无缝铝合金管材在超大容积气瓶用整体内胆的应用

夏松 周庆涛

摘要：采用铝合金内胆外缠复合材料层的方式研制出承压高、重量轻、气密性好、耐疲劳等综合性能优良的超大容积气瓶。 本文主要对无缝铝合金管材在超大容积气瓶用整体内胆的应用进行研究概述。

关键词：无缝铝合金管材;超大容积气瓶;整体内胆

无缝铝合金管具有良好的耐腐蚀性、成型性、焊接性和机械加工性。无缝铝合金管的抗拉强度可达200mpa以上，屈服强度可达180mpa以上。特别适用于强度要求高的机架和工业附件。在超大容积气瓶整体缸套的应用中也很常见。

有四种类型的气瓶，即金属气瓶、金属内衬环向缠绕复合气瓶、金属内衬全缠绕复合气瓶和塑料内衬全缠绕复合气瓶。近20年来，我国高压缸的发展也取得了很大的进步。纤维缠绕金属铝内衬复合材料超大容积气瓶在相同内压下具有相同的体积和承载相。因此，复合材料超大容积气瓶在国内外得到了越来越广泛的应用。

一、应用工艺原料选择

1.内衬

特大容量气瓶的衬里必须符合下列要求：确保良好的气密性;具有一定的刚度，可作为纤维缠绕过程中的模具使用;具有一定的冲击韧性。本研究选用铝合金材料作为衬里，因为铝合金衬里具有抗渗性强、长期储气而不泄压的优点;铝合金衬里在温度变化时具有良好的稳定性;铝合金内衬复合材料气缸比钢衬气缸轻。

2.纤维

瓶体采用综合性能好的高强中模碳纤维r1700-12k作为增强纤维，外保护层×10玻璃纤维采用无碱ec8.0-24。

3.树脂体系

根据复合材料的强度、韧性、耐低温及浸渍过程的性能要求，最终选择将芳香胺混合作为固化剂的环氧树脂的组合。

二、无缝铝合金管材在超大容积气瓶用整体内胆的应用工艺

超大型高压气瓶的铝合金内衬用作缠绕式气瓶的内衬，用于储存压缩气体。超大型高压气瓶铝合金内衬是两端封闭成型头与瓶口的整体无缝结构，直筒段公称外径φ300-φ850mm，高压气瓶额定压力20-30Mpa。

上述超大尺寸高压气瓶铝合金缸套，直筒段壁厚宜为3-10mm，直筒段整体直线度不大于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线度不大于0.5mm/300mm;直筒部分的任何位置的圆度不大于0.5mm;直圆柱体部分的内表面粗糙度小于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气瓶铝合金缸套，封头的结构形式优选为椭球封头、盘封头或半球封头，A封头的结构形式和B封头相同，头部的厚度从边缘到瓶口逐渐均匀加厚。

三、铝合金在气瓶上应用的优势

耐低温型。车载LNG气瓶属于低温容器，而铝合金可以在温度很低的工况下使用，甚至在低温的条件下，铝合金的抗拉强度和屈服强度会有所提高，断裂韧性也会提高，满足车载 LNG气瓶的温度方面的设计需求。

比强度高。比强度是材料的强度除以其密度。比强度越高表明达到相应强度所用的材料质量越轻。现有车载LNG气瓶多为不锈钢材质，气瓶自重较重。而铝合金的比强度较高，车载LNG气瓶属于移动式压力容器，较高的比强度带来较低的自重，使车载LNG气瓶在使用过程中可以降低能耗，节约成本。

耐腐蚀性好。车载LNG气瓶运行的环境多为露天环境，需要对大气环境有良好的耐腐蚀性能。铝合金在使用过程中，使其外表面形成一层致密的氧化膜，使铝合金具有极强的耐大气腐蚀性。

四、结束

高压气瓶已广泛应用于工矿生产、建筑、交通、航运、航空、医疗、军工等国民经济行业。高压气瓶的容量、壁厚、制造工艺和材料将影响高压气瓶的性能。

其优点如下：显著减肥，在相同性能下，重量仅为传统钢气缸的35%-40%;损伤安全性、减震性好，复合材料中纤维与树脂基体的界面具有良好的阻尼性能;与无缝钢瓶生产所需的复杂工艺相比，纤维缠绕工艺更加灵活，易于实现自动化，能耗远低于钢瓶生产工艺。

车载LNG气瓶作为LNG汽车燃料系统的核心装备，轻量化成为其主要发展方向，铝合金在车载LNG气瓶在某些方面具有独特的优势，特别是轻量化的方向上，有着巨大的潜力。加强车载LNG气瓶对铝合金的开发及应用，对LNG气瓶及汽车的轻量化有着巨大意义。

参考文献

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