無縫鋁合金管材在超大容積氣瓶用整體內膽的應用

夏松 周慶濤

摘要：采用鋁合金內膽外纏復合材料層的方式研制出承壓高、重量輕、氣密性好、耐疲勞等綜合性能優良的超大容積氣瓶。?本文主要對無縫鋁合金管材在超大容積氣瓶用整體內膽的應用進行研究概述。

關鍵詞：無縫鋁合金管材;超大容積氣瓶;整體內膽

無縫鋁合金管具有良好的耐腐蝕性、成型性、焊接性和機械加工性。無縫鋁合金管的抗拉強度可達200mpa以上，屈服強度可達180mpa以上。特別適用于強度要求高的機架和工業附件。在超大容積氣瓶整體缸套的應用中也很常見。

有四種類型的氣瓶，即金屬氣瓶、金屬內襯環向纏繞復合氣瓶、金屬內襯全纏繞復合氣瓶和塑料內襯全纏繞復合氣瓶。近20年來，我國高壓缸的發展也取得了很大的進步。纖維纏繞金屬鋁內襯復合材料超大容積氣瓶在相同內壓下具有相同的體積和承載相。因此，復合材料超大容積氣瓶在國內外得到了越來越廣泛的應用。

一、應用工藝原料選擇

1.內襯

特大容量氣瓶的襯里必須符合下列要求：確保良好的氣密性;具有一定的剛度，可作為纖維纏繞過程中的模具使用;具有一定的沖擊韌性。本研究選用鋁合金材料作為襯里，因為鋁合金襯里具有抗滲性強、長期儲氣而不泄壓的優點;鋁合金襯里在溫度變化時具有良好的穩定性;鋁合金內襯復合材料氣缸比鋼襯氣缸輕。

2.纖維

瓶體采用綜合性能好的高強中模碳纖維r1700-12k作為增強纖維，外保護層×10玻璃纖維采用無堿ec8.0-24。

3.樹脂體系

根據復合材料的強度、韌性、耐低溫及浸漬過程的性能要求，最終選擇將芳香胺混合作為固化劑的環氧樹脂的組合。

二、無縫鋁合金管材在超大容積氣瓶用整體內膽的應用工藝

超大型高壓氣瓶的鋁合金內襯用作纏繞式氣瓶的內襯，用于儲存壓縮氣體。超大型高壓氣瓶鋁合金內襯是兩端封閉成型頭與瓶口的整體無縫結構，直筒段公稱外徑φ300-φ850mm，高壓氣瓶額定壓力20-30Mpa。

上述超大尺寸高壓氣瓶鋁合金缸套，直筒段壁厚宜為3-10mm，直筒段整體直線度不大于0.5mm/m;直筒部分的壁厚公差小于或等于0.15mm。

直筒段的任何直段的局部直線度不大于0.5mm/300mm;直筒部分的任何位置的圓度不大于0.5mm;直圓柱體部分的內表面粗糙度小于Ra1.6μm。直筒段外表面粗糙度小于Ra3.2μm。

如上所述的超大尺寸高壓氣瓶鋁合金缸套，封頭的結構形式優選為橢球封頭、盤封頭或半球封頭，A封頭的結構形式和B封頭相同，頭部的厚度從邊緣到瓶口逐漸均勻加厚。

三、鋁合金在氣瓶上應用的優勢

耐低溫型。車載LNG氣瓶屬于低溫容器，而鋁合金可以在溫度很低的工況下使用，甚至在低溫的條件下，鋁合金的抗拉強度和屈服強度會有所提高，斷裂韌性也會提高，滿足車載?LNG氣瓶的溫度方面的設計需求。

比強度高。比強度是材料的強度除以其密度。比強度越高表明達到相應強度所用的材料質量越輕。現有車載LNG氣瓶多為不銹鋼材質，氣瓶自重較重。而鋁合金的比強度較高，車載LNG氣瓶屬于移動式壓力容器，較高的比強度帶來較低的自重，使車載LNG氣瓶在使用過程中可以降低能耗，節約成本。

耐腐蝕性好。車載LNG氣瓶運行的環境多為露天環境，需要對大氣環境有良好的耐腐蝕性能。鋁合金在使用過程中，使其外表面形成一層致密的氧化膜，使鋁合金具有極強的耐大氣腐蝕性。

四、結束

高壓氣瓶已廣泛應用于工礦生產、建筑、交通、航運、航空、醫療、軍工等國民經濟行業。高壓氣瓶的容量、壁厚、制造工藝和材料將影響高壓氣瓶的性能。

其優點如下：顯著減肥，在相同性能下，重量僅為傳統鋼氣缸的35%-40%;損傷安全性、減震性好，復合材料中纖維與樹脂基體的界面具有良好的阻尼性能;與無縫鋼瓶生產所需的復雜工藝相比，纖維纏繞工藝更加靈活，易于實現自動化，能耗遠低于鋼瓶生產工藝。

車載LNG氣瓶作為LNG汽車燃料系統的核心裝備，輕量化成為其主要發展方向，鋁合金在車載LNG氣瓶在某些方面具有獨特的優勢，特別是輕量化的方向上，有著巨大的潛力。加強車載LNG氣瓶對鋁合金的開發及應用，對LNG氣瓶及汽車的輕量化有著巨大意義。

參考文獻

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