船用钛及钛合金的焊接问题及对策.pdf

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1、第33卷第6期2011年6月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．33，No．6Jun．，2011船用钛及钛合金的焊接问题及对策汪汀(中国舰船研究院，北京100192)摘要：结合多年来在船用钛合金焊接应用研究和工程结构建造的经验，介绍了我国船用钛合金焊接的主要问题和解决措施，以及我国船用钛合金基本焊接性能，对船用钛合金的焊接及工程结构的建造具有一定的指导作用。关键词：船用；钛合金；焊接中图分类号：TG4457．19文献标识码：A文章编号：1672—7649(2011)06-

2、0113—04DOI：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．06．026ProblemsandsolutionsforweldingofshipbuildingTitaniumandTitaniumalloyWANGTing(ChinaShipResearchandDevelopmentAcademy，Beijing100192，China)Abstract：Inthispaper，thebasicweldingpropertyofTitaniumaUoys，themainprob

3、lemandsolutionfortheweldingofshipbuildingTitaniumandTitaniumalloysinourcountrywereintroducedwiththeexperienceofthestudyandpracticeinthisfieldformanyyears．ItmightbeaguidetotheweldinganddesignofengineeringstructureofshipbuildingTitaniumalloys．Keywords：ship

4、building；Titaniumalloy；welding0引言钛材具有比强度高、耐海水及海洋大气腐蚀、无磁、透声、抗冲击震动及可加工性好等特点，是一种优质的船舶材料¨1。对于船舶材料而言，焊接是其结构制造的重要加工手段。而各种船用钛及钛合金对焊接加工的适应性，焊接性能的优劣，直接关系到它们在船舶结构上的应用。本文结合多年来船用钛合金焊接应用研究和工程结构建造的经验，概要介绍目前我国船用钛合金焊接的主要问题及焊接性能等。此需要各种性能、品种规格的钛合金材料。经过广大科研人员和工程技术人员近40年在材料

5、研制与应用研究方面的不懈努力，目前已初步形成了具有我国特色，适合我国国情的船用钛合金系列。合金的强度级别(盯02)分别为：320MPaj490MPa，590MPa，630MPa，780MPa，800MPa和l150MPa；其相应的合金牌号为：工业纯钛Ti一31，TA5(含TA5一A)，Ti一70，Ti一75，Ti一80，TC．，TC．(ELI)和TBl9合金。材料品种有板材、管材、型材、锻件、铸件等。其中相当一部分合金已在船用结构中获得了应用。1我国船用钛合金系列2船用钛合金焊接的主要问题钛材的品种、牌

6、号繁多，针对其应用的领域不同，对其相关的性能要求也不相同。对船用钛合金主要的应用功能是优秀的耐海水及海洋大气的腐蚀性，高比强，高韧性和优良的加工工艺性能⋯。由于钛材在船舶领域的应用范围较广，如船舶结构、推进系统、电力系统、电子信息系统、辅助系统到特种装置等，因2．1焊接接头的抗裂性目前，为了满足船舶结构的使用要求，我国大多数强度级别的船用钛合金，追求强度和塑性、韧性最佳配合以及优良可加工性能，在合金成分的设计上多采用Ot或近a(蚝≤0．25)合金。这类合金具有中等的强度和塑性、韧性，由于它们不可以热处理

7、强化，在收稿日期：201l一05—06作者简介：汪汀(1957一)，男．高级工程师。主要研究方向为有色金属、金属复合材料焊接结构及低温超导磁体结构制造工艺。．114·舰船科学技术第33卷进行大厚截面船用结构的多层多道焊接时，热影响区不会因相变强化而产生焊接裂纹，同时，这类合金结晶时，能形成较为均匀的组织(低的晶内偏析)；加之，钛及钛合金中硫、磷、碳等杂质很少，低熔点共晶很难在晶界出现，有效结晶温度区间窄，焊缝凝固时收缩量小，所以不倾向产生焊接热裂纹¨。，。但是，随着合金强度的提高，对冷裂纹较为敏感。导致

8、冷裂纹产生的主要原因是氢和焊接残余应力的作用。所以，降低焊缝中氢的含量，减少焊接接头焊接残余应力，对防止冷裂纹的产生将是至关重要的。评价钛合金及其配套焊接材料所焊接头在大刚度、高拘束条件下的抗裂性能，建议采用图1所示的抗裂性试验装置，并参照CBlll9--1996{手工电弧焊刚性对接裂纹试验方法》进行。表1为厚22mm和Ti一80合金手工TIG焊的抗裂性试验结果。试验结果证明，该类合金及其配套焊丝具有良好的抗裂性能。图l钛及钛合金刚性对接裂