美國海軍將在未來使用航海級鈦金屬制造船體

美國海軍研究局(ONR)官員4月3日表示，美國海軍將使用創新的焊接技術，利用航海級鈦金屬制造全尺寸船體，該研究項目由ONR資助，此舉將使高強度鈦制船體在未來進入美國海軍艦隊。

負責鈦制船體建造工作的項目承包商近期完成了該公司迄今最長的鈦合金攪拌摩擦焊(Friction－Stir)焊接工作，并希望在今年夏天完成整個船體的焊接工作。為建造船體，該公司采用攪拌摩擦焊技術對超過5 m長的鈦合金板進行了焊接。

項目經理表示，將攪拌摩擦焊技術應用于焊接鈦金屬板，具有快速、高效且經濟性好等方面特點。由于具有強度高、質量輕且耐腐蝕等優良特性，鈦金屬及其合金是一種建造船體和其他據結構的理想材料。

如果采用鈦金屬建造海軍艦艇，這些艦艇在同等體積下將更輕，能夠搭載更多載荷，且在實際使用中不會產生腐蝕。但是由于鈦金屬的成本比鋼材要高出9倍，且在用于海軍艦艇船體的建造方面造價高昂、技術難度大，因此造船部門一般避免使用鈦金屬。但是這種局面可能很快就會終結。

美國新奧爾良大學造船工程學院與美國達信海上與陸地系統公司的研究人員目前正在驗證建造鈦金屬船體結構的可行性。研究人員使用成本更低的航海級鈦金屬，利用攪拌摩擦焊技術，制成了包含有6塊鈦金屬板、長達6 m部分的主甲板，這些主甲板將作為一艘海軍試驗船技術研究的一部分內容，該試驗船被稱為“變形船”(Transformable Craft或TCraft)。

攪拌摩擦焊的工作原理是，將一個非耗損的攪拌頭插入焊接工件的連接界面，當攪拌頭向前沿著焊縫移動時，塑化金屬在機械攪拌和頂鍛的作用下形成致密的固相連接。攪拌摩擦焊對大多數的鈦合金焊接都適用。通常情況下，鈦金屬利用常規技術難以焊接，因為焊接鈦金屬需要極高的溫度，并且焊接工具所使用的材料易受到腐蝕和與鈦金屬發生化學反應，從而進一步減弱了焊縫的強度。

ONR和美國空軍共同出資資助了弗羅里達楔石協同企業有限公司的新式鈦金屬攪拌摩擦焊技術項目，研究人員利用這種新技術解決了鈦金屬焊接的難題。由新奧爾良大學、NASA以及路易斯安那州聯合組成的先進制造國家中心(NACM)采納了這一工藝技術，并將該技術在實驗室規模基礎上進行了放大。

為了制備船體結構，目前研究人員已經完成了長達21.3 m的鈦金屬焊縫的焊接，這也是截至目前利用攪拌摩擦焊工藝在焊接鈦金屬方面獲得的最長焊縫。新式攪拌摩擦焊接線速度更高，這意味著其焊接時間將更短;焊縫熔深控制得更好，這意味著焊件彼此的連接更為牢靠;且鈦金屬無形變發生。專家們將新式攪拌摩擦焊技術所取得的進步歸功于新式攪拌頭的設計和工藝參數的改進。