美国海军将在未来使用航海级钛金属制造船体

美国海军研究局(ONR)官员4月3日表示，美国海军将使用创新的焊接技术，利用航海级钛金属制造全尺寸船体，该研究项目由ONR资助，此举将使高强度钛制船体在未来进入美国海军舰队。

负责钛制船体建造工作的项目承包商近期完成了该公司迄今最长的钛合金搅拌摩擦焊(Friction－Stir)焊接工作，并希望在今年夏天完成整个船体的焊接工作。为建造船体，该公司采用搅拌摩擦焊技术对超过5 m长的钛合金板进行了焊接。

项目经理表示，将搅拌摩擦焊技术应用于焊接钛金属板，具有快速、高效且经济性好等方面特点。由于具有强度高、质量轻且耐腐蚀等优良特性，钛金属及其合金是一种建造船体和其他据结构的理想材料。

如果采用钛金属建造海军舰艇，这些舰艇在同等体积下将更轻，能够搭载更多载荷，且在实际使用中不会产生腐蚀。但是由于钛金属的成本比钢材要高出9倍，且在用于海军舰艇船体的建造方面造价高昂、技术难度大，因此造船部门一般避免使用钛金属。但是这种局面可能很快就会终结。

美国新奥尔良大学造船工程学院与美国达信海上与陆地系统公司的研究人员目前正在验证建造钛金属船体结构的可行性。研究人员使用成本更低的航海级钛金属，利用搅拌摩擦焊技术，制成了包含有6块钛金属板、长达6 m部分的主甲板，这些主甲板将作为一艘海军试验船技术研究的一部分内容，该试验船被称为“变形船”(Transformable Craft或TCraft)。

搅拌摩擦焊的工作原理是，将一个非耗损的搅拌头插入焊接工件的连接界面，当搅拌头向前沿着焊缝移动时，塑化金属在机械搅拌和顶锻的作用下形成致密的固相连接。搅拌摩擦焊对大多数的钛合金焊接都适用。通常情况下，钛金属利用常规技术难以焊接，因为焊接钛金属需要极高的温度，并且焊接工具所使用的材料易受到腐蚀和与钛金属发生化学反应，从而进一步减弱了焊缝的强度。

ONR和美国空军共同出资资助了弗罗里达楔石协同企业有限公司的新式钛金属搅拌摩擦焊技术项目，研究人员利用这种新技术解决了钛金属焊接的难题。由新奥尔良大学、NASA以及路易斯安那州联合组成的先进制造国家中心(NACM)采纳了这一工艺技术，并将该技术在实验室规模基础上进行了放大。

为了制备船体结构，目前研究人员已经完成了长达21.3 m的钛金属焊缝的焊接，这也是截至目前利用搅拌摩擦焊工艺在焊接钛金属方面获得的最长焊缝。新式搅拌摩擦焊接线速度更高，这意味着其焊接时间将更短;焊缝熔深控制得更好，这意味着焊件彼此的连接更为牢靠;且钛金属无形变发生。专家们将新式搅拌摩擦焊技术所取得的进步归功于新式搅拌头的设计和工艺参数的改进。