Ti-70鈦合金板材在船舶導(dǎo)流罩中的應(yīng)用研究

郝亞鑫

（西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710201）

船舶導(dǎo)流罩是艦船聲納裝置的載體和保護(hù)裝置，對(duì)船舶水下觀察效果和性能穩(wěn)定性至關(guān)重要。船舶中水下聲納裝置一般位于艦船體首部，因此海水對(duì)聲納裝置的破壞較大，為了確保聲納裝置穩(wěn)定、安全運(yùn)行，一般采用導(dǎo)流罩進(jìn)行保護(hù)，這就要求制作導(dǎo)流罩的材料必須具有耐海水腐蝕性能好、具有強(qiáng)的透聲性能、無磁性、冷成形性、強(qiáng)度高和可焊接性[1-2]。

傳統(tǒng)的導(dǎo)流罩采用ЛT3-B鈦合金，但該鈦合金屬于俄制牌號(hào)，因此，在傳統(tǒng)導(dǎo)流罩損壞時(shí)一般采用國(guó)內(nèi)Ti-70鈦合金代替[3]，近幾年某些新型導(dǎo)流罩已采用Ti-70鈦合金制造。基于此，本文以Ti-70鈦合金為研究對(duì)象，分析其在船舶導(dǎo)流罩中的應(yīng)用。

1 Ti-70鈦合金在導(dǎo)流罩中應(yīng)用的意義

Ti-70鈦合金的成分與ЛT3-B鈦合金相近，均為Ti-Al-Zr-Fe型鈦合金，屬于α型鈦合金的一種，二者均具有相似的性能，即耐海水腐蝕性能好、具有強(qiáng)的透聲性能、無磁性、冷成形性、強(qiáng)度高和可焊接性。此外，Ti-70鈦合金在工作環(huán)境中受熱后不會(huì)因相變強(qiáng)化而導(dǎo)致導(dǎo)流罩出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象。Ti-70鈦合金在60℃海水中浸泡，導(dǎo)流罩的平均腐蝕率小于0.001mm/a；Ti-70鈦合金具有較大的冷彎角，可達(dá)到180°；Ti-70鈦合金的抗拉強(qiáng)度大于700MPa，而ЛT3-B鈦合金的抗拉強(qiáng)度一般介于685MPa～880MPa；Ti-70鈦合金的延展率大于18%，而ЛT3-B鈦合金的延展率一般介于10%～12%之間。綜上所述，Ti-70鈦合金的性能與ЛT3-B鈦合金性能相比較更優(yōu)越，且Ti-70鈦合金加工工藝較ЛT3-B鈦合金更為簡(jiǎn)單，因此，將Ti-70鈦合金應(yīng)用于船舶導(dǎo)流罩中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 Ti-70鈦合金板材在船舶導(dǎo)流罩中的應(yīng)用

2.1 內(nèi)外板成形中的應(yīng)用

船舶導(dǎo)流罩的造型較為復(fù)雜，導(dǎo)流罩內(nèi)外板均為復(fù)雜的線性雙曲面，因此，在導(dǎo)流罩成形過程中對(duì)線性光順、表面光滑度、質(zhì)量等要求較高。由于鈦合金一般具有較強(qiáng)的強(qiáng)度，鈦合金板材厚度方向異性指數(shù)較大，加之Ti-70鈦合金板材的彈性模量小、回彈性能強(qiáng)。因此，使用鈦合金板材制造透聲性能良好的導(dǎo)流罩難度較大。通過對(duì)比試驗(yàn)后，可以采用無模多點(diǎn)成形的方法制作導(dǎo)流罩的外板。使用無模多點(diǎn)成形制作過程中可以借助Ti-70鈦合金板材的基本形體進(jìn)行調(diào)整，逐步實(shí)現(xiàn)復(fù)雜線性雙曲面的實(shí)時(shí)控制，可實(shí)現(xiàn)隨意改變Ti-70鈦合金板材變形路徑和受力狀況，最終制作出質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩內(nèi)外板。此外，在導(dǎo)流罩內(nèi)外板制作前和焊接后，不可避免的出現(xiàn)導(dǎo)流罩內(nèi)外板局部線形、間距等不符合實(shí)際要求的現(xiàn)象，此時(shí)需要對(duì)Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩內(nèi)外板進(jìn)行校形處理。

在導(dǎo)流罩內(nèi)外板裝配之前使用壓制方法對(duì)Ti-70鈦合金板材局部校形處理，焊接后可以使用局部焊接的方法進(jìn)行校形處理，最終可獲得質(zhì)量可靠的Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩內(nèi)外板。

2.2 導(dǎo)流罩焊接形變處理方面的應(yīng)用

Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩總體為一薄壁框架焊接復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，并且Ti-70鈦合金具有較小的彈性模量和較強(qiáng)的回彈性能。

因此，在制作Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩過程中極易容易出現(xiàn)三維變形現(xiàn)象。

此外，Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩具有壁薄、板間間距小的特點(diǎn)，在焊接過程中容易造成局部焊接變形問題。為了提高Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩質(zhì)量，在焊接處理方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①導(dǎo)流罩可采用整體鋼制胎架，即使用Ti-70鈦合金進(jìn)行內(nèi)外板制作過程中在鋼制胎架中完成，確保外板與鋼制胎架內(nèi)側(cè)完全緊貼，可以有效的防止Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩外板在焊接過程中變形問題；②在導(dǎo)流罩制作過程中采用變形控制裝置，Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩在焊接過程中出現(xiàn)變形的主要原因在于焊接縫熱脹冷縮所致，因此，在Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩焊接過程中使用變形控制設(shè)備，如在焊縫上增加補(bǔ)強(qiáng)筋骨等，可以有效的解決焊接過程中因冷縮而造成的變形問題；③可采用焊縫效應(yīng)處理方式，一般來說導(dǎo)流罩的焊接變形主要包括殘余變形和瞬時(shí)變形兩種方式，對(duì)于殘余變形來說，可以借助錘擊等方式進(jìn)行消除，通過高速的錘擊方式能夠有效的消除焊縫的殘余變形；④改進(jìn)焊接工藝以及裝配方式，Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩的制作的工藝還有很大的發(fā)展空間，如何解決導(dǎo)流罩內(nèi)外板變形問題仍需進(jìn)一步研究，因此，加強(qiáng)Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩制造工藝的研究十分重要。

2.3 導(dǎo)流罩焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)

Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩質(zhì)量是否能夠滿足船舶實(shí)際需求，其質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于導(dǎo)流罩焊接質(zhì)量的高低。因此，為了提高Ti-70鈦合金導(dǎo)流罩焊接質(zhì)量，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①焊接縫質(zhì)量需得到保障，可使用氣體保護(hù)等工藝處理，確保焊縫內(nèi)外部質(zhì)量符合質(zhì)量要求；②焊縫尺寸必須嚴(yán)格控制，可采用最小線能量的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行；③對(duì)焊縫進(jìn)行多道次的檢驗(yàn)工作，防治焊接縫不達(dá)標(biāo)。

3 結(jié)語

綜上所述，Ti-70鈦合金板材與傳統(tǒng)ЛT3-B鈦合金相比其性能更優(yōu)，在船舶導(dǎo)流罩中的應(yīng)用前景極為廣闊。Ti-70鈦合金具有耐海水腐蝕性能好、具有強(qiáng)的透聲性能、無磁性、冷成形性、強(qiáng)度高和可焊接性，在導(dǎo)流罩應(yīng)用領(lǐng)域代替ЛT3-B鈦合金是今后發(fā)展的趨勢(shì)。本文以Ti-70鈦合金為研究對(duì)象，主要從兩個(gè)方面分析了Ti-70鈦合金在船舶導(dǎo)流罩中的應(yīng)用，為推動(dòng)Ti-70鈦合金板材的應(yīng)用提供參考。