具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请提供了一种卫星复合气瓶封头，包括壳体1以及接头2，其中：壳体1与接头2通过电子束焊接；接头2包括接头区21和肩部补强区22；壳体1包括渐变过渡区11、等壁厚薄膜区12以及筒体区13；肩部补强区22与渐变过渡区11平滑焊接，渐变过渡区11与等壁厚薄膜区12平滑渐变连接。

具体的，卫星用复合气瓶要求质量轻、强度高、可靠性高、安全性高，气瓶性能因子定义为最大压力与容积的乘机再除以净重，卫星气瓶性能因子技术要求一般大于30km，因此气瓶需采用超薄壁塑性工作金属内衬高强碳纤维缠绕复合气瓶结构，内衬设计采用最大限度减重原则，内衬封头、筒体壳体壁厚最大限度减薄，重量最轻，才能达到最高的性能因子设计要求。内衬封头壳体区需满足与复合层的应力应变协调性，内衬壳体属于低周疲劳寿命设计，根据Coffin-Manson低周疲劳循环理论，材料延伸率越大，低周疲劳寿命越高，因此壳体区域应选择高延伸率低强度金属材料。内衬封头接头区则需满足气瓶刚性固定约束条件，复合气瓶动力学载荷条件严酷，需采用高屈服强度低延伸率金属材料。并且超薄壁内衬缠绕技术对内衬尺寸公差和形位公差要求很高，采用传统的先机加、后焊接的工艺无法满足壳体结构精度要求，封头与筒体的交界处不仅存在薄膜应力，还存在弯曲应力等复杂应力状态，采用传统封头与筒体交界处焊接，也会导致焊缝应力集中，封头接头缠绕区由于纤维发挥系数较低，还需要采用结构补强设计。因此，根据上述设计要求，本发明实施例提供了一种卫星复合气瓶封头，整体采用接头2壳体1带筒段的设计方式，主要包括壳体1和接头2两大部分，其中接头2和壳体1采用电子束对接焊缝，解决了封头与筒体交界处焊缝应力集中的问题，接头2包括接头区21和肩部补强区22，接头区21主要用于和其他装置进行对接，比如和挂丝台、径向约束圆柱、螺纹密封面以及出气管等装置进行对接，肩部补强区22根据实际补强系数进行计算，主要为了满足封头刚性约束的高强度要求。壳体1主要包括渐变过渡区11、等壁厚薄膜区12以及筒体区13，肩部补强区22与渐变过渡区11的壁厚、内表面之间曲率平滑过渡焊接，渐变过渡区11由等壁厚薄膜区12采用壁厚渐变增厚至设计厚度，壁厚平滑渐变，不过整体的渐变过渡区11壁厚、内表面的曲率无突变，通过平滑渐变的过渡设计，解决了封头根部缠绕堆积、扩孔缠绕角变化、缠绕张力变化引起的内衬封头壳体与复合层应变位移协调性问题。

进一步的，接头区21和肩部补强区22的材料为TA3钛合金。TA3钛合金的优点是屈服强度、硬度适中，具有较强抗磨损性能，做为气口金属密封球头密封面、外螺纹等接触面时，具有一定抗磨损性能，而且TA3钛合金和TA1钛合金的焊接性较好，焊接接头强度较高，因此采用TA3钛合金。

进一步的，TA3钛合金的屈服强度≥460MPa、抗拉强度≥540MPa、弹性模量≥107GPa、塑性模量≥1.3GPa、断裂延伸率≥15％。根据实际的设计情况选择TA3钛合金的各项参数。

进一步的，渐变过渡区11、等壁厚薄膜区12以及筒体区13的材料为TA1纯钛。TA1纯钛的优点是断裂延伸率达到30％，根据材料低周疲劳特性，塑性内衬的低周疲劳寿命与断裂延伸率成正比，因此采用TA1钛合金可以获得较高的低周疲劳寿命。

进一步的，TA1纯钛的屈服强度≥290MPa、抗拉强度≥370MPa、弹性模量≥105GPa、塑性模量≥1.2GPa、断裂延伸率≥30％。根据实际的设计情况选择TA1纯钛的各项参数。

具体的，采用TA1材料作为封头壳体，是发挥TA1材料的高断裂延伸率性能，采用TA3作为接头材料，发挥TA3钛合金的较高的强度和硬度性能，两者采用焊接连接，两种钛合金的焊接性能较好，因此采用异种金属结构来满足双重要求，单独采用TA1钛合金，不满足接头的硬度要求，单独采用TA3钛合金，不能满足壳体的低周疲劳性能要求，因此只有采用异种金属结构，才能保证这种塑性内衬特殊的技术要求。

进一步的，电子束焊接的焊缝系数≥0.95。防止焊缝应力过于集中。

进一步的，壳体1外曲面旋转母线为椭圆曲线，内曲面旋转母线是以外曲面为基准的渐变增厚坐标点拟合曲线。壳体1的外曲面旋转母线可以根据实际情况选择椭圆曲线或者等张力曲线，保证复合气瓶封头外型流线的美观，内曲面以外曲面为基准进行曲线的拟合，保证壳体1的壁厚为超薄等壁厚，大大减轻了复合气瓶的重量。

进一步的，等壁厚薄膜区12与筒体区13的壁厚相同，壁厚≤1mm。等壁厚薄膜区12与筒体区13采用超薄等壁厚的设计，主要为了满足卫星复合气瓶轻重量、高性能因子的要求。

进一步的，筒体区13的圆度≤1mm，筒体区13的高度≥10mm，筒体区13的平面度≤1mm。根据实际的设计情况选择筒体区13的各项参数。

此外，本发明还提供了一种制造卫星复合气瓶封头的方法，包括如下步骤：步骤1：采用TA1纯钛板材夹板热冲压工艺、车加工工艺完成封头壳体1毛坯制造；步骤2：采用TA3钛合金棒材车加工工艺完成封头接头2毛坯制造；步骤3：采用电子束焊接连接TA1纯钛封头壳体1毛坯和TA3钛合金封头接头2毛坯；步骤4：采用车加工工艺完成钛合金封头加工。

本发明实施例提供的制造卫星复合气瓶封头的方法采用封头接头2毛坯和封头壳体1毛坯先焊接后机加的工艺方案，解决了封头尺寸公差和形位公差要求严苛的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。