大厚度钛合金深潜构件快速高质量制造.pptx

大厚度钛合金关键承压结构快速高质量制造2025年02月大连理工大学刘黎明

汇报提纲

1.工程背景及技术挑战2.大型构件焊接方法选择3.大型构件焊接过程调控4.大型构件焊后热处理

1.大厚度钛合金焊接技术—工程背景

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点——深空、深海以及武器装备等领域应用前景广阔焊接是上述钛合金关键结构主要制造工序国家重大工程对钛合金焊接技术提出迫切需求载人深潜防弹装甲无人深潜飞机框架大潜深潜艇

板厚尺寸结构0.5mm→100mm0.5m→20m以上简单→复杂1.大厚度钛合金焊接技术—技术挑战钛合金结构特征钛合金焊接技术钛合金焊接挑战充氩箱氩弧焊真空电子束焊大气环境氩弧焊（手工为主）气孔率高焊接残余应力大返修率高焊接变形大动载性能差自动化程度低、焊接质量一致性差、动载荷性能低面临挑战：

首次提出低能耗激光诱导增强电弧复合焊接理论突破传统高能量密度焊接—热源能耗大瓶颈难题突破理论100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光100W激光激光匙孔电弧通道焊接热源示意图激光吸引压缩电弧效应焊接熔深对比采用1kW脉冲激光与电弧复合达到6Kw大功率激光焊接效果获得高能量密度新型电弧热源，热源能量密度提升102~103倍与电弧焊相比效率提高5-10倍，与激光焊相比能耗仅为20-30%热源优势2.大型构件焊接方法选择—激光诱导电弧焊接新技术

首次提出低能耗激光诱导增强电弧复合焊接理论实现热源模式从传统固定向柔性调控跨越式转变突破理论成果专利检验检定标准复合焊接电弧焊接复合焊接电弧焊接1.005×1038.408×1026.767×1025.125×1023.483×1021.842×1022.000×1011.005×1038.407×1026.766×1025.126×1023.485×1021.845×1022.000×101复合焊接电弧焊接焊接热输入低：与电弧焊相比接热输入降低30-50%残余应力低：焊接残余应力和焊接变形均降低50%以上热源能量柔性可控：102-103W/cm2105-106W/cm2技术优势焊接温度场实际板材焊接变形焊接变形数据2.大型构件焊接方法选择—激光诱导电弧焊接新技术

理论成果专利技术解决行业问题支撑国家建设系列高端焊接装备应用于飞机、造船、机车、石化等领域落地应用曾获得国家技术发明二等奖、中国专利银奖鉴定：“技术为国际领先水平、装备集成技术达到国际先进水平”2.大型构件焊接方法选择—激光诱导电弧焊接新技术

3.1钛合金激光诱导TIG电弧热源能量状态调控新技术脉冲激光与TIG电弧热源偏移能够有效调控电弧能量分布和熔池流动，保证侧壁熔合提出了基于”热源相位匹配+空间位置偏移“的激光诱导TIG电弧复合焊接技术，发挥激光对电弧的吸引和压缩效应，有效解决厚板侧壁熔合以及熔池稳定性（成形及气孔）等难题。3.大型构件焊接过程调控—热源能量状态调控

3.2钛合金激光诱导TIG电弧焊接工艺设计与优化提出了大厚度钛合金激光诱导电弧小角度X型坡口设计方法，具有填充量少、残余应力低、侧壁熔合性好等优点，通过优化焊接工艺参数实现了最大50mm厚度钛合金对接焊。小角度X型坡口设计（16-50mm）50mm焊接接头1000mm长钛合金焊接样件（厚度24mm、50mm）3.大型构件焊接过程调控—焊接工艺调控

针对1000mm长50mm厚钛合金试板进行了性能指标测试，经第三方检测结构检测：焊接厚度、焊接变形、焊接接头残余应力、焊接接头拉伸强度及中值疲劳强度性能、X射线探伤均达到了产品设计要求。复合焊变形比电弧焊降低74%焊接接头残余应力＜200MPa板厚52.4mm拉伸强度99.78%中值疲劳＞90%此焊缝按照NB/T47013-2015评定合格等级为I级3.3钛合金激光诱导TIG电弧焊接接头质量评价3.大型构件焊接过