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我國成功(gong)突(tu)破高強(qiang)高韌(ren)鈦合金材(cai)料特殊焊接工(gong)藝(yi)
鈦合金(jin)是(shi)種好材(cai)料，比(bi)強度高、耐(nai)蝕性好，飛機設計上經常(chang)要用(yong)到(dao)，但是(shi)這種材(cai)料加工(gong)起來比(bi)較難(nan)，尤其是(shi)異型件，好在現在3D打(da)印(yin)技術(shu)的(de)出現，很好地解決了這一問題。
不僅航空裝備方面(mian)要(yao)用(yong)到(dao)鈦(tai)合金(jin)，航海設備方面(mian)也經常要(yao)用(yong)到(dao)鈦(tai)合金(jin)材料，俄羅斯不就造出過鈦(tai)合金(jin)潛艇了嗎，可(ke)以(yi)下潛到(dao)1000多米的(de)海水下面(mian)，隱蔽性更強。
而如今，我國(guo)的海(hai)(hai)深載(zai)人潛水器也用上了(le)鈦(tai)合金(jin)，而且潛深要遠(yuan)遠(yuan)大于1000多米，比如我國(guo)的“奮斗(dou)者”號全(quan)海(hai)(hai)深載(zai)人潛水器就曾(ceng)在西太平洋(yang)馬里亞(ya)納海(hai)(hai)溝海(hai)(hai)域完成全(quan)部萬米海(hai)(hai)試(shi)任務，并(bing)創造了(le)10909米的中國(guo)載(zai)人深潛新紀(ji)錄。
一萬(wan)多米的海(hai)水(shui)下面，水(shui)壓超過110兆帕(pa)，相當于(yu)你的背上有2000頭非(fei)洲象。這么大(da)的壓強，“奮斗者”號(hao)怎樣才能實(shi)現(xian)硬核(he)“抗壓”呢？
靠的就是載(zai)人艙。為保(bao)證載(zai)客(ke)量，載(zai)人艙要大；為減(jian)輕潛水器(qi)負擔，球(qiu)艙不能(neng)重；為承受(shou)萬米海(hai)壓，載(zai)人艙必須(xu)堅固。又由于要長(chang)時間(jian)浸泡在水里，常規材料容易生銹(xiu)、被腐蝕，用不了多久(jiu)可能(neng)就要廢棄。
最終，國產新型(xing)鈦合金材料登場了，既能承受(shou)海底的強大壓強，又有(you)出色的耐蝕性。
但(dan)是問題(ti)來(lai)了，“奮(fen)斗者”號載(zai)人艙由2個半球(qiu)焊(han)接(jie)而成，因其焊(han)接(jie)位置類似地球(qiu)赤(chi)道(dao)(dao)，被(bei)稱為赤(chi)道(dao)(dao)縫焊(han)接(jie)。在研(yan)制過程中，由于載(zai)人艙赤(chi)道(dao)(dao)縫的(de)焊(han)接(jie)難題(ti)，一(yi)度(du)讓“奮(fen)斗者”號項(xiang)目面臨(lin)擱淺。
最終(zhong)，中國船舶集團七二五所科研人員解決(jue)了(le)這一難題，成功(gong)突破(po)高(gao)強高(gao)韌鈦合金材料(liao)特殊焊接(jie)(jie)工藝，世界(jie)上首次應用此(ci)類技術(shu)一次性(xing)成功(gong)完成載人艙赤道縫焊接(jie)(jie)，為(wei)“奮斗者”號提(ti)供(gong)了(le)堅(jian)強保障。
這種焊(han)接技術(shu)，世界(jie)上沒有任(ren)何可供(gong)參考的先例，為保證項目成功，當時“奮斗者”號(hao)項目共準備5個半球：1個用于(yu)試(shi)驗，另外4個組成2個整球。2018年底，承擔1號(hao)球殼赤(chi)道縫焊(han)接任(ren)務(wu)的單位遭(zao)遇(yu)始料未(wei)及的困難，七(qi)二五所臨危(wei)受(shou)命(ming)，承擔起(qi)2號(hao)球殼的赤(chi)道縫焊(han)接任(ren)務(wu)。
面臨嚴峻(jun)的形勢和(he)僅(jin)剩的2個(ge)半球，意味著這次焊接只許成功，不許失敗。
經過科研(yan)人員數百(bai)次(ci)的(de)試驗(yan)，終于在(zai)2019年(nian)6月17日(ri)23點30分，七二五所一次(ci)性完成“奮(fen)斗者”號(hao)的(de)載人艙赤道縫焊接。
世(shi)界第一，為我們(men)了不起的科(ke)研工作者(zhe)點贊！
說起來(lai)容易做起來(lai)難(nan)，下面我們就來(lai)看看科研人員是如何解決焊接難(nan)題的。
據中國船舶集團七二五(wu)所(suo)高級工程(cheng)師、“奮(fen)斗者”號(hao)載人艙項目焊(han)接(jie)技(ji)術(shu)負責人劉希林介紹(shao)：“根(gen)據我(wo)(wo)(wo)(wo)們(men)前期的(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)研究，唯一(yi)能(neng)采用的(de)(de)(de)方法(fa)，國際上沒(mei)有人做過，真正(zheng)焊(han)接(jie)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)候是(shi)否(fou)會出問題，這個不(bu)好說，決(jue)定采用這種方法(fa)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)候，壓(ya)力還(huan)是(shi)非常大的(de)(de)(de)，心里其實剛開始的(de)(de)(de)時(shi)(shi)候還(huan)是(shi)沒(mei)有譜的(de)(de)(de)。后來我(wo)(wo)(wo)(wo)們(men)是(shi)經過了幾(ji)個階(jie)段(duan)吧，第一(yi)階(jie)段(duan)我(wo)(wo)(wo)(wo)們(men)是(shi)試(shi)(shi)板(ban)級的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)，第二階(jie)段(duan)就(jiu)是(shi)焊(han)了一(yi)個小的(de)(de)(de)模型球，最后一(yi)個階(jie)段(duan)我(wo)(wo)(wo)(wo)們(men)把工程(cheng)化的(de)(de)(de)1:1的(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)樣機焊(han)完了。每(mei)一(yi)個階(jie)段(duan)我(wo)(wo)(wo)(wo)們(men)的(de)(de)(de)把握(wo)不(bu)斷提升。”
最后的(de)正式(shi)焊(han)接(jie)開始了(le)：各系統(tong)準(zhun)備(bei)就(jiu)緒，啟(qi)動焊(han)接(jie)……
終于(yu)成功了(le)，又(you)一項(xiang)世界第(di)一。
據中國(guo)船舶(bo)集團(tuan)七二(er)五所高(gao)級工(gong)程師、“奮斗者(zhe)”號載人艙項目(mu)執行負(fu)責(ze)人呂逸(yi)帆介紹(shao)：“我(wo)們(men)立足(zu)于(yu)(yu)挑戰世(shi)界巔(dian)峰(feng)，就是(shi)(shi)踐行深潛精神，勇攀高(gao)峰(feng)，我(wo)們(men)要(yao)當世(shi)界第一(yi)，站在這(zhe)個(ge)角度(du)，我(wo)們(men)就要(yao)把這(zhe)個(ge)赤道縫焊(han)接技術給(gei)突破。在鈦(tai)合金領域(yu)來說，這(zhe)個(ge)突破不(bu)單是(shi)(shi)對我(wo)們(men)的載人艙，還有(you)我(wo)們(men)艦(jian)船用的特(te)殊材(cai)料，對其它高(gao)強鈦(tai)合金材(cai)料，乃至整(zheng)個(ge)鈦(tai)合金行業，甚至對于(yu)(yu)一(yi)些(xie)原來我(wo)們(men)認(ren)為不(bu)能(neng)焊(han)的，像鎳基高(gao)溫合金等等，這(zhe)種技術都可以推廣(guang)應用。而不(bu)單是(shi)(shi)我(wo)們(men)赤道縫的焊(han)接，包括我(wo)們(men)整(zheng)個(ge)載艙的創新點(dian)，在各(ge)方面(mian)也是(shi)(shi)世(shi)界第一(yi)的。整(zheng)個(ge)載人潛水器從各(ge)種性能(neng)指標上來講(jiang)，也是(shi)(shi)世(shi)界第一(yi)的。”
注意上面加黑(hei)的文字，赤道縫焊接(jie)技術的突破，未來的應(ying)用前景廣(guang)闊啊(a)！
說了(le)這么多，那么我國成功突破的高強高韌鈦合金材(cai)料(liao)特殊焊接工藝，究竟依靠什么設(she)備來完成的呢？
注意上(shang)圖(tu)箭頭所(suo)指(zhi)之處，它就(jiu)是大功率(lv)真空電子束焊(han)機。
拆開來看，就是大功率+真空+電子(zi)束焊機。
先來解釋一(yi)(yi)下電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束焊(han)接，這是一(yi)(yi)種利用(yong)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束作(zuo)為(wei)熱源的(de)(de)(de)(de)焊(han)接工藝。電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束發生器中的(de)(de)(de)(de)陰極加熱到(dao)一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)溫度時(shi)逸出(chu)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)在高壓電(dian)(dian)(dian)場中被加速，通(tong)過電(dian)(dian)(dian)磁透鏡聚焦(jiao)后(hou)，形成(cheng)能(neng)(neng)量密集度極高的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束，當電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)束轟擊焊(han)接表面時(shi)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)動能(neng)(neng)大部分轉變為(wei)熱能(neng)(neng)，使(shi)焊(han)接件的(de)(de)(de)(de)結(jie)合處的(de)(de)(de)(de)金屬熔融，當焊(han)件移動時(shi)，在焊(han)件結(jie)合處形成(cheng)一(yi)(yi)條連續的(de)(de)(de)(de)焊(han)縫。
所謂真(zhen)空(kong)電子束焊機，就是將要(yao)焊接的工(gong)件置于真(zhen)空(kong)室中，一般裝夾在可直線移(yi)動或旋轉的工(gong)作臺上。
至于(yu)大功率，肯定(ding)就是應對高(gao)強高(gao)韌(ren)鈦合(he)金材料特(te)殊焊接的(de)需要(yao)了。
