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“奋斗者”号潜水器载人舱球壳“钛”厉害

2020-11-30 10:46   来源: 互联网

奋进号成功地完成了载人潜水器 10000 米的海上试验,并于 11 月 28 日成功返回。中国科学院金属研究所的钛合金团队使用中国科学院发明的新型 Ti62A 钛合金材料制造了世界上最大、最大的载人潜水器球形壳。


载人舱是全海深载人潜水器的核心组成部分,是人类进入一万米深海的硬件保障和安全屏障,标志着国家载人潜水器的技术水平。此前,世界上最先进的深潜器是美国在 2019 年 5 月建成 1 万米潜水器的 "极限因子",载人舱室可以搭载两人。


在中国科学院战略性先导专项的支持下,中国科学院金属研究所于 2014 年开始开展全海深载人潜水器载人舱材料与制造等关键技术的研究,示范和预先研究。2016 年国家重点研发计划立项后,由中科院金属所牵头,联合宝钛公司。有限公司。,中船集团洛阳船舶材料研究院,中航工业制造技术研究所,中科院深海科学与工程研究所充分发挥各单位技术优势,组建深海钛合金载人舱研制 "国家队",历时三年全面完成研制工作。世界上最大的可搭载三人的深部载人舱建造成功。"。


开发团队解决了钛合金的一些基本科学问题,克服了载人舱室材料、成形、焊接等一系列关键技术瓶颈。


首先,最初由金属制造的新型钛合金材料 Ti62A 成功地解决了载人舱室材料所面临的强度、韧性和可焊性问题。以往深水潜水器主要采用 Ti 64 材料,在水深万米的极端压力条件下,根据载人舱的目标尺寸和厚度要求,无法达到该材料的强度、韧性等指标。首次提出了一种新的合金设计方案,设计并实现了一种新的钛合金显微组织。在此基础上,研制出具有良好热加工成形性和焊接成形性的钛合金 Ti62A,在韧性和可焊性与 Ti 64 合金相同的前提下,大大提高了钛合金的强度,成功地解决了载人舱球壳的材料难题。


其次,解决了大尺寸,超厚钛合金材料的成形均匀性和力学性能稳定性问题。这是其应用于深海极端高压环境必须克服的障碍。通过对材料显微组织及其获取工艺的设计,该金属成功地克服了钛合金的尺寸效应,为实现载人小球舱材料显微组织的均匀性和力学性能的稳定性奠定了技术基础。宝钛股份鼓足干劲,将设备产能发挥到极致,制备出高质量铸锭,高质量板材,高精度半球,创造了钛合金铸锭重量,板材厚度,锻件截面尺寸等多项纪录。"。

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第三,突破了高强度、高韧性钛合金的焊接工艺,焊缝韧性等相关指标达到了要求。载人球舱由两个半球焊接(赤道接缝)组成,几个窗口和接口(孔座)也必须焊接。保证焊接部位的韧性,以满足焊接工艺的要求,是一个世界性的问题。实现大尺寸、大厚度材料的全电子束一次焊接是摆在我们面前的一个无法克服的障碍。针对金属焊接的独特方式,提出了一些新的焊接思路。洛阳船舶材料创新,突破了一系列焊接成型技术,实现了载人球舱全电子束焊接,以保证焊接质量和韧性全面满足设计要求。


‘全海深载人舱’的研制,极大地促进了我国钛合金产业能力和装备制造技术的进步。高强高韧钛合金铸锭尺寸,板材宽度和厚度,钛合金半球厚度,锻件截面和单位重量,钛合金电子束焊缝厚度等技术指标均打破国内纪录,接近设备极限能力。超厚高强钛合金电子束焊接及热处理技术实现了技术跨越;这些制造能力的转化和推广应用,将显著提高我国钛合金在船舶,海洋工程,石油化工等领域的应用水平。这些新技术可推广应用于其他钛合金,促进钛合金更大规模的产业化应用,为企业创造新的经济效益和社会效益,加快产业向产业链高端迈进的步伐。仅在 2018-2019 年,宝钛公司。有限公司。"。




责任编辑:萤莹香草钟
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