大型超高压气瓶内胆及其制造方法与流程

本发明属于高压容器技术领域，具体涉及一种大型超高压气瓶内胆及其制造方法。

背景技术：

随着氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化,氢源技术及氢能基础设施的研究和建设已引起发达国家的高度关注。安全经济的氢气储运技术是氢能利用推向实用化、产业化的关键。使用压力达到35-70mpa超高压气瓶高压储氢是最常用和最直接的储氢方式。高压储氢可在常温下使用,通过阀门的调节就可以直接将氢气释放出来,具有储氢气瓶结构简单、压缩氢气制备的能耗较少、充装速度快等优点，已成为现阶段氢能储运的主要方式。目前采用35-70mp超高压气瓶储运和使用压缩氢气是这些气体从主管路输送到用气点、加气站等地的主要方式。

目前，铝合金内胆碳纤维全缠绕超高压气瓶具有众多优点，采用铝合金内胆高压复合氢气瓶具有以下优点：

(1)气瓶重量轻、刚性好、强度高，同等性能下材料厚度仅为钢瓶的50％-70％，且密度更低，因而其重量仅为传统钢瓶的35％-40％；

(2)金属材料的疲劳破坏通常是没有明显预兆的突发性破坏，而复合材料中的增强物与基体的结合既能有效地传递载荷，又能阻止裂纹的扩展，提高了气瓶的断裂韧性；

(3)复合材料中的大量增强纤维使得材料过载而少数纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使整个气瓶在短期内不至于失去承载能力；

(4)复合材料气瓶在受到撞击或高速冲击发生破坏时不会产生具有危险性的碎片，从而减少或避免了对人员的伤害；

(5)无需特殊处理就能满足耐腐蚀的要求；

(6)与无缝钢质气瓶需要的复杂工序相比，纤维缠绕工艺更加灵活，容易变换，工序更为简化，也容易实现自动化，且能耗远远低于钢质气瓶的生产过程；

(7)纤维缠绕为超高压提供了便捷、可靠的技术方案，是实现70mpa超高压储氢的最有效方案。

例如，外径φ300-φ850mm、长度5-13m的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶主要用作大型氢气运输槽车用储运气瓶、加气站储运气瓶、运输船储运气瓶等大容积高压储运气瓶。

但是受材料生产以及技术能力的限制，我国目前还未能生产长度大于5m的铝合金内胆碳纤维全缠绕超高压气瓶，其核心问题就是铝合金内胆无法制造。

在上述背景下，为了大幅提高天然气、氢气、工业高纯气体槽车的储运能力，为了进一步掌握具有自主产权的大型压缩天然气、氢气和混合燃气等储运装置的关键技术及产品，迫切的需要开发具有直径大、长度长、质量轻、高可靠等特性的大型超高压气瓶内胆产品。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种大型超高压气瓶内胆及其制造方法。以至少解决目前超高压气瓶容积小，质量过重，可靠性差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型超高压气瓶内胆，超高压气瓶内胆为一端封底、另一端收口成型封头及瓶口的一体式无缝结构的铝合金内胆，包括封底、直筒段、封头和瓶口，所述封底和封头分别位于所述直筒段的两端，所述瓶口位于所述封头上；所述大型超高压气瓶内胆的长度为5-13m，所述直筒段的公称外径为ф300-ф850mm，所述超高压气瓶的额定压力为35-70mpa。

如上所述的大型超高压气瓶内胆，优选，所述直筒段的壁厚为3-10mm，所述直筒段的整体直线度不大于0.3mm/m；

优选地，所述直筒段的壁厚的公差小于等于±0.1mm；

再优选地，所述直筒段任意直线段位置局部直线度不大于0.3mm/300mm；

再优选地，所述直筒段整体直线度不大于2mm/全长；

再优选地，所述直筒段任意位置的圆度不大于0.3mm；

再优选地，所述直筒段的内表面粗糙度小于ra0.8μm，所述直筒段的外表面粗糙度小于ra3.2μm。

如上所述的大型超高压气瓶内胆，优选，所述封头的结构类型为椭球型封头、碟型封头或半球型封头，所述封底的结构类型与所述封头的结构类型相同，所述封头的厚度由边缘向瓶口部位均匀渐变增厚，所述封底的厚度由边缘向封底的中心均匀渐变增厚；

优选地，所述封头的厚度由边缘的5-8mm向瓶口部位的10-15mm均匀渐变增厚；

再优选地，所述封底的厚度由边缘的5-8mm向封底的中心的10-20mm均匀渐变增厚。

如上任一项所述的大型超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述制造方法包括如下步骤：

s1，带封底坯料整体反挤压成型；

s2，铝合金内胆旋压管制备；

s3，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修复，对步骤s2中制备的铝合金内胆旋压管的封底及直筒段进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的可修复缺陷进行修复；

s4，封头和瓶口的旋压成型；

s5，瓶口中心孔的加工；

s6，曲面探伤；

s7，曲面内表面修磨；

s8，热处理；

s9，内胆清洗；

s10，成品检验，对步骤s9中获得的超高压气瓶内胆进行检验，得到超高压气瓶内胆的成品；

s11，涂覆，对步骤s10中的到的超高压气瓶内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件；

s12，对步骤s11得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行瓶口内径、瓶口外径和瓶口内螺纹、瓶口外螺纹的精密加工。

如上所述的大型超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述步骤s1：采用加热反挤压工艺结合车削、镗削工艺，制得由封底和一端开口的直筒段构成的无缝管材；具体包括如下步骤：

s1a，铝锭加热，将待挤压铝锭预热至200-400℃；

s1b，模具加热，将挤压外模具和内挤压杆均预热至200-400℃；

s1c，挤压成型，将铝锭放置在挤压模具内，在持续加热保温下，通过多次挤压将坯料制成带有封底的预制管坯；

s1d，采用车削方法加工预制管坯的外表面至旋压坯料所需尺寸；

s1e，采用镗削方法，加工预制管坯的内表面至旋压坯料所需尺寸，制得由封底和一端开口的直筒段构成的无缝管材；

优选地，在步骤s1a中，铝锭采用加热炉预热；

再优选地，在步骤s1c和步骤s1d中，封底部位直接加工至产品所需尺寸；

再优选地，所述步骤s1d-s1e中封底部位和直筒段内表面加工表面粗糙度不得高于ra1.6；

再优选地，所述步骤s1b-s1d中的加热采用氧气、丙烷/lng进行燃烧喷焰加热。

如上所述的大型超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述加热反挤压设备为挤压力不小于6000吨的立式挤压机；挤压外模具带有封底，内挤压杆的长度为1.6-1.7m；

优选地，所述外模具的封底形状与超高压气瓶内胆的封底形状相同，但在厚度方向预留5-10mm的余量；

再优选地，所述加热反挤压设备的类型为数控油压机。

如上所述的大型超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述步骤s2为：采用超长筒体张力旋压设备对步骤s1制得的无缝管材的直筒段进行多道次张力外旋压成形处理，得到铝合金内胆旋压管；具体包括如下步骤：

s21，铝合金内胆旋压管直筒段的旋压成型，采用超长筒体张力旋压设备以张力三旋轮错距正旋旋压方法对步骤s1制得的无缝管材的直筒段进行3-5次旋压过程，得到旋压件a；旋压时采用1-2m长的浮动芯模进行旋压辅助加工；

s22，铝合金内胆旋压管的定长加工，对步骤s21中得到的旋压件a进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；

s23，铝合金内胆旋压管的清洗，采用超长清洗机对步骤s22中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；

优选地，所述步骤s21中的张力三轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6-12mm；

再优选地，所述步骤s23中的超长清洗机为旋转喷淋清洗机或超声清洗机；

再优选地，所述一端封底铝合金内胆旋压管的清洗采用加热30-45℃中性清洗剂完成；

再优选地，所述一端封底铝合金内胆旋压管清洗后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍。

如上所述的大型超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述步骤s21中旋压件a的旋压制造过程中，采用牵引力牵引无缝管材的封底端，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；所述牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；封底端的轴向固定在牵引机构上，确保封底端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。

如上所述的大型超高压气瓶内胆的制造方法，优选，所述步骤s4为：采用加热收口旋压机对所述铝合金内胆旋压管的开口处进行封头和瓶口的旋压成型，得到旋压成型件b；具体包括如下步骤：

s41，装夹，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹；

s42，加热，对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处加热至180-390℃；

s43，封头及瓶口的成型旋压，采用单侧x直线、z直线和旋转三向插补式收口旋压机对步骤s42中加热的铝合金内胆旋压管进行多道次收口旋压，得到旋压成型件b；

优选的，所述步骤s42中的加热采用氧气、丙烷/lng进行燃烧喷焰加热。

如上所述的大型超高压气瓶内胆的制造方法，优选，在大型超高压气瓶内胆的制造方法中：

s5，瓶口中心孔的加工，对步骤s4中得到的旋压成型件b进行瓶口中心孔的机加工，得到旋压成型件c；

s6，曲面探伤，对步骤s5中得到的旋压成型件c进行收口质量探伤，检验封头位置是否有橘皮、折叠的加工缺陷；

s7，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用封头内表面修磨机床对步骤s6中发现的封头内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件c；

s8，热处理，对步骤s7中得到的旋压成型件c进行t6工艺处理，得到超高压气瓶内胆；

s9，内胆清洗，采用卧式气瓶内胆清洗机对步骤s8中得到的超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除加工污染物；

其中，优选地，所述步骤s8包括如下步骤：

s81，装夹，采用3-5个分瓣式专用热处理工装等距离装夹步骤s7中得到的旋压成型件c；

s82，淬火处理，将步骤s81中装夹的旋压成型件c放入淬火炉进行淬火处理，将旋压成型件c加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温2-4小时，接着将旋压成型件c进行淬火；

s83，时效处理，将淬火后的旋压成型件c转移至时效炉进行时效处理，最后在160-200℃环境中保温6-10小时，制得超高压气瓶内胆；

优选地，所述淬火和时效采用卧式连续淬火、时效炉进行热处理。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的大型超高压气瓶内胆的制造方法，总体采用旋压的加工方法，产品加工精度高，整体无焊缝，表面质量控制严格，满足超高压气瓶内胆的要求。并且，制备工艺简单，操作方便，能耗低，污染小，整个制作过程中原材料的损耗比较少，节约了原材料成本。本发明的制造方法加工出来的大型超高压气瓶内胆，公称外径为φ300-φ850mm，缠绕后容积和可承受的压力均远高于现有的标准铝合金内胆；长度为5-13m，直筒段的壁厚为3-10mm，具有尺寸超大、可靠性高、壁薄、质量轻的特点；其材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐高压特性。在现有技术中很难生产长度尺寸大于5米的超高压气瓶内胆，本发明的加工方法，对制得的半成品进行表面缺陷的自动视觉检查及修复，确保制得的铝合金内胆任意位置表面无深度大于0.03mm的划伤，内表面光洁度达到ra0.8μm，对铝合金气瓶的承压具有重要的意义，在加工的过程中，为了满足氢的小分子超高密封需求，在铝合金气瓶内胆进行碳纤维缠绕以后，再进行瓶口内、外径和内、外螺纹的精密加工，以保证瓶口型面不会在热处理等工序氧化、损伤，且加工表面达到超高精度和光洁度要求，对大型超高压气瓶内胆的制造具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例中大型超高压气瓶内胆的结构示意图；

图2为本发明实施例中大型超高压气瓶内胆的制造方法流程图。

图中：1、封底；2、直筒段；3、封头；4、瓶口。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供一种大型超高压气瓶内胆，大型超高压气瓶内胆由圆形的或者方形的板坯通过本制造方法加工而成；如图1所示，超高压气瓶内胆为一端封底1、另一端收口成型封头3及瓶口4的一体式无缝结构的铝合金内胆，包括封底1、直筒段2、封头3和瓶口4，封底1和封头3分别位于直筒段2的两端，瓶口4位于封头3上。封头3的结构类型为椭球型封头3、碟型封头3或半球型封头3，封底1的结构类型与封头3的结构类型相同，在本发明的实施例中，封底1和封头3的结构类型为椭球型；大型超高压气瓶内胆的长度为5-13m(例如5.5m、6m、6.5m、7m、7.5m、8m、8.5m、9m、9.5m、10m、10.5m、11m、11.5m、12m、12.5m)，直筒段2的公称外径为ф300-ф850mm(例如ф350mm、ф400mm、ф450mm、ф500mm、ф550mm、ф600mm、ф650mm、ф700mm、ф750mm、ф800mm)，直筒段2的壁厚为3-10mm(例如3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm)，直筒段2的整体直线度不大于0.3mm/m；直筒段2的壁厚的公差小于等于±0.1mm；直筒段2任意直线段位置局部直线度不大于0.3mm/300mm；直筒段2任意位置的圆度不大于0.3mm；直筒段2的内表面粗糙度小于ra0.8μm，直筒段2的外表面粗糙度小于ra3.2μm。封头3的厚度由边缘向瓶口4部位均匀渐变增厚，封底1的厚度由边缘向封底1的中心均匀渐变增厚；封头3的厚度由边缘的5-8mm(例如5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.4mm、6.6mm、6.8mm、7mm、7.3mm、7.6mm、7.8mm)向瓶口4部位的10-15mm(例如10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm)均匀渐变增厚；封底1的厚度由边缘的5-8mm(例如5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.4mm、6.6mm、6.8mm、7mm、7.3mm、7.6mm、7.8mm)向封底1的中心的15-20mm(例如15.5mm、16mm、16.5mm、17mm、17.5mm、18.mm、18.5mm、19mm、19.5mm)均匀渐变增厚；超高压气瓶的额定压力为35-70mpa(例如37mpa、40mpa、43mpa、47mpa、50mpa、53mpa、56mpa、60mpa、63mpa、67mpa)。

如图2所示，本发明的实施例还提供大型超高压气瓶内胆的制造方法，包括如下步骤：

s1，带封底1坯料整体反挤压成型，采用加热反挤压工艺结合车削、镗削工艺，制得由封底1和一端开口的直筒段2构成的无缝管材；该步骤具体包括如下步骤：

s1a，铝锭加热，采用加热炉将待挤压铝锭预热至200-400℃(例如220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃)，在本发明的实施例中，使用圆柱形铝锭作为挤压坯料；

s1b，模具加热，采用氧气、丙烷/lng进行燃烧喷焰加热的方式将挤压外模具和内挤压杆均预热至200-400℃(例如220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃)；

s1c，挤压成型，将铝锭放置在挤压外模具内，启动反挤压设备通过多次挤压将坯料制成带有封底1的预制管坯，在挤压的过程中持续加热保温；

s1d，采用车削方法加工预制坯外表面至旋压坯料所需尺寸，使封底1部分的外部尺寸达到产品封底1的外部尺寸；

s1e，采用镗削方法，加工预制坯内表面至旋压坯料所需尺寸，使封底1部分的内部尺寸达到产品封底1的内部尺寸。

在本发明的实施例中，反挤压设备为挤压力不小于6000吨的立式挤压机；该立式挤压机属于数控油压机。挤压外模具带有封底1，长度约为1.5m，挤压外模具的封底1形状与超高压气瓶内胆的封底1形状相同，但在厚度方向预留有5-10mm(例如5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm)的余量，经过挤压后，采用车削工艺将该余量去除，使封底1部分的外部形状尺寸达到产品封底1的外部尺寸；内挤压杆的长度为1.6-1.7m。

s2，铝合金内胆旋压管的制备，采用超长筒体张力旋压设备对步骤s1中制得的无缝管材的直筒段2进行多道次旋压成形处理，从而得到铝合金内胆旋压管；该步骤具体包括如下步骤：

s21，铝合金内胆旋压管直筒段2的旋压成型，采用超长筒体张力旋压设备以张力三旋轮错距正旋旋压方法对步骤s1制得的无缝管材进行3-5次(例如3次、4次、5次)的旋压过程，得到旋压件a；旋压时采用1-2m(例如1.1m、1.2m、1.3m、1.4m、1.5m、1.6m、1.7m、1.8m、1.9m)长的浮动芯模进行旋压辅助加工，在旋压时浮动芯模的轴向位置不变，三轮错距正旋旋压方法中的错距量设置为6-12mm(例如6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm)；无缝管材经旋压处理后的总变形量为55％-70％，在本发明的实施例中，当总变形量大于70％时应进行中间退火处理。旋压件a为一端封底1的等厚直筒或一端封底1、一端带有外环向端框的直筒段2。在本步骤的旋压过程中，采用牵引力牵引无缝管材的封底1端，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；封底1端的轴向固定在牵引机构上，确保封底1端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。

s22，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用超长双头锯床对步骤s21中得到的旋压件a进行定长加工，得到铝合金内胆旋压管；在本发明的实施例中，锯条采用铝合金专用锯条。

s23，铝合金内胆旋压管的清洗，采用超长旋转喷淋清洗机或超声清洗机添加30-45℃(例如31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃)的中性清洗剂对步骤s22中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；清洗完成后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍；

s24，铝合金内胆旋压管探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s23中得到的铝合金内胆旋压管进行封底1和直筒段2的全自动探伤，检验是否有起皮、褶皱、裂纹等加工缺陷。

s3，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修复，对步骤s2中得到的铝合金内胆旋压管的封底1及直筒段2进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的缺陷进行修复；该步骤具体包括以下步骤：

s31，封底1及直筒段2缺陷检查，在内圆修磨机构前端安装视觉检查系统，编程检测步骤s2中得到的铝合金内胆旋压管的封底1和直筒段2，检查内表面深度大于0.03mm的划伤和磕碰，同时，检查气孔、夹杂、凹陷、微裂纹等缺陷；

s32，拆除视觉检测系统，根据检测结果，通过定位坐标换算，采用自动内圆修磨机床对步骤s31中检查出的可修复缺陷进行自动修复；该步骤具体包括如下步骤：

s321，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；

s322，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；

s323，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。

s4，封头3和瓶口4的旋压成型，采用加热收口旋压机对铝合金内胆旋压管的开口处进行封头3和瓶口4的旋压成型，得到旋压成型件b；该步骤具体包括如下步骤：

s41，装夹，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹；

s42，采用氧气、丙烷/lng燃烧对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处进行喷焰加热至180-390℃(例如200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃)；

s43，封头3及瓶口4的成型旋压，采用单侧x直线、z直线和旋转三向插补式收口旋压机对步骤s42中加热的铝合金内胆旋压管进行10-18道次收口旋压，得到旋压成型件b；在旋压过程中，收口旋压第1-8道次带有反旋，用于瓶口4部位的增厚；制得的旋压成型件b的封头3的厚度由边缘的5-8mm(例如5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.4mm、6.6mm、6.8mm、7mm、7.3mm、7.6mm、7.8mm)向瓶口4部位的10-15mm(例如10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm)均匀渐变增厚；

s5，瓶口4中心孔的加工，采用2-3个固定在机床工作台上的分瓣式自夹紧装置进行旋压成型件b的装夹；采用专用超长瓶口4加工中心对步骤s4中得到的旋压成型件b进行瓶口4中心孔的机加工，得到旋压成型件c；为后续t6处理做好准备；

s6，曲面探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s5中得到的旋压成型件c进行收口质量探伤，检验封头3位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷；该步骤具体包括如下步骤：

s61，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件c；

s62，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s5中得到的旋压成型件c进行封头3及瓶口4收口质量的全自动探伤，检验封头3位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷。

s7，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用专用封头3内表面修磨机床对步骤s6中发现的封头3内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件c；该步骤具体包括如下步骤：

s71，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件c；

s872，采用专用封头3内表面修磨机床自带的自动内窥系统自动观测、判断封头3内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；

s73，采用专用封头3内表面修磨机床的数控自动修磨机构对步骤s6中发现的封头3内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件c，在修磨过程中，数控自动修磨机构可编程独立执行。

s8，热处理，对步骤s7中得到的旋压成型件c进行t6工艺处理，得到超高压气瓶内胆；该步骤具体包括如下步骤：

s81，装夹，采用3-5个分瓣式专用热处理工装等距离装夹旋压成型件c，防止其热处理变形；将多个旋压成型件c通过分瓣式专用热处理工装放置在立体热处理工架上；

s82，淬火处理，将步骤s81中装夹的旋压成型件c放入卧式连续淬火、时效炉的辊道上，送入淬火室进行淬火处理，在淬火室中将旋压成型件c加热至525-531℃(例如525.5℃、526℃、526.5℃、527℃、527.5℃、528℃、528.5℃、529℃、529.5℃、530℃、530.5℃)，并在525-531℃(例如525.5℃、526℃、526.5℃、527℃、527.5℃、528℃、528.5℃、529℃、529.5℃、530℃、530.5℃)环境中保温2-4小时(例如2.2小时、2.4小时、2.6小时、2.8小时、3小时、3.2小时、3.4小时、3.6小时、3.8小时)，接着将旋压成型件c进行水介质淬火；

s83，时效处理，将淬火后的旋压成型件c转移至时效室进行时效处理，最后在160-200℃(例如165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、198℃)环境中保温6-10小时(例如6.3小时、6.6小时、7小时、7.3小时、7.7小时、8小时、8.4小时、8.7小时、9小时、9.3小时、9.7小时)，制得超高压气瓶内胆。

s9，内胆清洗，采用专用卧式气瓶内胆清洗机对步骤s8中得到的超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物；该步骤具体包括如下步骤：

s91，将超高压气瓶内胆卧式放置在专用卧式气瓶内胆清洗机上，使专用卧式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入内胆内部，固定内胆；

s92，采用高压水喷淋或超声清洗方式对超高压气瓶内胆的内腔进行清洗，去除铝屑及其他加工污染物；

s93，清洗完毕后倾斜45°倒水；

s94，采用内伸式蒸汽烘干机进行内胆烘干。

s10，成品检验，对步骤s9中获得的超高压气瓶内胆进行检验，得到超高压气瓶内胆的成品。

s11，涂覆，对步骤s10中的到的超高压气瓶内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件，以提高铝合金与待缠绕树脂、纤维间的贴合度。

s12，对步骤s11得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行瓶口4内、外径和内、外螺纹的精密加工，以保证瓶口4型面不会在热处理等工序氧化、损伤，且加工表面达到超高精度和光洁度要求，满足氢的小分子超高密封需求，从而得到一端封底1的超高压气瓶，检测该超高压气瓶的极限承压情况，瓶口4的长度为40mm、瓶口4的外径为50mm，瓶口4的内径为28mm。

经本发明的制造方法制备的超高压气瓶内胆，其长度为5-13m，直筒段2的公称外径为φ300-φ850mm，直筒段2的壁厚为3-10mm，直筒段2的整体直线度不大于0.5mm/m；直筒段2的壁厚的公差小于等于±0.15mm；直筒段2任意直线段位置局部直线度不大于0.5mm/300mm；直筒段2任意位置的圆度不大于0.5mm；直筒段2的内表面粗糙度小于ra1.6μm，直筒段2的外表面粗糙度小于ra3.2μm。本发明的制造方法制得的超高压气瓶内胆的容积远高于现有的标准铝合金内胆的容积，同时还具有壁厚薄、耐高压和质量轻等特性。

实施例1

制备一种直径500mm，长度10m，壁厚为6mm的一端封底1的超大尺寸超高压气瓶内胆，其高压气瓶额定压力要求为50mpa，具体包括如下操作步骤：

s1，带封底1坯料整体反挤压成型

选用高度为1000mm，直径为520mm的铝锭作为挤压坯料，首先将待挤压的铝锭加热至300℃，同时，将挤压外模具和内挤压杆均预热至300℃；

将铝锭放置在挤压模具内，通过10次挤压将坯料制成带有封底1的预制管坯，挤压过程中，模具保温280-300℃；

采用车削方法加工预制管坯的外表面；采用镗削方法，加工预制管坯的内表面。从而制得由封底1和一端开口的直筒段2构成的无缝管材，无缝管材的封底1直径为φ500mm，封底1的厚度由边缘的8mm向封底1的中心的12mm均匀渐变增厚，直筒段2的长度为1600mm，直筒段2的厚度为38mm。

s2，铝合金内胆旋压管的制备，具体包括如下步骤：

s21，采用加工长度为2m的浮动芯模，对步骤s1制得的无缝管材进行4道次张力三轮错距正旋旋压，错距量设置为6mm；在旋压过程中，采用牵引力牵引无缝管材的封底1端，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；封底1端的轴向固定在牵引机构上，确保封底1端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。从而得到旋压件a；旋压件a的尺寸为：直筒段2的长度为10.2m，直筒段2的厚度为6mm。

s22，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用超长双头自动锯床对步骤s21中得到的旋压件a进行定长加工，从而得到铝合金内胆旋压管，该铝合金内胆旋压管长度为10m；

s23，铝合金内胆旋压管的清洗，采用旋转喷淋清洗机或超声清洗机添加40℃的中性清洗剂对步骤s22中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；清洗完成后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍；

s24，铝合金内胆旋压管探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s23中得到的铝合金内胆旋压管进行封底1和直筒段2的全自动探伤，检验是否有起皮、褶皱、裂纹等加工缺陷。

s3，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修复，对步骤s2中得到的铝合金内胆旋压管的封底1及直筒段2进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的缺陷进行修复；该步骤具体包括以下步骤：

s31，封底1及直筒段2缺陷检查，在内圆修磨机构前端安装视觉检查系统，编程检测步骤s2中得到的铝合金内胆旋压管的封底1和直筒段2，检查内表面深度大于0.03mm的划伤和磕碰，同时，检查气孔、夹杂、凹陷、微裂纹等缺陷；

s32，拆除视觉检测系统，根据检测结果，通过定位坐标换算，采用自动内圆修磨机床对步骤s31中检查出的可修复缺陷进行自动修复；该步骤具体包括如下步骤：

s321，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；

s322，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；

s323，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。

s4，封头3和瓶口4的旋压成型，采用加热收口旋压机对铝合金内胆旋压管的开口处进行封头3和瓶口4的旋压成型，得到旋压成型件b；该步骤具体包括如下步骤：

s41，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹；

s42，采用氧气、丙烷/lng燃烧对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处进行喷焰加热至300℃；

s43，采用单侧x直线、z直线和旋转三向插补式收口旋压机对铝合金内胆旋压管进行12道次收口旋压，从而制得旋压成型件b；

在旋压过程中，收口旋压带有4次反旋，用于瓶口4部位的增厚；制得的旋压成型件b的封头3的厚度由边缘的8mm向瓶口4部位的12mm均匀渐变增厚。

s5，瓶口4中心孔的加工，采用2个固定在机床工作台上的分瓣式自夹紧装置进行旋压成型件b的装夹；采用专用超长瓶口4加工中心对步骤s4中得到的旋压成型件b进行瓶口4中心孔的机加工，得到旋压成型件c；为后续t6处理做好准备；

s6，曲面探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s5中得到的旋压成型件c进行收口质量探伤，检验封头3位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷；该步骤具体包括如下步骤：

s61，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件c；

s62，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s5中得到的旋压成型件c进行封头3及瓶口4收口质量的全自动探伤，检验封头3位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷。

s7，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用专用封头3内表面修磨机床对步骤s6中发现的封头3内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件c；该步骤具体包括如下步骤：

s71，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件c；

s72，采用专用封头3内表面修磨机床自带的自动内窥系统自动观测、判断封头3内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；

s73，采用专用封头3内表面修磨机床的数控自动修磨机构对步骤s6中发现的封头3内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件c，在修磨过程中，数控自动修磨机构可编程独立执行。

s8，热处理，对步骤s7中得到的旋压成型件c进行t6工艺处理，得到超高压气瓶内胆；该步骤具体包括如下步骤：

s81，装夹，采用4个分瓣式专用热处理工装等距离装夹旋压成型件c，防止其热处理变形；将多个旋压成型件c通过分瓣式专用热处理工装放置在立体热处理工架上；

s82，淬火处理，将步骤s81中装夹的旋压成型件c放入卧式连续淬火、时效炉的辊道上，送入淬火室进行淬火处理，在淬火室中将旋压成型件c加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温3.3小时，接着将旋压成型件c进行水介质淬火；

s83，时效处理，将淬火后的旋压成型件c转移至时效室进行时效处理，最后在170℃环境中保温10小时，制得超高压气瓶内胆。

s9，内胆清洗，采用专用卧式气瓶内胆清洗机对步骤s8中得到的超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物；该步骤具体包括如下步骤：

s91，将超高压气瓶内胆卧式放置在专用卧式气瓶内胆清洗机上，使专用卧式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入内胆内部，固定内胆；

s92，采用高压水喷淋或超声清洗方式对超高压气瓶内胆的内腔进行清洗，去除铝屑及其他加工污染物；

s93，清洗完毕后倾斜45°倒水；

s94，采用内伸式蒸汽烘干机进行内胆烘干。

s10，成品检验，对步骤s9中获得的超高压气瓶内胆进行检验，部分项目进行抽检，对抽检的超高压气瓶内胆的任意六个位置的组织晶粒度进行测量，测量结果该六个位置的组织晶粒度按照astme112标准分别为7级，6级、6级、7级、6级、6级，对抽检的超高压气瓶内胆的直筒段2的抗拉强度。屈服强度和延伸率分别进行测量，经测量，直筒段2的抗拉强度为349mpa、屈服强度为310mpa、延伸率为17％，本批次生产产品合格，得到超高压气瓶内胆的成品。

s11，涂覆，对步骤s10中的到的超高压气瓶内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件，以提高铝合金与待缠绕树脂、纤维间的贴合度。

s12，对步骤s11得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行瓶口4内、外径和内、外螺纹的精密加工，以保证瓶口4型面不会在热处理等工序氧化、损伤，且加工表面达到超高精度和光洁度要求，满足氢的小分子超高密封需求，从而得到一端封底1的超高压气瓶，检测该超高压气瓶的极限承压情况，瓶口4的长度为40mm、瓶口4的外径为50mm，瓶口4的内径为28mm。

经过检验，本实施例制得的超高压气瓶内胆的任意位置的组织晶粒度按照astme112标准等级均大于等于6级，直筒段2的抗拉强度为349mpa、屈服强度为310mpa、延伸率为17％；进行内胆缠绕后得到的高压气瓶测试极限压力为135mpa，满足额定压力50mpa的要求。

实施例2

制备一种直径780mm，长度12m，壁厚为8mm的一端封底1的超大尺寸超高压气瓶内胆，其高压气瓶额定压力要求为50mpa，具体包括如下操作步骤：

s1，带封底1坯料整体反挤压成型

选用高度为1200mm，直径为800mm的铝锭作为挤压坯料，首先将待挤压的铝锭加热至350℃，同时，将挤压外模具和内挤压杆均预热至350℃；

将铝锭放置在挤压模具内，通过10次挤压将坯料制成带有封底1的预制管坯，挤压过程中，模具保温280-300℃；

采用车削方法加工预制坯外表面；采用镗削方法，加工预制坯内表面。

从而制得由封底1和一端开口的直筒段2构成的无缝管材，无缝管材的封底1直径为φ780mm，封底1的厚度由边缘的10mm向封底1的中心的14mm均匀渐变增厚，直筒段2的长度为1600mm，直筒段2的厚度为60mm。

s2，铝合金内胆旋压管的制备，具体包括如下步骤：

s21，采用加工长度为2m的浮动芯模，对步骤s1制得的无缝管材进行5道次张力三轮错距正旋旋压，错距量设置为12mm；在旋压过程中，采用牵引力牵引无缝管材的封底1端，牵引力的牵引方向与材料的流动方向相反；牵引力为恒定力，牵引速度自适应材料的变形速度；封底1端的轴向固定在牵引机构上，确保封底1端的径向自由；采用定位装置对无缝管材的另一端的径向进行固定和支撑，确保无缝管材的另一端的轴向自由。从而得到旋压件a；旋压件a的尺寸为：直筒段2的长度为12.2m，直筒段2的厚度为8mm。

s22，铝合金内胆旋压管的定长加工，采用超长双头自动锯床对步骤s21中得到的旋压件a进行定长加工，从而得到铝合金内胆旋压管，该铝合金内胆旋压管长度为12m；

s23，铝合金内胆旋压管的清洗，采用旋转喷淋清洗机或超声清洗机添加35℃的中性清洗剂对步骤s22中得到的铝合金内胆旋压管进行清洗；清洗完成后采用内伸式烘干装置去除表面残留水渍；

s24，铝合金内胆旋压管探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s23中得到的铝合金内胆旋压管进行封底1和直筒段2的全自动探伤，检验是否有起皮、褶皱、裂纹等加工缺陷。

s3，铝合金内胆旋压管缺陷检查及修复，对步骤s2中得到的铝合金内胆旋压管的封底1及直筒段2进行缺陷的视觉自动比对检查，并对检查出的缺陷进行修复；该步骤具体包括以下步骤：

s31，封底1及直筒段2缺陷检查，在内圆修磨机构前端安装视觉检查系统，编程检测步骤s2中得到的铝合金内胆旋压管的封底1和直筒段2，检查内表面深度大于0.03mm的划伤和磕碰，同时，检查气孔、夹杂、凹陷、微裂纹等缺陷；

s32，拆除视觉检测系统，根据检测结果，通过定位坐标换算，采用自动内圆修磨机床对步骤s31中检查出的可修复缺陷进行自动修复；该步骤具体包括如下步骤：

s321，采用布砂带对铝合金内胆旋压管的外表面进行修磨；

s322，采用千叶布砂轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行粗修磨；

s323，采用百洁布轮对铝合金内胆旋压管的内表面进行精修磨。

s4，封头3和瓶口4的旋压成型，采用加热收口旋压机对铝合金内胆旋压管的开口处进行封头3和瓶口4的旋压成型，得到旋压成型件b；该步骤具体包括如下步骤：

s41，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置进行铝合金内胆旋压管的装夹；

s542，采用氧气、丙烷/lng燃烧对铝合金内胆旋压管的待收口旋压处进行喷焰加热至300℃；

s543，采用单侧x直线、z直线和旋转三向插补式收口旋压机对铝合金内胆旋压管进行12道次收口旋压，从而制得旋压成型件b；

在旋压过程中，收口旋压带有4次反旋，用于瓶口4部位的增厚；制得的旋压成型件b的封头3的厚度由边缘的10mm向瓶口4部位的14mm均匀渐变增厚。

s5，瓶口4中心孔的加工，采用2个固定在机床工作台上的分瓣式自夹紧装置进行旋压成型件b的装夹；采用专用超长瓶口4加工中心对步骤s4中得到的旋压成型件b进行瓶口4中心孔的机加工，得到旋压成型件c；为后续t6处理做好准备；

s6，曲面探伤，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s5中得到的旋压成型件c进行收口质量探伤，检验封头3位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷；该步骤具体包括如下步骤：

s61，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件c；

s62，采用专用曲面超声波自动探伤机对步骤s5中得到的旋压成型件c进行封头3及瓶口4收口质量的全自动探伤，检验封头3位置是否有橘皮、折叠等加工缺陷。

s7，曲面内表面修磨，根据探伤结果，采用专用封头3内表面修磨机床对步骤s6中发现的封头3内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件c；该步骤具体包括如下步骤：

s71，采用双夹口分瓣式中空工装和主轴后的自动夹紧、对中装置装夹旋压成型件c；

s72，采用专用封头3内表面修磨机床自带的自动内窥系统自动观测、判断封头3内表面缺陷情况，记录对应位置，并结合人为确认；

s73，采用专用封头3内表面修磨机床的数控自动修磨机构对步骤s6中发现的封头3内表面缺陷进行修磨，得到质量合格的旋压成型件c，在修磨过程中，数控自动修磨机构可编程独立执行。

s8，热处理，对步骤s7中得到的旋压成型件c进行t6工艺处理，得到超高压气瓶内胆；该步骤具体包括如下步骤：

s81，装夹，采用4个分瓣式专用热处理工装等距离装夹旋压成型件c，防止其热处理变形；将多个旋压成型件c通过分瓣式专用热处理工装放置在立体热处理工架上；

s82，淬火处理，将步骤s81中装夹的旋压成型件c放入卧式连续淬火、时效炉的辊道上，送入淬火室进行淬火处理，在淬火室中将旋压成型件c加热至525-531℃，并在525-531℃环境中保温3.5小时，接着将旋压成型件c进行水介质淬火；

s83，时效处理，将淬火后的旋压成型件c转移至时效室进行时效处理，最后在190℃环境中保温8小时，制得超高压气瓶内胆。

s9，内胆清洗，采用专用卧式气瓶内胆清洗机对步骤s8中得到的超高压气瓶内胆的内腔进行高压水喷淋清洗，去除铝屑及其他加工污染物；该步骤具体包括如下步骤：

s91，将超高压气瓶内胆卧式放置在专用卧式气瓶内胆清洗机上，使专用卧式气瓶内胆清洗机喷淋机构进入内胆内部，固定内胆；

s92，采用高压水喷淋或超声清洗方式对超高压气瓶内胆的内腔进行清洗，去除铝屑及其他加工污染物；

s93，清洗完毕后倾斜45°倒水；

s94，采用内伸式蒸汽烘干机进行内胆烘干。

s10，成品检验，对步骤s9中获得的超高压气瓶内胆进行检验，部分项目进行抽检，对抽检的超高压气瓶内胆的任意六个位置的组织晶粒度进行测量，测量结果该六个位置的组织晶粒度按照astme112标准分别为7级，6级、6级、6级、6级、7级，对抽检的超高压气瓶内胆的直筒段2的抗拉强度。屈服强度和延伸率分别进行测量，经测量，直筒段2的抗拉强度为345mpa、屈服强度为323mpa、延伸率为14％，本批次生产产品合格，得到超高压气瓶内胆的成品。

s11，涂覆，对步骤s10中的到的超高压气瓶内胆的外表面涂覆结合剂，得到铝合金内胆涂覆件，以提高铝合金与待缠绕树脂、纤维间的贴合度。

s12，对步骤s11得到的铝合金内胆涂覆件进行碳纤维缠绕，待缠绕完毕后进行瓶口4内、外径和内、外螺纹的精密加工，以保证瓶口4型面不会在热处理等工序氧化、损伤，且加工表面达到超高精度和光洁度要求，满足氢的小分子超高密封需求，从而得到一端封底1的超高压气瓶，检测该超高压气瓶的极限承压情况，瓶口4的长度为40mm、瓶口4的外径为50mm，瓶口4的内径为28mm。

经过检验，本实施例制得的超高压气瓶内胆的任意位置的组织晶粒度按照astme112标准等级均大于等于6级，直筒段2的抗拉强度为345mpa、屈服强度为323mpa、延伸率为14％；进行内胆缠绕后得到的高压气瓶测试极限压力为130mpa，满足额定压力50mpa的要求。

综上所述，本发明提供的大型超高压气瓶内胆的制造方法，总体采用旋压的加工方法，能耗低，污染小，整个制作过程中原材料的损耗比较少，节约了原材料成本。本发明的制造方法加工出来的大型超高压气瓶内胆，公称外径为φ300-φ850mm，容积和可承受压力均远高于现有的标准铝合金内胆；直筒段的壁厚为3-10mm，具有壁厚薄、质量轻的特点；直筒段的抗拉强度大于等于345mpa、屈服强度大于等于310mpa、延伸率大于等于14％；直筒段任意位置组织晶粒度按照astme112标准大于等于6级，其内材料组织均匀致密，整体强度效果优异，具有耐高压特性，对超高压气瓶的制造具有重要的意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。