阅读说明：本技术 一种车载液化天然气轻量化气瓶及其内胆用铝合金 (Vehicle-mounted liquefied natural gas lightweight gas cylinder and aluminum alloy for inner container thereof ) 是由 王国营 白江坤 王晓东 王伟 张童 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车载液化天然气轻量化气瓶,涉及LNG气瓶技术领域,包括外壳与内胆,所述外壳为不锈钢外壳,所述内胆为铝合金内胆,所述外壳与内胆之间设置真空夹层,所述外壳与内胆由前部支撑和后部支撑连接固定。本发明的优点在于,本发明专利能够达到气瓶标准中规范的使用性能,并可满足安全及强度性能。能够降低约40％的重量。(The invention discloses a vehicle-mounted liquefied natural gas lightweight gas cylinder, which relates to the technical field of LNG cylinders and comprises a shell and a liner, wherein the shell is a stainless steel shell, the liner is an aluminum alloy liner, a vacuum interlayer is arranged between the shell and the liner, and the shell and the liner are fixedly connected through a front support and a rear support. The invention has the advantages that the invention can reach the standard service performance in the gas cylinder standard and can meet the safety and strength performance. The weight can be reduced by about 40%.)

一种车载液化天然气轻量化气瓶及其内胆用铝合金

技术领域

本发明涉及LNG气瓶技术领域，尤其是涉及一种车载液化天然气轻量化气瓶及其内胆用铝合金。

背景技术

汽车用LNG气瓶用于储存低温液化气体(LNG)的特种气瓶，主要用于重卡天然气汽车，替代传统的燃油车，其液化天然气(LNG)具储存形式有特殊性。

设计依据主要为TSG R0006-2014《气瓶安全技术监察规程》，车用液化天然气焊接绝热气瓶(执行标准GB/T 34510《汽车用液化天然气气瓶》)两个标准以及生产气瓶企业的企业标准，其中对气瓶的充装率都有明确的规定以及要求的型式试验。车用LNG气瓶具有双层结构，其夹层具有高真空状态，防止LNG液体与外界进行对流导热；目前存在以下问题：1、通过内胆支撑的传热以及夹层的热辐射都会对气瓶的内胆进行加热；使其气瓶中的LNG液体气化，从而使瓶内压力上升。2、采用不锈钢材质的内胆，虽然其机械性能较好但是自重过大，严重影响汽车能耗。3、采用铝合金材质的内胆虽然能够降低重量，减少能耗，不过依然存在如下问题(1)铝合金热传导高，因此车载LNG气瓶需要气瓶的绝热性能好，因而在设计过程中，需要考虑铝合金的这个特性，优化气瓶结构，尽可能减少传热。(2)铝材在高温下易于空气中的氧反应，生成三氧化二铝薄膜；该氧化膜会提高其耐腐蚀性能，但改氧化膜会对铝合金的焊接质量产生影响，在焊接过程中，需要有良好的保护。(3)焊接时铝合金熔池凝固时的体收缩率约为钢的两倍，因而铝合金焊缝容易产生缩孔、缩松及热裂纹。

发明内容

为减轻气瓶重量，克服上述问题，本发明采用如下技术方案：一种车载液化天然气轻量化气瓶，包括外壳与内胆，其所述外壳为不锈钢外壳，所述内胆为铝合金内胆，所述外壳与内胆之间设置真空夹层，所述外壳与内胆由前部支撑组件和后部支撑组件连接固定；所述前部支撑组件包括内套管、外套管、衬套和连接盖，所述内套管插入所述套管的内腔，所述衬套设置在所述内套管和外套管之间的间隙的前端，所述连接盖设置在所述内套管外套管之间的间隙的后端，所述衬套为玻璃钢材质；所述后部支撑组件包括第一柱体、第二柱体、轴套和弧形板，所述弧形板固定设置在所述内胆的内腔后部，与所述第一柱体固定连接，所述外壳内腔的后端固定设置有外后封头，所述第二柱体与所述外后封头之间由轴套固定连接。

优选的，所述外套管上设置有通孔。

优选的，所述内套管的前端连接分配器。

优选的，所述外壳的前端固定设置前外封头，与所述分配器、内套管的固定连接。

优选的，所述内胆前端固定设置内前封头，与所述外套管固定连接。

优选的，所述内胆后端固定设置内后封头，与所述第一柱体固定连接。

一种车载液化天然气轻量化气瓶内胆用铝合金，组分包括：Al、Mg、Zn、Mn、Ti、Cu；以及轻质稀土元素和Zr中的至少一种。

进一步的，所述组分按重量份计算为：Mg 4.95-5.05％，Zn 0.15-0.2％，Zr0.08-0.1％，Mn 0.3-0.35％，Ti 0.1-0.12％，Cu 0.12-0.15％，余量为Al。

优选的，所述组分按重量份计算为：Mg 4.95-5.05％，Zn 0.15-0.2％，Mn0.3-0.35％，Ti 0.1-0.12％，Cu 0.12-0.15％，轻质稀土元素0.15-0.2％，余量为Al。

本发明的优点在于，本发明专利能够达到气瓶标准中规范的使用性能，并可满足安全及强度性能，能够降低约40％的重量，以型号为CDPW850-1000-1.37MPa的气瓶为例，气瓶重量可降低约130Kg。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为前部支撑组件示意图；

图3为后部支撑组件示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种车载液化天然气轻量化气瓶，包括外壳1与内胆2，外壳1为不锈钢材质，内胆2为铝合金材质，外壳1与内胆2之间设置真空夹层，外壳1与内胆2由前部支撑组件4和后部支撑组件5连接固定。外壳1的前端固定设置不锈钢材质的前外封头7，与分配器3、内套管41的固定连接。内胆2前端固定设置内前封头8，与外套管42固定连接。内胆2后端固定设置内后封头10，与第一柱体51固定连接。

如图2所示，前部支撑组件4包括不锈钢材质的内套管41、铝合金材质的外套管42、玻璃钢材质的衬套43和连接盖44，内套管41插入套管42的内腔，衬套43设置在内套管41和外套管42之间的间隙的前端，连接盖44设置在内套管41和外套管42之间的间隙的后端。外套管42上设置有通孔45。内套管41的前端连接分配器3。

如图3所示，后部支撑组件5包括铝合金材质的第一柱体51、不锈钢材质的第二柱体52、不锈钢材质的轴套53和铝合金材质的弧形板21，弧形板21固定设置在内胆2的内腔后部，与第一柱体51固定连接，外壳2内腔的后端固定设置有不锈钢材质的外后封头9，第二柱体52与外后封头9之间由轴套53固定连接。

内胆采用变极性熔化极焊接方式进行专机焊接，外壳沿用传统的不锈钢焊接方式。因本发明内胆与外胆的连接件采用了过渡方式，由此内外胆的组队与传统不锈钢瓶没有变化，保证了生产的便捷性和统一性。

目前市场上常见的铝合金低温压力容器较多的采用5083铝合金，虽然其具有较好的焊接性能和机械性能，不过在实际生产中依然存在一定量的焊接缺陷，焊缝容易产生缩孔、缩松及热裂纹，废品率依然较大。

因此为了找到最佳的内胆材质分别做以下实施例进行对比。

实施例一、铝合金内胆组分按重量份计算为：Mg 5％，Zn 0.15％，Zr 0.1％，Mn0.35％，Ti 0.1％，Cu 0.15％，余量为Al。

实施例二、铝合金内胆组分按重量份计算为：Mg 5％，Zn 0.15％，Zr 0.1％，Mn0.35％，Ti 0.1％，Cu 0.15％，轻质稀土元素0.15-0.2％，余量为Al。

实施例三、铝合金内胆组分按重量份计算为：Mg 5％，Zn 0.15％，Mn 0.35％，Ti0.1％，Cu 0.15％，余量为Al。

实验数据如下:

	5083铝合金	实施例一	实施例二	实施例三
					焊接性(满分5分)	4分	4分	5分	3.5分
室温抗拉强度	315MPa	359Mpa	415Mpa	295Mpa
					室温屈服强度	230Mpa	270Mpa	320Mpa	213Mpa

从上述试验数据可以看出，实施例一和实施例二的焊接性能和机械性能均比市场常用的5083铝合金具有大的提升，但是实施例三的指标却低于5083铝合金，从中能够看出Zr和轻质稀土元素的突出作用，尤其是微量轻质稀土元素的添加能够极大改善焊接性能和机械性能。

上述各实施例的铝合金基材的生产工艺均参照5083铝合金的生产工艺。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，对于一些本领域普通技术人员所熟知的技术内容，此处不再赘述，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。