船舶用鈦合金厚板的電子束焊接
發(fā)布時(shí)間：2022-09-15 丨 瀏覽次數(shù)：620621
鈦及鈦合金由于其比強(qiáng)度高，耐海水及其它介質(zhì)腐蝕，耐低溫等優(yōu)點(diǎn)，以及無(wú)磁透聲、抗沖擊振動(dòng)等特性而成為一種優(yōu)秀的艦船結(jié)構(gòu)材料。鈦及鈦合金在艦船中的使用大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減輕了重量，提高了設(shè)備及整個(gè)艦船的技術(shù)性能。由于船舶使用環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性，對(duì)于船舶上使用的鈦合金材料，對(duì)焊接接頭的質(zhì)量要求很高;特別是對(duì)于鈦合金厚板，一般的焊接技術(shù)效率低且焊接質(zhì)量難以保證。隨著國(guó)防裝備日趨大型化，厚板、超厚板的焊接問題日益顯得突出。真空電子束焊接具有的能量密度大、穿透能力強(qiáng)、熱輸入小、焊接速度快、變形小、焊接厚板時(shí)效率高等優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合于船舶用鈦合金的焊接，特別是具有較大的焊縫深寬比，使得它在厚板鈦合金的焊接加工中獨(dú)樹一幟。
電子束焊接是用極zhi密的高速電子流打到被焊金屬上，使其加熱、熔化、冷卻結(jié)晶，形成焊縫的一種新型焊接技術(shù)。電子束所具有的高能量密度在現(xiàn)在所實(shí)際采用的各種焊接熱源中居于首位，具有很多傳統(tǒng)焊接工藝所無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：(1) 焊縫深寬比大。高功率密度電子束能夠形成深寬比很大的焊縫。通常電弧焊焊縫的深寬比小于2∶1，而電子束焊縫可以達(dá)到20∶1，脈沖電子束焊接甚至可達(dá)到50∶1。(2) 焊接效率高。由于能量集中，熔化和凝固過(guò)程均大大加快，因而焊接速度加快。在焊接大厚度件時(shí)，電子束的深穿透能力在提高焊接效率上，發(fā)揮了無(wú)可替代的作用。在保持高效率的同時(shí)，接頭質(zhì)量精度也比較高。(3) 工件變形小。由于能量集中，焊接速度快，輸入到工件的熱量小，深寬比大，焊接熱影響區(qū)小，因而產(chǎn)生的工件變形較小。(4) 焊縫物理性能好。電子束焊接速度快，可以有效避免晶粒長(zhǎng)大，增加接頭延展性。同時(shí)，由于熱輸入小，高溫作用時(shí)間短，合金元素析出少，所以焊縫抗蝕性好。真空對(duì)焊縫有良好的保護(hù)作用，避免了環(huán)境和不純物質(zhì)對(duì)焊縫金屬的污染。(5) 焊接工藝參數(shù)易于調(diào)節(jié)，工藝適應(yīng)性強(qiáng)，重復(fù)性和再現(xiàn)性好。(6) 真空電子束所具有的攪拌作用，打碎了枝晶，使得焊縫區(qū)晶粒的取向沒有方向性，并且使晶核數(shù)目增加，從而細(xì)化了晶粒，使得焊接接頭性能有顯著提高。
正是由于電子束焊接所具有的上述特點(diǎn)，使其非常適合于活潑性強(qiáng)的鈦合金的焊接，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)服役壽命可靠性。實(shí)驗(yàn)表明，TC4-DT 鈦合金真空電子束焊接接頭斷裂韌性和疲勞裂紋擴(kuò)展抗力要優(yōu)于母材。另外，對(duì)130 mm 厚的TB13 鍛件真空電子束焊接研究發(fā)現(xiàn)，全焊縫厚度焊接系數(shù)均大于0.9，焊縫的KIC 值隨著焊接深度的增加而增大。不過(guò)，上部焊縫及熱影響區(qū)的韌性較其它層有一定的降低，這是由于厚度較大焊后易產(chǎn)生組織不均勻，由此引起復(fù)雜的殘余應(yīng)力。試驗(yàn)證明，通過(guò)焊后真空電子束局部熱處理可以改善焊縫殘余應(yīng)力狀況，顯著提升焊縫質(zhì)量。
