某型舰船钛合金导流罩修理的研究

周惠元，杨 锟

(中国人民解放军四八〇五厂，上海 200136)

某型舰船钛合金导流罩修理的研究

周惠元，杨 锟

(中国人民解放军四八〇五厂，上海 200136)

分析了某型引进装备钛合金导流罩在修理时使用国产Ti-70钛合金替代ЛT3-B钛合金的可行性，对Ti-70钛合金关键工艺从外板成形及校形、焊接变形控制、焊接质量等进行了研究。经实际应用，导流罩修理中使用Ti-70钛合金是可行的。

修船;Ti-70钛合金;导流罩;变形控制

0 引言

声纳是舰船水下最有效的观察设备，处于船体首部，导流罩是声纳装置的载体和保护装置。钛合金由于其良好的耐海水腐蚀性、无磁性、透声性、冷成形性、可焊性，强度高且经常应用于制造舰船的导流罩。

为确保声纳透声效果和船体的流体性能，导流罩往往设计成水滴形薄壁双层壳板结构。由于舰船行驶、离靠码头过程中经常会被磕碰，导致导流罩壳体局部损坏影响声纳效果，因此对损坏部位进行修复是非常必要的。目前某引进装备的导流罩均采用ЛT3-B钛合金。由于受材料限制，在对损坏部位修理时会经常采用国产Ti-70钛合金替代ЛT3-B钛合金来恢复其结构及性能。

1 Ti-7 0钛合金替代ЛT3-B钛合金可行性分析

ЛT3-B、Ti-70钛合金均为Ti-Al-Zr-Fe近α型钛合金，具有强度高以及良好的塑性、韧性、耐蚀性，冷热加工成型性能，且焊接性能好，即使多道次施焊，热影响区也不会因相变强化而产生裂纹。其主元素成分、力学性能对比分别见表1、表2。Ti-70钛合金板材拉伸性能:1.33～4 mm，耐海水腐蚀性能:在60℃海水中浸泡，均匀腐蚀率≤0.001 mm/a，冷弯角180°，与船体钢电偶效果为1.43。经成型、焊接等各种试验，证明Ti-70可以用作声纳导流罩材料，性能优于ЛT3-B钛合金。

表1 Ti-70、ЛT3-B钛合金主元素成分对比

表2 Ti-70、ЛT3-B钛合金板材的力学性能对比

2 Ti-70钛合金关键工艺

通过对钛合金导流罩的结构特点和钛合金加工及焊接性分析，确定影响质量的关键工艺有外板成形及校形、焊接变形控制、焊接质量等3大方面。

2.1 外板成形及校形

导流罩内外板均为线形复杂的双曲面，成型后要求线形光顺，表面质量良好。由于钛合金的强度高，厚向异性指数大，同时钛合金的弹性模量小、回弹大，受压时的稳定性较低，因此，透声板材成形难度非常大。板材的成形质量是影响钛合金导流罩建造质量的关键因素。

对于透声板材，经过多次的成形方案对比，最后选用无模多点成形方法。该方法的优势在于:成形中可通过对基本体的调整，实现变形曲面的实时控制，随意改变板材的变形路径和受力状态，达到提高材料成形极限和成形精度的目的，从而使双曲板材满足线形要求。

在导流罩内外板装配前、焊接后，难免会出现局部内外板线形、间距等不满足要求现象，因此对内外板的校形也很关键。装配前采用压制方法对板材局部校形，焊接后采用局部焊接方法校形。

2.2 焊接变形控制

钛合金导流罩为薄壁框架焊接复杂结构件，加之钛合金弹性模量小，因此在焊接应力作用下极易产生整体三维变形，如果这种变形一旦产生则是较难校正的。另外，钛合金导流罩是内、外板双层结构，板间距离较小，内、外板的厚度较薄，而垂向、水平筋构架又较密，焊缝密集，焊接时容易导致局部焊接变形，甚至造成整体变形。

制造过程中必须采取有效方法控制钛合金导流罩的整体及局部焊接变形，主要措施如下:

(1)采用整体钢质胎架。外板的装配、焊接均在整体钢质胎架中完成。将外板与钢质胎架采用拉马拉紧，确保外板与钢胎架内侧完全贴紧，这样可以实现钛合金导流罩外板的总体焊接变形控制与外形尺寸控制。

(2)采用变形控制工装。焊接变形主要是因为焊缝热胀冷缩体积发生变化造成。如果焊缝固定端有足够强度则焊接变形可得到有效控制，因此在焊前在焊缝上增加补强筋骨，以控制焊缝冷却过程收缩，减少焊接变形影响。

(3)焊缝消应处理。焊接变形分为瞬时变形和残余变形2种，上述方法主要控制焊缝瞬时变形，对于残余变形拟采用锤击效应清除。对焊缝多次及高速进行锤击，延展焊缝，能有效消除焊缝存在的残余影响，避免焊缝补强工装去除后产生残余变形。

(4)编制合理的装配和焊接工艺程序。合理的建造工艺程序不仅能确保产品制造过程的有条不紊，更重要的是可以减少结构因焊接而产生的内应力并使其处于均衡状态。如果工艺程序不合理，则会出现局部变形甚至整体变形等系列问题。

2.3 焊接质量保证

按照钛合金导流罩的焊接特点以及控制焊接变形的要求，焊接质量主要通过以下几方面措施加以保证:

(1)采用确保焊缝质量的最佳规范、气体保护等工艺参数，使各种形式焊缝表面白亮、焊缝外部及内部质量符合技术要求，以避免焊缝及热影响区高温时吸收有害气体，晶粒粗大等缺陷。

(2)在确保各种焊接接头焊缝尺寸满足图纸要求前提下，采用最小线能量的焊接工艺参数以减少焊接变形。

(3)对焊缝进行多道次检验。

(4)选用有导流罩焊接经验的焊接操作人员。

3 结语

目前，已经在多艘舰船导流罩修理中使用国产Ti-70钛合金替代ЛT3-B钛合金。外板成形、焊接中如何控制变形及保证焊接质量等工艺方法，对其他钛合金材料的导流罩修理有着指导意义。

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［3］ 蒋成禹，徐济进，等.俄罗斯海军用钛情况及我们的思考［J］.钛工业进展，2003，20(6):32-36.

U672.1

B

2014-12-20

周惠元(1981—)，男，工程师，从事船舶设计工作;杨锟(1978—)，男，主要从事船舶设计工作。