厚板钛合金窄间隙TIG焊接工艺研究毕业论文.doc

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1、哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）厚板钛合金窄间隙TIG焊接工艺研究毕业论文第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义 巨大的勘测难度使深海勘测一直居于地球科学的前沿。这种勘探要求大额投入和尖端技术，这是中国发展深海探测一个绕不过去的坎儿。国际在线报道：中国国际广播电台环球资讯午间话题关注“蛟龙”号深海探测器突破3700米事件。中国科技部、国家海洋局联合发布：我国自行设计、自主集成研制的国家863计划重大专项“蛟龙”号（如图1-1）载人潜水器在中国南海3000米级海上试验取得成功，最大下潜深度达到

2、3759米，创造了水下和海底作业9小时03分的纪录，验证了“蛟龙”号载人潜水器在3000米级水深的各项性能和功能指标。这标志着我国深海载人探测已取得相当大的成就。图1-1蛟龙号图1-2国外一深海探测器取得成绩的同时我们也要看到差距，美国1964年建造的“阿尔文”号载人潜水器即可下潜到4500m的深海；法国1985年研制成的“鹦鹉螺”号潜水器最大下潜深度可达6000m；我们的邻居俄罗斯和日本已经完成了深海6000m级水深的探测数千次。中国载人深海探测这条路任重而道远。依据全国第11个五年计划，国家高

3、技术研究发展计划（863专项）中海洋技术领域的战略目标是：“深化近浅海、开拓深远海”。该部分内容-40-哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）旨在开发强大的实用型潜水设备，建设和维护深海海底观测网络，以及勘探和海底取样。项目计划开发在水下4500米的作业的深海潜水设备。如图1-3所示，该潜水器是一个直径约为2m，壁厚90mm的球形容器，由12块弧瓣形钛合金板拼焊而成。图1-3深海潜水器效果图钛合金具有密度小、比刚度、比强度高，耐蚀性、耐热性好等一系列优点，在航空航天、海洋工程、汽车和医疗等领域得到了越

4、来越广泛的应用[1]，钛合金在海洋工况下使用极具优势，世界各工业发达国家都十分重视钛材在舰船领域中的开发应用，特别是原苏联全钛耐压壳核潜艇的成功制造，标志着钛材在舰船中应用的重大突破[2]。钛合金能以更轻的重量抵抗更强的水压，而且又极耐海水腐蚀，是制造深海探测器的首选材料。深海探测器的设计厚度是90mm，因此如何完成厚板钛合金的焊接，成为深海探测器制造的关键问题。本课题的研究，正是致力于深海探测器制造过程中钛合金焊接技术的开发。从更深远的角度来看，近年来厚板钛合金结构在石油、化工、能源等工业领域的

5、应用越来越多，而且上述工业领域对于钛合金的应用由以厚板焊接结构居多，因此一种高效便捷、经济性好、用于焊接厚板钛合金的方法对于推动厚板钛合金结构的应用有着重要意义。本论文主要是针对4500m级深海探测器项目中厚板钛合金焊接工艺进行研究，分析焊接接头组织和性能的基础上确定最佳的焊接过程参数，同时更深入的探究厚板钛合金焊接结构温度场的变化规律及应力、变形的控制等问题，为钛合金深海探测器制造及厚板钛合金焊接结构在工业领域的应用提供理论和技术支持。-40-哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）1.2厚板钛合金焊

6、接性分析常温下钛合金因表面氧化膜的作用而保持高的稳定性和耐蚀性能，在焊接高温下，钛合金表面氧化膜变得疏松，使钛与氢、氧、氮的反应速度加快，降低了焊接接头的塑韧性。如果钛合金在无保护或者保护不良的情况下进行焊接，焊接接头会因为间隙元素的污染而导致接头的脆化。因为钛的熔点高，比热容小，导热性能差，所以在焊接时冷却速度慢，焊接热影响区高温下停留时间长，β晶粒在高温下极易过热粗化，导致接头的塑韧性下降。但对于TC4这样的双相钛合金，由于合金化程度高，晶粒长大倾向相对较小，所以，在焊接TC4时宜采用较大的焊

7、接热输入。气孔是钛及钛合金在焊接时最常见的焊接缺陷[3]。钛合金焊接接头中的气孔主要分为两类，在焊接热输入较大时熔合线附近形成气孔，在焊接热输入较小时焊缝中部产生气孔。气孔的存在会降低接头的抗拉强度和疲劳强度。气孔敏感性与焊接方法、工艺等因素都有关，冷却速度的快慢对气孔的影响主要由周围气体扩散使气泡长大和气泡上浮时间两个相互矛盾的因素决定。一般来说，电子束焊接气孔最多，等离子最少，氩弧焊趋于中间。本项目所设计深潜器的壁厚为90mm，厚板材料在焊接时必然会引起较大的焊接应力和变形，而且厚板材料焊接时

8、常加工成U形或V形坡口，以多层多道焊的方式进行焊接，填充金属量过大是这种焊接方法一个很大的不足[4]，不仅浪费了焊接材料，而且因为热输入量过大而使得接头性能变差。1.3国内外研究现状及分析国内外对于钛合金板焊接工艺的研究较多，但是多数限于薄板研究，对于这种厚板钛合金焊接的研究很少。用于焊接厚板钛合金主要有以下几种方法：1.3.1MIG多层多道焊法国的E.Budillon和J.P.Peyronnet做过海底实验室用钛合金厚板的焊接及评价。实验用板厚为20mm，用TIG打底，MIG填充