Ti-70鈦合金板材在船舶導流罩中的應用研究

郝亞鑫

（西部鈦業有限責任公司，陜西 西安 710201）

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

傳統的導流罩采用ЛT3-B鈦合金，但該鈦合金屬于俄制牌號，因此，在傳統導流罩損壞時一般采用國內Ti-70鈦合金代替[3]，近幾年某些新型導流罩已采用Ti-70鈦合金制造。基于此，本文以Ti-70鈦合金為研究對象，分析其在船舶導流罩中的應用。

1 Ti-70鈦合金在導流罩中應用的意義

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、具有強的透聲性能、無磁性、冷成形性、強度高和可焊接性。此外，Ti-70鈦合金在工作環境中受熱后不會因相變強化而導致導流罩出現裂紋等現象。Ti-70鈦合金在60℃海水中浸泡，導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，可達到180°；Ti-70鈦合金的抗拉強度大于700MPa，而ЛT3-B鈦合金的抗拉強度一般介于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越，且Ti-70鈦合金加工工藝較ЛT3-B鈦合金更為簡單，因此，將Ti-70鈦合金應用于船舶導流罩中具有重要的現實意義。

2 Ti-70鈦合金板材在船舶導流罩中的應用

2.1 內外板成形中的應用

船舶導流罩的造型較為復雜，導流罩內外板均為復雜的線性雙曲面，因此，在導流罩成形過程中對線性光順、表面光滑度、質量等要求較高。由于鈦合金一般具有較強的強度，鈦合金板材厚度方向異性指數較大，加之Ti-70鈦合金板材的彈性模量小、回彈性能強。因此，使用鈦合金板材制造透聲性能良好的導流罩難度較大。通過對比試驗后，可以采用無模多點成形的方法制作導流罩的外板。使用無模多點成形制作過程中可以借助Ti-70鈦合金板材的基本形體進行調整，逐步實現復雜線性雙曲面的實時控制，可實現隨意改變Ti-70鈦合金板材變形路徑和受力狀況，最終制作出質量可靠、性能穩定的Ti-70鈦合金導流罩內外板。此外，在導流罩內外板制作前和焊接后，不可避免的出現導流罩內外板局部線形、間距等不符合實際要求的現象，此時需要對Ti-70鈦合金導流罩內外板進行校形處理。

在導流罩內外板裝配之前使用壓制方法對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行校形處理，最終可獲得質量可靠的Ti-70鈦合金導流罩內外板。

2.2 導流罩焊接形變處理方面的應用

Ti-70鈦合金導流罩總體為一薄壁框架焊接復雜結構的構件，并且Ti-70鈦合金具有較小的彈性模量和較強的回彈性能。

因此，在制作Ti-70鈦合金導流罩過程中極易容易出現三維變形現象。

此外，Ti-70鈦合金導流罩具有壁薄、板間間距小的特點，在焊接過程中容易造成局部焊接變形問題。為了提高Ti-70鈦合金導流罩質量，在焊接處理方面應注意以下幾點內容：①導流罩可采用整體鋼制胎架，即使用Ti-70鈦合金進行內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側完全緊貼，可以有效的防止Ti-70鈦合金導流罩外板在焊接過程中變形問題；②在導流罩制作過程中采用變形控制裝置，Ti-70鈦合金導流罩在焊接過程中出現變形的主要原因在于焊接縫熱脹冷縮所致，因此，在Ti-70鈦合金導流罩焊接過程中使用變形控制設備，如在焊縫上增加補強筋骨等，可以有效的解決焊接過程中因冷縮而造成的變形問題；③可采用焊縫效應處理方式，一般來說導流罩的焊接變形主要包括殘余變形和瞬時變形兩種方式，對于殘余變形來說，可以借助錘擊等方式進行消除，通過高速的錘擊方式能夠有效的消除焊縫的殘余變形；④改進焊接工藝以及裝配方式，Ti-70鈦合金導流罩的制作的工藝還有很大的發展空間，如何解決導流罩內外板變形問題仍需進一步研究，因此，加強Ti-70鈦合金導流罩制造工藝的研究十分重要。

2.3 導流罩焊接質量評價

Ti-70鈦合金導流罩質量是否能夠滿足船舶實際需求，其質量的關鍵環節在于導流罩焊接質量的高低。因此，為了提高Ti-70鈦合金導流罩焊接質量，應注意以下幾個方面：①焊接縫質量需得到保障，可使用氣體保護等工藝處理，確保焊縫內外部質量符合質量要求；②焊縫尺寸必須嚴格控制，可采用最小線能量的焊接工藝參數進行；③對焊縫進行多道次的檢驗工作，防治焊接縫不達標。

3 結語

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