Ti-70鈦合金板材在船舶導流罩中的應用研究

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(wěn)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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)導流罩損壞時一般采用國內(nèi)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(huán)境中受熱后不會因相變強化而導致導流罩出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)實意義。

2、Ti-70鈦合金板材在船舶導流罩中的應用

2.1 內(nèi)外板成形中的應用

船舶導流罩的造型較為復雜，導流罩內(nèi)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(shù)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(xiàn)復雜線性雙曲面的實時控制，可實現(xiàn)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(wěn)定的Ti-70鈦合金導流罩內(nèi)外板。此外，在導流罩內(nèi)外板制作前和焊接后，不可避免的出現(xiàn)導流罩內(nèi)外板局部線形、間距等不符合實際要求的現(xiàn)象，此時需要對Ti-70鈦合金導流罩內(nèi)外板進行校形處理。

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(nèi)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(xiàn)三維變形現(xiàn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(fā)展空間，如何解決導流罩內(nèi)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(huán)節(jié)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(nèi)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(shù)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(tǒng)ЛT3-B 鈦合金相比其性能更優(yōu)，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(fā)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。

參考文獻：

[1] 周惠元, 楊錕. 某型艦船鈦合金導流罩修理的研究[J]. 江蘇船舶,2015,32(03):38-39.

[2] 金武雷, 周心桃, 陳昆淵, 涂三. 錯層式鈦合金球鼻首導流罩結構形式研究[J]. 中國艦船研究,2010,5(04):32-35+43.

[3] 易燕, 李水. 雙層鈦合金導流罩平板模型的低頻斜入射透聲性能測試[J]. 聲學與電子工程,2019(01):35-39.