美國海軍在未來將使用航海級(jí)鈦金屬制造船體
據(jù)美國海軍網(wǎng)站2012年4月4日?qǐng)?bào)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(jí)鈦金屬制造全尺寸船體，該研究項(xiàng)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(duì)。負(fù)責(zé)鈦制船體建造工作的項(xiàng)目承包商近期完成了該公司迄今最長(zhǎng)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(gè)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(duì)超過17英尺長(zhǎng)的鈦合金板進(jìn)行了焊接。項(xiàng)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(diǎn)。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(shí)能夠搭載更多載荷，且在實(shí)際使用中不會(huì)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(jià)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(huì)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(yàn)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(jí)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(zhǎng)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(yàn)船技術(shù)研究的一部分內(nèi)容，該試驗(yàn)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(gè)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(dòng)時(shí)，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(duì)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?yàn)楹附逾伣饘傩枰獦O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(xiàng)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(shí)驗(yàn)室規(guī)?；A(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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(shí)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(jì)和改進(jìn)的工藝參數(shù)。
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