Ti-70钛合金板材在船舶导流罩中的应用研究

船舶导流罩是舰船声纳装置的载体和保护装置，对船舶水下观察效果和性能稳定性至关重要。船舶中水下声纳装置一般位于舰船体首部，因此海水对声纳装置的破坏较大，为了确保声纳装置稳定、安全运行，一般采用导流罩进行保护，这就要求制作导流罩的材料必须具有耐海水腐蚀性能好、具有强的透声性能、无磁性、冷成形性、强度高和可焊接性[1-2]。

传统的导流罩采用ЛT3-B 钛合金，但该钛合金属于俄制牌号，因此，在传统导流罩损坏时一般采用国内Ti-70钛合金代替[3]，近几年某些新型导流罩已采用Ti-70钛合金制造。基于此，本文以Ti-70钛合金为研究对象，分析其在船舶导流罩中的应用。

1、Ti-70钛合金在导流罩中应用的意义

Ti-70钛合金的成分与ЛT3-B 钛合金相近，均为Ti-Al-Zr-Fe 型钛合金，属于α 型钛合金的一种，二者均具有相似的性能，即耐海水腐蚀性能好、具有强的透声性能、无磁性、冷成形性、强度高和可焊接性。此外，Ti-70钛合金在工作环境中受热后不会因相变强化而导致导流罩出现裂纹等现象。Ti-70钛合金在60℃海水中浸泡，导流罩的平均腐蚀率小于0.001mm/a ；Ti-70钛合金具有较大的冷弯角，可达到180° ；Ti-70钛合金的抗拉强度大于700MPa，而ЛT3-B 钛合金的抗拉强度一般介于685MPa~880MPa ；Ti-70钛合金的延展率大于18%，而ЛT3-B 钛合金的延展率一般介于10%~12% 之间。综上所述，Ti-70钛合金的性能与ЛT3-B 钛合金性能相比较更优越，且Ti-70钛合金加工工艺较ЛT3-B 钛合金更为简单，因此，将Ti-70钛合金应用于船舶导流罩中具有重要的现实意义。

2、Ti-70钛合金板材在船舶导流罩中的应用

2.1 内外板成形中的应用

船舶导流罩的造型较为复杂，导流罩内外板均为复杂的线性双曲面，因此，在导流罩成形过程中对线性光顺、表面光滑度、质量等要求较高。由于钛合金一般具有较强的强度，钛合金板材厚度方向异性指数较大，加之Ti-70钛合金板材的弹性模量小、回弹性能强。因此，使用钛合金板材制造透声性能良好的导流罩难度较大。通过对比试验后，可以采用无模多点成形的方法制作导流罩的外板。使用无模多点成形制作过程中可以借助Ti-70钛合金板材的基本形体进行调整，逐步实现复杂线性双曲面的实时控制，可实现随意改变Ti-70钛合金板材变形路径和受力状况，最终制作出质量可靠、性能稳定的Ti-70钛合金导流罩内外板。此外，在导流罩内外板制作前和焊接后，不可避免的出现导流罩内外板局部线形、间距等不符合实际要求的现象，此时需要对Ti-70钛合金导流罩内外板进行校形处理。

板材局部校形处理，焊接后可以使用局部焊接的方法进行校形处理，最终可获得质量可靠的Ti-70钛合金导流罩内外板。

2.2 导流罩焊接形变处理方面的应用

Ti-70钛合金导流罩总体为一薄壁框架焊接复杂结构的构件，并且Ti-70钛合金具有较小的弹性模量和较强的回弹性能。

因此，在制作Ti-70钛合金导流罩过程中极易容易出现三维变形现象。

此外，Ti-70钛合金导流罩具有壁薄、板间间距小的特点，在焊接过程中容易造成局部焊接变形问题。为了提高Ti-70钛合金导流罩质量，在焊接处理方面应注意以下几点内容：①导流罩可采用整体钢制胎架，即使用Ti-70钛合金进行内外板制作过程中在钢制胎架中完成，确保外板与钢制胎架内侧完全紧贴，可以有效的防止Ti-70钛合金导流罩外板在焊接过程中变形问题；②在导流罩制作过程中采用变形控制装置，Ti-70钛合金导流罩在焊接过程中出现变形的主要原因在于焊接缝热胀冷缩所致，因此，在Ti-70钛合金导流罩焊接过程中使用变形控制设备，如在焊缝上增加补强筋骨等，可以有效的解决焊接过程中因冷缩而造成的变形问题；③可采用焊缝效应处理方式，一般来说导流罩的焊接变形主要包括残余变形和瞬时变形两种方式，对于残余变形来说，可以借助锤击等方式进行消除，通过高速的锤击方式能够有效的消除焊缝的残余变形；④改进焊接工艺以及装配方式，Ti-70钛合金导流罩的制作的工艺还有很大的发展空间，如何解决导流罩内外板变形问题仍需进一步研究，因此，加强Ti-70钛合金导流罩制造工艺的研究十分重要。

2.3 导流罩焊接质量评价

Ti-70钛合金导流罩质量是否能够满足船舶实际需求，其质量的关键环节在于导流罩焊接质量的高低。因此，为了提高Ti-70钛合金导流罩焊接质量，应注意以下几个方面：

①焊接缝质量需得到保障，可使用气体保护等工艺处理，确保焊缝内外部质量符合质量要求；②焊缝尺寸必须严格控制，可采用最小线能量的焊接工艺参数进行；③对焊缝进行 多道次的检验工作，防治焊接缝不达标。

3、结语

综上所述，Ti-70钛合金板材与传统ЛT3-B 钛合金相比其性能更优，在船舶导流罩中的应用前景极为广阔。

Ti-70钛合金具有耐海水腐蚀性能好、具有强的透声性能、无磁性、冷成形性、强度高和可焊接性，在导流罩应用领域代替ЛT3-B 钛合金是今后发展的趋势。本文以Ti-70钛合 金为研究对象，主要从两个方面分析了Ti-70钛合金在船舶导流罩中的应用，为推动Ti-70钛合金板材的应用提供参考。

参考文献：

[1] 周惠元, 杨锟. 某型舰船钛合金导流罩修理的研究[J]. 江苏船舶,2015,32(03):38-39.

[2] 金武雷, 周心桃, 陈昆渊, 涂三. 错层式钛合金球鼻首导流罩结构形式研究[J]. 中国舰船研究,2010,5(04):32-35+43.

[3] 易燕, 李水. 双层钛合金导流罩平板模型的低频斜入射透声性能测试[J]. 声学与电子工程,2019(01):35-39.