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牛!我国成功突破高强高韧钛合金材料特殊焊接工艺,又一个世界第一

   2021-06-09 武器驿站东方前哨1360

  钛合金是种好材料,比强度高、耐蚀性好,飞机设计上经常要用到,但是这种材料加工起来比较难,尤其是异型件,好在现在3D打印技术的出现,很好地解决了这一问题。

  不仅航空装备方面要用到合金,航海设备方面也经常要用到钛合金材料,俄罗斯不就造出过钛合金潜艇了吗,可以下潜到1000多米的海水下面,隐蔽性更强。

  而如今,我国的海深载人潜水器也用上了钛合金,而且潜深要远远大于1000多米,比如我国的“奋斗者”号全海深载人潜水器就曾在西太平洋马里亚纳海沟海域完成全部万米海试任务,并创造了10909米的中国载人深潜新纪录。

  一万多米的海水下面,水压超过110兆帕,相当于你的背上有2000头非洲象。这么大的压强,“奋斗者”号怎样才能实现硬核“抗压”呢?

  靠的就是载人舱。为保证载客量,载人舱要大;为减轻潜水器负担,球舱不能重;为承受万米海压,载人舱必须坚固。又由于要长时间浸泡在水里,常规材料容易生锈、被腐蚀,用不了多久可能就要废弃。

  最终,国产新型钛合金材料登场了,既能承受海底的强大压强,又有出色的耐蚀性。

  但是问题来了,“奋斗者”号载人舱由2个半球焊接而成,因其焊接位置类似地球赤道,被称为赤道缝焊接。在研制过程中,由于载人舱赤道缝的焊接难题,一度让“奋斗者”号项目面临搁浅。

  最终,中国船舶集团七二五所科研人员解决了这一难题,成功突破高强高韧钛合金材料特殊焊接工艺,世界上首次应用此类技术一次性成功完成载人舱赤道缝焊接,为“奋斗者”号提供了坚强保障。

  这种焊接技术,世界上没有任何可供参考的先例,为保证项目成功,当时“奋斗者”号项目共准备5个半球:1个用于试验,另外4个组成2个整球。2018年底,承担1号球壳赤道缝焊接任务的单位遭遇始料未及的困难,七二五所临危受命,承担起2号球壳的赤道缝焊接任务。

  面临严峻的形势和仅剩的2个半球,意味着这次焊接只许成功,不许失败。

  经过科研人员数百次的试验,终于在2019年6月17日23点30分,七二五所一次性完成“奋斗者”号的载人舱赤道缝焊接。

  世界第一,为我们了不起的科研工作者点赞!

  说起来容易做起来难,下面我们就来看看科研人员是如何解决焊接难题的。

  据中国船舶集团七二五所高级工程师、“奋斗者”号载人舱项目焊接技术负责人刘希林介绍:“根据我们前期的试验研究,唯一能采用的方法,国际上没有人做过,真正焊接的时候是否会出问题,这个不好说,决定采用这种方法的时候,压力还是非常大的,心里其实刚开始的时候还是没有谱的。后来我们是经过了几个阶段吧,第一阶段我们是试板级的焊接,第二阶段就是焊了一个小的模型球,最后一个阶段我们把工程化的1:1的试验样机焊完了。每一个阶段我们的把握不断提升。”

  最后的正式焊接开始了:各系统准备就绪,启动焊接……

  终于成功了,又一项世界第一。

  据中国船舶集团七二五所高级工程师、“奋斗者”号载人舱项目执行负责人吕逸帆介绍:“我们立足于挑战世界巅峰,就是践行深潜精神,勇攀高峰,我们要当世界第一,站在这个角度,我们就要把这个赤道缝焊接技术给突破。在钛合金领域来说,这个突破不单是对我们的载人舱,还有我们舰船用的特殊材料,对其它高强钛合金材料,乃至整个钛合金行业,甚至对于一些原来我们认为不能焊的,像基高温合金等等,这种技术都可以推广应用。而不单是我们赤道缝的焊接,包括我们整个载舱的创新点,在各方面也是世界第一的。整个载人潜水器从各种性能指标上来讲,也是世界第一的。”

  注意上面加黑的文字,赤道缝焊接技术的突破,未来的应用前景广阔啊!

  说了这么多,那么我国成功突破的高强高韧钛合金材料特殊焊接工艺,究竟依靠什么设备来完成的呢?

  注意上图箭头所指之处,它就是大功率真空电子束焊机。

  拆开来看,就是大功率+真空+电子束焊机。

  先来解释一下电子束焊接,这是一种利用电子束作为热源的焊接工艺。电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出电子,电子在高压电场中被加速,通过电磁透镜聚焦后,形成能量密集度极高的电子束,当电子束轰击焊接表面时,电子的动能大部分转变为热能,使焊接件的结合处的金属熔融,当焊件移动时,在焊件结合处形成一条连续的焊缝。

  所谓真空电子束焊机,就是将要焊接的工件置于真空室中,一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。

  至于大功率,肯定就是应对高强高韧钛合金材料特殊焊接的需要了。


 
标签: 钛合金材料
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