关键词：钢质气瓶；旋压成型；工艺
气瓶作为一种气体储存容器，已广泛应用。传统的气瓶是采用冲压工艺，分别成形出上、下两个封头部件后，再采用焊接的方法制成的。采用旋压工艺生产的气瓶从根本上消除了传统气瓶生产中与焊缝有关的不连续、强度降低、脆裂和拉应力集中等缺陷，使气瓶的气密性和耐压性能有了大幅提高。另外，为了保证气瓶的强度和安全，在口颈处的壁厚都有一定的增厚要求，用普通的冲压加工方法则难以满足，若采用旋压成形工艺，则可以达到满意的壁部增厚效果。
一、高压气瓶用无缝钢管的技术要求
1、钢质。高压气瓶用钢采用无时效镇静钢, 一般由碱性平炉、电炉、吹氧碱性转炉冶炼, 有些钢种还需经电渣重熔或真空冶炼。主要钢种为优质锰钢、铬钼钢或其他合金钢, 优质碳钢已很少采用。对钢的非金属夹杂物和低倍组织均有较严格的要求, 非金属夹杂物为: ( A+ C)类≤ 3. 0级, B类≤ 3. 0级, 之和≤ 5. 5级; 低倍组织中不允许有白点、残余缩孔、离层、夹渣等缺陷。
2、力学性能。气瓶是高压容器, 为保证安全使用, 除要求有相应高的抗拉强度、屈服强度外, 还要求有高的伸长率和冲击韧性。一般地区钢瓶的使用环境温度为- 20～ 60℃ , 寒冷地区的使用环境温度为- 40～ 60℃ ; 前者普遍采用经正火或正火+ 回火处理的碳锰钢钢瓶,后者一般采用经调质处理的铬钼钢或其他合金钢钢瓶。按GB/T5099标准规定, 两类钢经热处理后需分别做- 20℃ , - 50℃ V 型低温冲击试验。其冲击韧性、屈强比、伸长率应达到相应的规定值。用作坯料的无缝钢管, 其试样经热处理后的检验结果亦应达到此规定值要求。
3、工艺性能和金相检验。按气瓶制造厂要求, 需对无缝钢管试样做压扁或冷弯试验, 压扁试验按GB/T5099附录D标准执行。对正火或正火+ 回火处理后的钢管试样, 要求晶粒度( 100倍) ≥ 6级, 带状组织≤ 3. 0级,魏氏组织≤ 2. 0级; 调质处理后的钢管试样, 其组织应为回火索氏体。另外, 对管体脱碳层深度也有相应要求。
4、尺寸精度。气瓶瓶体壁厚, 在国际上是按最小壁厚设计的。我国GB/T5099标准中的最小壁厚计算, 也是从以前的按抗拉强度Rm或屈服强度Re计算,改为参照ISO9809标准, 单按Re计算。最小壁厚给定后, 高压气瓶用无缝钢管主要就是要保证其壁厚偏差不能小于其最小壁厚,以满足气瓶瓶体安全性的壁厚要求。在保证最小壁厚的前提下, 壁愈薄, 壁厚精度愈高, 则气瓶重量轻、容积大, 即重容比小,气瓶质量好。按GB/T5099标准要求, 钢管厂所供制造中、小气瓶瓶体的无缝钢管壁厚偏差一般为S+ 12.5- 10%。按GB/T5099标准要求, 中、小气瓶瓶体外径偏差, 即所供无缝钢管外径偏差一般为D±1% 。大容积气瓶管的壁厚、外径偏差, 需根据具体规格, 由供需双方协议商定。
5、管体表面质量和探伤。因气瓶表面质量直接影响到气瓶使用的安全性和美观,故钢管内外表面应无裂纹、折叠、结疤、离层、轧折、麻坑等缺陷存在; 若有这些缺陷, 则必须清除干净, 且清除后的壁厚必须大于壁厚的负偏差, 或设计所需最小壁厚值。为进一步保证管体整个断面的质量, 出厂前的无缝钢管, 需按GB/T5777标准进行纵向和横向超声波探伤检查, 应符合该标准L2级的规定。
6、旋压工艺。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钢管旋压中频感应加热温度控制不当，会造成钢管加热段加热时的温度不均、过热或过烧缺陷; 旋压程序参数编制不合理会造成质量问题。如旋压薄壁钢管时，若旋压程序编制的每道次变形量过大，在旋压时就可能会在旋轮接触钢管薄壁瞬间引起局部钢管受力失稳而折叠旋废，而在旋超厚壁钢管时因每道次参与变形的金属过多也会致使旋轮的旋压力不够造成设备报警停机。
二、高压无缝钢质气瓶旋压成型工艺
钢质气瓶是最古老的一种气瓶，与其它种类的气瓶相比，钢质气瓶生产成本低、安全耐用、容重比高，主要用于消防、化工、船舶、矿山等部门。钢质气瓶旋压成形技术是一项相对成熟的工艺，其颈部收口及底部封底的方法大致有两种：单旋轮多道次旋压成形和采用摩擦工具进行旋压成形。气瓶收口或封底时不使用芯模，因此又称为无芯模旋压或“空气模”旋压。
1、单旋轮多道次旋压成形。采用这种成形工艺制造气瓶的方法也有两种：一是采用无缝钢管作坯料，通过热旋压进行收口及封底；二是采用板坯通过冲压拉深后进行旋压收口,。至今两种方法并存，各有所长。其中用无缝钢管、圆板坯作坯料旋压制造的高压气瓶， 由于具有组织致密、外径及壁厚精度高、表面质量好、尺寸范围广、所制气瓶容量大、使用压力高、瓶体轻、生产率高、成本低等特点，已成为生产高压气瓶的主要方法之一，基本制造工艺流程如下：
（1）坯料为圆板坯： 圆板坯冲切、板坯加热、预旋压、预制坯退火、喷砂、强力旋压、车端面、瓶颈部加热、缩颈、车端面、钻孔、攻丝。
（2）坯料为无缝钢管： 无缝钢管、切成定长、检查表面和尺寸、预热瓶底、旋压封底、冲压底部、头部预热、缩颈、瓶颈修切、钻孔、攻丝、热处理、喷砂。收口、封底是气瓶生产中的两个关键工艺过程，在生产中应根据工艺要求合理确定旋压道次和道次减薄率，以防起皱和破裂。为了减小旋压力、保证旋压质量，并能够进行大变形量的旋压成形，必须控制好预热温度。若加热温度过低，金属的伸展性较差，会导致旋压力的增加，从而造成机床过载；此外，温度过低，金属之间未能完全熔合，沿封底的脐眼内部会产生缩孔、气泡或含有夹渣物等缺陷。若加热温度过高，则封底部分的金属晶粒较粗大，产生附加拉应力，沿脐眼处易产生裂缝等缺陷。
2、摩擦工具旋压成形。所谓摩擦工具旋压成形，乃是借助一块具有一定型面的摩擦块或滚轮对管坯的端部进行旋转压缩成形。主要工艺流程为：钢管变薄旋压、热封底、热收口。这种摩擦工具旋压成形，因工具形状和运动关系不同有多种方案。摩擦块对管端作切向进给运动，而使管端逐渐地被压缩成形，产生收口；摩擦块对管端作轴向和径向合成进给运动，而使管端逐渐地被压缩成形，形成封底。
结论
本文简述了气瓶旋压成形技术，结论如下：
1、气瓶旋压成形用坯料有管坯、板坯和棒材三种，瓶身部分采用三旋轮变薄旋压成形工艺制取。
2、气瓶收口或封底时不使用芯模， 为无模旋压， 可采用单旋压多道次或摩擦工具旋压法成形。
3、气瓶一般采用热旋压成形， 依据所使用的材料来选择成形温度。采用旋压技术加工气瓶时， 沿着整个加工区域工件的厚度在逐渐增加，与冲压、焊接结构的气瓶相比，其气密性和耐压性能有了大幅提高。
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论文作者:张传磊 纪汶良
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第18期
论文发表时间:2020/3/16
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