中新網(wǎng)沈陽(yáng)11月28日電 (沈殿成)奮斗者號全海深載人潛水器成功完成萬(wàn)米海試并于11月28日勝利返航。中國科學(xué)院金屬研究所鈦合金團隊采用自主發(fā)明的Ti62A鈦合金新材料，為奮斗者號建造了世界最大、搭載人數最多的潛水器載人艙球殼。
載人艙是全海深載人潛水器的核心關(guān)鍵部件，是人類(lèi)進(jìn)入萬(wàn)米深海的硬件保障和安全屏障，標志一個(gè)國家載人潛水器的技術(shù)水平。此前世界上最先進(jìn)的全海深潛水器是美國2019年5月完成萬(wàn)米下潛的極限因子，其載人艙可搭載2人。
在中科院戰略性先導專(zhuān)項支持下，中國科學(xué)院金屬研究所2014年開(kāi)始針對全海深載人潛水器用載人艙材料與制造等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)調研論證和預先研究。2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃立項后，中國科學(xué)院金屬研究所牽頭，聯(lián)合寶鈦股份有限公司、中國船舶集團公司洛陽(yáng)船舶材料研究所、中航工業(yè)制造技術(shù)研究院和中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所，發(fā)揮各家單位技術(shù)優(yōu)勢，組建全海深鈦合金載人艙研制國家隊，歷時(shí)3年全面完成了研制工作，成功建造世界最大、可搭載3人的全海深載人艙。
研制團隊解決了若干鈦合金基礎科學(xué)問(wèn)題，攻克了載人艙材料、成形、焊接等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
首先，金屬所獨創(chuàng )的新型鈦合金材料Ti62A成功解決了載人艙材料所面臨的強度、韌性和可焊性等難題。以往深潛器主要使用Ti64材料，在萬(wàn)米海深的極端壓力條件下，按照載人艙的目標尺寸和厚度要求，這種材料在強度、韌性等指標上已不可能達到。金屬所首次提出一種新型的合金設計方案，并據此設計實(shí)現了一種全新的鈦合金顯微結構，在此基礎上發(fā)明了具有良好熱加工成形和焊接成形性能的鈦合金Ti62A，在韌性和可焊性與Ti64合金相當的前提下大幅度提升了強度，從而成功解決了載人艙球殼的材料難題。
其次，解決了大尺寸超厚鈦合金材料成形的均勻性和力學(xué)性能穩定性難題。鈦合金材料存在固有的尺寸效應，即尺寸和厚度越大，其均勻性和力學(xué)性能穩定越難以保證。這是其應用于深海極端高壓環(huán)境必須跨越的障礙。金屬所通過(guò)設計材料微觀(guān)組織及其獲取工藝，成功克服了鈦合金的尺寸效應，為實(shí)現載人球艙材料微觀(guān)組織均勻和力學(xué)性能穩定奠定了技術(shù)基礎。寶鈦股份全力以赴，將設備能力發(fā)揮到極致，制備出高品質(zhì)鑄錠、高質(zhì)量板材和高精度半球，創(chuàng )造了國內鈦合金鑄錠重量、板材厚度和鍛件截面尺寸等多項紀錄。
第三，突破了高強高韌鈦合金的焊接技術(shù)，保證了焊縫的韌性及其它相關(guān)指標達到要求。載人球艙由兩個(gè)半球焊接(赤道縫)而成，幾個(gè)窗口和接口(孔座)也必須通過(guò)焊接完成。保證焊縫位置的韌性滿(mǎn)足要求是焊接技術(shù)面臨的世界性難題，實(shí)現超大尺寸與厚度材料的全電子束一次焊接，更是橫在任務(wù)面前一道難以逾越的障礙。金屬所獨辟蹊徑，提出了一些新的焊接思路。洛陽(yáng)船舶材料所勇于創(chuàng )新，突破了一系列焊接成形技術(shù)，實(shí)現載人球艙全電子束焊接，確保了焊縫質(zhì)量和強韌性能全面達到設計要求。
全海深載人艙研制極大帶動(dòng)了我國鈦合金工業(yè)能力提升和裝備制造技術(shù)進(jìn)步。高強高韌鈦合金鑄錠尺寸、板材幅寬與厚度、鈦合金半球厚度、鍛件截面與單重、鈦合金電子束焊縫厚度等技術(shù)指標均打破國內原有紀錄，逼近設備的極限能力。超大厚度高強鈦合金電子束焊接和熱處理技術(shù)實(shí)現了技術(shù)跨越，這些制造能力的轉化與推廣將顯著(zhù)提升我國艦船、海洋工程和石油化工領(lǐng)域的鈦合金應用水平。這些新技術(shù)可推廣應用于其它鈦合金，促進(jìn)鈦合金的更大規模的產(chǎn)業(yè)化應用，為企業(yè)創(chuàng )造新的經(jīng)濟和社會(huì )效益，加快行業(yè)邁向產(chǎn)業(yè)鏈高端的步伐。僅2018-2019年，寶鈦股份有限公司超厚板材、大截面大單重鍛件、耐壓結構裝備等銷(xiāo)售金額超過(guò)了1.5億元。 (完)
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