Il titanio e le leghe di titanio diventano eccellenti materiali strutturali per navi grazie alla loro elevata resistenza specifica, resistenza alla corrosione dell'acqua di mare e di altri mezzi, resistenza alle basse temperature e resistenza non magnetica, alla trasmissione del suono, agli urti e alle vibrazioni. L'uso del titanio e delle leghe di titanio nelle navi prolunga notevolmente la durata delle apparecchiature, riduce il peso e migliora le prestazioni tecniche delle apparecchiature e dell'intera nave. A causa della complessità e della particolarità dell'ambiente di utilizzo della nave, i requisiti di qualità dei giunti saldati sono molto elevati per i materiali in lega di titanio utilizzati sulle navi. Soprattutto per le piastre spesse in lega di titanio, la tecnologia di saldatura generale è a bassa efficienza e la qualità della saldatura è difficile da garantire. Con la crescente scala delle attrezzature di difesa nazionale, i problemi di saldatura delle piastre spesse e super spesse stanno diventando sempre più importanti. La saldatura a fascio di elettroni sotto vuoto presenta i vantaggi di grande densità di energia, forte penetrazione, ridotto apporto di calore, elevata velocità di saldatura, piccola deformazione e alta efficienza durante la saldatura di piastre spesse, rendendola molto adatta per la saldatura di leghe di titanio per navi, soprattutto con una saldatura di grandi dimensioni rapporto profondità/larghezza, che lo rende unico nel processo di saldatura di leghe di titanio a lamiera spessa.
La saldatura a fascio di elettroni (EBW) è una nuova tecnologia di saldatura che utilizza un flusso di elettroni ad alta velocità estremamente denso per riscaldare, sciogliere, raffreddare e cristallizzare il metallo saldato per formare una saldatura. L'elevata densità di energia del fascio di elettroni occupa il primo posto tra le varie fonti di calore di saldatura attualmente utilizzate, e presenta numerosi vantaggi tecnici che il processo di saldatura tradizionale non può eguagliare:
(1) Il rapporto tra profondità e larghezza della saldatura è elevato. I fasci di elettroni ad alta densità di potenza possono formare saldature con ampi rapporti profondità/larghezza. Generalmente, il rapporto profondità/larghezza della saldatura ad arco è inferiore a 2∶1, mentre la saldatura a fascio di elettroni può raggiungere 20∶1 e la saldatura a fascio di elettroni pulsati può anche raggiungere 50∶1.
(2) Elevata efficienza di saldatura. A causa della concentrazione di energia, i processi di fusione e solidificazione sono notevolmente accelerati, quindi la velocità di saldatura viene accelerata. Quando si saldano parti di grande spessore, la capacità di penetrazione profonda del fascio di elettroni gioca un ruolo insostituibile nel migliorare l'efficienza della saldatura. Pur mantenendo un'elevata efficienza, anche la precisione della qualità del giunto è relativamente elevata.
(3) La deformazione del pezzo è piccola. A causa della concentrazione di energia, la velocità di saldatura è elevata, l'apporto di calore al pezzo è ridotto, il rapporto profondità/larghezza è elevato e la zona interessata dal calore di saldatura è piccola, quindi la deformazione del pezzo è ridotta.
(4) Buone proprietà fisiche della saldatura. La velocità della saldatura a fascio di elettroni è elevata, può efficacemente evitare la crescita del grano, aumentare la duttilità del giunto. Allo stesso tempo, poiché l'apporto di calore è ridotto, il tempo di azione alle alte temperature è breve e gli elementi di lega precipitano meno, la saldatura ha una buona resistenza alla corrosione. Il vuoto ha un buon effetto protettivo sulla saldatura, evitando l'inquinamento del metallo di saldatura da parte dell'ambiente e di sostanze impure.
(5) I parametri del processo di saldatura sono facili da regolare, l'adattabilità del processo è forte, la ripetibilità e la riproducibilità sono buone.
(6) L'effetto di agitazione del fascio di elettroni sotto vuoto rompe i dendriti, rende non direzionale l'orientamento del grano nella zona di saldatura e aumenta il numero di nuclei cristallini, affinando così il grano, rendendo significativamente le prestazioni del giunto saldato migliorato.
È proprio a causa delle caratteristiche di cui sopra della saldatura a fascio di elettroni che è molto adatta per la saldatura di leghe di titanio con forte attività per ottenere affidabilità di lunga durata. I risultati sperimentali mostrano che la tenacità alla frattura e la resistenza alla propagazione delle cricche da fatica del giunto saldato a fascio di elettroni sotto vuoto in lega di titanio TC{{0}}DT sono migliori di quelle del materiale di base. Inoltre, lo studio sulla saldatura a fascio di elettroni sotto vuoto di pezzi fucinati TB13 con spessore di 130 mm ha rilevato che i coefficienti di saldatura di tutte le saldature erano superiori a 0,9 e il valore KIC delle saldature aumentava con l'aumento della profondità di saldatura. Tuttavia, la tenacità della saldatura superiore e della zona interessata dal calore è inferiore a quella di altri strati, poiché lo spessore maggiore è facile da produrre una struttura irregolare dopo la saldatura, con conseguente stress residuo complesso. Il test mostra che lo stress residuo della saldatura può essere migliorato e la qualità della saldatura può essere migliorata in modo significativo mediante un trattamento termico locale con fascio di elettroni sotto vuoto dopo la saldatura.
