厚板鈦合金窄間隙tig焊接工藝研究論文

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1、厚板鈦合金窄間隙TIG焊接工藝研究畢業(yè)論文第1章緒論1.1課題背景及研究的目的和意義?巨大的勘測難度使深?？睖y一直居于地球科學(xué)的前沿。這種勘探要求大額投入和尖端技術(shù)，這是中國發(fā)展深海探測一個繞不過去的坎兒。國際在線報道：中國國際廣播電臺環(huán)球資訊午間話題關(guān)注“蛟龍”號深海探測器突破3700米事件。中國科技部、國家海洋局聯(lián)合發(fā)布：我國自行設(shè)計、自主集成研制的國家863計劃重大專項“蛟龍”號（如圖1-1）載人潛水器在中國南海3000米級海上試驗取得成功，最大下潛深度達到3759米，創(chuàng)造了水下和海底作業(yè)9小時03分的紀錄，驗證了“蛟龍”號載人潛水器在3000米級水

2、深的各項性能和功能指標(biāo)。這標(biāo)志著我國深海載人探測已取得相當(dāng)大的成就。圖1-1蛟龍?zhí)枅D1-2國外一深海探測器取得成績的同時我們也要看到差距，美國1964年建造的“阿爾文”號載人潛水器即可下潛到4500m的深海；法國1985年研制成的“鸚鵡螺”號潛水器最大下潛深度可達6000m；我們的鄰居俄羅斯和日本已經(jīng)完成了深海6000m級水深的探測數(shù)千次。中國載人深海探測這條路任重而道遠。依據(jù)全國第11個五年計劃，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863專項）中海洋技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略目標(biāo)是：“深化近淺海、開拓深遠?！薄Ｔ摬糠謨?nèi)容40旨在開發(fā)強大的實用型潛水設(shè)備，建設(shè)和維護深海海底觀測網(wǎng)

3、絡(luò)，以及勘探和海底取樣。項目計劃開發(fā)在水下4500米的作業(yè)的深海潛水設(shè)備。如圖1-3所示，該潛水器是一個直徑約為2m，壁厚90mm的球形容器，由12塊弧瓣形鈦合金板拼焊而成。圖1-3深海潛水器效果圖鈦合金具有密度小、比剛度、比強度高，耐蝕性、耐熱性好等一系列優(yōu)點，在航空航天、海洋工程、汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用[1]，鈦合金在海洋工況下使用極具優(yōu)勢，世界各工業(yè)發(fā)達國家都十分重視鈦材在艦船領(lǐng)域中的開發(fā)應(yīng)用，特別是原蘇聯(lián)全鈦耐壓殼核潛艇的成功制造，標(biāo)志著鈦材在艦船中應(yīng)用的重大突破[2]。鈦合金能以更輕的重量抵抗更強的水壓，而且又極耐海水腐蝕，是制造

4、深海探測器的首選材料。深海探測器的設(shè)計厚度是90mm，因此如何完成厚板鈦合金的焊接，成為深海探測器制造的關(guān)鍵問題。本課題的研究，正是致力于深海探測器制造過程中鈦合金焊接技術(shù)的開發(fā)。從更深遠的角度來看，近年來厚板鈦合金結(jié)構(gòu)在石油、化工、能源等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，而且上述工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ阝伜辖鸬膽?yīng)用由以厚板焊接結(jié)構(gòu)居多，因此一種高效便捷、經(jīng)濟性好、用于焊接厚板鈦合金的方法對于推動厚板鈦合金結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有著重要意義。本論文主要是針對4500m級深海探測器項目中厚板鈦合金焊接工藝進行研究，分析焊接接頭組織和性能的基礎(chǔ)上確定最佳的焊接過程參數(shù)，同時更深入的探究厚板鈦合

5、金焊接結(jié)構(gòu)溫度場的變化規(guī)律及應(yīng)力、變形的控制等問題，為鈦合金深海探測器制造及厚板鈦合金焊接結(jié)構(gòu)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。401.2厚板鈦合金焊接性分析常溫下鈦合金因表面氧化膜的作用而保持高的穩(wěn)定性和耐蝕性能，在焊接高溫下，鈦合金表面氧化膜變得疏松，使鈦與氫、氧、氮的反應(yīng)速度加快，降低了焊接接頭的塑韌性。如果鈦合金在無保護或者保護不良的情況下進行焊接，焊接接頭會因為間隙元素的污染而導(dǎo)致接頭的脆化。因為鈦的熔點高，比熱容小，導(dǎo)熱性能差，所以在焊接時冷卻速度慢，焊接熱影響區(qū)高溫下停留時間長，β晶粒在高溫下極易過熱粗化，導(dǎo)致接頭的塑韌性下降。但對于TC4

6、這樣的雙相鈦合金，由于合金化程度高，晶粒長大傾向相對較小，所以，在焊接TC4時宜采用較大的焊接熱輸入。氣孔是鈦及鈦合金在焊接時最常見的焊接缺陷[3]。鈦合金焊接接頭中的氣孔主要分為兩類，在焊接熱輸入較大時熔合線附近形成氣孔，在焊接熱輸入較小時焊縫中部產(chǎn)生氣孔。氣孔的存在會降低接頭的抗拉強度和疲勞強度。氣孔敏感性與焊接方法、工藝等因素都有關(guān)，冷卻速度的快慢對氣孔的影響主要由周圍氣體擴散使氣泡長大和氣泡上浮時間兩個相互矛盾的因素決定。一般來說，電子束焊接氣孔最多，等離子最少，氬弧焊趨于中間。本項目所設(shè)計深潛器的壁厚為90mm，厚板材料在焊接時必然會引起較大的焊

7、接應(yīng)力和變形，而且厚板材料焊接時常加工成U形或V形坡口，以多層多道焊的方式進行焊接，填充金屬量過大是這種焊接方法一個很大的不足[4]，不僅浪費了焊接材料，而且因為熱輸入量過大而使得接頭性能變差。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析國內(nèi)外對于鈦合金板焊接工藝的研究較多，但是多數(shù)限于薄板研究，對于這種厚板鈦合金焊接的研究很少。用于焊接厚板鈦合金主要有以下幾種方法：1.3.1MIG多層多道焊法國的E.Budillon和J.P.Peyronnet做過海底實驗室用鈦合金厚板的焊接及評價。實驗用板厚為20mm，用TIG打底，MIG填充的方法對鈦合金厚板進行焊接。采用MIG焊時，

8、開坡口如圖1-4。因其需要繁瑣的保護措施，而且效率較低，所以他們得