美國海軍在未來將使用航海級鈦金屬制造船體
據(jù)美國海軍網(wǎng)站2012年4月4日報道，美國海軍研究局（ONR）官員4月3日表示，美國海軍將使用創(chuàng)新的焊接技術(shù)，利用航海級鈦金屬制造全尺寸船體，該研究項目由ONR資助，此舉將使高強(qiáng)度鈦制船體在未來進(jìn)入美國海軍艦隊。負(fù)責(zé)鈦制船體建造工作的項目承包商近期完成了該公司迄今最長的鈦合金攪拌摩擦焊（Friction-Stir）焊接工作，并希望在今年夏天完成整個船體的焊接工作。為建造船體，該公司采用攪拌摩擦焊技術(shù)對超過17英尺長的鈦合金板進(jìn)行了焊接。項目經(jīng)理表示，將攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用于焊接鈦金屬板，具有快速、高效且經(jīng)濟(jì)性好等方面特點。由于具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕且耐腐蝕等優(yōu)良特性，鈦金屬及其合金是一種建造船體和其它結(jié)構(gòu)的理想材料。
如果采用鈦金屬建造海軍艦艇，這些艦艇在同等體積下將重量更輕，同時能夠搭載更多載荷，且在實際使用中不會產(chǎn)生任何腐蝕。但是由于鈦金屬的成本比鋼材要高出9倍，且在用于海軍艦艇船體的建造方面造價高昂、技術(shù)難度大，所以造船部門一般避免使用鈦金屬。但是這種局面可能很快就會終結(jié)。
美國新奧爾良大學(xué)造船工程學(xué)院與美國達(dá)信海洋與陸上系統(tǒng)公司的研究人員目前正在驗證建造鈦金屬船體結(jié)構(gòu)的可行性。使用成本更低的航海級鈦金屬，研究人員利用攪拌摩擦焊技術(shù)，制成了包含有6塊鈦金屬板、長達(dá)20英尺的主甲板分段，這些主甲板分段將作為一艘海軍試驗船技術(shù)研究的一部分內(nèi)容，該試驗船被稱為“變形船”（Transformable Craft或T-Craft）。
攪拌摩擦焊的工作原理是，將一個非耗損的攪拌頭插入焊接工件的連接界面，當(dāng)攪拌頭向前沿著焊縫移動時，塑化金屬在機(jī)械攪拌和頂鍛的作用下形成致密的固相連接。攪拌摩擦焊對大多數(shù)的鈦合金焊接都適用。通常情況下，鈦金屬利用常規(guī)技術(shù)難以焊接，因為焊接鈦金屬需要極高的溫度，并且焊接工具所使用的材料易受到腐蝕和與鈦金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而進(jìn)一步減弱了焊縫的強(qiáng)度。
ONR和美國空軍共同出資資助了弗羅里達(dá)楔石協(xié)同企業(yè)有限公司的新式鈦金屬攪拌摩擦焊技術(shù)項目，研究人員利用這種新技術(shù)解決了焊接鈦金屬的難題。由新奧爾良大學(xué)、NASA以及路易斯安那州聯(lián)合組成的先進(jìn)制造國家中心（NACM）采納了這一工藝流程，并將該流程在實驗室規(guī)模基礎(chǔ)上進(jìn)行了放大。
為了制備船體結(jié)構(gòu)，目前研究人員已經(jīng)完成了長達(dá)70英尺的鈦金屬焊縫，這也是利用攪拌摩擦焊工藝在焊接鈦金屬方面截至目前獲得的最長焊縫。新式攪拌摩擦焊技術(shù)的線速度更高，這意味著其焊接的時間將更短；焊縫熔深控制的更好，這意味著焊件彼此的連接更為牢靠；鈦金屬在彼此焊接時無形變發(fā)生。專家們將新式攪拌摩擦焊技術(shù)所取得的進(jìn)步歸功于新式攪拌頭的設(shè)計和改進(jìn)的工藝參數(shù)。
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