[发明专利]大容积全缠绕高压储氢容器的加工工艺

权利要求书

1.一种大容积全缠绕高压储氢容器的加工工艺，包括内胆旋压、均质处理、缠绕固化复合增强壳层在内的工艺步骤，其特征在于具体的工艺参数包括：

①选用壁厚为15～25mm、设计水容积不小于550L的优质铬钼钢热轧成型的无缝钢管为基材；

②按照下述工艺参数对合格的基材进行双端缩口加工内胆：

2.1、将基材的收口段加热到1000～1180℃；

2.2、旋压封头和聚料头：对所述收口段进行补热，用旋压机主轴卡爪夹紧无缝钢管坯料外壁，并以180～220r/min的转速旋转，同时将旋轮的工作面靠近无缝钢管坯料收口段外壁、对其进行7～8道次半球形旋压；每道次中，模座沿无缝钢管坯料轴向进给后，旋轮臂带动旋轮按照圆弧轨迹从无缝钢管坯料轴线垂直位置起始、以0.10～0.14rad/s的速度摆动设计角度，再按照相同的轨迹以0.25～0.35rad/s的转速回位；其中，第1～3道次旋轮臂摆动的角度为45～55°，其后各道次中，旋轮臂摆动的角度依次增加4～8°，最后一次摆动的角度为60～82°，形成半球形封头圆滑外延一聚料头的结构；

2.3、聚料头增厚：继续补热使收口段温度保持在950～1180℃，旋轮臂带动旋轮按照圆弧轨迹以0.10～0.14rad/s的速度进行5～6道次旋压，每道次步进量与收口段壁厚的比值为0.74～0.52：1，聚料头的壁厚逐次增加为无缝钢管坯料壁厚的1.3～2.5倍；

2.4、将旋轮臂首先摆动0.1～0.5rad，然后模座沿无缝钢管坯料轴线方向的进给、同时旋轮臂带动旋轮摆动旋压，经2～3道次形成椭球形瓶肩(2-2)圆滑外延一直段瓶颈(2-3)的结构；

2.5、将步骤2.4中的瓶颈(2-3)平头、磨削去除瓶肩(2-2)内外壁上可能出现的褶皱、抛丸处理；

③内胆热处理：将内胆加热至935～965℃，保温时间60～100min后出炉淬火，完成淬火后立即进行回火处理，回火加热温度为620～690℃，保温时间40～80min，出炉后在空气中自然冷却；

④对瓶颈(2-3)内、外壁分别加工螺纹，然后进行二次抛丸处理；

⑤在内胆的瓶颈(2-3)、瓶肩(2-2)和瓶身(2-1)缠绕固化纤维增强壳层；

⑥缠绕容器固化后进行自紧、水压试验，外表面进行喷漆处理，进行充氮保护，保压0.1-0.2MPa。

2.根据权利要求1所述的大容积全缠绕高压储氢容器的加工工艺，其特征在于所述缠绕固化包括对于瓶颈(2-3)、瓶肩(2-2)、瓶身(2-1)三部位分别借助热固性树脂实现高强纤维的包络、固化的形成复合结构的工艺，工艺步骤包括：

5.1、钢内胆外表面处理：包括除油、净化、防腐处理；

5.2、在钢内胆外表面上制作隔离内层：

经树脂浸渍、并经压轧处理的玻璃纤维束，从瓶左端口处沿轴向螺旋往复式环绕在瓶左端口、瓶左肩、瓶身部、瓶右肩、瓶右端口之间，形成厚度为2～6mm玻璃纤维隔离层(3-1)；

5.3、在玻璃纤维隔离层(3-1)上分段处理制作碳纤维强力复合层：

5.3.1左、右端口强化复合层制作：经浸渍树脂、和压轧成片状的碳纤维束，在瓶左端口设计好的区域往复式螺旋缠绕、形成厚度为5～20mm厚度的左端口强力复合层(3-2-1)，左端口强力复合层(3-2-1)端面距离瓶左肩5-15mm形成变向方位槽(3-2-3)；借助变向方位槽(3-2-3)将碳纤维束导引至瓶右端口；用同样的步骤对称绕制对称位置上的右端口强力复合层(3-2-2)；

5.3.2左、右瓶肩强化复合层预制作：借助变向方位槽(3-2-3)的转向设定碳纤维束的缠绕螺旋角变化增量实现左、右端口之间的往复式缠绕，达到对左、右瓶肩的全覆盖、并使所形成的左、右瓶肩强化复合层(3-2-4、3-2-5)的厚度达到设计厚度的70％-85％；

5.3.3瓶身强化复合层的制作：借助于变向方位槽(3-2-3)实现瓶身端头处反绕螺旋角的设定，在整个瓶身范围实现螺旋角为48-65°的往复式缠绕，在形成瓶身强化复合层(3-2-6)设计厚度的同时实现对左、右瓶肩强化复合层(3-2-4、3-2-5)的加厚；

5.3.4在强力碳纤维复合层外表面上制作保护层：经树脂浸渍、并经压轧处理的玻璃纤维束，从瓶左端口处沿轴向螺旋往复式环绕在瓶左端口、瓶左肩、瓶身部、瓶右肩、瓶右端口之间，形成厚度为4～10mm玻璃纤维保护层(3-3)；

5.3.5将缠绕好复合层的钢内胆置入固化炉中烘干、固化，整形处理。