【正文】 3 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。 焊槍黃銅制主體如圖 21 所示，總長度 40mm，保證了槍體輕質(zhì)的特點(diǎn)，減輕了焊接工人負(fù)擔(dān)；特 制 的陶瓷噴嘴 （圖 22 所示） 外徑 D 只有 10mm，長度 L卻達(dá)到了 63mm，可以深入窄間隙坡口中進(jìn)行焊接；焊槍具有良好的水冷系統(tǒng)，試驗(yàn)證明即使在較大的焊接電流下長時間焊接，焊槍也不會過熱 ?？紤]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)，以減輕焊工的勞動強(qiáng)度 ，保證焊接質(zhì)量 。焊接前估計(jì)所使用焊接電流值 100A~300A，因此，所設(shè)計(jì)焊槍應(yīng)承受較大的焊接電流，這要求焊槍必須有良好的冷卻系統(tǒng) ； 窄間隙坡口是 窄而深的間隙，采用 TIG 焊的方法在窄間隙坡口條件下焊接，焊槍的氣體保護(hù)噴嘴必須深入到窄間隙坡口中，對焊接區(qū)充分的保護(hù)。 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。 針對厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接，研究內(nèi)容主要圍繞以下幾個方面研究： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 1. 焊槍及保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)及制造 2. 厚板鈦合金焊接工藝的確定及參數(shù)的優(yōu)化 3. 焊接接頭金相組織的觀察和力學(xué)性能的測試 4. 焊接溫度場的測量及焊接變形控制的分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 焊接工藝試驗(yàn) 焊槍及 保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)及制作 焊槍的設(shè)計(jì)及制作 作為氬弧焊機(jī)重要組成部分之一的氬弧焊槍，其作用是夾持鎢極、傳導(dǎo)焊接電流和輸送保護(hù)氣。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]。 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接 鑒 于此，提出一種利用手工氬弧焊，窄間隙條件下焊接厚板鈦合金的方法，并配以良好的惰性氣體保護(hù)措施。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]。 圖 16 不同聚焦電流下焊縫成形情況 圖 17 聚焦電流對焊縫成形參數(shù)的影響 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 美國機(jī)械學(xué)會 等人嘗試在正確的參數(shù)下焊接 厚的法蘭盤 環(huán)焊縫 結(jié)構(gòu) (如圖 18 所示 )。 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。 圖 15 40mm厚 TA2窄間隙焊接接頭 電子束焊接 電子束焊接以其能量密度高，焊接速度快，焊縫深寬比 大 等特點(diǎn)，特別適合于厚板的焊接。 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(jìn)行了 分析 。 采用 MIG焊時，開坡口如圖 14。 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 。 本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)深潛器的壁厚為 90mm，厚板材料在焊接時必然會引起較大的 焊接 應(yīng)力和變形，而且 厚板材料焊接時常加工成 U 形或 V 形坡口，以多層多道焊的方式進(jìn)行焊接 ，填充金屬量過大是這種焊接方法一個很大的不足 [4]，不僅浪費(fèi)了焊接材料，而且因?yàn)闊彷斎肓窟^大而使得接頭性能變差。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(kuò)散使氣泡長大和氣泡上浮時間兩個相互矛盾的因素決定。 鈦合金焊接接頭中的氣孔主要分為兩類，在焊接熱輸入較大時熔合線附近形成氣孔，在焊接熱輸入較小時焊縫中部產(chǎn)生氣孔。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。 如果鈦合金在無保護(hù)或者保護(hù)不良的情況下進(jìn)行焊接，焊接接頭會因?yàn)殚g隙元素的污染而導(dǎo)致接頭的脆化。 本論文主要是針 對 4500m 級深海探測器項(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。 本課題的研究，正是致力于深海探測器制造過程中鈦合金焊接技術(shù)的開發(fā)。 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，是制造深海探測器的首選材料。如圖 13 所示，該潛水器是一個直徑約為 2m，壁厚 90mm的球形容器，由 12 塊弧瓣 形 鈦合金板拼焊而成。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)深海海底觀測網(wǎng)絡(luò)，以及勘探和海底取樣。 中國載人深海探測 這條路任重而道遠(yuǎn)。這標(biāo)志著我國深海載人探測已取得相當(dāng)大的成就。 國際在線報道：中國國際廣播電臺環(huán)球資訊午間話題關(guān)注 “ 蛟龍 ” 號深海探測器突破 3700 米事件。 welding temperature field 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. II 第 1 章 緒 論 ................................................................................................................ 1 課題背景及研究的目的和意義 ............................................................................ 1 厚板鈦合金焊接性分析 ........................................................................................ 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 ........................................................................................ 3 MIG 多層多道焊 ............................................................................................. 3 窄間隙 TIG...................................................................................................... 4 電子束焊接 ..................................................................................................... 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)性能測試 ...................................................................................................... 13 硬度測試 ....................................................................................................... 13 強(qiáng)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(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 TI