[发明专利]一种环形钛合金高压气瓶制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金制品制造技术，特别是一种环形钛合金高压气瓶制造方法。

背景技术

环形气瓶是用于航空航天的一种气体储存装置，有别于常规球形和筒形气瓶，本发明中所述的环形气瓶为一种非标形状气瓶，存储气体为氮气。工作压力为66MPa，外形为半环形结构，配置有瓶头、瓶尾及进排气装置等。

随着航空工业的进步，制造设备日趋精细化，由于受使用空间的限制，往往对该种气瓶在设备上的空间要求很严，即要保证气瓶整体的强度，又要保证其装配精度和储气量，这种形式的气瓶其制造难度可想而知。根据文献检索结果来看，该种非标形式的气瓶多数研究还处于模拟仿真阶段，对于实际制造技术未见相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种环形钛合金高压气瓶制造方法。

本发明进一步解决的技术问题是提供的一种环形钛合金高压气瓶制造方法可以通过合理的工艺和工序安排，使用常规的加工、焊接设备实现航空高精密压力容器的制造，减少设备投入，简化繁杂工序，减少成本，能够适用于非标形状钛合金气瓶的制造。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种环形钛合金高压气瓶制造方法，所述的环形钛合金高压气瓶为一种非标形状气瓶，气瓶材料为TC4钛合金，瓶体外形为半环形结构，配置有瓶头、瓶尾及进排气装置，其特征在于制造方法包括：

(1)材料固溶处理：对TC4合金材料进行真空固溶处理，具体的处理方法是：先进行固溶处理，即940～960℃，保温30分钟，水淬。这是由于气瓶的设计中对材料要求为固溶时效处理的TC4合金，因而必须进行处理，但是为了避免后续的焊接工序会使材料局部受热而导致材料性能变化，因而采用了分为两个部分，即先进行固溶处理，然后进行焊接工序，焊接完成后再进行时效处理。

(2)气瓶内外环加工：采用整圆环加工出符合要求的内外圆环；

(3)瓶体焊接：使用常规的钛合金氩弧焊技术，内外圆环焊接成瓶体，焊接过程中，焊缝及热影响区应始终处于氩气保护氛围中；

(4)采用线切割的方法将内外圆环焊接成的瓶体分成两个半圆；

(5)在焊接之后整体加工去除焊缝余高；

(6)瓶头加工：采用常规工艺加工出合适尺寸的瓶头，例如可以采用整圆环数控车加工出六边形外形，然后进行线切割分割，车床平断面，加工螺纹孔，然后采用计算机数控车床加工出相应的半球中空部分；

(7)瓶尾、转接块加工：采用常规工艺加工出合适尺寸的瓶尾、转接块；例如，瓶尾、转接块可以采用棒料加工，首先进行钻孔、加工螺纹，然后采用数控车床整体加工得到合格产品；

(8)瓶头、瓶尾与瓶体焊接：使用氩弧焊技术将瓶头、瓶尾与瓶体焊接；

(9)瓶头排气嘴与瓶头焊接、转接块排气嘴和转接块焊接：使用Ti-Zr系钎料在真空炉中完成焊接过程；

(10)真空时效处理：最后整体进行真空时效处理，处理过程为940±10℃，保温120分钟，随炉冷却。

本发明的一种环形钛合金高压气瓶制造方法，其优选的技术方案可以是：所述的气瓶内外环加工的具体方法是使用整块的圆形TC4合金材料，车加工出符合尺寸要求的内外半圆环，瓶体内部中空部分精加工到需要的尺寸；在内外圆环的厚度方向上整体预留2mm加工余量，以保证焊接后，可以通过加工去除焊接过程的高温对材料表面性能的影响，并得到需要得尺寸和表面光洁度。

本发明的一种环形钛合金高压气瓶制造方法，其优选的技术方案还可以是：所述的瓶体焊接工序使用瓶体焊接保护工装，瓶体焊接工装为一个由上圆盘和下圆盘两部分组成的圆盘结构，上下圆盘上就对应布置半圆环的沟槽，上下沟槽配合可以容纳气瓶内外环进行焊接，将上下圆盘使用螺栓锁紧，可以将整个圆环包住，并保证圆环的定位，在下圆盘一侧开有通气孔，在焊接时内部充氩气对焊接部位进行保护。上述技术方案进一步优选的技术方案是：所述的瓶体焊接保护工装采用紫铜制造，可以使导热性能好。

本发明的一种环形钛合金高压气瓶制造方法，其优选的技术方案还可以是：所述的瓶尾焊接工序使用瓶尾工装，瓶尾工装由螺柱和底座两部分组成，底座上有容纳瓶尾的中空半球部位，通过螺柱与瓶尾相连接，并在螺柱上开有通气孔，在焊接时对内部充氩气进行气体保护。上述技术方案进一步优选的技术方案是：所述的瓶尾工装采用紫铜制造。

本发明的一种环形钛合金高压气瓶制造方法，所述的氩气纯度不低于99.9％。