【正文】 .............................................................. 4 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接 ................................................................................ 5 第 2 章 焊接工藝試驗 .................................................................................................... 7 焊槍及保 護裝置的設(shè)計及制作 ............................................................................ 7 焊槍的設(shè)計及制作 ......................................................................................... 7 保護裝置的設(shè)計 及 制造 ................................................................................. 8 試驗材料和坡口 .................................................................................................. 10 試驗設(shè)備及方法 ...................................................................................................11 試驗設(shè)備 .......................................................................................................11 窄間隙 TIG 多層焊 .......................................................................................11 微觀組織分析 ...................................................................................................... 13 金相組織觀察 ............................................................................................... 13 SME成分分析 .............................................................................................. 13 力學(xué)性能測試 ...................................................................................................... 13 硬度測試 ....................................................................................................... 13 強度測試 ....................................................................................................... 13 第 3 章 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭顯微組織分析 .......................................... 15 鈦合金窄間隙 TIG 多層焊焊接接頭宏觀 .......................................................... 16 鈦合金 窄間隙 TIG 多層焊接頭晶粒生長規(guī)律 .................................................. 17 鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭微觀組織分析 ...................................................... 19 鈦及鈦合金同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 .......................................................................... 19 TC4 鈦合金在不同溫度條件下的相變特點 ............................................... 19 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭微觀組織分析 .............................................. 20 焊縫區(qū)域成分分析 .............................................................................................. 22 本章小結(jié) .............................................................................................................. 24 第 4 章 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭力學(xué)性能測試 .......................................... 25 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭的顯微硬度分布 ......................................... 25 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭強度 ............................................................. 26 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊焊縫斷口分析 .......................................................... 28 本章小結(jié) .............................................................................................................. 28 第 5 章 焊接變形與焊接溫度場的測定 ...................................................................... 30 78mm厚鈦合金窄間隙 TIG 焊接變形測量 ....................................................... 30 窄間隙 TIG 焊接坡口尺寸的確定 ............................................................... 30 78mm 厚鈦合金窄間隙 TIG 焊接變形的測量 ........................................... 31 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接溫度場的測定 ...................................................... 33 焊接溫度場測定試驗 ................................................................................... 33 溫度場曲線分析 ........................................................................................... 34 本章小結(jié) .............................................................................................................. 37 結(jié) 論 .............................................................................................................................. 38 參考文獻 ........................................................................................................................ 39 致 謝 ............................................................................................................................ 41 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒 論 課題背景及研究的目的和意義 巨大的勘測難度使深?？睖y一直居于地球科學(xué)的前沿。這標(biāo)志著我國深海載人探測已取得相當(dāng)大的成就。該 部分內(nèi)容 旨在開發(fā)強大的實用型潛水設(shè)備，建設(shè)和維護深海海底觀測網(wǎng)絡(luò)，以及勘探和海底取樣。 鈦合金能以更輕 的 重量抵抗更強 的 水壓 ，而且又極耐海水腐蝕，是制造深海探測器的首選材料。 本論文主要是針 對 4500m 級深海探測器項目中厚板鈦合金焊接工藝 進行研究，分析焊接接頭組織和性能的基礎(chǔ)上確定最佳的焊接過程參數(shù)，同時更深入的探究厚板鈦合金焊接結(jié)構(gòu)溫度場的變化規(guī)律及應(yīng)力、變形的控制等問題 ， 為鈦合金深海探測器制造及厚板鈦合金焊接結(jié)構(gòu)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。但對于 TC4 這樣的雙相鈦合金，由于合金化程度高，晶粒長大傾向相對較小，所以，在焊接 TC4 時宜采用較大的焊接熱輸入。氣孔敏感性與焊接方法、工藝等因素都有關(guān)， 冷卻速度的快慢對氣孔的影響主要由周圍氣體擴散使氣泡長大和氣泡上浮時間兩個相互矛盾的因素決定。 用于焊接厚板鈦合金主要有以下幾種方法： MIG 多層多道焊 法國的 。 圖 14 MIG 方法焊接坡口及焊接層數(shù)示意圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 窄間隙 TIG 國內(nèi)船舶重工工業(yè)集團的張偉明等人利用窄間隙 TIG自動焊的方法，焊接了40mm厚的 TA2（工業(yè)純鈦）試板 （如圖 15） ， 并對焊接后接頭的組織 和 性能 進行了 分析 。 發(fā)現(xiàn) 聚焦電流對焊縫形狀的影響作用很大 ， 聚焦電流不同 ， 焊縫形狀各異。如果采用 如圖 19 所示 雙面焊接的方式，可以達到優(yōu)良的焊接接頭，接頭的性能也得到的提升 [8]。窄間隙焊接不僅可大幅度的減少坡口截面積、大大減少焊縫金屬的填敷量，而且在相對少的焊接熱輸入下，解決了開坡口困難、焊接速度緩慢，焊后板材應(yīng)力變形大等問題 [15]。 試驗方案提出焊接厚板鈦合金的方法為窄間隙 TIG 多層焊?？紤]到上述因素，所設(shè)計焊槍的體積越小越好，盡可能的輕質(zhì)，以減輕焊工的勞動強度 ，保證焊接質(zhì)量 。 圖 23 整體焊槍設(shè)計圖 保護裝置的設(shè)計 及 制造 常溫下鈦表面鈍化層（氧化膜）的致密性極強，使得鈦非常穩(wěn)定。此時焊縫及熱影響區(qū)會因吸收空氣中的氮和氧而導(dǎo)致塑性下降。 鈦合金敞開式焊接依靠焊炬噴嘴、拖罩（圖 24 所示）和背面保護裝置進行保護 [3]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 24 焊槍與拖罩 圖 25 雙 U形窄間隙坡口 針對于本課題雙 U 形窄間隙坡口， 設(shè)計了一種能夠深入坡口中的 “ 拖罩 ” （圖26 所示）。 蓋面 時所使用拖罩的設(shè)計也具有突出的特點，拖罩前部的弧形結(jié)構(gòu)，可以更好的貼合焊槍噴嘴，給予焊接區(qū)最充分的保護；整個拖罩分為兩部分，兩部分有哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 獨立的供氣系統(tǒng)（如 圖 27b 所示），前部分氣室較?。ㄈ鐖D 27c 所示），可以使氣流更集中， 這對于焊接試板邊緣特別有意義，可以 更好的保護試板邊緣，即在沒有引弧板的情況下也可以達到良好的焊接效果；拖罩內(nèi)的銅網(wǎng)使氣體更均勻的噴出。 其退火后平衡組織以 α相為主， β相含量通常 930%。因此近 α鈦合金具有較好的強度和塑韌性，其塑韌性要好于 TC4，其成分見表 21。 試驗設(shè)備及方法 試驗設(shè)備 根據(jù)厚板鈦合金窄間隙焊接特點，設(shè)計和制造了具有質(zhì)量輕、冷卻好、可深入窄間隙坡口內(nèi) 焊接 等特點的焊槍以及窄間隙下特殊的保護裝置，如圖 29a、 b、 c所示。將試件置于工作臺上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 背面用鋁箔封好后通氬氣保護。 為了確定窄間隙鈦合金焊接的最佳電流參數(shù)，同時研究不同電流參數(shù)對于焊接接頭組織和性能的影響，根據(jù)已有文獻