船舶用钛合金厚板的电子束焊接

发布时间：2022-09-15 丨 浏览次数：552553

钛及钛合金由于其比强度高，耐海水及其它介质腐蚀，耐低温等优点，以及无磁透声、抗冲击振动等特性而成为一种优秀的舰船结构材料。钛及钛合金在舰船中的使用大大延长了设备的使用寿命，减轻了重量，提高了设备及整个舰船的技术性能。由于船舶使用环境的复杂性和特殊性，对于船舶上使用的钛合金材料，对焊接接头的质量要求很高;特别是对于钛合金厚板，一般的焊接技术效率低且焊接质量难以保证。随着国防装备日趋大型化，厚板、超厚板的焊接问题日益显得突出。真空电子束焊接具有的能量密度大、穿透能力强、热输入小、焊接速度快、变形小、焊接厚板时效率高等优点，使其非常适合于船舶用钛合金的焊接，特别是具有较大的焊缝深宽比，使得它在厚板钛合金的焊接加工中独树一帜。

　　电子束焊接是用极zhi密的高速电子流打到被焊金属上，使其加热、熔化、冷却结晶，形成焊缝的一种新型焊接技术。电子束所具有的高能量密度在现在所实际采用的各种焊接热源中居于首位，具有很多传统焊接工艺所无法比拟的技术优势：(1) 焊缝深宽比大。高功率密度电子束能够形成深宽比很大的焊缝。通常电弧焊焊缝的深宽比小于2∶1，而电子束焊缝可以达到20∶1，脉冲电子束焊接甚至可达到50∶1。(2) 焊接效率高。由于能量集中，熔化和凝固过程均大大加快，因而焊接速度加快。在焊接大厚度件时，电子束的深穿透能力在提高焊接效率上，发挥了无可替代的作用。在保持高效率的同时，接头质量精度也比较高。(3) 工件变形小。由于能量集中，焊接速度快，输入到工件的热量小，深宽比大，焊接热影响区小，因而产生的工件变形较小。(4) 焊缝物理性能好。电子束焊接速度快，可以有效避免晶粒长大，增加接头延展性。同时，由于热输入小，高温作用时间短，合金元素析出少，所以焊缝抗蚀性好。真空对焊缝有良好的保护作用，避免了环境和不纯物质对焊缝金属的污染。(5) 焊接工艺参数易于调节，工艺适应性强，重复性和再现性好。(6) 真空电子束所具有的搅拌作用，打碎了枝晶，使得焊缝区晶粒的取向没有方向性，并且使晶核数目增加，从而细化了晶粒，使得焊接接头性能有显著提高。

　　正是由于电子束焊接所具有的上述特点，使其非常适合于活泼性强的钛合金的焊接，实现长服役寿命可靠性。实验表明，TC4-DT 钛合金真空电子束焊接接头断裂韧性和疲劳裂纹扩展抗力要优于母材。另外，对130 mm 厚的TB13 锻件真空电子束焊接研究发现，全焊缝厚度焊接系数均大于0.9，焊缝的KIC 值随着焊接深度的增加而增大。不过，上部焊缝及热影响区的韧性较其它层有一定的降低，这是由于厚度较大焊后易产生组织不均匀，由此引起复杂的残余应力。试验证明，通过焊后真空电子束局部热处理可以改善焊缝残余应力状况，显著提升焊缝质量。