某型艦船鈦合金導流罩修理的研究

周惠元，楊 錕

(中國人民解放軍四八〇五廠，上海 200136)

某型艦船鈦合金導流罩修理的研究

周惠元，楊 錕

(中國人民解放軍四八〇五廠，上海 200136)

分析了某型引進裝備鈦合金導流罩在修理時使用國產Ti-70鈦合金替代ЛT3-B鈦合金的可行性，對Ti-70鈦合金關鍵工藝從外板成形及校形、焊接變形控制、焊接質量等進行了研究。經實際應用，導流罩修理中使用Ti-70鈦合金是可行的。

修船;Ti-70鈦合金;導流罩;變形控制

0 引言

聲納是艦船水下最有效的觀察設備，處于船體首部，導流罩是聲納裝置的載體和保護裝置。鈦合金由于其良好的耐海水腐蝕性、無磁性、透聲性、冷成形性、可焊性，強度高且經常應用于制造艦船的導流罩。

為確保聲納透聲效果和船體的流體性能，導流罩往往設計成水滴形薄壁雙層殼板結構。由于艦船行駛、離靠碼頭過程中經常會被磕碰，導致導流罩殼體局部損壞影響聲納效果，因此對損壞部位進行修復是非常必要的。目前某引進裝備的導流罩均采用ЛT3-B鈦合金。由于受材料限制，在對損壞部位修理時會經常采用國產Ti-70鈦合金替代ЛT3-B鈦合金來恢復其結構及性能。

1 Ti-7 0鈦合金替代ЛT3-B鈦合金可行性分析

ЛT3-B、Ti-70鈦合金均為Ti-Al-Zr-Fe近α型鈦合金，具有強度高以及良好的塑性、韌性、耐蝕性，冷熱加工成型性能，且焊接性能好，即使多道次施焊，熱影響區也不會因相變強化而產生裂紋。其主元素成分、力學性能對比分別見表1、表2。Ti-70鈦合金板材拉伸性能:1.33～4 mm，耐海水腐蝕性能:在60℃海水中浸泡，均勻腐蝕率≤0.001 mm/a，冷彎角180°，與船體鋼電偶效果為1.43。經成型、焊接等各種試驗，證明Ti-70可以用作聲納導流罩材料，性能優于ЛT3-B鈦合金。

表1 Ti-70、ЛT3-B鈦合金主元素成分對比

表2 Ti-70、ЛT3-B鈦合金板材的力學性能對比

2 Ti-70鈦合金關鍵工藝

通過對鈦合金導流罩的結構特點和鈦合金加工及焊接性分析，確定影響質量的關鍵工藝有外板成形及校形、焊接變形控制、焊接質量等3大方面。

2.1 外板成形及校形

導流罩內外板均為線形復雜的雙曲面，成型后要求線形光順，表面質量良好。由于鈦合金的強度高，厚向異性指數大，同時鈦合金的彈性模量小、回彈大，受壓時的穩定性較低，因此，透聲板材成形難度非常大。板材的成形質量是影響鈦合金導流罩建造質量的關鍵因素。

對于透聲板材，經過多次的成形方案對比，最后選用無模多點成形方法。該方法的優勢在于:成形中可通過對基本體的調整，實現變形曲面的實時控制，隨意改變板材的變形路徑和受力狀態，達到提高材料成形極限和成形精度的目的，從而使雙曲板材滿足線形要求。

在導流罩內外板裝配前、焊接后，難免會出現局部內外板線形、間距等不滿足要求現象，因此對內外板的校形也很關鍵。裝配前采用壓制方法對板材局部校形，焊接后采用局部焊接方法校形。

2.2 焊接變形控制

鈦合金導流罩為薄壁框架焊接復雜結構件，加之鈦合金彈性模量小，因此在焊接應力作用下極易產生整體三維變形，如果這種變形一旦產生則是較難校正的。另外，鈦合金導流罩是內、外板雙層結構，板間距離較小，內、外板的厚度較薄，而垂向、水平筋構架又較密，焊縫密集，焊接時容易導致局部焊接變形，甚至造成整體變形。

制造過程中必須采取有效方法控制鈦合金導流罩的整體及局部焊接變形，主要措施如下:

(1)采用整體鋼質胎架。外板的裝配、焊接均在整體鋼質胎架中完成。將外板與鋼質胎架采用拉馬拉緊，確保外板與鋼胎架內側完全貼緊，這樣可以實現鈦合金導流罩外板的總體焊接變形控制與外形尺寸控制。

(2)采用變形控制工裝。焊接變形主要是因為焊縫熱脹冷縮體積發生變化造成。如果焊縫固定端有足夠強度則焊接變形可得到有效控制，因此在焊前在焊縫上增加補強筋骨，以控制焊縫冷卻過程收縮，減少焊接變形影響。

(3)焊縫消應處理。焊接變形分為瞬時變形和殘余變形2種，上述方法主要控制焊縫瞬時變形，對于殘余變形擬采用錘擊效應清除。對焊縫多次及高速進行錘擊，延展焊縫，能有效消除焊縫存在的殘余影響，避免焊縫補強工裝去除后產生殘余變形。

(4)編制合理的裝配和焊接工藝程序。合理的建造工藝程序不僅能確保產品制造過程的有條不紊，更重要的是可以減少結構因焊接而產生的內應力并使其處于均衡狀態。如果工藝程序不合理，則會出現局部變形甚至整體變形等系列問題。

2.3 焊接質量保證

按照鈦合金導流罩的焊接特點以及控制焊接變形的要求，焊接質量主要通過以下幾方面措施加以保證:

(1)采用確保焊縫質量的最佳規范、氣體保護等工藝參數，使各種形式焊縫表面白亮、焊縫外部及內部質量符合技術要求，以避免焊縫及熱影響區高溫時吸收有害氣體，晶粒粗大等缺陷。

(2)在確保各種焊接接頭焊縫尺寸滿足圖紙要求前提下，采用最小線能量的焊接工藝參數以減少焊接變形。

(3)對焊縫進行多道次檢驗。

(4)選用有導流罩焊接經驗的焊接操作人員。

3 結語

目前，已經在多艘艦船導流罩修理中使用國產Ti-70鈦合金替代ЛT3-B鈦合金。外板成形、焊接中如何控制變形及保證焊接質量等工藝方法，對其他鈦合金材料的導流罩修理有著指導意義。

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U672.1

B

2014-12-20

周惠元(1981—)，男，工程師，從事船舶設計工作;楊錕(1978—)，男，主要從事船舶設計工作。