[发明专利]一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法

权利要求书

1.一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法，其特征在于：其预先采用弹性失效准则作为钛合金高压气瓶的设计准则进行计算40Mpa气瓶的钛合金TC4的壁厚为25mm～35mm，在制作过程中采用软包套保温锻造技术使锻件毛坯从50mm壁厚减少到25mm～35mm壁厚，分别独立制作半成品管材段、半成品封头端，最后将锻造成型的半成品管材段、半成品封头端进行封头锻焊；

经过两火次组织准备镦拔变形和管坯预制的锻造过程，最后一火采用软包套保温锻造技术锻出半成品，通过软包套包覆于TC4坯表面、并立即进行锻造；

软包套的材质具体为绝热棉，绝热面通过粘贴方式快速包覆于管坯的外表面；

保温锻造时，使得热塑性窗口控制在温差不大于30℃，所述热塑性窗口具体为TC4坯出炉至锻造完毕；

控制TC4坯的锻造处于良好塑性的两相区温度范围内，并大幅度降低钛坯表层的温度梯度，充分弱化钛坯表层的热应力状态，从而充分弱化钛坯表面裂纹的产生；

长时间保持两相区变形温度，使可锻时间充分延长，保证了薄壁管件壁厚最小化的变形时间；

封头锻焊过程中，半成品封头段和管材段均开V型坡口，坡口角度30°～45°，然后采用单面焊双面成型工艺进行焊接，得到钛及钛合金高压气瓶毛坯，之后对钛合金高压气瓶毛坯的环形焊缝部位局部加热，加热温度控制在850℃～970℃之间，然后采用镦锻工艺对钛及钛合金高压气瓶毛坯的焊缝以及焊接热影响区进行镦锻，使焊缝部位被挤压，并保证焊缝处变形量大于50％；

气瓶的壁厚计算过程采用弹性失效准则作为钛合金高压气瓶的设计准则，钛合金高压气瓶属于厚壁容器，K 为容器外径D₀与内径D_i之比， K≥1.2 ，钛合金高压气瓶壁厚的设计采用为中径公式，中径公式是以筒体平均直径处的周向应力作为相当应力， 并将此应力限制在材料的许用应力以内， 即周向应力 ，并考虑到实际筒体总存在焊缝而必须引入焊缝系数，从设计角度出发， 由壳体理论所求出的计算壁厚引入壁厚附加量， 则瓶体壁厚设计公式

式中： t 壁厚；

p 工作压力；

D 为气瓶外径；

D₀=D-t；

材料的许用应力；

C 材料的裕度；

ϕ 焊缝系数， 假定焊接过程中不产生缺陷， ϕ 取 1，最终带入各项参数获得瓶体壁厚的安全厚度为25mm～35mm。

2.如权利要求1所述的一种40MPa超高压气瓶用钛合金管材成型方法，其特征在于，其具体制造工艺流程如下：确定工艺方案--下料—常规制坯—保温拔长锻造成管坯—机械加工—金相检查-锻焊技术制成气瓶--试验报告---技术分析，在保温拔长锻造成管坯的过程中分别采用保温锻造技术使锻件毛坯从50mm壁厚减少到25mm～35mm壁厚，分别独立制作半成品管材段、半成品封头端，然后将半成品管材段、半成品封头端通过机械加工形成预设尺寸，之后经过金相检查确定合格后，将半成品管材段、半成品封头端通过锻焊结束制成气瓶。