深潜器钛合金框架结构装配焊接工艺研究

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1、第6期稀有金属材料与工程杂志社等：《稀有金属材料与工程》写作及排版规范·171·深潜器钛合金框架结构装配焊接工艺研究孟祥军，吴学才，张建欣(中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳471039)摘要：针对钛合金构架的工艺要求，依据焊接变形的受力方向，预测钛合金型材的变形程度和趋势，正确计算焊缝的收缩量，制定并实施合理的装配焊接工艺，保证型材的平面度、垂直度公差和焊接强度，并且保证构架的装配形位公差，采用合理的工艺方法使装配焊接达到设计技术要求。关键词：钛合金；深潜器框架；装焊工艺中图法分类号：

2、TG146.4文献标识码：A文章编号：1002-185X(2008)S3-0036-04增刊3孟祥军等：深潜器钛合金框架结构装配焊接工艺研究·207·1前言深潜器在进行海底科学探测，深海生物研究、海洋地质考察，考古研究等方面具有重要的意义，因此各国都非常重视深潜器的研制，尤以大潜深的钛合金深潜器研究为重。深潜器钛合金框架由不同规格的钛合金型材焊接而成，本文中钛合金框架结构件的制作工艺研究，采用新型船用国产Ti75合金材料，目的是为钛合金深潜器框架结构国产化提供工艺技术准备（图1），以考察国内的装焊

3、技术工艺水平与俄罗斯工艺水平的差异，并为制定产品验收标准提供技术依据。对于其他用途的钛合金框架结构件的建造也有重要参考意义。图1总体图Fig.1Thedrawingoftheframe2技术要求[1,2]2.1分段及意义选取结构较复杂的头部及中部主体结构进行制造，主要研究型材的组装、焊接、变形及框架主体的装配、焊接、变形情况，为制造产品作好工艺准备。分段的总体尺寸为：分段长3190mm，分段宽3220mm，分段高3500mm。包括横框架、起吊框架、压载水箱等主要部件。2.2材料及焊材Ti75板材，

4、厚度包括4、5、6、8、10、12及20mm，焊机采用国产时代逆变WSM-400焊机。2.3切口与坡口要求在板材上划线应尽量采用细记号笔，在焊接熔合面上加工中去除部分上可用划针划线并允许打样冲。板材的下料采用机械剪切和火焰切割的方法，厚度较大时用等离子切割，必须采取措施避免火花溅落在材料表面上引起氧化和伤痕，切割面用机械方法或砂轮打磨，然后用电挫机去除切割面的氧化层及污染物，保证焊接面的清洁度，焊接破口的表面不得有氧化层、裂纹、分层等影响焊接质量的缺陷，以保证焊接质量。2.4表面处理及表面质量成形

5、后的钛材表面不应有划伤、刻痕、裂纹、弧坑等缺陷。必要时可进行补焊、打磨抛光处理，但修磨的斜度小于1:3，深度小于板材厚度的5%，而且不大于1mm。拼接板的错边量应小于板厚的10%，且小于1mm。框架表面最后进行喷砂处理。2.5型材的形式及装配焊接要求型材的形式，由板条组合而成的型材的截面形状分为I形、T形、L形、和［形钛合金型材构件，板条之间打坡口采用TIG焊接。焊高根据图纸对不同位置的要求进行施焊。型材的腹板与面板或角型材的两直角边的垂直度误差应不大于腹板高度的1%，最大不超过1.5增刊3孟祥军

6、等：深潜器钛合金框架结构装配焊接工艺研究·207·mm；I形和［槽形型材的两个面板的平行度误差不大于面板宽度的2%，最大不超过1.5mm。组焊型材如果不够长度，允许拼接，面板与腹板的接口应至少错开100mm，以提高拼接型材接口的强度，及预防因焊缝集中造成的应力变形。型材总长度范围内焊后的不平度误差不超过2mm。装配焊接型材时，制作工装以便装配定位和防止焊接变形。发生焊接变形应进行矫正，合格后才能进行装配。框架焊接后的平行度和垂直度误差不超过2mm，对角线误差不大于3.5mm，底纵桁、中纵桁、顶纵桁

7、的上下表面平面度误差不超过2mm。框架总长度误差≤2.5mm，总宽度误差≤2.5mm，总高度误差≤2.5mm。2.6焊接工艺要求2.6.1施焊环境（1）焊接在空气清洁、无尘、无烟的环境下进行。（2）焊接场地为独立的焊接车间，无其他金属污染。（3）在下列情况下禁止施焊：A）风速≥1.5m/s；B）相对湿度＞80%；C）焊件温度＜5℃；D＝雨雪天气室外作业。2.6.2焊前准备（1）焊丝和材料保持干燥，相对湿度不大于65%。（2）焊接坡口用机械加工的方法或用电挫机除去表面氧化膜，焊前用白绸布沾丙酮脱脂清

8、洁，如4h未施焊，焊前应重新清洗。（3）焊前装配定位点焊，在焊接条件、工艺、装配尺寸检验合格的条件下进行施焊。（4）在热量较大的情况下，必要时在钛板下加紫铜冷却垫板冷却。（5）对于焊在结构上的装配定位工装、夹具、防止变形约束工装、装配手持工装等附件，尽量避免影响焊接施工，采用相同材质的材料与焊接工艺施焊，去除后留下的焊疤打磨与母材平齐。2.6.3焊丝、材料、焊接保护（1）焊丝与板材在施工前进行试样焊接工艺评定，施焊的条件、工艺要求与实际焊接的条件要求相同，并进行射线探伤、金相检测合