[发明专利]一种钛合金气瓶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钛合金气瓶及其制备方法，属于钛合金加工技术领域。本发明采用第一热处理、模锻成型和第二热处理的方式制备钛合金封头，采用第三热处理、斜轧穿孔、热轧和第四热处理的方式制备钛合金管材，再将钛合金封头与钛合金管材进行摩擦焊接，得到钛合金气瓶。本发明采用第一热处理、模锻成型和第二热处理的方式，能够保证钛合金气瓶封头的强度；本发明采用第三热处理、斜轧穿孔、热轧和第四热处理的方式制备钛合金管材，能够保证钛合金气瓶基体的强度。本发明采用摩擦焊接的方式，能够增强焊缝的强度，所得焊缝质量与母材相当。同时，本发明提供的方法操作难度低、成材率高、成本低，尤其适用于大规格钛合金气瓶的制备。

技术领域

本发明涉及钛合金加工技术领域，尤其涉及一种钛合金气瓶及其制备方法。

背景技术

钛合金因其具有低密度、高比强、耐高温、耐腐蚀、无磁性、生物相容性好等优异的综合性能，在航空、航天、航海、石油、化工、医疗等领域得到广泛的应用。以往飞行器、潜艇用高压气瓶为钢制，但由于传统飞行器、潜艇上使用的气瓶一般体积较大，直径较大，采用钢材制作，重量也比较大，不能满足减重的要求。随着科技的进步，钛合金因其特殊的优势开始进入飞行器、潜艇用气瓶领域。

目前钛及钛合金气瓶的制造方法主要有：1)板材卷焊+冷旋压+电子束焊接；2)将管材两端收口旋压制备整体气瓶；3)反挤压制粗管坯+精锻拔管+旋压制备管件+热旋压收口；4)锻造成型管材段和封头端+电子束或激光焊接。方法1)存在两方面问题，首先，冷旋压难度大；其次，电子束焊接焊缝处为铸态组织，与基体组织差异大，导致焊缝强度低。方法2)管材两端收口旋压制备整体气瓶，这种方法对于低强钛合金薄壁管材难度低，但对于高强或厚壁管材的成型来说难度非常大。方法3)管材制备过程复杂，采用热旋压工艺对于厚壁管材的收口，需要大型强力的旋压设备。方法4)采用锻造成型成材率低，且电子束或激光焊接为熔融焊接，焊接过程中可能会出现夹杂、孔洞等缺陷，且所得钛合金焊缝组织为粗大的β晶粒，其力学性能及组织与母材有明显差异。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种钛合金气瓶及其制备方法。本发明提供的制备方法简单，操作难度低，成材率高，且所得钛合金气瓶的焊缝强度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钛合金气瓶的制备方法，包括以下步骤：

(1)对钛合金棒坯依次进行第一加热、模锻成型和第一热处理，得到钛合金封头；所述钛合金封头为一端开口的圆管，所述圆管设有开口端和封口端；

(2)对钛合金棒材依次进行第二加热、斜轧穿孔、热轧和第二热处理，得到钛合金管材；所述钛合金管材的壁厚和外径与所述钛合金封头的开口端的壁厚和外径相同；

(3)将钛合金封头和钛合金管材按照“第一钛合金封头、钛合金管材、第二钛合金封头”的顺序进行摩擦焊接，得到钛合金气瓶；

所述步骤(1)和步骤(2)之间没有时间顺序的限制。

优选的，所述步骤(3)中摩擦焊接的参数包括：

主轴转速为650～1000rpm；

摩擦压力为5.0～20.0MPa；

摩擦加压时间为2.0～5.0s；

摩擦变形量为5.0～10.0mm；

顶锻压力为10～30.0MPa；

顶锻加压时间为1.0～3.0s；

总变形量为8.0～13.0mm。

优选的，所述钛合金封头的圆管的长度为100～150mm。