CN113446510A - 大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶及制造方法，采用高强度的碳纤维增强无缝钢质内胆的承压能力，采用正交缠绕与交叉缠绕的组合缠绕工艺，使碳纤维既承受径向应力又兼顾承受轴向应力，强化合理分配缠绕中各层碳纤维之间的受力，加强关联性和相互补偿的一致性的结构特征，使内胆在反复充、放高压气体的过程中所产生的弹性形变严格控制在理论规范值之内。

Description

大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶及制造方法
技术领域
本发明涉及移动式压力容器领域，特别涉及一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶及制造方法。
背景技术
发展天然气及氢燃料电池汽车成为世界各国改善环境和可持续发展的最佳选择，随着 CNG、LNG及氢燃料电池汽车的日益发展，天然气、氢气的需求也日益旺盛，运输成为天然气、氢能发展的重要一环。
目前，天然气的运输装备主要有LNG汽车罐车、LNG罐箱、CNG长管拖车及CNG管束式集装箱，氢气的运输装备主要有长管拖车及管束式集装箱。长管拖车及管束式集装箱的公称工作压力为20MPa，由6～106个气瓶大容积钢质无缝气瓶，厚度达到16.5mm～ 21.2mm以上，因此气瓶自重较重，重容比也较大，一般在1.23～1.58kg/L之间。
目前大多采用大容积钢质无缝气瓶组装成管束箱，这种方式往往导致管束箱自重太重，容积太小，装载量太小，运输成本较高，不利于节能减排。国内外运输天然气、氢气等压缩气体、高压液化气体一般采用外径为559、671、719的钢质气瓶，其缺点就是重容比大(气瓶重量与容积之比)，装载的介质少，例如，20MPa的无缝钢质气瓶，其重容比一般在1.23～1.58kg/L之间。在国内外道路运输限重的前提下，如何减轻气瓶自重，增加气瓶容积，增加气体的装载量成为必须要解决的关键问题。缠绕气瓶与钢质气瓶相比具有自重轻，容积大，装载量大，有效降低了单位运输成本，符合“节能减排”的国家政策。市场上采用钢制内胆环向缠绕气瓶一般用于车载***，公称容积小，为30～450L,远不能满足天然气、氢气等压缩气体的运输需求。铝内胆碳纤维缠绕气瓶，受铝合金材料的刚度、成型工序等因素制约，国内外的Ⅲ型气瓶容积未能超过450L，且成本昂贵；市场上采用的铝内胆和塑料内胆加玻璃纤维“茧式”缠绕的复合材料气瓶，气瓶价格高，其成本约为钢制内胆缠绕气瓶的7倍，工序复杂，所使用的设备昂贵，而且使用密封的聚合物材料易于老化并逐渐失去弹性及密封性，从而降低气瓶的使用性能。
发明内容
为了克服现有技术中存在的钢质气瓶自重大、容积小、装载量小、单位运输成本高，铝内胆和塑料内胆缠绕复合气瓶工序复杂、使用的设备昂贵的技术缺陷，本发明提出本发明目的是要提供一种2000～4300升大容积、671～719mm大直径，8.8～16mm厚度，公称工作压力为20～30MPa储运压缩气体、高压液化气体的缠绕气瓶结构。使该气瓶具有与充装气体的相容性好、承压能力高、水容积大、防渗漏性能好、耐疲劳性能高、而重量相对较轻且安全可靠的特性。
为了实现上述发明的目的，本发明公开了一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，包括：
将大直径无缝钢管两端热旋压成球形封头，其后进行调质热处理、螺纹加工等工序制成能与端塞螺纹连接的无缝钢质内胆；
将所述无缝钢质内胆采用淬火、回火的热处理工艺处理，以使所述无缝钢质内胆的金相组织转变为回火索氏体；
配制胶液，所述胶液为环氧树脂胶液；
采用纤维材料与所述胶液在所述无缝钢质内胆表面缠绕固化形成承压层；
采用玻璃纤维与环氧树脂在所述承压层表面缠绕固化形成保护层；
转移至固化炉中烘干、固化，得到大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶。
在另一优选例中，所述纤维材料选自碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、石墨纤维或其他复合材料。
在另一优选例中，所述纤维材料缠绕固化形成的所述承压层中纤维初始缠绕螺旋角度不小于60度；所述缠绕螺旋角度均匀变大，缠绕方式为正、反向交替、交叉缠绕。
在另一优选例中，所述淬火、回火的热处理工艺中，淬火炉中的温度为860～880℃，回火炉中的温度为600～680℃，所述无缝钢质内胆的步进时间为20～40min(气瓶是按批制造，每批可以选择30～50支，连续进行热处理，每次都是单支进炉。步进时间是指前后气瓶进热处理炉的间隔时间)；所述无缝钢质内胆在淬火炉中的温度达到860～880℃后，通过输送线进入淬火槽中，所述无缝钢质内胆自身进行旋转，旋转速度20～30r/min，淬火液从上部进行喷淋，达到快速降温的效果；从而使调质热处理后无缝钢质内胆的圆度(即在同一截面上的最大外径与最小外径差)不超过该截面平均外径的2％，直线度不超过总长的0.15％；所述回火索氏体晶粒度≥6级。
在另一优选例中，所述配置胶液具体包括：按比例配制环氧树脂胶液，所述比例按质量比计算，环氧树脂：固化剂：消泡剂：增韧剂：促进剂＝100:90:1:15:1。该配比可以起到防止环氧树脂中掺杂空气及产出多孔，降低承压层的脆性，增大韧性，提高承载强度，并获得良好的耐热、耐水、耐腐蚀的性能，同时可以人为地控制固化速度，保证有充足的时间完成缠绕工作。
在另一优选例中，所述缠绕固化形成承压层的处理工序至少包括：将所述无缝钢质内胆与缠绕设备相连，所述缠绕设备至少包括能够使内胆旋转的部件、能够使内胆前后移动的小车、胶槽；将胶液倒入胶槽中，将碳纤维通过胶槽后引入缠绕设备上的绕丝头，所述纤维根数设为24根，预紧力为10N，准备缠绕；按设定的程序及所述纤维根数进行缠绕；缠绕时，缠绕时，所述碳纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述碳纤维上，一起缠绕在瓶身上，所述内胆的旋转速度为20r/min，小车前进速度为：9844mm/min；碳纤维缠绕完成后，剪去接头，形成承压层。
在另一优选例中，所述缠绕固化形成保护层的处理工序至少包括：将玻璃纤维通过胶槽后引入缠绕设备上的绕丝头，准备缠绕；根据设定的程序与纤维根数缠绕；缠绕时，所述玻璃纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述玻璃纤维上，一起缠绕在瓶身上，用刮刀刮去多余的胶液，形成保护层，其后在保护层上贴上气瓶标签。
在另一优选例中，所述缠绕固化形成保护层的处理工序后还包括烘干固化的工序，所述烘干固化的工序包括：将缠绕完的气瓶转移至固化炉中烘干、固化，同时注意监控固化温度，防止温度异常(过高或过低)。
在另一优选例中，所述烘干固化的工序后还包括水压试验工序、烘干工序、清洁工序，其中，所述水压试验工序包括：将固化后的气瓶接入水套盖并紧密连接，打自紧压力，保压 60s，打水压试验压力，保压120s；计算总膨胀，弹性膨胀，残余膨胀率，气瓶的残余膨胀率必须小于5％，将合格气瓶转移至烘干工序；所述烘干工序包括将受试瓶倒置排尽气瓶中的水，用蒸汽吹扫气瓶内部；所述清洁工序包括清理胶液残留、内外表面污物及破损。
本发明公开了一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶，由前述制造方法制造得到。
本发明公开了一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶，采用高强度的碳纤维增强无缝钢质内胆的承压能力，其包括钢制内胆，所述钢制内胆外设置承压层，所述承压层外设置保护层，所述承压层包括碳纤维缠绕承压层，所述保护层包括玻璃纤维缠绕保护层，钢制内胆的一段通过内螺纹与前端盖旋紧固定，另一端与后端盖旋紧固定，其中，碳纤维缠绕承压层采用正交缠绕与交叉缠绕的组合缠绕工序，使碳纤维既承受径向应力又兼顾承受轴向应力，强化合理分配缠绕中各层碳纤维之间的受力，加强关联性和相互补偿的一致性的结构特征，使内胆在反复充、放高压气体的过程中所产生的弹性形变严格控制在理论规范值之内。
在另一优选例中，所述碳纤维缠绕承压层中碳纤维初始缠绕螺旋角度不小于60度，并施加高强纤维的预紧力。结合缠绕螺旋角度的均匀变大和正、反向交替、交叉缠绕可以更合理的分配各层间的纤维在充气过程中的受力状态的一致性，实现较少的纤维达到较理想的增强效果。
在另一优选例中，碳纤维复合材料承压层外还增加了一层保护层。该保护层的作用是防止冲击性的损伤切断复合材料增强承压层中的碳纤维，从而形成局部的疲劳失效点，导致整个复合材料承压层对内胆的抗压补偿效果失效。
在另一优选例中，碳纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选例中，其他复合材料与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选例中，采用玻璃纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选例中，采用聚丙烯腈预氧化纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选例中，采用石墨纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选例中，所述保护层采用玻璃纤维与环氧树脂缠绕固化形成。
在另一优选例中，所述缠绕承压层采用上述纤维所编织成的条带缠绕。
在另一优选例中，所述缠绕承压层采用上述纤维所编织成的布缠绕。
在另一优选例中，所述钢制内胆1具有2000～4300升大容积。
在另一优选例中，采用直径为671mm～719mm的无缝钢管制造钢质内胆，使缠绕气瓶的容积达到2000L～4300L；
使用特殊的旋压工序使厚度为8.8mm～16mm，直径为671mm～719mm的无缝钢管旋压后的头部形状符合设计要求，气瓶瓶口内外径尺寸保证在￠144～148mm，内径保证在￠85～95mm；
采用旋转喷淋热处理工序，使厚度8.8mm～16mm，直径为671mm～719mm的无缝钢质内胆的圆度，(即在同一截面上的最大外径与最小外径差)不超过该截面平均外径的2％；直线度不超过总长的0.15％，金相组织为回火索氏体，晶粒度≥6级；
采用正交缠绕与交叉缠绕的组合缠绕工序，使碳纤维既承受径向应力又兼顾承受轴向应力，强化合理分配缠绕中各层碳纤维之间的受力，同时碳纤维之间的空隙用环氧树脂填充，树脂固化后，使正交缠绕与交叉缠绕的碳纤维成为一个整体，使碳纤维承压层能承受超过缠绕气瓶公称工作压力的1.25倍的***压力。
将固化后的气瓶接入水套盖并紧密连接，先加压到自紧压力，使气瓶内胆内壁产生塑性变形层，整个气瓶卸载后，气瓶内表面受外压，碳纤维承压层受内压状态，强化合理分配各层碳纤维之间的受力。水压试验后，气瓶的残余膨胀率小于5％。
本发明采用大直径的无缝钢管经旋压、热处理、螺纹加工等工序制成内胆，使其能承受缠绕气瓶公称工作压力的1.25倍的***压力；钢质内胆外表面采用高强度的碳纤维增强无缝钢质内胆的承压能力，碳纤维承压层须承受缠绕气瓶公称工作压力的1.25倍的***压力。采用正交缠绕与交叉缠绕的组合缠绕工序，使碳纤维既承受径向应力又兼顾承受轴向应力，强化合理分配缠绕中各层碳纤维之间的受力，同时碳纤维之间的空隙用环氧树脂填充，树脂固化后，使正交缠绕与交叉缠绕的碳纤维成为一个整体，加强关联性和相互补偿的一致性的结构特征，使内胆在反复充、放高压气体的过程中所产生的弹性形变严格控制在理论规范值之内。本发明的优点在于：具有与充装气体的相容性好、承压能力高、水容积大、防渗漏性能好、耐疲劳性能高、而重量相对较轻且安全可靠的特性。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶结构示意图；
图2为本发明所涉及的经过淬火及回火热处理的气瓶无缝钢质内胆金相图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
下面结合附图1详细说明本发明的具体实施例。
图1为本发明所涉及的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶结构示意图。图中包括钢制内胆1，碳纤维缠绕承压层2，玻璃纤维缠绕保护层3，前端盖5，后端盖4。
本发明采用大直径的无缝钢管经旋压、热处理、螺纹加工等工序制成内胆，使其能承受缠绕气瓶公称工作压力的1.25倍的***压力；钢质内胆外表面采用高强度的碳纤维增强无缝钢质内胆的承压能力，碳纤维承压层须承受缠绕气瓶公称工作压力的1.25倍的***压力。采用正交缠绕与交叉缠绕的组合缠绕工序，使碳纤维既承受径向应力又兼顾承受轴向应力，强化合理分配缠绕中各层碳纤维之间的受力，同时碳纤维之间的空隙用环氧树脂填充，树脂固化后，使正交缠绕与交叉缠绕的碳纤维成为一个整体，加强关联性和相互补偿的一致性的结构特征，使内胆在反复充、放高压气体的过程中所产生的弹性形变严格控制在理论规范值之内。
本发明一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶，包括钢制内胆1，所述钢制内胆外设置承压层，所述承压层外设置保护层，所述承压层包括碳纤维缠绕承压层2，所述保护层包括玻璃纤维缠绕保护层3，钢制内胆1的一段通过内螺纹与前端盖5旋紧固定，另一端与后端盖4旋紧固定，其中，碳纤维缠绕承压层2采用正交缠绕与交叉缠绕的组合缠绕工序，使碳纤维既承受径向应力又兼顾承受轴向应力，强化合理分配缠绕中各层碳纤维之间的受力，同时碳纤维之间的空隙用环氧树脂填充，树脂固化后，使正交缠绕与交叉缠绕的碳纤维成为一个整体，加强关联性和相互补偿的一致性的结构特征，使内胆在反复充、放高压气体的过程中所产生的弹性形变严格控制在理论规范值之内。
无缝钢制内胆
选取相应直径及长度的无缝钢管用两端热旋压成球形封头，两端封口并升压，进炉进行调质热处理。进行硬度检测、内外螺纹加工、水压试验、内抛、内窥、并经过无损检测、外抛等工序制成能与进、出气阀和端塞对接的热旋压缩口无缝钢质内胆。将高强碳纤维缠绕在无缝钢质内胆上，一般是采用定制的缠绕设备，借助专用夹具将无缝钢质内胆连接在缠绕机上。钢制内胆具有2000～4300升大容积。其中，在无缝钢管两端通过热旋压加工成为瓶肩和瓶颈，再经调质热处理，内外螺纹加工，制造成能与端塞和阀门连接的无缝钢质内胆，然后通过硬度检测、水压试验及无损检测等验证其是否合格。
承压层
按比例配制胶液，所述胶液为环氧树脂胶液，配胶采用少量多次原则。每次配胶环氧树脂不超过5kg，对胶液进行充分搅拌，时间不少于3分钟。将无缝钢质内胆与缠绕设备相连，将胶液倒入胶槽中，将纤维引入缠绕设备上的绕丝头，准备缠绕。按设定的程序及纤维根数进行缠绕。缠绕时，所述纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述纤维上，一起缠绕在瓶身上；纤维缠绕完成，剪去接头。
保护层
将玻璃纤维引入缠绕设备上的绕丝头，准备缠绕。根据设定的程序与纤维根数缠绕。缠绕时，所述玻璃纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述玻璃纤维上，一起缠绕在瓶身上，用刮刀刮去多余的胶液，在最后一层贴上气瓶标签。
包括以上组成部分的20MPa～30MPa大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶，其结构中包括热旋压缩口无缝钢质内胆，和内胆外壁碳纤维缠绕固化形成复合材料承压层，借助两端瓶颈的内螺纹连接前端塞和后端塞，后端塞上设置进、出气阀门和排污装置，在前端塞上设置安全泄放装置，本发明中的碳纤维复合材料承压层外还增加了一层保护层。该保护层的作用是防止冲击性的损伤切断复合材料增强承压层中的碳纤维，从而形成局部的疲劳失效点，导致整个复合材料承压层对内胆的抗压补偿效果失效。
在另一优选实施例中，所述承压层为碳纤维缠绕承压层2，其中碳纤维初始缠绕螺旋角度不小于60度，并施加高强纤维的预紧力。结合缠绕螺旋角度的均匀变大和正、反向交替、交叉缠绕可以更合理的分配各层间的纤维在充气过程中的受力状态的一致性，实现较少的纤维达到较理想的增强效果。
在另一优选实施例中，碳纤维复合材料承压层外还增加了一层保护层。该保护层的作用是防止冲击性的损伤切断复合材料增强承压层中的碳纤维，从而形成局部的疲劳失效点，导致整个复合材料承压层对内胆的抗压补偿效果失效。
在另一优选实施例中，碳纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选实施例中，其他复合材料与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选实施例中，采用玻璃纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选实施例中，采用聚丙烯腈预氧化纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选实施例中，采用石墨纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层。
在另一优选实施例中，所述保护层采用玻璃纤维与环氧树脂缠绕固化形成。
在另一优选实施例中，所述缠绕承压层采用上述纤维所编织成的条带缠绕。
在另一优选实施例中，所述缠绕承压层采用上述纤维所编织成的布缠绕。
在另一优选实施例中，所述钢制内胆1具有2000～4300升大容积。
在另一优选实施例中，所述钢制内胆1直径为671～719mm，厚度为9.6～16mm。
在另一优选实施例中，所述钢制内胆1具有Ф719mm大容积，缠绕气瓶20MPa时的重容比为0.52～0.7，30MPa时为1.02～1.3。在同一公称工作压力下，大容积钢质内胆环向缠绕气瓶比钢质气瓶的重量比提高了60％，大大降低了气瓶的自重，提高了介质的装载质量及运输效率。
在另一优选实施例中，缠绕气瓶工作压力为20～30Mpa。
在另一优选实施例中，环氧树脂胶液的配制比例为，环氧树脂：固化剂：消泡剂：增韧剂：促进剂(质量比)＝100:90:1:15:1。该配比可以起到防止环氧树脂中掺杂空气及产出多孔，降低承压层的脆性，增大韧性，提高承载强度，并获得良好的耐热、耐水、耐腐蚀的性能，同时可以人为地控制固化速度，保证有充足的时间完成缠绕工作。
在另一优选实施例中，所述碳纤维根数设为24根，预紧力为10N。
在另一优选实施例中，气瓶无缝钢质内胆的内胆采用淬火、回火的热处理工序，淬火炉中的温度设定为860～880℃，回火炉中的温度设定为600～680℃，步进时间为20～40min(气瓶是按批制造，每批可以选择30～50支，连续进行热处理，每次都是单支进炉。步进时间是指前后气瓶进热处理炉的间隔时间)；气瓶无缝钢质内胆在淬火炉中的温度达到860～880℃后，通过输送线进入淬火槽中，自身进行旋转，旋转速度20～30r/min，淬火液从上部进行喷淋，达到快速降温的效果，调质热处理后无缝钢质内胆的圆度，(即在同一截面上的最大外径与最小外径差)不超过该截面平均外径的2％，直线度不超过总长的0.15％；金相组织为回火索氏体，晶粒度≥6级。
本发明一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造工序步骤如下：
①选取相应直径及长度的无缝钢管用两端热旋压成球形封头、调质热处理、硬度检测、内外螺纹加工、水压试验、内抛、内窥、并经过无损检测、外抛等工序制成能与端塞螺纹连接的无缝钢质内胆。
旋压使用特殊的工序参数：以直径719mm,20MPa的缠绕气瓶为例，旋压工序参数为：管口入中频长度600mm～700mm,管口部的加热温度为1200℃～1350℃，主轴夹紧压力5.3MPa, 中频炉P1、P2、P3升温阶段采取相对应的电压及电流，旋压时，主轴转速为200r/min～300r/min，经旋压轮13～18次弧形旋压后，气瓶瓶口外径尺寸保证在￠144～148mm，内径保证在￠85～ 95mm，瓶肩成形模板符合程度、气瓶瓶口剖面厚度尺寸以及气瓶瓶肩内外表面质量均符合设计要求；
②气瓶无缝钢质内胆采用淬火+回火的热处理工序，淬火炉中的温度设定为860～880℃，回火炉中的温度设定为600～680℃，步进时间为20～40min(气瓶是按批制造，每批可以选择30～50支，连续进行热处理，每次都是单支进炉。步进时间是指前后气瓶进热处理炉的间隔时间)；气瓶无缝钢质内胆在淬火炉中的温度达到860～880℃后，通过输送线进入淬火槽中，自身进行旋转，旋转速度20～30r/min，淬火液从上部进行喷淋，达到快速降温的效果，调质热处理后无缝钢质内胆的圆度，(即在同一截面上的最大外径与最小外径差)不超过该截面平均外径的2％，直线度不超过总长的0.15％；金相组织为回火索氏体，晶粒度≥6级, 金相图见图2；
③按比例配制环氧树脂胶液，环氧树脂：固化剂：消泡剂：增韧剂：促进剂(质量比)＝100:90:1:15:1，配胶采用少量多次原则。每次配胶环氧树脂不超过5kg，对胶液进行充分搅拌，时间不少于3分钟。该配比可以起到防止环氧树脂中掺杂空气及产出多孔，降低承压层的脆性，增大韧性，提高承载强度，并获得良好的耐热、耐水、耐腐蚀的性能，同时可以人为地控制固化速度，保证有充足的时间完成缠绕工作。
④将无缝钢质内胆(1)与缠绕设备相连，将胶液倒入胶槽中，将碳纤维通过胶槽后引入缠绕设备上的绕丝头，碳纤维根数设为24根，预紧力为10N,准备缠绕。按设定的程序及碳纤维根数进行缠绕。缠绕时，缠绕时，所述碳纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述碳纤维上，一起缠绕在瓶身上，气瓶的旋转速度为20r/min，小车前进速度为：9844mm/min,碳纤维缠绕完成，剪去接头，形成承压层。
⑤将玻璃纤维通过胶槽后引入缠绕设备上的绕丝头，玻纤根数为24根，准备缠绕。根据设定的程序与纤维根数缠绕。缠绕时，缠绕时，所述玻璃纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述玻璃纤维上，一起缠绕在瓶身上，气瓶的旋转速度为20r/min，小车前进速度为：9844mm/min,用刮刀刮去多余的胶液，形成保护层，在保护层上贴上气瓶标签。
⑥将缠绕完的气瓶转移至固化炉中烘干、固化，注意监控固化温度，防止温度异常(过高或过低)。
⑦将固化后的气瓶接入水套盖并紧密连接，打自紧压力，保压60s，打水压试验压力，保压120s。计算总膨胀，弹性膨胀，残余膨胀率，气瓶的残余膨胀率必须小于5％。将合格气瓶转移至烘干工序。
⑧将受试瓶倒置排尽气瓶中的水，用蒸汽吹扫气瓶内部。
⑨清理胶液残留、内外表面污物及破损。
以上步骤中包括在无缝钢管两端通过热旋压加工成为瓶肩和瓶颈，再经调质热处理，内外螺纹加工，制造成能与端塞螺纹连接的无缝钢质内胆，然后通过硬度检测、水压试验及无损检测等验证其是否合格。将高强碳纤维缠绕在无缝钢质内胆上，一般是采用定制的缠绕设备，借助专用夹具将无缝钢质内胆连接在缠绕机上。采用大直径无缝钢质内胆，碳纤维与环氧树脂缠绕固化形成承压层及采用玻璃纤维与环氧树脂缠绕固化形成保护层是本发明的关键。初始缠绕螺旋角度不小于60度和施加高强纤维的预紧力，结合缠绕螺旋角度的均匀变大和正、反向交替、交叉缠绕可以更合理的分配各层间的纤维在充气过程中的受力状态的一致性，实现较少的纤维达到较理想的增强效果。
使用以上的制作步骤制造的大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶，结构中包括热旋压缩口无缝钢质内胆，和内胆外壁碳纤维缠绕固化形成复合材料承压层，借助两端瓶颈的内螺纹连接前端塞和后端塞，后端塞上设置进、出气阀门和排污装置，在前或后端塞上设置安全泄放装置，本发明中的碳纤维复合材料承压层外还增加了一层保护层。该保护层的作用是防止冲击性的损伤切断复合材料增强承压层中的碳纤维，从而形成局部的疲劳失效点，导致整个复合材料承压层对内胆的抗压补偿效果失效。
如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，包括：
将大直径无缝钢管两端热旋压成球形封头，其后进行调质热处理、螺纹加工等工序制成能与端塞螺纹连接的无缝钢质内胆；
将所述无缝钢质内胆采用淬火、回火的热处理工艺处理，以使所述无缝钢质内胆的金相组织转变为回火索氏体；
配制胶液，所述胶液为环氧树脂胶液；
采用纤维材料与所述胶液在所述无缝钢质内胆表面缠绕固化形成承压层；
采用玻璃纤维与环氧树脂在所述承压层表面缠绕固化形成保护层；
转移至固化炉中烘干、固化，得到大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶。
2.根据权利要求1所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，所述纤维材料选自碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、石墨纤维或其他复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，所述纤维材料缠绕固化形成的所述承压层中纤维初始缠绕螺旋角度不小于60度；所述缠绕螺旋角度均匀变大，缠绕方式为正、反向交替、交叉缠绕。
4.根据权利要求1所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，制造所述与端塞螺纹连接的无缝钢质内胆的工序还包括硬度检测、水压试验、内抛、内窥、并经过无损检测、外抛等工序；所述淬火、回火的热处理工艺中，淬火炉中的温度为860～880℃，回火炉中的温度为600～680℃，所述无缝钢质内胆的步进时间为20～40min；所述无缝钢质内胆在淬火炉中的温度达到860～880℃后，通过输送线进入淬火槽中，所述无缝钢质内胆自身进行旋转，旋转速度20～30r/min，淬火液从上部进行喷淋，达到快速降温的效果；从而使调质热处理后无缝钢质内胆的圆度(即在同一截面上的最大外径与最小外径差)不超过该截面平均外径的2％，直线度不超过所述无缝钢质内胆总长的0.15％；所述回火索氏体晶粒度≥6级。
5.根据权利要求1所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，所述配置胶液具体包括：按比例配制环氧树脂胶液，所述比例按质量比计算，环氧树脂：固化剂：消泡剂：增韧剂：促进剂＝100:90:1:15:1。
6.根据权利要求1所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，所述缠绕固化形成承压层的处理工序至少包括：将所述无缝钢质内胆与缠绕设备相连，所述缠绕设备至少包括能够使内胆旋转的部件、能够使内胆前后移动的小车、胶槽；将胶液倒入胶槽中，将纤维通过胶槽引入绕丝头，所述纤维根数设为24根，预紧力为10N，准备缠绕；按设定的程序及所述纤维根数进行缠绕；缠绕时，所述纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述纤维上，一起缠绕在瓶身上，所述内胆的旋转速度为20r/min，小车前进速度为：9844mm/min；碳纤维缠绕完成后，剪去接头，形成承压层。
7.根据权利要求1所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，所述缠绕固化形成保护层的处理工序至少包括：将玻璃纤维通过胶槽引入绕丝头，准备缠绕；根据设定的程序与纤维根数缠绕；缠绕时，所述玻璃纤维通胶槽时，胶槽内的胶液附着在所述玻璃纤维上，一起缠绕在瓶身上；用刮刀刮去多余的胶液，形成保护层，其后在保护层上贴上气瓶标签。
8.根据权利要求7所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，所述缠绕固化形成保护层的处理工序后还包括烘干固化的工序，所述烘干固化的工序包括：将缠绕完的气瓶转移至固化炉中烘干、固化，同时注意监控固化温度，防止温度异常(过高或过低)。
9.根据权利要求8所述的一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶的制造方法，其特征在于，所述烘干固化的工序后还包括水压试验工序、烘干工序、清洁工序，其中，所述水压试验工序包括：将固化后的气瓶接入水套盖并紧密连接，打自紧压力，保压60s，打水压试验压力，保压120s；计算总膨胀，弹性膨胀，残余膨胀率，气瓶的残余膨胀率必须小于5％，将合格气瓶转移至烘干工序；所述烘干工序包括将受试瓶倒置排尽气瓶中的水，用蒸汽吹扫气瓶内部；所述清洁工序包括清理胶液残留、内外表面污物及破损。
10.一种大直径无缝钢质内胆环向缠绕气瓶，其特征在于，所述缠绕气瓶采用如权利要求1-9中任意一种所述的方法制得。
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