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焊接知识

我国特殊焊接工艺新突破 又一个世界第一!

钛合金是比强度高、耐蚀性好金属材料,飞机设计上经常要用到,但是这种材料加工起来比较困难,尤其是异型件。如今,我国的海深载人潜水器也用上了钛合金,既能承受海底的强大压强,又有出色的耐蚀性,而且潜深要远远大于1000多米,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。

“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: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。

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。

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,七二五所临危受命,承担起2号球壳的赤道缝焊接任务。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。

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,最后一个阶段把工程化的1:1的试验样机焊完了。”

在钛合金领域来说,这个突破不单是对海深载人潜水器载人舱,还有舰船用的特殊材料,对其它高强钛合金材料,乃至整个钛合金行业,甚至对于一些原来认为不能焊的,像镍基高温合金等等,这种技术都可以推广应用。

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