Introduction
L'équipement en haute mer comprend l'équipement militaire de combat en haute mer, les submersibles habités/sans pilote, les stations spatiales et les plates-formes de livraison en haute mer, les planeurs sous-marins, les cloches de sauvetage, etc. [1,2], principalement utilisés pour l'exploration et le développement des ressources, construction de réseaux de surveillance et d'information en haute mer, opérations de confrontation "Hard" en haute mer, approvisionnement en ressources tridimensionnelles, etc. La maîtrise de la mer en profondeur est la base et la garantie pour que notre pays mette en œuvre la stratégie de devenir une puissance maritime la "route maritime de la soie", et réaliser la transformation stratégique de la marine en "défense proche de la mer et défense en haute mer".
Dans des conditions de haute mer, les conditions de service et les exigences fonctionnelles des équipements présentent de nombreuses nouvelles caractéristiques. Par exemple, la superposition d'une pression externe extrêmement élevée de l'eau de mer et de la contrainte de la structure de l'équipement conduit à des conditions de contrainte sévères de la structure résistante à la pression, même à proximité de la limite d'élasticité du matériau, et l'équipement doit être utilisé pendant une longue période. le temps et a flotté et plongé à plusieurs reprises [3] ; conditions en haute mer La faible teneur en oxygène affectera considérablement la passivation de la surface du matériau, accélérera la corrosion du matériau ou augmentera la tendance à la fissuration. Ces caractéristiques environnementales ont mis en avant des exigences importantes pour la conception de sécurité et de fiabilité des matériaux structurels résistants à la pression. En tant que matériau structurel avec un poids léger et une excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer, l'alliage de titane devrait résoudre les problèmes courants de réserve de flottabilité insuffisante et de mauvaise sécurité et fiabilité structurelles dans l'utilisation à long terme de l'eau dans les équipements en haute mer [4,5].
Les alliages de titane sont utilisés dans les structures résistantes à la pression. Par rapport aux matériaux en acier traditionnels, leur module d'élasticité, leur processus de fabrication et leur mode de défaillance sont différents. À l'heure actuelle, il existe encore des problèmes de base communs qui doivent être résolus. Dans le même temps, de nombreux problèmes techniques clés qui restreignent la conception, la construction et l'utilisation ont également été soulevés dans certains projets d'ingénierie [6]. Cet article trie et discute de l'état de développement des équipements en alliage de titane en eau profonde et des problèmes techniques des matériaux existants, afin de promouvoir la recherche sur les questions fondamentales dans le processus d'application des matériaux en alliage de titane, et de promouvoir le développement d'équipements en eau profonde par améliorer les performances clés telles que la ténacité des matériaux et la résistance au fluage. Développement innovant de la conception des équipements et de la technologie des matériaux.
2. Développement d'équipement
(1) Domaine militaire
En raison de leur résistance spécifique élevée, de leur bonne capacité de formage à chaud et à froid, de leur excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer et de leur soudabilité, les alliages de titane proches de l'alpha et les alliages de titane à jeu ultra-faible ont progressivement remplacé l'acier de coque dans l'application et sont devenus résistants aux gros et profonds sous-marins. Tendances des principaux matériaux de structure des coques de pression. Selon des rapports [7], l'Union soviétique a pris l'initiative d'essayer d'utiliser un grand nombre d'alliages de titane sur les coques sous-marines à pression, et a construit successivement des noyaux de coque entièrement en titane tels que K-162, classe "Alpha", Classe "Mike" et classe "Sierra". sous-marin motorisé. Bien que les États-Unis n'aient pas construit de sous-marins entièrement en titane, les alliages de titane sont largement utilisés dans les mâts, les fixations et autres composants des sous-marins pour réduire le poids de la coque et optimiser les performances [8,9].
(2) Recherche scientifique et exploration en haute mer
L'application d'alliages de titane dans la construction de submersibles profonds avec ou sans équipage présente des avantages uniques, en particulier les caractéristiques de résistance spécifique élevée et de résistance à la corrosion par l'eau de mer, qui jouent un rôle important dans la réduction du poids structurel et des coûts de protection contre la corrosion. grand effet. À l'heure actuelle, de nombreux pays ont effectué la recherche et la construction de submersibles en alliage de titane, et la recherche dans ce domaine a fait des progrès remarquables.
1. États-Unis
Avant les années 1960, la coque sous pression des submersibles profonds américains était principalement construite en acier à haute résistance, comme le submersible habité en haute mer «Alvin» fabriqué par la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI). La densité de l'acier est nettement supérieure à celle des alliages de titane, ce qui limite fortement la profondeur de plongée de l'« Alvin » ; de plus, "l'Alvin" doit effectuer chaque année des opérations coûteuses de protection contre la corrosion. Pour cette raison, à partir de 1973, WHOI a effectué une mise à niveau majeure sur le "Alvin", en le fabriquant et en le remplaçant par une chambre de pression en alliage de titane, c'est-à-dire en utilisant Ti-6A1-2Nb{ {6}}Ta-0Alliage .8Mo pour remplacer l'acier à haute résistance HY100 pour construire une nouvelle coque, Dans le même temps, les boules de flottabilité et les cylindres à haute pression sont en Ti-6Al{{ 13}} Alliage V. Après la mise à niveau, le nouveau "Alvin" a une profondeur de plongée de 6500 m, et sa capacité opérationnelle couvre 98% des zones maritimes du monde, et a réalisé un grand nombre de travaux d'exploration en haute mer (plus de 4600 opérations de plongée au total ) [7].
2. Japon
Le Japon a réalisé plus tôt le développement d'un submersible profond habité en alliage de titane. Dans les années 1980 et 1990, l'alliage Ti-6Al-4V à écart ultra-faible a été utilisé pour construire des submersibles profonds habités avec une profondeur de plongée de 2 000 m et 6 500 m respectivement. submersible. Ce dernier, en particulier, a une grande profondeur de plongée et couvre un large éventail de zones marines, et a effectué de nombreuses missions d'exploration en haute mer, fournissant un moyen clé pour le développement et la recherche en haute mer du Japon [7].
3. Chine
Les travaux de recherche sur les submersibles profonds habités en alliage de titane de mon pays ont commencé tardivement, mais la vitesse de développement est très rapide. Le submersible profond habité "Jiaolong", dont la construction a commencé en 2003, a une masse de 22,9 t, un diamètre intérieur de la coque résistante à la pression de 2,1 m et est fabriqué en alliage TC4 à jeu ultra-faible. Grâce aux efforts conjoints d'unités nationales de conception globale, d'unités de fabrication d'équipements et d'unités de recherche sur les matériaux (en particulier l'alliage de titane), le "Jiaolong" a réussi le test de plongée de 7000 m en 2012, créant la plus grande plongée au monde de submersibles fonctionnant de manière similaire Record de profondeur. Cela montre que mon pays a maîtrisé les technologies de préparation, de moulage et de soudage des nuances pertinentes d'alliages de titane, et a réalisé la conception, le développement et la fabrication de coques en toute indépendance [7]. mon pays continue de mettre en œuvre le développement du submersible habité "Deep Sea Warrior" avec des droits de propriété intellectuelle totalement indépendants, et a terminé le test de plongée en 2017 comme prévu.
Cela montre que mon pays a fait une percée majeure dans la recherche et le développement de matériaux en alliage de titane pour les eaux profondes et le développement de la technologie de traitement, et est entré dans les rangs avancés du monde.
(3) Exploitation pétrolière et gazière
L'énergie est la ressource la plus importante pour la survie et le développement de l'humanité. En raison de la consommation croissante d'énergie fossile, la recherche de nouvelles énergies alternatives est devenue le centre d'attention. Environ 70 % de la surface de la Terre est couverte par les océans, qui sont riches en ressources pétrolières et gazières. Par conséquent, il est urgent d'accélérer l'exploration et le développement des ressources marines profondes. mon pays a aussi clairement mis en avant l'objectif stratégique de développement « d'accélérer la construction d'une puissance maritime ».
Le développement marin est indissociable d'importants équipements d'exploitation tels que les plates-formes de forage offshore et les détecteurs en haute mer. Ces équipements sont dans des conditions de service difficiles et ont longtemps été soumis à la corrosion de l'eau de mer et à l'impact des vagues. En raison de ses avantages uniques, les matériaux en alliage de titane devraient être largement utilisés dans les domaines de fabrication d'équipements mentionnés ci-dessus, mais le problème de coût a toujours entravé l'expansion de la gamme d'applications. Avec la maturité et l'amélioration de la technologie de préparation des alliages de titane et les percées dans la recherche d'alliages de titane à faible coût, les préoccupations concernant les facteurs de coût ont été considérablement réduites. Les États-Unis ont largement utilisé des alliages de titane dans les piliers de plate-forme pétrolière offshore, les échangeurs de chaleur à plaques, etc. ; en 1991, il a été appliqué aux dispositifs de levage de plates-formes offshore, ce qui a mieux résolu les problèmes de corrosion structurelle et de fatigue dans des conditions d'eau de mer ; après une évaluation complète, l'utilisation de composants en alliages de titane a déjà une bonne économie de coûts [10,11]. Dans le processus de développement d'équipements d'exploration pétrolière et gazière dans le sud-ouest de mon pays, un grand nombre de matériaux en alliage de titane à haute résistance à la corrosion au milieu H2S plus CO2 sont utilisés pour assurer la résistance à la corrosion tout en réduisant considérablement le poids de l'équipement et en obtenant de bons avantages complets.
3. Niveau de développement matériel
(1) État actuel de la recherche sur les matériaux
Le titane et les alliages de titane sont d'excellents matériaux d'ingénierie marine, et les pays attachent une grande importance à leur recherche et à leur application, et ont successivement développé une série d'alliages de titane pour l'ingénierie marine. L'Union soviétique/Russie et les États-Unis ont été les premiers pays à se spécialiser dans la recherche d'alliages de titane pour l'ingénierie marine, et chacun a formé un système d'alliage de titane pour l'ingénierie marine. Le niveau de recherche et d'application pratique des alliages de titane pour l'ingénierie marine en Russie est à la pointe du monde. Elle dispose d'une série d'alliages de titane pour l'ingénierie marine et a formé une série de produits en alliage de titane pour l'ingénierie marine d'une résistance de 490 MPa, 585 MPa, 686 MPa et 785 MPa[ 12]. Les États-Unis ont commencé à étudier la technologie des alliages de titane pour l'ingénierie marine dans les années 1960, ont développé une série de matériaux en alliage de titane et ont établi un système complet d'évaluation des applications pour les alliages de titane pour l'ingénierie marine.
(2) Répondre aux exigences de performance de l'environnement de service et aux caractéristiques structurelles
Les équipements en haute mer sont immergés dans l'eau de mer pendant une longue période et doivent résister à des charges de pression d'eau de mer extrêmement élevées et résister à l'épreuve de corrosion de l'eau de mer. Étant donné que les équipements de haute mer ont longtemps servi entre la mer profonde et la surface de la mer, ils doivent également résister à l'épreuve de divers types d'environnements marins tels que la zone maritime proche du littoral lors de l'entrée dans le port et la mer peu profonde et mer profonde lors des sorties en mer, ce qui affecte à son tour la sécurité, la fiabilité et la durabilité de la structure. , La maintenabilité met en avant des exigences plus élevées. Dans des conditions d'autonomie plus longues, il est également nécessaire de prendre en compte les éventuelles conditions de travail non conventionnelles, telles que les chocs de tempête, les impacts physiques et même les impacts d'explosion. Par conséquent, toutes les zones maritimes, toutes les profondeurs de la mer, un fonctionnement par tous les temps et à long terme et des exigences environnementales extrêmes imposent des exigences extrêmement élevées aux performances des matériaux en alliage de titane.
La conception d'équipements en haute mer doit non seulement suivre les principes de base de la mécanique des structures et de la mécanique des fluides, mais également combiner l'état de développement de la technologie d'ingénierie pour s'adapter à la technologie actuelle de préparation des matériaux industriels et à la technologie de construction navale. Selon les caractéristiques des conditions de travail des équipements en haute mer et sur la base de la situation actuelle du système de technologie des matériaux, les matériaux en alliage de titane doivent répondre aux exigences de base suivantes.
(1) Le niveau de résistance du matériau répond aux exigences de conception structurelle. Selon les résultats d'analyse de l'unité de conception, la résistance du matériau structurel résistant à la pression doit être modérément augmentée avec l'augmentation de la profondeur de plongée. Compte tenu de la fabrication structurelle, de la plasticité du matériau, de la ténacité et de la fabricabilité, la résistance du matériau ne doit pas être trop élevée et la conception de la sélection des matériaux d'alliage est principalement proche de l'alliage de titane de type - - [13].
(2) Le matériau a une bonne ténacité plastique et une bonne résistance à la corrosion sous contrainte dans les environnements corrosifs marins (tels que l'eau de mer, l'atmosphère océanique, etc.), et a une bonne résistance à la fatigue à cycle bas, ce qui répond à la sécurité et à la fiabilité de l'utilisation à long terme de l'équipement et les exigences des conditions de travail particulières.
(3) Bonne adaptabilité de la technologie des matériaux. Faites correspondre les caractéristiques de traitement de la coque et de l'équipement marin, telles que la coulée, le forgeage, le formage à froid et à chaud, répondez aux exigences du processus de fabrication des pièces structurelles en alliage de titane à faible coût, ont une bonne soudabilité et n'ont généralement pas besoin de renforcement par traitement thermique après le soudage. . Les performances des matériaux et des processus répondent aux besoins des équipements de navires à grande échelle, et il est équipé de moulage, de tests non destructifs et d'autres technologies.
(3) La ténacité des matériaux limite la sécurité des équipements
Les accidents désastreux causés par la rupture fragile des premières coques soudées n'étaient pas rares, ce qui a incité les concepteurs à utiliser des méthodes telles que la mécanique et la métallurgie pour analyser et résoudre les problèmes fragiles. Au début des années 1950, les principaux pays constructeurs de navires ont mené des recherches sur le poids de chute, le déchirement dynamique, l'explosion de la source de fissures et une série d'essais d'impact thermique sur les matériaux de coque pour analyser la ténacité des matériaux avec des changements environnementaux et évaluer s'ils peuvent être utilisés pour fabriquer des coques. .[ 14].
À l'heure actuelle, les méthodes d'évaluation de la ténacité des matériaux en alliage de titane comprennent principalement : la ténacité en déformation plane, l'intégrale J, le déplacement d'ouverture de fissure δ, la ténacité à la rupture par impact Charpy Ak, etc. Généralement, le facteur d'intensité de contrainte critique KIc d'un matériau est liées à l'épaisseur B de l'éprouvette, à la longueur de la fissure et à la largeur du ligament. Ce n'est que lorsque l'épaisseur de l'éprouvette satisfait B supérieur ou égal à qu'un KIc stable peut être obtenu. Par rapport aux alliages de titane à deux phases et aux alliages de titane métastables, en raison de la limite d'élasticité inférieure σs et du KIc supérieur des alliages proches du titane, l'épaisseur d'échantillon requise est plus grande, ce qui non seulement consomme beaucoup de matériaux, mais aussi équipement de test. Par conséquent, il est plus courant de mesurer la valeur critique de l'intégrale J du matériau, ou la valeur critique du déplacement de l'ouverture de la pointe de la fissure, puis de la convertir en KIc. La durée d'essai du matériau obtenu par mesure ou est longue et le coût est élevé. Afin d'évaluer rapidement la ténacité à la rupture du matériau dans les applications d'ingénierie, la ténacité à la rupture par impact Charpy Ak est généralement utilisée, ou l'énergie absorbée Charpy est convertie en KIc selon la formule empirique pour évaluer rapidement le matériau. résistance à la rupture [15,16].
Les États-Unis utilisent cette méthode pour évaluer plusieurs matériaux en alliage de titane afin d'examiner l'adaptabilité aux matériaux de coque, et définissent les caractéristiques d'endommagement du titane pour les coques en se référant à la méthode de classification des dommages des matériaux en acier. La relation entre la dimension critique de la fissure (ac), la ténacité à la rupture (Xc) et la contrainte à la rupture (σf) du corps de la fissure a été établie. Dans des conditions de déformation plane, si la surface de la fissure est perpendiculaire à la contrainte appliquée, la ténacité à la rupture par déformation plane ouverte KIc peut être utilisée à la place de Xc, de sorte que la valeur de ténacité puisse être utilisée pour le calcul quantitatif dans la conception. mon pays a également mené des recherches similaires dans les années 1960, mais elles ont été suspendues car les matériaux en titane n'étaient pas utilisés pour la coque.
L'expérience de la conception des navires modernes montre que lorsque la résistance des matériaux de structure répond aux exigences, plus la ténacité est élevée, mieux c'est. La sensibilité à la corrosion sous contrainte des alliages de titane augmentera dans des conditions d'eau de mer, et la résistance aux chocs et à la rupture montre des différences évidentes. ① Pour les alliages de titane avec le même niveau de résistance, une composition et une microstructure différentes, le taux de croissance des fissures de fatigue par corrosion diffère de plus d'une fois et la ténacité à la rupture par corrosion sous contrainte KISCC diffère de plus de 50 %. 3 fois. ② La ténacité à la rupture et la résistance aux chocs des alliages de titane du même niveau de résistance et de différentes qualités diffèrent de 1,5 à 2 fois, et les caractéristiques de déformation et de rupture sous des taux de déformation à vitesse moyenne et élevée sont significativement différentes de celles sous de faibles taux de déformation, ce qui affecte considérablement les performances des équipements dans des conditions de travail extrêmes. mode de destruction.
Pour la conception de la sélection des matériaux de matériaux structurels résistants à la pression en haute mer, la résistance de l'alliage proche du titane est le facteur clé pour répondre à la conception légère des structures résistantes à la pression en haute mer, et la ténacité à la rupture est le facteur clé pour assurer la sécurité et la fiabilité des structures résistantes à la pression en eaux profondes[13,17] . Malheureusement, la résistance et la ténacité à la rupture des alliages de titane présentent généralement une relation de "compromis". Par conséquent, comment évaluer rapidement et avec précision la ténacité à la rupture des alliages proches du- -titane et comment améliorer autant que possible la ténacité à la rupture tout en garantissant la résistance de l'alliage, est devenu une direction de recherche clé à l'avenir.
4. Problèmes fondamentaux des matériaux
(1) Évolution de la microstructure et loi d'atténuation des performances de l'alliage de titane dans un environnement de service à long terme
Sous l'action à long terme du champ de contraintes et du champ de corrosion, les alliages de titane présentent des phénomènes d'endommagement et de rupture accélérés à une échelle macro. Recherche sur ce phénomène : ① A l'échelle mésoscopique, la loi dynamique de dissolution et de cicatrisation d'un film de passivation d'alliage de titane sous l'action à long terme du milieu marin profond est encore explorée ; ② À l'échelle microscopique, la microstructure de l'alliage de titane sous charge de contrainte élevée à long terme Le mécanisme d'évolution et son influence sur la croissance accélérée des fissures ne sont toujours pas clairs ; ③ À l'échelle macro, il y a un manque d'accumulation de données suffisantes sur la loi charge-temps-endommagement des alliages de titane utilisés pour les structures principales. Par conséquent, il est très important d'étudier et d'analyser l'évolution de la microstructure, l'atténuation des performances et le mécanisme microscopique des alliages de titane pour améliorer la résistance aux dommages des alliages de titane et la sécurité de la structure principale des équipements en eau profonde.
(2) Réponse dynamique et mécanisme d'initiation et de propagation des fissures de l'alliage de titane dans des conditions d'impact
Les équipements hauturiers sont confrontés à des phénomènes accidentels tels que chocs et collisions en service. Il est d'une grande importance d'étudier les caractéristiques d'endommagement par déformation et de rupture dynamique des alliages de titane sous différentes vitesses de déformation pour l'amélioration des performances des matériaux et l'optimisation de la sécurité structurelle. Sous différents taux de chargement, les mécanismes de déformation microscopique et les modes d'initiation et de propagation des fissures des alliages de titane sont assez différents, ce qui entraîne des différences évidentes dans les propriétés mécaniques macroscopiques et les caractéristiques d'endommagement des alliages de titane, qui à leur tour affectent de manière significative le mode de rupture de la structure. À l'heure actuelle, des études sur la réponse dynamique et le mécanisme de défaillance des alliages de titane dans des conditions de charge dynamique moyenne et élevée, y compris les dommages microstructuraux, l'initiation et la propagation des fissures et la ténacité dynamique à la rupture, sont en cours. conduire.
(3) Problèmes de fluage qui peuvent exister dans l'application d'alliages de titane à des structures résistantes à la pression en eaux profondes
Par rapport à l'acier de construction, les alliages de titane ont des effets de fluage de compression évidents dans le processus d'application des structures sous pression en haute mer, ce qui réduit la fiabilité de service des structures sous pression en alliage de titane [18,19]. Effet de fluage
Il doit être principalement attribué à deux aspects : ①Le module d'élasticité de l'alliage de titane est faible, qui est environ la moitié de celui de l'acier, de sorte que sous la même charge de résistance, la déformation élastique de l'alliage de titane est environ le double de celle de l'acier ; ② Microstructure d'alliage de titane La phase médiane est une structure hexagonale compacte, qui présente une anisotropie évidente et un effet Bauschinger. À l'heure actuelle, la recherche sur le comportement au fluage des alliages de titane se concentre principalement sur le comportement au fluage en traction à haute température dans le contexte d'application des véhicules aérospatiaux, et il existe peu d'études sur le comportement au fluage en compression des alliages de titane résistant à la pression en haute mer. structures. Des recherches sur le comportement de fluage en compression des alliages de titane dans les milieux corrosifs de l'eau de mer et près du niveau de limite d'élasticité sont organisées en Chine pour révéler le plus rapidement possible le mécanisme d'endommagement par fluage en compression des alliages de titane dans les structures sous pression en haute mer.
5. Technologies clés du génie des matériaux
(1) Plaque à grande échelle et technologie des matériaux de support
La structure résistante à la pression des équipements en haute mer est principalement formée par le formage et le soudage de plaques d'alliage de titane d'épaisseur moyenne, et les exigences techniques pour la préparation de plaques d'alliage de titane à grande échelle et les matériaux de fil de soudage de support sont relativement élevées. Parce que les dalles de titane et d'alliage de titane ont les caractéristiques d'une plage de température de traitement thermique étroite, d'une chute de température rapide, d'une absorption d'hydrogène et d'oxygène à haute température, d'une grande résistance à la déformation avec la température et d'une fissuration facile, les exigences de contrôle de la température de laminage sont très strictes, résultant en titane et alliages de titane. Les tôles moyennes et lourdes ont certaines difficultés dans la mise en place de lignes de production de laminage à chaud, un processus de laminage stable et l'amélioration de la précision dimensionnelle du produit.
À l'heure actuelle, les tôles moyennes et épaisses en titane et en alliage de titane sont principalement produites par des équipements de traitement de l'acier. Ces lignes de production de laminoirs sont conçues en fonction des caractéristiques des matériaux en acier, du manque de conception ciblée pour la production de matériaux en titane et alliages de titane, et ne peuvent pas être bien adaptées au titane et au titane. Les caractéristiques de chauffage et les caractéristiques de traitement de l'alliage rendent la qualité du produit fini peu satisfaisante [20]. Les unités concernées doivent effectuer des recherches techniques sur les problèmes techniques d'uniformité des performances, de stabilité et de cohérence des lots de plaques d'alliage de titane à grande échelle, étudier des méthodes de formation et d'optimisation de plaques d'alliage de titane à grande échelle à haute performance pour la microstructure et les performances, et promouvoir la mise à niveau des performances globales des plaques en alliage de titane à grande échelle, pour répondre aux besoins du domaine de l'ingénierie des grands fonds marins et accompagner son développement [21].
(2) Sélection des matériaux et évaluation de l'application
La conception technique et la construction nécessitent la mise en place d'un système scientifique d'évaluation des matériaux, et les indicateurs physiques et chimiques et les performances des matériaux liés à la préparation, à la construction et à l'utilisation des matériaux doivent être quantifiés et évaluables. La base dans ce domaine est relativement faible, ce qui est devenu l'un des facteurs importants limitant l'application de matériaux en alliage de titane dans les équipements en haute mer.
Compte tenu des exigences de pression, la conception de la sélection des matériaux des structures résistantes à la pression en haute mer tend à être des matériaux en alliage de titane à plus haute résistance ; et compte tenu de la sécurité de la structure de coque sphérique habitée, les matériaux en alliage de titane doivent avoir à la fois une résistance suffisante et une ténacité à la rupture appropriée. De nombreux naufrages sont liés à l'insuffisance des réserves de ténacité des matériaux de construction. Par exemple, le naufrage du "Titanic" a été causé par la résistance à la rupture par impact à basse température de l'acier utilisé. Étant donné que la structure résistante à la pression en haute mer est utilisée depuis longtemps dans l'eau de mer, il est également nécessaire de prendre en compte le facteur de résistance critique à la corrosion sous contrainte du matériau dans le milieu marin. Du point de vue de la technologie de construction, les matériaux en alliage de titane doivent avoir de bonnes performances d'emboutissage et de soudabilité.
Dans l'ensemble, au stade de la préparation des matériaux et de la recherche de processus, il est nécessaire d'établir un système d'évaluation complet pour les matériaux en alliage de titane utilisés dans les structures résistantes à la pression, afin de clarifier les indicateurs de performance de base et les méthodes d'évaluation des performances d'application des matériaux dans le processus. de la préparation et de la construction des matériaux, et de s'assurer que les alliages de titane La stabilité de la qualité des matériaux pendant le processus de construction répond aux exigences de fiabilité des équipements dans des conditions d'utilisation à long terme et des conditions extrêmes.
(3) Technologie de construction à haut rendement et de haute qualité
La structure résistante à la pression en haute mer est principalement une coque cylindrique à nervures annulaires et une structure de tête sphérique, qui présente les caractéristiques exceptionnelles d'une grande taille structurelle et d'exigences de précision dimensionnelle élevées, mais la technologie d'alliage de titane existante ne peut pas pleinement répondre aux exigences. La charge de travail de soudage des structures de coque à grande échelle représente plus de la moitié de la charge de travail totale d'assemblage des chantiers navals, ce qui reflète pleinement la nécessité de percer la technologie de construction efficace des alliages de titane.
Les méthodes de soudage des plaques d'alliage de titane grandes et épaisses sont divisées en soudage par faisceau d'électrons et soudage par fil de remplissage à espace étroit. Le soudage par faisceau d'électrons présente les caractéristiques d'un haut degré d'automatisation, d'une vitesse de soudage rapide, d'une courte période de construction, d'un processus stable et d'un rendement élevé ; cependant, la vitesse de refroidissement de la zone de fusion de la soudure du matériau en alliage de titane est rapide et la ténacité du cordon de soudure est légèrement faible ; limité par les conditions de l'équipement, grand et Le soudage de composants de forme complexe n'est pas facile à réaliser. Le cycle de soudage du fil d'apport à espace étroit est long, les exigences de qualité globales des techniciens en soudage sont relativement élevées et de nombreux facteurs affectent le processus. La technologie d'ingénierie existante a une faible efficacité et une mauvaise adaptabilité de construction [22]. Il est nécessaire de développer une technologie de soudage des matériaux en alliage de titane plus efficace, plus stable, hautement adaptable et intelligente.
D'autres technologies de support pour les équipements en alliage de titane dans l'environnement marin doivent également être étudiées dès que possible. En raison des différentes qualités de matériaux, la connexion entre les différentes parties de la coque, des équipements et des canalisations pose inévitablement le problème de la corrosion électrochimique de métaux dissemblables ; prendre des mesures efficaces d'isolation électrique ou de compensation est une question technique qui doit être prise en compte dans les applications d'ingénierie. Les matériaux en alliage de titane ont une bonne biocompatibilité. L'adhésion et la croissance d'organismes marins dans le milieu marin entraîneront le blocage du pipeline, une augmentation de poids et d'autres effets néfastes. Il est nécessaire de disposer de moyens pratiques pour résoudre le problème de l'antifouling à long terme.
