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大深度水下航行体双层耐压舱体及其成型方法

阅读：262发布：2024-01-10

专利汇可以提供大深度水下航行体双层耐压舱体及其成型方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种大深度水下航行体双层耐压舱体及其成型方法，该舱体包括内壳、外壳、垫板以及绝缘涂层；内壳由两端法兰、中间为圆筒加外环肋结构形式，两端法兰可以与其他段连接；内壳环肋等间距分布；临近环焊缝内壳的壁厚逐步增加，利于增加结构整体的强度和刚度，确保焊缝位置在承受外压时承受较小的应力；外壳采用薄壁圆柱壳体，采用薄壁板卷焊而成，焊缝为纵焊缝；舱体的内壳与外壳采用对接环焊缝连接而成，环焊缝背面的小空腔结构保证对接焊接的结构形式易于实现。本发明水下耐压能力高、耐压稳定性好、耐压受力均匀、重量轻、比强度高、耐冲击性能好、耐海水腐蚀持续时间长、使用寿命长。，下面是大深度水下航行体双层耐压舱体及其成型方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种大深度水下航行体双层耐压舱体，其特征在于，该舱体为组合结构形式，其包括内壳、外壳、垫板以及绝缘层；所述内壳为圆筒形结构，所述内壳采用挤压管加工成形；在内壳的内侧壁设置有绝缘层，在所述内壳的外侧壁设置有外环肋，圆筒形结构与外环肋为一体结构形式，外壳为薄壁圆柱舱体，其通过薄板卷焊而成；在外壳的纵焊缝下设置所述垫板，所述垫板为纵焊缝垫板，所述垫板与内壳的环肋镶嵌套的结构，以便于纵焊缝焊接时的背部成型；外壳两侧与内壳采用等离子焊接的环焊缝连接；环焊缝背部形成小空腔，保证其焊接时的背部成型；临近所述环焊缝处的内壳的壁厚逐渐增加，以便于增加结构整体的强度和刚度，从而减少环焊缝位置在承受外压时承受的应力；舱体的外壳的外表面喷涂的防腐涂料；且舱体外壳的外表面加工后表面粗糙度不低于6.3。
2.如权利要求1所述的大深度水下航行体双层耐压舱体，其特征在于，所述内壳的两端为圆柱法兰，所述内壳的中间为圆柱薄壁，所述圆柱薄壁的外侧设置外环肋。
3.如权利要求2所述的大深度水下航行体双层耐压舱体，其特征在于，所述环焊缝为7系列铝合金与5系列铝合金异种铝合金焊接的焊缝。
4.如权利要求3所述的大深度水下航行体双层耐压舱体，其特征在于，所述内壳为7系列高强度铝合金作为舱体主承力结构，所述外壳为5系列耐腐蚀、延伸率好的中强度铝合金，有利于结构成形时保证内、外壳的贴合度和环焊缝焊接时残余应力的释放。
5.如权利要求4所述的大深度水下航行体双层耐压舱体，其特征在于，所述外壳的内壁与内壳环肋外壁紧密贴合，贴合度不低于95％。
6.如权利要求5所述的大深度水下航行体双层耐压舱体，其特征在于：所述外壳与所述内壳同轴，且外壳的轴向长度小于内壳的轴向长度。
7.如权利要求6所述的大深度水下航行体双层耐压舱体，其特征在于：所述绝缘层为绝缘涂层，舱体加工完成后，进行硬质阳极氧化，氧化后24小时内在舱体内壁涂覆绝缘涂层。
8.一种大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤一、加工内壳以及内壳外表面的环肋结构，要求内壳的外表面和内表面分别留第一加工余量；
步骤二、在内壳的环肋上加工安装纵焊缝垫板的凹槽，并将纵焊缝垫板安装至内壳的外环肋；
步骤三、外壳采用比设计壁厚厚4mm的板材卷圆，卷圆后的纵焊缝采用搅拌摩擦焊焊接成型；
步骤四、经过步骤三中卷焊成型的外壳内壁与内壳环肋的外壁配车加工，壳体外壁尺寸相对于设计尺寸保留第二加工余量；
步骤五、将卷焊成型的外壳在与搅拌摩擦焊纵焊缝成90°的地方剖开；
步骤六、将剖开的所述外壳打开并包裹在所述内壳的所述环肋上，采用直径与耐压壳体外径一致的圆柱形工装夹紧所述外壳，使得外壳的内壁紧密贴合在内壳的环肋的外壁上，然后采用等离子焊接外壳的纵焊缝；
步骤七、将外壳与内壳两侧用等离子焊接的环形焊缝连接，焊接完成耐压壳体的半成品；
步骤八、采用超声波对两道环焊缝和两道纵焊缝进行消除残余应力处理；各焊缝中包括一道搅拌摩擦焊焊缝以及三道等离子焊缝；
步骤九、将耐压壳体的内壳内表面和外壳外表面加工到设计尺寸，采用超声波再次对两道环焊缝和两道纵焊缝进行消除残余应力处理；各焊缝中包括一道搅拌摩擦焊焊缝以及三道等离子焊缝；
步骤十、对加工成形的耐压壳体外表面进行喷砂处理，进一步降低焊缝周围处的残余应力和机械加工应力；
步骤十一、将最终加工的耐压壳体进行硬质阳极氧化处理；耐压壳体进行硬质阳极氧化处理24小时内将内壳内表面涂覆环氧树脂涂料；在耐压壳体外表面采用高压喷枪喷涂常温固化型无机陶瓷涂料。
9.如权利要求8所述的大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法，其特征在于，所述涂覆环氧树脂涂料的具体方法如下：
将耐压壳体的内壳两端采用隔板封闭并安装在旋转工装上，每隔120°位置贴近耐压壳体外侧布置一个石英加热器，共布置三个加热器；开启加热器对壳体进行预热，一边低速旋转耐压壳体，当壳体预热到45℃时，停止旋转和加热；从隔板的堵头灌入专门配比的双组分环氧树脂涂料，封住堵头；开启加热器，低速旋转壳体3分钟，然后高速旋转壳体，控制开启加热器的个数，使得壳体温度从45℃升到60℃的时间控制在30分钟；然后开启全部加热器继续加温，保持高速旋转，直到温度达到(80±2)℃自动控制；当温度达到(80±2)℃后再低速旋转2小时，最后关闭加热器，切断总电源，涂覆完毕。
10.如权利要求9所述的大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法，其特征在于，在耐压壳体外表面采用高压喷枪喷涂常温固化型无机陶瓷涂料的具体操作如下：将耐压壳体的安装在旋转工装上，每隔120°位置贴近耐压壳体外侧布置一个石英加热器，共布置三个加热器；开启加热器对壳体进行预热，一边低速旋转耐压壳体，当壳体预热到直到温度达到(60±2)℃自动控制。然后采用高压雾化喷枪对壳体外表面喷涂常温固化型无机高分子纳米柔性涂料，直到均匀喷涂厚度约40μm,再保温旋转30分钟固化，然后关闭加热器，切断总电源，涂覆完毕。

说明书全文

大深度水下航行体双层耐压舱体及其成型方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种大深度水下航行体耐压舱体技术领域，更为特别地是涉及一种大深度水下航行体双层耐压舱体及其成型方法。

背景技术

[0002] 圆柱舱体，例如，等壁厚的圆柱舱体、带环筋的圆柱舱体，由于其具有重量轻和优异的力学性能等特点，在过去几十年里被广泛地应用于航空、航天、航海及车辆工程等各个领域。在水下航行体的耐压舱体中，圆柱舱体扮演了主要的角色，其已应用在各种产品中，例如，各型鱼雷、潜艇、无人水下航行器(UUV)、水下自主式无缆机器人(AUV)以及各种水下运载器等。

[0003] 另外，铝及铝合金是目前应用最广泛的轻金属之一，由于其有密度低、比强度高、比刚度高和耐腐蚀能力强等特点，被广泛应用于航空、航天、航海和车辆等制造领域。具体地，7XXX系列铝合金，是以Zn为主要添加元素并含有少量Mg的三元合金，其具有较强的抗拉强度，常被用作焊接结构材料和承力结构材料，进一步地由于其具有优异的综合性能，因此，是一种承重结构较为理想的材料。5XXX系列铝合金具有良好的焊接性、耐蚀性、优良的延展性、良好的加工型和中等强度等特性，因此是水下航行体主要使用的材料之一。

[0004] 现有技术中的小直径的水下航行体的材料通常采用铝合金材料，而其结构多为单层圆柱舱体加内环肋的耐压舱体结构。但是随着人类不断向深海探索，水下航行体使用深度不断增加，单层环肋圆柱舱体的劣势逐渐显现出来，特别是使用深度增加，耐压舱体的强度和稳定性都受到了结构和材料极限的考验，特别是深水耐压的稳定性。同时由于环肋的存在，耐压舱体在承受外压时难免在环肋附近出现应力集中，从而导致大部分区域并未达到材料的屈服强度的情况下导致舱体屈服破坏。因此需要新的结构形式来更加充分发挥材料的优势，使得耐压舱体的重量/排水量与单层圆柱环肋舱体一致的情况下，能承受更高的外压力、舱体应力分布更均匀、具有更好的耐压稳定性，以及更好的抗冲击性能。另外，铝合金在海水中应用的防腐蚀问题是一大难题。如何采用合理的成型方法使得双层壳体的加工更加经济、简单、质量可靠度更高，又能解决铝合金在海水中的防腐蚀问题是值得深入研究的课题。因此期望得到一种结构简单、工艺性好、比强度高、耐冲击性、重量轻、耐外压能力强、耐压时舱体应力分布均匀，能充分发挥所选材料性能极限的且水下耐压稳定性更好，更适合大深度使用的耐压舱体，为各种深水用水下航行体提供搭载平台。同时，期望得到一种大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法，该成型方法使得双层壳体的加工更加经济、简单、质量可靠度更高，能充分发挥双层耐压壳体的承受外压的优势，壳体内表面涂层均匀，尺寸控制良好，通过性优良。壳体外表面涂层均匀，光洁度优良，利于防止海水腐蚀和降低航行流体阻力。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种大深度水下航行体双层耐压舱体，其包括内壳、外壳、垫板以及绝缘涂层；该舱体为组合结构形式；所述的组合结构舱体具有耐外压高、耐外压稳定性好、耐外压时舱体应力分布均匀且无应力集中的特点。其中组合结构舱体具有优良的隔振性能和高抗冲击性能的特点。所述的内壳包括两端法兰、中间为圆筒以及外环肋结构形式，采用厚壁挤压管整体加工而成，两端法兰可以与其他段连接；内壳环肋等间距分布，具体间距根据承受外压时舱体最小应力准则进行优化配置；所述临近环焊缝内壳的壁厚逐步增加，利于增加结构整体的强度和刚度，确保焊缝位置在承受外压时承受较小的应力；所述的外壳采用薄壁圆柱壳体，采用薄壁板卷焊而成，焊缝为纵焊缝；所述的舱体的内壳与外壳采用对接环焊缝连接而成，环焊缝背面的小空腔结构保证对接焊接的结构形式，也有利于环焊缝的背部成型，环焊缝为7系列铝合金与5系列铝合金焊接的异种铝合金焊缝。所述外壳纵焊缝下设有垫板，有利于纵焊缝背部成形。所述的舱体外壳的内表面与内壳环肋外壁紧密贴合，贴合度不低于95％，紧密贴合有利于内、外壳形成一个整体，提高舱体强度和刚度，特别是提高水下耐压的稳定性。所述的舱体内壳采用7系列高强度铝合金材料作为舱体的主要承力结构，外壳采用5系列耐腐蚀、延伸率好的中强度铝合金材料，有利于卷焊时保证内、外壳贴合度和焊接后残余应力的释放。所述的舱体内壳内壁涂覆环氧树脂绝缘材料，耐压舱体内部绝缘性能好。所述的舱体表面涂覆常温固化型无机陶瓷涂料，具有优良的耐海水腐蚀性能。

[0006] 本发明旨在为某型水下航行体提供一种水下耐压能力高、耐压稳定性好、耐压受力均匀、重量轻、比强度高、耐冲击性能好、耐海水腐蚀持续时间长、使用寿命长的大深度耐压舱体。

[0007] 更进一步地，本发明的目的在于提供一种大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法，其中耐压壳体包括内壳、外壳、垫板、内壳绝缘涂层及外壳防腐涂层组成；内壳材料采用7A05-T6铝，外壳和垫板采用5A06-O铝合金，内壳绝缘涂层采用树脂型材料，外壳防腐涂料采用常温固化型无机陶瓷涂料。本发明详细说明了上述所述的耐压壳体的成型方法。该成型方法制造的耐压壳体，内壳环肋外壁与外壳内壁能紧密贴合，具有足够高的贴合度，能将内壳与外壳形成一个完整的整体，在承受较高外压时不易发生变形和失稳现象。采用该成型方法制造的耐压壳体的焊缝周围具有较低的残余应力，焊接接头不易于在自然时效或使用过程中产生裂纹等缺陷；采用该成型方法制造的耐压壳体内表面涂层均匀，尺寸控制良好，具有良好的通过性。采用该成型方法制造的耐压壳体外表面涂层均匀，由于是采用无机陶瓷涂料，具有比普通涂料更高的硬度、光洁度和耐磨性，更有利于防止海水腐蚀和降低水下航行流体阻力。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 一种大深度水下航行体双层耐压舱体，该舱体为组合结构形式，其包括内壳、外壳、垫板以及绝缘层；所述内壳为圆筒形结构，所述内壳采用挤压管加工成形；在内壳的内侧壁设置有绝缘层，在所述内壳的外侧壁设置有外环肋，圆筒形结构与外环肋为一体结构形式，外壳为薄壁圆柱舱体，其通过薄板卷焊而成；在外壳的纵焊缝下设置所述垫板，所述垫板为纵焊缝垫板，所述垫板与内壳的环肋镶嵌套的结构，以便于纵焊缝焊接时的背部成型；外壳两侧与内壳采用等离子焊接的环焊缝连接；环焊缝背部形成小空腔，保证其焊接时的背部成型；临近所述环焊缝处的内壳的壁厚逐渐增加，以便于增加结构整体的强度和刚度，从而减少环焊缝位置在承受外压时承受的应力；舱体的外壳的外表面喷涂的防腐涂料；且舱体外壳的外表面加工后表面粗糙度不低于6.3。

[0010] 优选地，所述内壳的两端为圆柱法兰，所述内壳的中间为圆柱薄壁，所述圆柱薄壁的外侧设置外环肋。

[0011] 优选地，所述环焊缝为7系列铝合金与5系列铝合金异种铝合金焊接的焊缝。

[0012] 优选地，所述内壳为7系列高强度铝合金作为舱体主承力结构，所述外壳为5系列耐腐蚀、延伸率好的中强度铝合金，有利于结构成形时保证内、外壳的贴合度和环焊缝焊接时残余应力的释放。

[0013] 优选地，所述外壳的内壁与内壳环肋外壁紧密贴合，贴合度不低于95％。

[0014] 优选地，所述外壳与所述内壳同轴，且外壳的轴向长度小于内壳的轴向长度。

[0015] 优选地，所述绝缘层为绝缘涂层，舱体加工完成后，进行硬质阳极氧化，氧化后24小时内在舱体内壁涂覆绝缘涂层。

[0016] 一种大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法，其包括如下步骤：

[0017] 步骤一、加工内壳以及内壳外表面的环肋结构，要求内壳的外表面和内表面分别留第一加工余量；

[0018] 步骤二、在内壳的环肋上加工安装纵焊缝垫板的凹槽，并将纵焊缝垫板安装至内壳的外环肋；

[0019] 步骤三、外壳采用比设计壁厚厚4mm的板材卷圆，卷圆后的纵焊缝采用搅拌摩擦焊焊接成型；

[0020] 步骤四、经过步骤三中卷焊成型的外壳内壁与内壳环肋的外壁配车加工，壳体外壁尺寸相对于设计尺寸保留第二加工余量；

[0021] 步骤五、将卷焊成型的外壳在与搅拌摩擦焊纵焊缝成90°的地方剖开；

[0022] 步骤六、将剖开的所述外壳打开并包裹在所述内壳的所述环肋上，采用直径与耐压壳体外径一致的圆柱形工装夹紧所述外壳，使得外壳的内壁紧密贴合在内壳的环肋的外壁上，然后采用等离子焊接外壳的纵焊缝；

[0023] 步骤七、将外壳与内壳两侧用等离子焊接的环形焊缝连接，焊接完成耐压壳体的半成品；

[0024] 步骤八、采用超声波对两道环焊缝和两道纵焊缝进行消除残余应力处理；各焊缝中包括一道搅拌摩擦焊焊缝以及三道等离子焊缝；

[0025] 步骤九、将耐压壳体的内壳内表面和外壳外表面加工到设计尺寸，采用超声波再次对两道环焊缝和两道纵焊缝进行消除残余应力处理；各焊缝中包括一道搅拌摩擦焊焊缝以及三道等离子焊缝；

[0026] 步骤十、对加工成形的耐压壳体外表面进行喷砂处理，进一步降低焊缝周围处的残余应力和机械加工应力；

[0027] 步骤十一、将最终加工的耐压壳体进行硬质阳极氧化处理；耐压壳体进行硬质阳极氧化处理24小时内将内壳内表面涂覆环氧树脂涂料；在耐压壳体外表面采用高压喷枪喷涂常温固化型无机陶瓷涂料。

[0028] 优选地，所述涂覆环氧树脂涂料的具体方法如下：

[0029] 将耐压壳体的内壳两端采用隔板封闭并安装在旋转工装上，每隔120°位置贴近耐压壳体外侧布置一个石英加热器，共布置三个加热器；开启加热器对壳体进行预热，一边低速旋转耐压壳体，当壳体预热到45℃时，停止旋转和加热；从隔板的堵头灌入专门配比的双组分环氧树脂涂料，封住堵头；开启加热器，低速旋转壳体3分钟，然后高速旋转壳体，控制开启加热器的个数，使得壳体温度从45℃升到60℃的时间控制在30分钟；然后开启全部加热器继续加温，保持高速旋转，直到温度达到(80±2)℃自动控制；当温度达到(80±2)℃后再低速旋转2小时，最后关闭加热器，切断总电源，涂覆完毕。

[0030] 优选地，在耐压壳体外表面采用高压喷枪喷涂常温固化型无机陶瓷涂料的具体操作如下：将耐压壳体的安装在旋转工装上，每隔120°位置贴近耐压壳体外侧布置一个石英加热器，共布置三个加热器；开启加热器对壳体进行预热，一边低速旋转耐压壳体，当壳体预热到直到温度达到(60±2)℃自动控制。然后采用高压雾化喷枪对壳体外表面喷涂常温固化型无机高分子纳米柔性涂料，直到均匀喷涂厚度约40μm,再保温旋转30分钟固化，然后关闭加热器，切断总电源，涂覆完毕。

[0031] 由于采取了以上设计，本发明具有以下优点：

[0032] 本发明相比单层圆柱环肋舱体而言，在重量/排水量一致的情况下(同种材料、直径、长度、重量及排水量)，耐外压能力有较大的提升，耐外压稳定性提高1.5倍以上；

[0033] 本发明相比单层圆柱环肋舱体而言，承受外压时，内、外壳的应力极度均匀，没有应力集中处；

[0034] 本发明在承受外压时，由于内、外壳的应力分部均匀，因此能充分发挥材料的性能，做到材料利用最大化；

[0035] 本发明采用的舱体比单层圆柱环肋舱体具有更好的抗冲击性能，即使外壳受到较为严重的冲击也不会影响产品的继续使用；

[0036] 本发明具有所述的具有优良的隔振性能；

[0037] 本发明中7系铝合金和5系铝合金的环焊缝由于5系铝合金良好的延伸率，利于焊接后残余应力的释放，焊缝处不易因残余应力释放产生裂纹等缺陷；

[0038] 本发明内舱体采用厚壁挤压管机加而成有利于保持舱体的整体强度和刚度；

[0039] 本发明临近环焊缝的内壳壁厚逐步增加，利于增加结构整体的强度和刚度，确保焊缝位置在承受外压时承受较小的应力；

[0040] 本发明的内壳内表面表面粗糙度为6.3，易于喷涂绝缘涂料，增加绝缘涂料的附着力，壳体内部具有良好的绝缘性能，可以用作电池舱；

[0041] 本发明外表面喷涂常温固化型无机高分子柔性涂料，耐海水性能优异，海水浸泡两年不腐蚀涂层本身不发生任何腐蚀，同时对壳体基材也不会发生任何腐蚀，解决了铝合金海水中使用防腐蚀的重大问题。附图说明

[0042] 图1是根据本发明的大深度水下航行体双层耐压舱体的半剖结构示意图的主视图；

[0043] 图2是根据本发明的大深度水下航行体双层耐压舱体的局部放大视图；

[0044] 图3是根据本发明的大深度水下航行体双层耐压舱体的左视图；以及[0045] 图4是根据本发明的大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法的流程图。

[0046] 图中，1是内壳，2是外壳，3是纵焊缝垫板，4是绝缘涂层。

具体实施方式

[0047] 本发明公开了一种大深度水下航行体双层耐压舱体，其包括内壳、外壳、垫板以及绝缘涂层；舱体为组合结构形式；组合结构舱体具有耐外压高、耐外压稳定性好、耐外压时舱体应力分布均匀且无应力集中的特点。组合结构舱体具有优良的隔振性能和高抗冲击性能的特点。内壳1由两端法兰、中间为圆筒+外环肋结构形式，采用厚壁挤压管整体加工而成，两端法兰可以与其他段连接；内壳环肋等间距分布，具体间距根据承受外压时舱体最小应力准则进行优化配置；临近环焊缝内壳的壁厚逐步增加，利于增加结构整体的强度和刚度，确保焊缝位置在承受外压时承受较小的应力；外壳采用薄壁圆柱壳体，采用薄壁板卷焊而成，焊缝为纵焊缝；舱体的内壳与外壳采用对接环焊缝连接而成，环焊缝背面的小空腔结构保证对接焊接的结构形式，也有利于环焊缝的背部成型，环焊缝为7系列铝合金与5系列铝合金焊接的异种铝合金焊缝。外壳纵焊缝下设有垫板，有利于纵焊缝背部成形。舱体外壳的内表面与内壳环肋外壁紧密贴合，贴合度不低于95％，紧密贴合有利于内、外壳形成一个整体，提高舱体强度和刚度，特别是提高水下耐压的稳定性。舱体内壳采用7系列高强度铝合金材料作为舱体的主要承力结构，外壳采用5系列耐腐蚀、延伸率好的中强度铝合金材料，有利于卷焊时保证内、外壳贴合度和焊接后残余应力的释放。舱体内壳内壁涂覆环氧树脂绝缘材料，耐压舱体内部绝缘性能好。舱体表面涂覆银圭常温固化型无机陶瓷涂料，具有优良的耐海水腐蚀性能。

[0048] 本发明公开了一种大深度水下航行体双层耐压舱体的成型方法，本发明的耐压壳体包括内壳、外壳、垫板、内壳绝缘涂层及外壳防腐涂层；内壳材料采用7A05-T6铝，外壳和垫板采用5A06-O铝合金，内壳绝缘涂层采用树脂型材料，外壳防腐涂料采用银圭常温固化型无机陶瓷涂料。本发明详细说明了耐压壳体的成型方法。该成型方法制造的耐压壳体，内壳环肋外壁与外壳内壁能紧密贴合，具有足够高的贴合度，能将内壳与外壳形成一个完整的整体，在承受较高外压时不易发生变形和失稳现象。采用该成型方法制造的耐压壳体的焊缝周围具有较低的残余应力，焊接接头不易于在自然失效或使用过程中产生裂纹等缺陷；采用该成型方法制造的耐压壳体内表面涂层均匀，尺寸控制良好，具有良好的通过性。采用该成型方法制造的耐压壳体外表面涂层均匀，由于是采用无机陶瓷涂料，具有比普通涂料更高的硬度、光洁度和耐磨性，更有利于防止海水腐蚀和降低水下航行流体阻力。本发明旨在为某型水下航行体提供一种水下耐压能力高、耐压稳定性好、耐压受力均匀、重量轻、比强度高、耐冲击性能好、耐海水腐蚀持续时间长、使用寿命长的大深度耐压舱体。

[0049] 为了实现上述目的，本发明提供了一种大深度水下航行体双层耐压舱体，包括内壳、外壳、垫板以及绝缘涂层。

[0050] 上述方案中，组合结构舱体具有耐外压高、耐外压稳定性更优、耐外压时舱体应力分布均匀且无应力集中的特点。

[0051] 上述方案中，内壳由两端法兰、中间为圆柱筒+外环肋结构形式，采用挤压管整体加工而成，两端法兰可以与其他段连接。

[0052] 上述方案中，外壳为薄壁圆柱壳体，采用薄壁板卷焊而成，焊缝为纵焊缝。

[0053] 上述方案中，外壳纵焊缝下存在的垫板有利于纵焊缝的背部成形。

[0054] 上述方案中，舱体的内壳与外壳采用对接环焊缝连接而成，环焊缝背面的小空腔结构保证对接焊接的结构形式，有利于环焊缝的背部成型；环焊缝为7系列铝合金与5系列铝合金焊接的异种铝合金焊缝。

[0055] 上述方案中，舱体外壳的内表面与内壳环肋外壁紧密贴合，贴合度不低于95％；紧密贴合有利于内、外壳形成一个整体，提高舱体强度和刚度，特别是提高水下耐压的稳定性。

[0056] 上述方案中，舱体内壳采用7系列高强度铝合金内壳为7系列高强度铝合金作为舱体主要承力结构，外壳为5系列耐腐蚀、延伸率好的中强度铝合金，有利于卷焊时保证贴合度和焊接后残余应力的释放。

[0057] 如图4所示，双层耐压舱体的成型方法为：

[0058] 7A05铝合金内壳采用厚壁挤压管为毛坯，再采用机加工工艺将内壳的环肋加工到设计尺寸，内壳外表面和内表面分别留3mm的加工余量；在内壳环肋上加工安装垫板的凹槽，并安装垫板；5A06铝合金外壳采用比设计壁厚厚4mm的板材卷圆，卷圆后的纵焊缝采用搅拌摩擦焊焊接成型；卷焊成型的外壳内壁与内壳环肋外壁配车加工，壳体外壁尺寸相对于设计尺寸保留2mm加工余量；卷焊成型外壳的长度与内壳带环肋的部分长度差不大于1mm；将卷焊成型的外壳在与搅拌摩擦焊纵焊缝成90°的地方剖开，开口宽度为2mm；将剖开的外壳打开并包裹在内壳环肋上，然后采用直径与耐压壳体外径一致的圆柱形工装加紧外壳，使得外壳内壁紧密贴合在内壳环肋的外壁上，然后采用等离子焊接外壳的纵焊缝；将外壳与内壳两侧用等离子焊接的环形焊缝连接，焊接完成耐压壳体的半成品；采用超声波对两道环焊缝和两道纵焊缝(一道搅拌摩擦焊焊缝，三道等离子焊缝)进行消除残余应力处理；将耐压壳体的内壳内表面和外壳外表面加工到设计尺寸，采用超声波再次对两道环焊缝和两道纵焊缝(一道搅拌摩擦焊焊缝，三道等离子焊缝)进行消除残余应力处理；对加工成形的耐压壳体外表面进行喷砂处理，进一步降低焊缝周围处的残余应力和机械加工应力；将最终加工的耐压壳体进行硬质阳极氧化处理；耐压壳体进行硬质阳极氧化处理24小时内将内壳内表面涂覆环氧树脂涂料；在耐压壳体外表面采用高压喷枪喷涂常温固化型无机陶瓷涂料；该成型方法制造的耐压壳体，内壳环肋外壁与外壳内壁能紧密贴合，具有足够高的贴合度，能将内壳与外壳形成一个完整的整体，在承受较高外压时不易发生变形和失稳现象。

[0059] 采用该成型方法制造的耐压壳体的焊缝周围具有较低的残余应力，焊接接头不易于在自然失效或使用过程中产生裂纹等缺陷；

[0060] 采用该成型方法制造的耐压壳体内表面涂层均匀，尺寸控制良好，具有良好的通过性。内表面具有良好的绝缘性，可以作为安装电池的舱段使用；

[0061] 采用该成型方法制造的耐压壳体外表面涂层均匀，由于是采用无机纳米涂料，具有比普通涂料更高的硬度、光洁度和耐磨性，更有利于防止海水腐蚀和降低水下航行流体阻力。涂层表面具有很高的光洁度不利于海洋微生物的附着，即使涂层表面附着微生物也可以用手轻易去除。

[0062] 下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的描述。

[0063] 如图1所示，根据本发明实施例的大深度水下航行体耐压舱体，其包括内壳1、外壳2、纵焊缝垫板3以及绝缘涂层4。

[0064] 优选地，本发明中的大深度水下航行体双层耐压舱体为组合结构形式，其中内壳1的两端设置法兰，内壳的中间段为圆柱薄壁，在圆柱薄壁的外侧设置有外环肋，即内壳是由两端厚法兰、中间为圆柱薄壁加外环肋结构形式，内壳采用挤压管整体加工而成，两端法兰可以与其他段进行连接。

[0065] 内壳的内壁为圆柱形结构，内壳的内壁处设置有绝缘层，优选地，绝缘层为绝缘涂层4。

[0066] 优选地，该绝缘涂层4厚度均匀。

[0067] 优选地，绝缘涂层4的厚度为(2±0.05)mm。

[0068] 具体地，内壳1包括两段的法兰段和其余的环肋段。内壳左、右侧法兰与第一环肋间内壳壁厚为t1，第一环肋和第二环肋间内壳壁厚为t2，第二环肋与第三环肋内壳壁厚为t3，第三环肋与第四环肋内壳壁厚为t4，其余环肋间内壳壁厚为t5。从t1到t5的厚度逐渐减小。

[0069] 具体地，内壳1包括第一段、第二段、第三段、第四段和第五段。第一段和第五段分别位于内壳的两个端部。第二段为第一段和第三段中间的过渡段。第四段为第三段和第五段之间的过渡段；第一段的尺寸为d1，第二段的尺寸为d2，第三段的尺寸为d3，第四段的尺寸为d4，第五段的尺寸为d5，其中d1＝d5，d3＜d1，d2＝d4，d4＞d3。从d3到d1尺寸逐渐增加，从d3到d5尺寸逐渐增加。其中第二段和第四段为尺寸渐变段。第一段、第三段和第五段为尺寸固定段。

[0070] 内壳1的外表面为内壳第二表面，内壳的内表面为内壳的第一表面。

[0071] 优选地，环肋的第一端位于内壳的外表面，环肋的第二端，即自由端距离内壳的轴线的距离相等。环肋的第二端与外壳2的内表面接触。

[0072] 外壳2与内壳同轴，且外壳的轴向长度小于内壳的轴向长度。

[0073] 各环肋的间距相等，肋板的厚度一致。

[0074] 优选地，纵焊缝垫板3位于外壳的内壁和各环肋的顶部。

[0075] 优选地，纵焊缝垫板3设置有槽，槽配置用于容纳各环肋的顶部。

[0076] 并列地，在内壳环肋上设置有安装纵焊缝垫板3的凹槽，纵焊缝垫板3安装与内壳环肋上；

[0077] 外壳位于纵焊缝垫板3的上方且外壳的外侧面与内壳法兰外表面平齐。

[0078] 优选地，内壳体两端法兰与第一环肋间分别设置小空腔。

[0079] 优选地，舱体外表面加工后表面粗糙度不低于6.3，有利于涂覆常温固化型无机陶瓷防腐涂料的附着力；

[0080] 优选地，舱体外表面喷涂的防腐涂料为高耐磨、耐酸碱、耐盐雾、无毒、食品级材料，涂层表面光洁度很高，不利于微生物的附着生长，也有利于降低航行体的航行流体阻力。

[0081] 内壳1采用7系铝合金挤压厚壁管机加而成，外壳2采用5系铝合金板材卷制，通过纵焊缝焊接，使得外壳内壁与内壳环肋外壁紧密贴合，然后外壳2再通过两侧的环焊缝与内壳1连接。焊接方法采用等离子焊。

[0082] 外壳2，例如，舱体，下纵焊缝布置在舱体中剖面逆时针45°位置，纵焊缝下布置有纵焊缝垫板3，纵焊缝垫板3镶嵌在舱体内壳1的环肋内，纵焊缝垫板3与纵焊缝接触的部位设置宽12mm且深1mm的槽，例如，凹槽，凹槽促使纵焊缝焊接时的背部成形。

[0083] 内壳1临近环焊缝的壁厚逐步增加，利于增加结构整体的强度和刚度，确保焊缝位置在承受外压时承受较小的应力。

[0084] 内壳1的环肋采用均匀布置，其间距相同，间距大小可根据耐压时承受最小应力准则进行优化布置。

[0085] 内壳1采用7系列高强度铝合金作为舱体主承力结构，外壳为5系列耐腐蚀、延伸率好的中强度铝合金，有利于卷焊时保证贴合度和焊接后残余应力释放。

[0086] 内壳1的内表面涂覆环氧树脂绝缘材料制成的绝缘涂层，以便保证耐压舱体内部绝缘性能好，可以作为电池舱使用。

[0087] 优选地，舱体的外壳的外表面涂覆常温固化型无机高分子柔性涂料作为外涂层，以便使其具有优良的耐海水腐蚀性能。

[0088] 实施例

[0089] 步骤一、加工内壳以及内壳上的环肋，要求内壳的外表面和内表面分别留第一加工余量；

[0090] 优选地，内壳采用厚壁挤压管为毛坯，主要采用车削的机加工工艺，将内壳的环肋加工到预设尺寸；

[0091] 优选地，第一加工余量为3mm；优选地，内壳为7A05铝合金；

[0092] 步骤二、在内壳环肋上加工安装纵焊缝垫板3的凹槽，并将纵焊缝垫板3安装于内壳环肋上；

[0093] 步骤三、外壳采用比预设壁厚厚4mm的板材进行卷圆，卷圆后的纵焊缝采用搅拌摩擦焊焊接成型；

[0094] 优选地，外壳为5A06铝合金制成；

[0095] 步骤四、经过步骤三中卷焊成型的外壳内壁与内壳的环肋的外壁配车加工，壳体外壁尺寸相对于设计尺寸保留第二加工余量；

[0096] 优选地，第二加工余量为2mm；

[0097] 优选地，卷焊成型外壳的长度与内壳带环肋的部分长度差不大于1mm；

[0098] 步骤五、将卷焊成型的外壳在与搅拌摩擦焊纵焊缝成90°的地方剖开，[0099] 优选地，剖开的开口宽度为2mm；

[0100] 步骤六、将剖开的外壳打开并包裹在内壳的环肋上，采用直径与耐压壳体外径一致的圆柱形工装夹紧外壳，使得外壳的内壁紧密贴合在内壳的环肋的外壁上，然后采用等离子焊接外壳的纵焊缝；

[0101] 步骤七、将外壳与内壳两侧用等离子焊接的环形焊缝连接，焊接完成耐压壳体的半成品；

[0102] 步骤八、采用超声波对两道环焊缝和两道纵焊缝进行消除残余应力处理，各焊缝中包括一道搅拌摩擦焊焊缝以及三道等离子焊缝；

[0103] 步骤九、将耐压壳体的内壳内表面和外壳外表面加工到设计尺寸，采用超声波再次对两道环焊缝和两道纵焊缝进行消除残余应力处理；外壳两侧与内壳采用等离子焊接的环焊缝连接；

[0104] 步骤十、对加工成形的耐压壳体外表面进行喷砂处理，进一步降低焊缝周围处的残余应力和机械加工应力；

[0105] 步骤十一、将最终加工的耐压壳体进行硬质阳极氧化处理；

[0106] 步骤十二、耐压壳体进行硬质阳极氧化处理24小时内将内壳内表面涂覆环氧树脂涂料；

[0107] 步骤十三、将耐压壳体的内壳两端采用隔板封闭并安装在旋转工装上，每隔120°位置贴近耐压壳体外侧布置一个石英加热器，共布置三个加热器；开启加热器对壳体进行预热，一边低速旋转耐压壳体，当壳体预热到45℃时，停止旋转和加热。从隔板的堵头灌入专门配比的双组分环氧树脂涂料，封住堵头；开启加热器，低速(26转/分)旋转壳体3分钟，然后高速(500转/分)旋转壳体，控制开启加热器的个数，使得壳体温度从45℃升到60℃的时间控制在30分钟。然后开启全部加热器继续加温，保持高速旋转，直到温度达到(80±2)℃自动控制。当温度达到(80±2)℃后再低速(26转/分)旋转2小时，最后关闭加热器，切断总电源，涂覆完毕。

[0108] 步骤十四、在耐压壳体外表面采用高压喷枪喷涂常温固化型无机陶瓷涂料。具体操作如下：将耐压壳体的安装在旋转工装上，每隔120°位置贴近耐压壳体外侧布置一个石英加热器，共布置三个加热器；开启加热器对壳体进行预热，一边低速(50转/分)旋转耐压壳体，当壳体预热到直到温度达到(60±2)℃自动控制。然后采用高压雾化喷枪对壳体外表面喷涂常温固化型无机陶瓷涂料，直到均匀喷涂厚度40μm,再保温旋转30分钟固化，然后关闭加热器，切断总电源，涂覆完毕。

[0109] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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大深度水下航行体双层耐压舱体及其成型方法

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