【正文】 .............................................................. 4 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接 ................................................................................ 5 第 2 章 焊接工藝試驗(yàn) .................................................................................................... 7 焊槍及保 護(hù)裝置的設(shè)計(jì)及制作 ............................................................................ 7 焊槍的設(shè)計(jì)及制作 ......................................................................................... 7 保護(hù)裝置的設(shè)計(jì) 及 制造 ................................................................................. 8 試驗(yàn)材料和坡口 .................................................................................................. 10 試驗(yàn)設(shè)備及方法 ...................................................................................................11 試驗(yàn)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(cè)試 ...................................................................................................... 13 硬度測(cè)試 ....................................................................................................... 13 強(qiáng)度測(cè)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(zhǎng)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(diǎn) ............................................... 19 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(cè)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(qiáng)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(chǎng)的測(cè)定 ...................................................................... 30 78mm厚鈦合金窄間隙 TIG 焊接變形測(cè)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(cè)量 ........................................... 31 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接溫度場(chǎng)的測(cè)定 ...................................................... 33 焊接溫度場(chǎng)測(cè)定試驗(yàn) ................................................................................... 33 溫度場(chǎng)曲線分析 ........................................................................................... 34 本章小結(jié) .............................................................................................................. 37 結(jié) 論 .............................................................................................................................. 38 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 39 致 謝 ............................................................................................................................ 41 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(cè)難度使深?？睖y(cè)一直居于地球科學(xué)的前沿。這標(biāo)志著我國(guó)深海載人探測(cè)已取得相當(dāng)大的成就。該 部分內(nèi)容 旨在開發(fā)強(qiáng)大的實(shí)用型潛水設(shè)備，建設(shè)和維護(hù)深海海底觀測(cè)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(qiáng) 的 水壓 ，而且又極耐海水腐蝕，是制造深海探測(cè)器的首選材料。 本論文主要是針 對(duì) 4500m 級(jí)深海探測(cè)器項(xiàng)目中厚板鈦合金焊接工藝 進(jìn)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(shí)更深入的探究厚板鈦合金焊接結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)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(cè)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(duì)于 TC4 這樣的雙相鈦合金，由于合金化程度高，晶粒長(zhǎng)大傾向相對(duì)較小，所以，在焊接 TC4 時(shí)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(duì)氣孔的影響主要由周圍氣體擴(kuò)散使氣泡長(zhǎng)大和氣泡上浮時(shí)間兩個(gè)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(guó)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(jì)（論文） 4 窄間隙 TIG 國(guó)內(nèi)船舶重工工業(yè)集團(tuán)的張偉明等人利用窄間隙 TIG自動(dòng)焊的方法，焊接了40mm厚的 TA2（工業(yè)純鈦）試板 （如圖 15） ， 并對(duì)焊接后接頭的組織 和 性能 進(jìn)行了 分析 。 發(fā)現(xiàn) 聚焦電流對(duì)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(dá)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(duì)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(yàn)方案提出焊接厚板鈦合金的方法為窄間隙 TIG 多層焊。考慮到上述因素，所設(shè)計(jì)焊槍的體積越小越好，盡可能的輕質(zhì)，以減輕焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度 ，保證焊接質(zhì)量 。 圖 23 整體焊槍設(shè)計(jì)圖 保護(hù)裝置的設(shè)計(jì) 及 制造 常溫下鈦表面鈍化層（氧化膜）的致密性極強(qiáng)，使得鈦非常穩(wěn)定。此時(shí)焊縫及熱影響區(qū)會(huì)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(hù)裝置進(jìn)行保護(hù) [3]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 24 焊槍與拖罩 圖 25 雙 U形窄間隙坡口 針對(duì)于本課題雙 U 形窄間隙坡口， 設(shè)計(jì)了一種能夠深入坡口中的 “ 拖罩 ” （圖26 所示）。 蓋面 時(shí)所使用拖罩的設(shè)計(jì)也具有突出的特點(diǎn)，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(hù)；整個(gè)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(jì)（論文） 10 獨(dú)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(duì)于焊接試板邊緣特別有意義，可以 更好的保護(hù)試板邊緣，即在沒有引弧板的情況下也可以達(dá)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(qiáng)度和塑韌性，其塑韌性要好于 TC4，其成分見表 21。 試驗(yàn)設(shè)備及方法 試驗(yàn)設(shè)備 根據(jù)厚板鈦合金窄間隙焊接特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(diǎn)的焊槍以及窄間隙下特殊的保護(hù)裝置，如圖 29a、 b、 c所示。將試件置于工作臺(tái)上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 背面用鋁箔封好后通氬氣保護(hù)。 為了確定窄間隙鈦合金焊接的最佳電流參數(shù)，同時(shí)研究不同電流參數(shù)對(duì)于焊接接頭組織和性能的影響，根據(jù)已有文獻(xiàn)