馬維良，李 佳，盛偉群

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

海水管路系統(tǒng)是水面艦船中的重要系統(tǒng)，分布于艦船各個部位，服務(wù)于消防、抗沉、日用及重要設(shè)備冷卻水等系統(tǒng)。水面艦船海水管路系統(tǒng)主要分為日用海水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)等，涉及到艦船的生命力、安全性及可靠性等多方面，其用量大、分布廣、維修保養(yǎng)復(fù)雜，在艦船中處于十分重要的地位[1]。鈦合金管作為海水系統(tǒng)的管材，具有耐腐蝕、重量輕等優(yōu)點。目前鈦合金管一次性投入成本與銅鎳合金管（B10）基本相當(dāng)。而鈦合金管路能夠?qū)崿F(xiàn)全壽期服役，維修成本大幅度降低，符合未來艦船裝備對輕質(zhì)、耐蝕、長壽命鈦合金材料的應(yīng)用需求。

水面艦船鈦合金海水管路設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，不僅涉及到優(yōu)質(zhì)管路材料的選用，還與管路設(shè)計、加工制造、檢測試驗等密切相關(guān)。目前，國內(nèi)鈦合金材料的應(yīng)用水平還處于分散、零星的狀態(tài)，尚未形成總體設(shè)計、材料研究、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造之間的有效協(xié)調(diào)合作機制，管路系統(tǒng)設(shè)計方法還需長期試驗數(shù)據(jù)支撐，與管路相關(guān)的管路附件、海水泵、閥門等配套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范比較缺乏。為更好地保障和指導(dǎo)水面艦船海水管路設(shè)計，固化研究成果，在分析船用鈦合金標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展水面艦船鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)體系研究，并提出鈦合金海水管路系列標(biāo)準(zhǔn)需求清單。

1 船用鈦合金標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

我國船用鈦合金工業(yè)起步于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其研究、制造水平有了很大的提高，并初步形成了自己的船用鈦合金體系，且已能生產(chǎn)板、管、棒、餅、環(huán)、絲和鑄件等多種形式產(chǎn)品，能滿足不同強度級別和不同部位的要求。主要船用鈦合金牌號有：Ti31、TA5、Ti75、Ti80、Ti-6AI-3Nb-1Mo合金等，能滿足水面艦艇、潛艇和深潛器的使用需求[2]。我國自上世紀(jì)60年代開始研仿俄羅斯3M合金，通過成分優(yōu)化研制成功國內(nèi)第一個船用鈦合金牌號TA5，用于船舶機械；隨后，針對二回路動力系統(tǒng)設(shè)備研制了Ti75合金，針對一回路余熱排出冷卻器研制了高溫耐蝕的Ti31合金，針對透聲結(jié)構(gòu)研制了透聲型Ti70、Ti50合金，針對載人潛器耐壓殼體研制了Ti80合金?！笆濉逼陂g研發(fā)了艦船高溫結(jié)構(gòu)鈦合金、耐壓部件用高彈性模量鈦合金、水下裝備用高損傷容限型鈦合金等幾種新型船用鈦合金。通過五十余年的努力，我國已經(jīng)形成了一套鈦合金材料體系，基本能夠滿足艦船裝備的建造需求[3]。

目前，國內(nèi)船用鈦及鈦合金材料應(yīng)用研制過程中經(jīng)常引用的標(biāo)準(zhǔn)主要涉及國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）、船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CB）、航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HB）、機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB）、能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NB）等6大類。通過收集整理國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，共梳理分析出142項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，涵蓋通用基礎(chǔ)、材料、工藝、產(chǎn)品、檢測試驗等技術(shù)領(lǐng)域。如果按屬性分類，則包含國家標(biāo)準(zhǔn)93項、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)9項、船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9項、航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)15項、機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項、能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13項，其屬性分布如圖1所示；如果按類別分類，則包含通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)9項、材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)19項、產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)6項、工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)17項、檢測試驗標(biāo)準(zhǔn)84項、其他標(biāo)準(zhǔn)7項，其類型分布如圖2所示。

從標(biāo)準(zhǔn)屬性來看，現(xiàn)有鈦合金相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，民用標(biāo)準(zhǔn)較多，主要涉及材料、工藝和檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。軍用標(biāo)準(zhǔn)相對缺乏，僅有一部分關(guān)于材料、板材、鑄件、鍛件等系列標(biāo)準(zhǔn)。目前看來民用鈦合金及配套材料綜合性能還達(dá)不到軍用要求，軍用鈦合金性能雖然能夠滿足民船要求，但用于民船建造會大幅提高建造成本，不利于鈦合金在艦船上的推廣應(yīng)用。

圖1 鈦合金相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)屬性分布

圖2 鈦合金相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)類型分布

從標(biāo)準(zhǔn)類別來看，目前針對鈦合金材料的檢測試驗類標(biāo)準(zhǔn)較多，基本涵蓋材料強度、塑性、沖擊韌性等方面的性能評價，但針對鈦合金材料上艦應(yīng)用所涉及的防腐防污設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（設(shè)備、泵、閥、管系附件等）依然比較缺乏，材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中也僅有尺寸偏差、常規(guī)力學(xué)性能、化學(xué)成分等基本要求，難以滿足軍船建造要求。

2 標(biāo)準(zhǔn)體系建立原則

2.1 針對性和目標(biāo)性原則

標(biāo)準(zhǔn)體系的建立服務(wù)于水面艦船鈦合金海水管路的特殊使用工況，突出標(biāo)準(zhǔn)的目的性和針對性，圍繞海水管路系統(tǒng)設(shè)計、加工制造、檢驗驗收、維修保障等過程中對鈦合金材料的優(yōu)化選型、防腐防污、焊接工藝等方面提出要求。

2.2 完整性和系統(tǒng)性原則

標(biāo)準(zhǔn)體系的建立涵蓋總體設(shè)計技術(shù)、建造技術(shù)、鈦合金成品件技術(shù)、保障技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)制定應(yīng)盡可能完整、協(xié)調(diào)、成系統(tǒng)，能夠為水面艦船鈦合金海水管路設(shè)計、制造、試驗、保障等各階段提供依據(jù)。

2.3 可行性和急用性原則

標(biāo)準(zhǔn)體系的建立要充分考慮現(xiàn)有鈦合金海水管路技術(shù)發(fā)展水平和上艦應(yīng)用的實際情況，把標(biāo)準(zhǔn)研制重點放在急需的、對裝備使用性能和可靠性有直接影響的專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和配套產(chǎn)品規(guī)范上來。

3 標(biāo)準(zhǔn)體系框架及項目明細(xì)表

3.1 標(biāo)準(zhǔn)體系框架

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系建立原則，結(jié)合水面艦船鈦合金海水管路系統(tǒng)設(shè)計、加工制造、檢驗驗收及維修保障的實際過程，開展標(biāo)準(zhǔn)體系研究，搭建水面艦船鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)體系框架，詳見圖 3。體系框架由4層架構(gòu)組成：第一層為標(biāo)準(zhǔn)體系頂層；第二層為大類，包括總體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、建造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、成品件標(biāo)準(zhǔn)、檢測試驗標(biāo)準(zhǔn)、保障技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共5個大類；第三層為中類，包括流速設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、加工工藝標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、檢測標(biāo)準(zhǔn)等16個中類；第四層為小類，包括離心泵、潛水泵、截止閥、安全閥等19個小類。具體說明如下。

1）總體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要包括鈦合金海水管路系統(tǒng)流速設(shè)計、材料優(yōu)化及選型、綜合防腐技術(shù)（異種金屬電偶腐蝕、非鈦管路沖刷腐蝕）、防海生物污損技術(shù)、噪聲控制設(shè)計等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2）建造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括鈦合金海水管路加工工藝、焊接技術(shù)、安裝技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3）成品件標(biāo)準(zhǔn)主要包括鈦合金海水管路設(shè)備（離心泵、板式換熱器、濾器等）、閥件（截止閥、通海閥、安全閥等）、附件（法蘭、彎頭、三通、異徑等）、管路等產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

4）檢測試驗標(biāo)準(zhǔn)主要包括鈦合金海水管路材料性能、焊接性能檢測類標(biāo)準(zhǔn)，以及系統(tǒng)驗收、系泊航行試驗類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

5）保障技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括鈦合金海水管路維護、保障、培訓(xùn)類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3.2 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表

水面艦船鈦合金海水管路設(shè)計現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要包括管路材料、工藝、檢驗等，以及輔助上述內(nèi)容的通用基礎(chǔ)、產(chǎn)品及配套件標(biāo)準(zhǔn)，初步梳理出67項標(biāo)準(zhǔn)，包括國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）58項、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）5項、船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CB）4項，詳見表1。

4 標(biāo)準(zhǔn)需求清單

現(xiàn)有船用鈦合金牌號已基本能滿足海水管路的用鈦要求，但指導(dǎo)鈦合金海水管路系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較少。例如，《艦船通用規(guī)范》（GJB 4000—2000）作為艦船設(shè)計通用要求，從頂層上提出了管路設(shè)計的原則，主要對各種管系采用材料進行了規(guī)定，并未明確鈦合金管材的應(yīng)用范圍，對鈦合金海水管路的設(shè)計選型缺乏指導(dǎo)。又如，鈦合金管路焊接的工藝評定及驗收標(biāo)準(zhǔn)主要參照《鈦制焊接容器附錄》（JB/T 4745—2002）進行，缺乏管材、配套管件的檢測技術(shù)要求及鈦合金海水管路系統(tǒng)試驗、驗收的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

根據(jù)水面艦船鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)體系框架，結(jié)合裝備設(shè)計、生產(chǎn)、制造、試驗、保障等過程中對標(biāo)準(zhǔn)化工作的需求，在梳理已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，形成水面艦船鈦合金海水管路系列標(biāo)準(zhǔn)需求清單，如表2所示。

5 下一步工作建議

隨著現(xiàn)代艦船使命任務(wù)越來越重，裝備質(zhì)量與可靠性要求越來越高，需要建立一套完整的水面艦船鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，根據(jù)水面艦船鈦合金海水管路系列標(biāo)準(zhǔn)需求清單，結(jié)合裝備設(shè)計、生產(chǎn)、制造、試驗、保障等過程，在梳理已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對后續(xù)工作建議如下：

1）加強水面艦船鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作，從鈦合金海水管路系統(tǒng)的應(yīng)用實際出發(fā)，開展鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)體系深化研究，不斷完善并形成一套全面、切實可行的鈦合金海水管路系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進鈦合金海水管路在艦船上準(zhǔn)確、高效的應(yīng)用。

2）結(jié)合型號研制工作，對影響鈦合金海水管路上艦應(yīng)用的重點標(biāo)準(zhǔn)開展預(yù)先研究并形成標(biāo)準(zhǔn)草案，包括《水面艦船鈦及鈦合金海水管路系統(tǒng)規(guī)范》、《水面艦船鈦及鈦合金海水管路系統(tǒng)防腐防污技術(shù)要求》、《水面艦船鈦及鈦合金海水管路系統(tǒng)加工及焊接技術(shù)要求》、《水面艦船鈦及鈦合金海水管路系統(tǒng)維修保障技術(shù)要求》等4項標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)體系框圖

表1 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表

表1 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表（續(xù)）

表2 水面艦船鈦合金海水管路系列標(biāo)準(zhǔn)需求清單

表2 水面艦船鈦合金海水管路系列標(biāo)準(zhǔn)需求清單（續(xù)）

3）總結(jié)鈦合金海水管路研制、試驗、應(yīng)用過程中的技術(shù)要點，組織相關(guān)設(shè)計、生產(chǎn)單位開展鈦合金海水管路成品件標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，并形成一批技術(shù)狀態(tài)成熟的標(biāo)準(zhǔn)草案，包括《鈦合金離心泵規(guī)范》、《鈦合金潛水泵規(guī)范》、《鈦合金截止止回閥規(guī)范》、《鈦合金蝶閥規(guī)范》、《鈦合金通海閥規(guī)范》、《鈦合金減壓閥規(guī)范》6項標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)論

通過對水面艦船鈦合金標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀，以及標(biāo)準(zhǔn)的實際應(yīng)用情況進行研究，圍繞水面艦船鈦合金海水管路對標(biāo)準(zhǔn)化工作的實際需求展開分析，提出水面艦船鈦合金海水管路標(biāo)準(zhǔn)需求清單。為鈦合金海水管路系統(tǒng)的設(shè)計提供指導(dǎo)和參考，推動水面艦船鈦合金海水管路系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，為鈦合金海水管路系統(tǒng)上艦提供重要技術(shù)支撐。