe to make this pipe a vessel shape, while it is flat blanks use a sheet of thermally unstrengthened aluminum alloy, which is preliminarily subjected to cold deformation with a degree of permanent deformation in the range of 0.5-15 %, and the specified deformation of at least one part of the pipe is a hot deformation at a temperature of 230-520 ° C.
  • an alloy based on Al-Mn, Al-Mg or Al-Md-Mn systems is used as a thermally unstrengthened aluminum alloy.
  • said at least one planar blank in the form of a sheet of thermally unstrengthened aluminum alloy is preliminarily subjected to cold tensile deformation.
  • said at least one flat billet in the form of a sheet of thermally unstrengthened aluminum alloy is subjected to cold deformation by rolling beforehand.
  • said hot deformation at a temperature of 230-520 ° C. is carried out by rolling, rolling, pressing, stamping or rotary drawing.
  • said hot deformation of the pipe is carried out simultaneously from two ends of the pipe.
  • the pipe is calibrated to obtain the required dimensional accuracy.
  • the cleaning and / or grinding of the weld is carried out.
  • a vessel that has a cylindrical portion in the form of a welded pipe and two bottoms, made according to the disclosed method.
  • such a vessel has one smooth bottom and another bottom with a neck; or two bottoms with a neck.
  • the vessel has a wall thickness in the bottom of at least 1.5 wall thicknesses in the cylindrical portion.
  • Such measures are aimed at providing, thickenings for mounting the fitting, plug or other necessary devices in the neck or bottom of the vessel.
  • FIG. 1 The stages of manufacturing a cylindrical billet for a liner according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 The stage of manufacturing a liner from a cylindrical workpiece according to one embodiment of the invention.
  • the term "vessel” is the most general term applied to an article (device) having an internal cavity.
  • the invention in particular cases can be applied in the manufacture of cylinders or liners for cylinders operating under pressure.
  • the same properties of the initial billet and the weld allow for the hot deformation of the welded pipe at temperatures of 230-520 ° C to obtain the required vessel shape in one cycle.
  • the ability to hot deformation of the base material and the welded joint are the same, as a result of which it is possible to obtain an equally strong vessel with high strength and ductility.
  • a thermally unstrengthened aluminum alloy for example, based on the Al-Mn, Al-Mg, or Al-Md-Mn system, it is necessary to have sufficient plasticity of the material, and after deformation it is necessary to obtain an unrecrystallized structure and a uniform distribution over the phase cross section aluminum - magnesium, aluminum - Manganese.
  • hot deformation in the temperature range 230-520 ° C provides sufficient ductility of thermally unstrengthened aluminum alloy to obtain the desired shape and avoids a decrease in strength due to dynamic recrystallization. Moreover, at temperatures below 230 ° C, the ability of such an alloy to deform sharply decreases, and at temperatures above 520 ° C, a process of dynamic recrystallization occurs, which reduces the strength of the material.
  • the liner for cylinders is a special case of the vessel according to the invention.
  • one flat billet 3 is used as a starting material 3 in the form of a sheet 5 mm thick from thermally unstrengthened aluminum alloy 1561, which previously underwent cold deformation by rolling with a degree of 15%.
  • Flat preform 3 is shown in FIG. 1A, where 1 and 2 are the edges of the workpiece, which will then be welded.
  • a pipe is formed by convolution with a joint of the edges (1 and 2) of the billet along the length of the billet (Fig. 1 B).
  • machining is stripping and / or grinding of the weld from one or two sides, and also includes, for example, sandblasting or shot blasting.
  • hot deformation of the cylindrical workpiece 5 is carried out by rolling, rolling, pressing, stamping or rotational drawing from two ends of the workpiece 5 with the formation of a liner on specialized equipment with heating of the deformable parts of the workpiece at a temperature of 230 ° C.
  • a flat billet as a starting material that underwent preliminary cold deformation with a degree in the range of 0.5-15%
  • friction stir welding in the previous step, the obtained cylindrical billet 5 is equally strong, and with hot deformation of the welded cylindrical billet 5 it is possible relatively quickly (in one cycle) to obtain the necessary shape of the liner.
  • the resulting liner made of thermally unstrengthened aluminum alloy has a longitudinal weld made by friction stir welding, which was subjected to hot deformation for at least part of the length.
  • a liner is characterized by equal strength, high strength, low weight and spaciousness (low tare ratio).
  • thermally unreinforced aluminum alloy 1561 of the Al-Mg-Mn system was used in the considered example, one skilled in the art will understand that all the principal features and advantages of the present invention are also practicable when using thermally unreinforced aluminum alloys based on A1-Mp or Al-Mg systems, as well as basis of other suitable systems. It should also be noted that the welded cylindrical billet 5 can be subjected to hot deformation in any or any sections or in all sections depending on the desired shape of the vessel being manufactured.
  • Preliminary cold deformation of the initial flat billet in various embodiments is carried out by stretching, rolling or other methods known from the prior art.
  • the shape given to the preform 5 at the stage of hot deformation can also be different - for example, with two necks 6 and 7 (Fig. 2A) or a smooth bottom 11 at one end of the preform and a neck 12 at the other (Fig. 2B).
  • the steps of the method can also provide different thicknesses of the walls of the liner in its various parts. So, for example, for the liner, on which further it is planned to install a fitting or other additional equipment, specially provide for a large wall thickness in the bottom to ensure the possibility of reliable fastening of such devices without compromising the strength characteristics of the vessel itself.
  • the wall thickness of the liner (Fig. 2) in the bottom 8, 9 is not less than 1.5 of the wall thickness in the cylindrical part 10.
  • the wall thickness of the liner in the bottom 11, 12 is not less 1.5 the thickness of its wall in the cylindrical part 13.
  • the stage of hot deformation can be optimized in time - so, according to one implementation option, hot deformation is carried out simultaneously on both sides of the workpiece 5.
  • the parts of the cylindrical billet (welded pipe) subjected to deformation can be heated by any known method. If necessary, lubricant is applied to the deformable parts of a cylindrical billet (welded pipe) before the process of their hot deformation.
  • the following liners were made: diameter 470 mm, length 2650 mm.
  • the tare coefficient was determined - the ratio of the mass of the liner to its hydraulic volume in liters.
  • PCS structural perfection indicators
  • Hydraulic tests were carried out with water at a temperature of + 5 ° C to + 40 ° C. 2.
  • the pressure in the hydraulic line of the test bench was controlled by two pressure gauges (GOST 2405-88) with an accuracy class of at least 1.0.
  • the liner was placed in a chamber for conducting hydraulic tests.
  • the liner was filled with water, followed by removal of residual air from the liner.
  • Example 1 a 7 mm thick sheet of alloy 1561 was used, which underwent preliminary cold deformation by tension with a degree of 0.6%.
  • the convolution into the pipe was carried out on a three-roll bending machine, then friction welding was carried out with stirring of the pipe along the length of the joined edges.
  • Hot deformation of the welded pipe with the formation of the liner was carried out on specialized equipment with heating the deformable parts of the workpiece at a temperature of 520 ° C.
  • Example 2 a 6 mm thick sheet of alloy 1561 was used, having previously undergone a cold deformation of 4% elongation.
  • the manufacture of the pipe (convolution and welding) was carried out in a manner analogous to Example 1.
  • Hot deformation of the welded pipe with the formation of the liner was carried out on specialized equipment with heating the deformable parts of the workpiece at a temperature of 300 ° C.
  • Example 3 a 5 mm thick sheet of alloy 1561 was used, which underwent preliminary cold deformation by rolling with a degree of 15%.
  • the manufacture of the pipe (convolution and welding) was carried out in a manner analogous to Example 1.
  • Hot deformation of the welded pipe with the formation of the liner was carried out on specialized equipment with heating of the deformable parts of the workpiece at a temperature of 230 ° C.
  • Table 1 The results of measurements and tests are shown in Table 1. As can be seen from the data of Table 1, the proposed method provides for receiving liners (vessels) having 12-35% lower tare factor, 1.5-2 times higher structural perfection (PCS) ) of the liner (vessel) and 24-27% higher pressure indicators at which the destruction of the liner (vessel) occurs.
  • PCS structural perfection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к области металлообработки, а именно к производству сосудов из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов для баллонов и сосудов высокого давления. Предложен способ изготовления сосуда, включающий формирование трубы сверткой по меньшей мере одной плоской заготовки со стыковкой кромок, сварку состыкованных кромок трением с перемешиванием и деформацию по меньшей мере части сварной трубы с приданием этой трубе формы сосуда, при этом в качестве плоской заготовки используют лист из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, который предварительно подвергают холодной деформации со степенью остаточной деформации в интервале 0,5-15%, а указанная деформация по меньшей мере одной части сварной трубы является горячей деформацией при температуре 230-520°С. Техническим результатом является уменьшение веса сосуда, повышение прочности сосуда, обеспечение равнопрочности сосуда и уменьшение числа циклов горячей деформации при изготовлении сосуда. Также обеспечены снижение металлоемкости и трудоемкости при изготовлении сосуда из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, низкий коэффициент тары, повышение надежности и ресурса работы получаемого указанным способом сосуда.

Description

СОСУД ИЗ ТЕРМИЧЕСКИ НЕУПРОЧНЯЕМОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области металлообработки, а именно к производству сосудов из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов для баллонов и сосудов высокого давления, и может быть использовано в авиакосмической, газовой, автомобильной, судостроительной и других областях промышленности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из RU 2510784 известен способ изготовления сварных сосудов высокого давления из стали, согласно которому обечайку изготавливают путем свертки стальной листовой заготовки и ее последующей автоматической сварки с калибровкой и рентгеновским контролем качества шва. Днище получают отдельно путем вытяжки. Затем в обечайку и днище вваривают штуцеры и вентили, а затем осуществляют сборку и автоматическую сварку обечайки и днища стыковыми кольцевыми швами. Данный способ является весьма трудоемким, а баллоны имеют высокую себестоимость, так как включает раздельное получение обечайки и днища и их последующую сварку. Кроме того, использование стали в качестве материала для изготовления сосудов также накладывает дополнительные сложности при изготовлении сосуда. А в случае использования алюминиевых сплавов автоматическая сварка плавлением не обеспечивает герметичность и прочность сварных соединений на уровне основного металла.
Из RU 2429930 известен способ изготовления сосуда (лейнера) из алюминиевого сплава. Этот способ включает местный нагрев прессованной трубы из алюминиевого сплава, закатку трубы с образованием днища, средней цилиндрической части и днища с горловиной. После образования днища в его средней части в полярной точке просверливают коническое отверстие, которое потом заваривают с присадкой сварочной проволоки для образования равнопрочного герметичного глухого днища и зачищают наружную заваренную часть путем пологой зачистки. При этом наружную поверхность днища выполняют эллипсоидной формы.
Однако прессованные трубы из алюминиевых сплавов имеют большие допуски по толщине стенки, что приводит к необходимости выбирать более толстостенную трубу для обеспечения прочности лейнера. Таким образом, известный из RU 2429930 способ отличается повышенными металлоемкостью и коэффициентом тары (коэффициентом совершенства), определяемым как отношение массы сосуда к его вместимости в литрах (кг/литр) .
Кроме того, прессованные трубы из алюминиевых сплавов имеют анизотропию механических свойств: прочность металла в хордовом (радиальном) направлении на 15-20 % ниже, чем в продольном. В результате для обеспечения требуемых свойств толщину стенок трубы нужно увеличивать, что приводит к дополнительному увеличению металлоемкости и росту коэффициента тары получаемого сосуда (лейнера).
Из уровня техники также известен сосуд (баллон высокого давления) из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, раскрытый в RU 2382919. Этот баллон содержит цельную металлическую оболочку, выполненную из трубной прессованной заготовки из термически неупрочняемого алюминий- магниевого сплава, упрочнение которого осуществляется при нагружении баллона пробным давлением. Исходным материалом для получения сосуда из термически неупрочняемого алюминий-магниевого сплава в этом документе служит цельная прессованная труба из сплавов системы алюминий-магний. Однако предложенный в RU 2382919 способ изготовления обладает рядом недостатков: необходимость упрочнения многократным нагружением баллона пробным давлением существенно усложняет и удорожает процесс производства баллонов, а использование цельной трубной заготовки приводит к увеличению массы и увеличению коэффициента тары, так как прессованные трубы из термически неупрочняемых сплавов имеют большие допуски на толщину стенки . Кроме этого, изготовленные таким образом трубы имеют значительную анизотропию механических свойств и прочность в хордовом (радиальном) направлении на 15-20% ниже, чем в продольном . Ввиду указанных особенностей для получения требуемой прочности сосуда необходимо выбирать трубу с более толстой стенкой, что приводит к увеличению металлоемкости конструкции и коэффициента тары.
Частично решить вышеуказанные проблемы позволяет способ производства сосудов, раскрытый в US 20140027023, который является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения и включает: формирование (свертку) из одной или нескольких плоских заготовок трубы со стыковкой кромок по длине трубы; сварку трением с перемешиванием по длине состыкованных кромок; холодную деформацию (при температуре не выше 100°С) по меньшей мере части сварной трубы и термическую обработку трубы при температурах выше температуры рекристаллизации. Раскрытый способ позволяет избежать многих недостатков, связанных с получением сосудов из цельно прессованной алюминиевой трубы : по сравнению с приведенными выше способами способ по US 20140027023 предполагает меньшую металлоёмкость и трудоёмкость, а полученный в результате его применения сосуд (баллон/лейнер) будет ожидаемо иметь более низкий коэффициент тары . Однако способ по US 20140027023 предпочтителен для изготовления сосудов из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, так как для термически неупрочняемых алюминиевых сплавов холодная деформация с последующей термической обработкой выше температуры рекристаллизации приводит к снижению их прочностных свойств и, как следствие, снижает ресурс работы сосудов (баллонов), увеличивает их вес и повышает коэффициент тары. Кроме того, холодная деформация термически упрочняемых алюминиевых сплавов, как правило, не позволяет за один раз сформировать нужную форму сосуда, поэтому предпочтительно несколько раз проводить деформацию и термическую обработку (см. US 20140027023, п.12), что усложняет и удорожает процесс производства . Кроме того, при термической обработке сварной трубы проявляется ещё один недостаток данного метода : чрезмерный рост зерна в зоне шва, приводящий к ухудшению механических свойств материала вдоль линии сварного шва. Для минимизации данного эффекта применяют операцию волочения трубы, возможно, многоступенчатую, с осуществлением отжига трубы между каждой стадией. Это дополнительно увеличивает время изготовления цилиндра и приводит к удорожанию производства конечного изделия.
Хотя предпочтительные, согласно US 20140027023, термически упрочняемые алюминиевые сплавы обладают, как правило, большей прочностью, чем термически неупрочняемые, производство сосудов из них связано с дополнительными затратами на их термическую обработку. При этом также следует учитывать затраты на собственно операции закалки и старения, а также на необходимое специализированное оборудование - печи для закалки и старения. Ввиду указанного использование термически неупрочняемых сплавов позволяет значительно сократить затраты, упростить и удешевить технологию получения сосудов.
Таким образом, технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является обеспечение относительно простого и недорогого способа изготовления сосуда из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, позволяющий получить прочный и износостойкий сосуд с небольшим весом и низким коэффициентом тары.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предложен способ изготовления сосуда, включающий : формирование трубы сверткой по меньшей мере одной плоской заготовки со стыковкой кромок, сварку трением с перемешиванием состыкованных кромок и деформацию по меньшей мере части трубы с приданием этой трубе формы сосуда, при этом в качестве плоской заготовки используют лист из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, который предварительно подвергают холодной деформации со степенью остаточной деформации в интервале 0,5-15%, а указанная деформация по меньшей мере одной части трубы является горячей деформацией при температуре 230-520°С. Предлагаемый способ обеспечивает технический результат в виде уменьшения веса сосуда, повышения прочности сосуда, обеспечения равнопрочности сосуда и уменьшения числа циклов горячей деформации при изготовлении сосуда. Также обеспечены снижение металлоемкости и трудоемкости при изготовлении сосуда из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, низкий коэффициент тары, повышение надежности и ресурса работы получаемого указанным способом сосуда .
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что согласно предлагаемому способу осуществляют формирование трубы сверткой по меньшей мере одной плоской заготовки со стыковкой кромок, сварку трением с перемешиванием состыкованных кромок и деформацию по меньшей мере части трубы с приданием этой трубе формы сосуда, при этом в качестве плоской заготовки используют лист из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, который предварительно подвергают холодной деформации со степенью остаточной деформации в интервале 0,5-15%, а указанная деформация по меньшей мере одной части трубы является горячей деформацией при температуре 230-520°С. Согласно одному из вариантов реализации предлагаемого изобретения, в качестве термически неупрочняемого алюминиевого сплава используют сплав на основе систем Al-Mn, Al-Mg или Al-Мд-Мп. Согласно ещё одному варианту реализации, указанную по меньшей мере одну плоскую заготовку в виде листа из термически неупрочняемого алюминиевого сплава предварительно подвергают холодной деформации растяжением.
Согласно ещё одному из вариантов реализации предлагаемого изобретения, указанную по меньшей мере одну плоскую заготовку в виде листа из термически неупрочняемого алюминиевого сплава предварительно подвергают холодной деформации прокаткой.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения, указанную горячую деформацию при температуре 230-520°С ведут раскаткой, закаткой, прессованием, штамповкой или ротационной вытяжкой.
Согласно ещё одному варианту реализации изобретения, указанную горячую деформацию трубы проводят одновременно с двух концов трубы.
Согласно одному из вариантов реализации предлагаемого способа, после сварки проводят калибровку трубы для получения требуемой точности размеров.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения, после сварки проводят зачистку и/или шлифовку сварного шва.
Согласно ещё одному аспекту изобретения, предложен сосуд, который имеет цилиндрическую часть в виде сварной трубы и два днища, изготовленный согласно раскрытому способу. Согласно различным вариантам реализации данного аспекта изобретения, такой сосуд имеет одно гладкое днище, а другое днище с горловиной; либо два днища с горловиной.
Согласно одному из вариантов реализации данного аспекта изобретения, сосуд имеет толщину стенок в днище не меньше 1,5 толщины стенок в цилиндрической части. Такие меры направлены на обеспечение , утолщения для монтажа штуцера, заглушки или других необходимых устройств в горловину или днище сосуда .
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описание особенностей предлагаемого изобретения и его предпочтительного варианта реализации приведено со ссылками на прилагаемые фигуры. Следует понимать, что приведенный в качестве предпочтительного вариант реализации используется лишь в качестве неограничивающего примера, и все вариации предлагаемых аспектов данного б
изобретения, понятные специалисту в области техники, также входят в объем охраны согласно прилагаемой формуле изобретения .
Фиг. 1. Этапы изготовления цилиндрической заготовки для лейнера согласно одному из вариантов реализации предлагаемого изобретения.
Фиг. 2. Этап изготовления лейнера из цилиндрической заготовки согласно одному из вариантов реализации предлагаемого изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном описании термин «сосуд» является наиболее общим понятием, применяемым в отношении изделия (устройства), имеющего внутреннюю полость. При этом предлагаемое изобретение в частных случаях может быть применено при изготовлении баллонов или лейнеров для баллонов, работающих под давлением .
Приведенные в данном описании указания определенных устройств, технологий и применений представлены только в качестве примеров. Модификации представленных в настоящем описании примеров очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в приведенном ниже описании, могут быть использованы по отношению к другим примерам и применениям без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.
Следует отметить, что при холодной деформации термически неупрочняемых сплавов со степенью ниже 0,5% не происходит достаточного упрочнения, а при деформации со степенью более 15% наблюдается значительное снижение пластичности, что затрудняет процесс получения трубы из плоской заготовки. При этом прочность и пластичность сварного шва, полученного сваркой трением с перемешиванием термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, равна или несколько выше, чем прочность и пластичность основного материала. В результате полученная таким образом сварная трубная заготовка является равнопрочной, в отличие от сварной заготовки из термически упрочняемых алюминиевых сплавов.
В свою очередь, одинаковые свойства исходной заготовки и сварного шва позволяют при проведении горячей деформации сварной трубы при температурах 230-520°С получать за один цикл требуемую форму сосуда. При этом способность к горячей деформации основного материала и сварного соединения одинаковы, в результате чего обеспечена возможность получить равнопрочный сосуд, обладающий высокой прочностью и пластичностью. Во время деформации термически неупрочняемого алюминиевого сплава, например на основе системы Al-Mn, Al-Mg или Al-Мд-Мп, необходимо иметь достаточную пластичность материала, а после деформации необходимо получить нерекристаллизованную структуру и равномерное распределение по сечению фаз алюминий - магний, алюминий - марганец. Необходимо отметить, что горячая деформация в интервале температур 230-520°С обеспечивает достаточную пластичность термически неупрочняемого алюминиевого сплава для получения необходимой формы и позволяет избежать снижения прочности ввиду динамической рекристаллизации. При этом при температурах ниже 230°С резко снижается способность такого сплава к деформации, а при температурах выше 520°С происходит процесс динамической рекристаллизации, снижающий прочность материала.
Основные особенности и аспекты предлагаемого изобретения будут далее объяснены на неограничивающих объем изобретения иллюстративных примерах лейнера для баллонов, работающих под давлением, изготовленного из термически неупрочняемого алюминиевого сплава . При этом лейнер для баллонов здесь является частным случаем предлагаемого согласно изобретению сосуда .
Согласно рассматриваемому варианту реализации предлагаемого изобретения, для изготовления лейнера в качестве исходного материала используют одну плоскую заготовку 3 в виде листа толщиной 5 мм из термически неупрочняемого алюминиевого сплава 1561, которая предварительно прошла холодную деформацию прокаткой со степенью 15%. Плоская заготовка 3 показана на Фиг. 1А, где 1 и 2 - кромки заготовки, которые затем будут сварены. Из плоской заготовки из термически неупрочняемого алюминиевого сплава формируют трубу путём свертки со стыковкой кромок ( 1 и 2) заготовки по длине заготовки (Фиг. 1 Б).
После этого по длине состыкованных кромок 1 и 2 (вдоль линии 4) производят сварку трением с перемешиванием . В результате получают цилиндрическую заготовку 5 в виде сварной трубы, показанную на Фиг. 1В. По завершении сварки согласно рассматриваемому варианту реализации предлагаемого изобретения при необходимости проводят механическую обработку сварного шва, а затем, при необходимости, калибровку цилиндрической заготовки (сварной трубы) для получения соответствующих размеров с требуемой точностью. В различных вариантах реализации предлагаемого изобретения механическая обработка представляет собой зачистку и/или шлифовку сварного шва с одной или двух сторон, а также включает, например, пескоструйную или дробеструйную обработки.
На следующем этапе, согласно предлагаемому варианту реализации изобретения, производят горячую деформацию цилиндрической заготовки 5 раскаткой, закаткой, прессованием, штамповкой или ротационной вытяжкой с двух концов заготовки 5 с образованием лейнера на специализированном оборудовании с нагревом деформируемых частей заготовки при температуре 230°С. Как пояснено выше, за счет использования в качестве исходного материала плоской заготовки, которая прошла предварительную холодную деформацию со степенью в пределах 0,5-15%, а также за счет применения сварки трением с перемешиванием на предыдущем этапе, полученная цилиндрическая заготовка 5 является равнопрочной, и при горячей деформации сварной цилиндрической заготовки 5 возможно относительно быстро (за один цикл) получить необходимую форму лейнера. Полученный при этом лейнер из термически неупрочняемого алюминиевого сплава имеет продольный сварной шов, выполненный сваркой трением с перемешиванием, который по меньшей мере на части длины был подвергнут горячей деформации. Таким образом, такой лейнер отличается равнопрочностью, высокой прочностью, малым весом и вместительностью (низким коэффициентом тары).
Хотя в рассмотренном примере использовался термически неупрочняемый алюминиевый сплав 1561 системы Al-Mg-Mn, специалисту понятно, что все принципиальные особенности и преимущества настоящего изобретения реализуемы и при использовании термически неупрочняемых алюминиевых сплавов на основе систем А1-Мп или Al-Mg, а также на основе других подходящих систем. Также следует отметить, что сварная цилиндрическая заготовка 5 может быть подвергнута горячей деформации на любом или любых участках или на всех участках в зависимости от требуемой формы изготавливаемого сосуда.
Предварительную холодную деформацию исходной плоской заготовки в различных вариантах реализации выполняют растяжением, прокаткой или другими известными из уровня техники способами.
Форма, придаваемая заготовке 5 на этапе горячей деформации, также может быть различной - например, с двумя горловинами 6 и 7 (Фиг. 2А) или гладким днищем 11 на одном конце заготовки и горловиной 12 на другом (Фиг. 2Б). В зависимости от эксплуатационных требований к готовому изделию этапы способа также могут обеспечивать различную толщину стенок лейнера в различных его частях. Так, например, для лейнера, на котором далее предполагается установка штуцера или другого дополнительного оборудования, специально предусматривают большую толщину стенок в днище, чтобы обеспечить возможность надежного крепления таких приспособлений без ухудшения прочностных характеристик самого сосуда. Согласно одному из вариантов реализации, толщина стенок лейнера (Фиг. 2) в днище 8, 9 составляет не меньше 1,5 толщины его стенки в цилиндрической части 10. Согласно ещё одному варианту реализации, толщина стенок лейнера в днище 11, 12 составляет не меньше 1,5 толщины его стенки в цилиндрической части 13.
Этап горячей деформации может быть оптимизирован по времени - так, согласно одному из вариантов реализации, горячую деформацию проводят одновременно с двух сторон заготовки 5.
Нагрев подвергаемых деформации частей цилиндрической заготовки (сварной трубы) может производиться любым известным способом . На деформируемые части цилиндрической заготовки (сварной трубы) перед процессом их горячей деформации при необходимости наносят смазку.
Примеры
По предлагаемому способу были изготовлены лейнеры (сосуды) следующего размера : диаметр 470 мм, длина 2650 мм.
Для оценки весовых характеристик лейнера определяли коэффициент тары - отношение массы лейнера к его гидравлическому объему в литрах. Также проводили гидравлические испытания лейнеров (сосудов) до разрушения с определением давления, при котором происходит разрушение, и рассчитывали показатели конструктивного совершенства (ПКС) лейнеров (сосудов) - отношение произведения давления разрушения и гидравлического объема лейнера к его массе. Чем меньше коэффициент тары, тем больше эффективность и экономичность лейнера. Чем выше давление, при котором происходит разрушение, тем выше ресурс и надежность работы сосуда (лейнера). Чем больше показатель конструктивного совершенства лейнера, тем больше потенциальная энергия каждого килограмма сосуда и выше его удельная прочность при растяжении.
Методика проведения гидравлических испытаний лейнера (сосуда) была следующей :
1. Гидравлические испытания проводили водой с температурой от + 5°С до + 40°С. 2. Давление в гидравлической магистрали испытательного стенда контролировали двумя манометрами (ГОСТ 2405-88) с классом точности не ниже 1,0.
3. Порядок проведения испытаний :
3.1. Помещали лейнер в камеру для проведения гидравлических испытаний.
3.2. Устанавливали на лейнер штуцер и заглушку.
3.3. Подключали штуцер к гидравлической магистрали испытательного стенда.
3.4. Лейнер наполняли водой с последующим удалением остатков воздуха из лейнера.
3.5. Создавали давление в гидравлической магистрали, необходимое для проведения испытаний . Скорость подъема давления в гидравлической магистрали не превышала 5 МПа/мин. При достижении расчетного давления разрушения (100 атм.) необходимо произвести остановку в нагружении длительностью 5-8 с, после чего провести дальнейшее нагружение лейнера до его разрушения.
3.6. Фиксировали величину давления разрушения, место и характер разрушения. Разрушение должно быть безосколочным, по цилиндрической части сосуда (лейнера). Для изготовления лейнеров по предлагаемому способу использовали листы из сплава 1561 системы Al-Mg-Mn (с содержанием основных легирующих элементов: Мд - 5.9%, Мп - 0.8 %).
Для сравнительного анализа были изготовлены три примера лейнера согласно предлагаемому изобретению.
В Примере 1 был использован лист толщиной 7 мм из сплава 1561, прошедший предварительную холодную деформацию растяжением со степенью 0,6%. Свертку в трубу проводили на трехроликовой листогибочной машине, затем проводили сварку трением с перемешиванием трубы по длине состыкованных кромок. Горячую деформацию сварной трубы с формированием лейнера проводили на специализированном оборудовании с нагревом деформируемых частей заготовки при температуре 520°С.
В Примере 2 был использован лист толщиной 6 мм из сплава 1561, предварительно прошедший холодную деформацию растяжением 4%. Изготовление трубы (свертку и сварку) проводили аналогичным примеру 1 способом. Горячую деформацию сварной трубы с формированием лейнера проводили на специализированном оборудовании с нагревом деформируемых частей заготовки при температуре 300°С. В Примере 3 был использован лист толщиной 5 мм из сплава 1561, прошедший предварительную холодную деформацию прокаткой со степенью 15%. Изготовление трубы (свертку и сварку) проводили аналогичным примеру 1 способом. Горячую деформацию сварной трубы с образованием лейнера проводили на специализированном оборудовании с нагревом деформируемых частей заготовки при температуре 230°С.
Кроме того, для сравнения были изготовлены :
- лейнер из цельной прессованной трубы, полученной согласно способу по RU 2382919 из сплава 1561. Диаметр трубы 470 мм, толщина стенки 10 мм;
- лейнер согласно US 20140027023. Для этих целей использовали лист толщиной 8 мм из сплава 1561. Проводили свертку и сварку трением с перемешиванием для получения сварной трубы. Формирование лейнера проводили холодной деформацией за два этапа с промежуточным отжигом при температуре 410°С и выдержкой 30 минут. Окончательную термическую обработку проводили при температуре 440°С, которая выше температуры рекристаллизации.
Результаты замеров и испытаний приведены в Таблице 1. Как видно из данных Таблицы 1, предлагаемый способ обеспечивает получение лейнеров (сосудов), имеющих на 12-35% более низкий коэффициент тары, в 1,5-2 раза более высокие показатели конструктивного совершенства (ПКС) лейнера (сосуда) и на 24-27% более высокие показатели давления, при которых происходит разрушение лейнера (сосуда).
Это позволяет в среднем на 20-25% снизить вес лейнера, а также повысить ресурс и надежность работы изделий по предлагаемому способу изготовления.
Таблица 1. Сравнительные характеристики известных из уровня техники изделий и изделию согласно предлагаемому изобретению
Figure imgf000013_0001
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Все приведенные в настоящем описании численные значения и примеры относятся к частным вариантам реализации предлагаемого изобретения . Специалисту понятно, что при вариации различных параметров и условий возможны различные численные значения. Однако в целом показатели прочности, металлоемкости, трудоемкости, предельного давления и другие, не приведенные здесь, характеризующие способ и изделие согласно формуле настоящего изобретения и обусловленные их особенностями, показывают явное преимущество, обеспечиваемое изобретением по сравнению с известными из уровня техники способами и изделиями.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ изготовления сосуда, включающий :
а) формирование трубы сверткой по меньшей мере одной плоской заготовки со стыковкой кромок,
б) сварку состыкованных кромок трением с перемешиванием и
в) деформацию по меньшей мере части сварной трубы с приданием этой трубе формы сосуда,
при этом в качестве плоской заготовки используют лист из термически неупрочняемого алюминиевого сплава, который предварительно подвергают холодной деформации со степенью остаточной деформации в интервале 0,5- 15%, а
указанная деформация по меньшей мере одной части сварной трубы является горячей деформацией при температуре 230-520°С.
2. Способ по п. 1, согласно которому в качестве термически
неупрочняемого алюминиевого сплава используют сплав на основе систем AI- Mn, Al-Mg или А1-Мд-Мп.
3. Способ по любому из пп. 1-2, согласно которому указанную по меньшей мере одну плоскую заготовку в виде листа из термически неупрочняемого алюминиевого сплава предварительно подвергают холодной деформации растяжением.
4. Способ по любому из пп. 1-3, согласно которому указанную по меньшей мере одну плоскую заготовку в виде листа из термически неупрочняемого алюминиевого сплава предварительно подвергают холодной деформации прокаткой.
5. Способ по любому из пп. 1-4, согласно которому указанную горячую деформацию при температуре 230-520°С ведут раскаткой, закаткой, прессованием, штамповкой или ротационной вытяжкой.
6. Способ по любому из пп. 1-5, согласно которому указанную горячую деформацию сварной трубы проводят одновременно с двух концов трубы.
7. Способ по любому из пп. 1-6, согласно которому после сварки проводят калибровку сварной трубы.
8. Способ по любому из пп. 1-7, согласно которому после сварки проводят зачистку и/или шлифовку сварного шва.
9. Сосуд, изготовленный согласно способу по любому из пп. 1-8.
10. Сосуд по п. 9, который имеет одно гладкое днище, а другое днище с горловиной.
11. Сосуд по любому из пп. 9-10, который имеет два днища с горловиной.
12. Сосуд по любому из пп. 9-11, толщина стенок которого в днище составляет не меньше 1,5 толщины его стенок в цилиндрической части.
PCT/RU2018/050010 2017-02-15 2018-02-08 Сосуд из термически неупрочняемого алюминиевого сплава и способ его изготовления WO2018151630A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880025032.3A CN110520668B (zh) 2017-02-15 2018-02-08 不可热处理铝合金容器及其制造方法
EP18753958.0A EP3584492A4 (en) 2017-02-15 2018-02-08 THERMALLY NON-HARDENING ALUMINUM ALLOY CONTAINER AND PRODUCTION PROCESS
US16/486,270 US11644151B2 (en) 2017-02-15 2018-02-08 Vessel made of thermally non-hardenable aluminum alloy and method for the production thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201700164A EA029501B1 (ru) 2017-02-15 2017-02-15 Сосуд из термически неупрочняемого алюминиевого сплава и способ его изготовления
EA201700164 2017-02-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018151630A1 true WO2018151630A1 (ru) 2018-08-23

Family

ID=61837342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/050010 WO2018151630A1 (ru) 2017-02-15 2018-02-08 Сосуд из термически неупрочняемого алюминиевого сплава и способ его изготовления

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11644151B2 (ru)
EP (1) EP3584492A4 (ru)
CN (1) CN110520668B (ru)
EA (1) EA029501B1 (ru)
WO (1) WO2018151630A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110306132A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 江苏理工学院 一种提高2a14铝合金板材综合力学性能的塑性加工方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114643461B (zh) * 2022-04-12 2022-09-09 绍兴杨鑫金属制品有限公司 一种采用焊接后多次拉伸扩涨成型的纱罐制造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2052533C1 (ru) * 1991-07-25 1996-01-20 Ульяновский политехнический институт Способ термомеханической обработки тонкого листа из алюминиевых сплавов, содержащих литий
RU104875U1 (ru) * 2011-02-21 2011-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "РИФ" технологии" БАЛЛОН, РАБОТАЮЩИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ОТ 100 ДО 200 кгс/см2
RU2429930C1 (ru) 2010-03-18 2011-09-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Маштест" Способ изготовления лейнера и лейнер из алюминиевого сплава
US20140027023A1 (en) 2007-05-11 2014-01-30 Luxfer Group Limited Method for manufacturing tanks
RU2510784C1 (ru) 2012-11-01 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" Способ изготовления сварных сосудов высокого давления
RU2576286C2 (ru) * 2014-05-19 2016-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Сплав на основе алюминия

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0940476A (ja) 1995-05-22 1997-02-10 Ngk Spark Plug Co Ltd アルミニウム合金部材とセラミックス部材との接合体
JPH0996399A (ja) 1995-07-25 1997-04-08 Toyoda Gosei Co Ltd 圧力容器
RU2183299C2 (ru) 2000-08-25 2002-06-10 Виктор Владимирович Сергеев Газовый баллон
JP2007090374A (ja) 2005-09-28 2007-04-12 Hitachi Ltd 円筒状部材の接合構造及びその接合方法
JP4940229B2 (ja) 2006-03-28 2012-05-30 昭和電工株式会社 ライナ構成部材の製造方法
RU87492U1 (ru) * 2009-05-08 2009-10-10 Олег Станиславович Клюнин Баллон высокого давления (варианты)
CN201446947U (zh) 2009-06-23 2010-05-05 山东重橡汽车部件有限公司 机动车制动助力圆柱式铝合金真空罐
US8728389B2 (en) 2009-09-01 2014-05-20 United Technologies Corporation Fabrication of L12 aluminum alloy tanks and other vessels by roll forming, spin forming, and friction stir welding
US9249483B2 (en) 2010-03-18 2016-02-02 Kobe Steel, Ltd. Aluminum alloy material for storage container for high-pressure hydrogen gas
CN101975272A (zh) 2010-09-29 2011-02-16 沈阳斯林达安科新技术有限公司 铝合金无缝内胆及其生产工艺
CN104271289A (zh) * 2012-03-07 2015-01-07 美铝公司 含有镁、硅、锰、铁和铜的改良铝合金及其制备方法
JP5925667B2 (ja) 2012-11-19 2016-05-25 株式会社神戸製鋼所 高圧水素ガス容器用アルミニウム合金材とその製造方法
AU2015202303A1 (en) 2015-05-01 2016-11-17 Illinois Tool Works Inc. Aluminum welding filler metal, casting and wrought metal alloy

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2052533C1 (ru) * 1991-07-25 1996-01-20 Ульяновский политехнический институт Способ термомеханической обработки тонкого листа из алюминиевых сплавов, содержащих литий
US20140027023A1 (en) 2007-05-11 2014-01-30 Luxfer Group Limited Method for manufacturing tanks
RU2429930C1 (ru) 2010-03-18 2011-09-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Маштест" Способ изготовления лейнера и лейнер из алюминиевого сплава
RU104875U1 (ru) * 2011-02-21 2011-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "РИФ" технологии" БАЛЛОН, РАБОТАЮЩИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ОТ 100 ДО 200 кгс/см2
RU2510784C1 (ru) 2012-11-01 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" Способ изготовления сварных сосудов высокого давления
RU2576286C2 (ru) * 2014-05-19 2016-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Сплав на основе алюминия

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3584492A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110306132A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 江苏理工学院 一种提高2a14铝合金板材综合力学性能的塑性加工方法
CN110306132B (zh) * 2019-06-28 2021-05-18 江苏理工学院 一种提高2a14铝合金板材综合力学性能的塑性加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3584492A4 (en) 2021-03-17
EA201700164A1 (ru) 2018-03-30
CN110520668B (zh) 2022-01-25
EP3584492A1 (en) 2019-12-25
US11644151B2 (en) 2023-05-09
US20210239271A1 (en) 2021-08-05
EA029501B1 (ru) 2018-04-30
CN110520668A (zh) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2008249760B2 (en) Method for manufacturing tanks
Yuan Modern hydroforming technology
WO2018151630A1 (ru) Сосуд из термически неупрочняемого алюминиевого сплава и способ его изготовления
AU706537B2 (en) Treating pressure vessels
Wu et al. Loading path and microstructure study of Ti-3Al-2.5 V tubular components within hot gas forming at 800 C
EP0916420B1 (en) Method of fabricating metal pipe from weldable and ductile metals
RU87492U1 (ru) Баллон высокого давления (варианты)
JP2003340518A (ja) 圧潰強度に優れたｕｏｅ鋼管の製造方法
JP2003340519A (ja) 圧潰強度に優れたｕｏｅ鋼管
Ashtiani et al. Experimental and Numerical Investigation on the Heat Treatment Effects of AA6063 Aluminum Alloy Tubes during Rotary Draw Bending
RU2699701C1 (ru) Способ изготовления баллонов высокого давления
US2931744A (en) Method of grain refining centrifugal castings
JP3854476B2 (ja) バースト特性に優れた高強度鋼管の製造方法
US20070181235A1 (en) Article made of a magnesium alloy tube
US10518312B1 (en) Products manufactured by autofrettage
EP3401131A1 (en) Method for producing profiles for leaf springs
RU2758470C2 (ru) Баллон высокого давления (варианты) и способ его изготовления (варианты)
EP1025919B1 (en) Method for producing multilayer thin-walled bellows
JPH09239569A (ja) 高圧容器及びその製作方法
Mulvaney et al. Flow Formability of Aluminum Alloys for Aerospace Integrally Stiffened Cylinders
WO2022102479A1 (ja) ねじ付き鋼管およびその製造方法
Asnafi et al. Automotive tube bending and tubular hydroforming with extruded aluminium profiles
JPH1080715A (ja) 冷間加工のままで使用される鋼管の製造方法
Anderson et al. PAPER 3: INCREASING THE HYDROFORMABILITY OF STAINLESS STEEL 321 BY MULTISTEP PROCESSING
JP2002120024A (ja) ハイドロフォ−ム加工性に優れた電縫鋼管

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18753958

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018753958

Country of ref document: EP

Effective date: 20190916