1 航空工業(yè)焊接的新趨勢(shì) 麻省理工學(xué)院 帕特里西奧樓門德斯 摘要 : 焊 接 在航空業(yè)正經(jīng)歷著令人振奮的發(fā)展。廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)和改善 設(shè)備 和設(shè)計(jì)新材料塑造的方式焊接，是實(shí)施過(guò)程和產(chǎn)品正在設(shè)計(jì) 的主要要方法 。有一種普遍的趨勢(shì)，減少鉚釘在在飛機(jī)結(jié)構(gòu)組件 的使用 有一種普遍的趨勢(shì) . 擴(kuò)散焊和激光，電子束焊接是 在 加入材料情況下 使用的 。 軍用飛機(jī)的電子束焊接在加入鈦合金 下使用，并且有擴(kuò)大趨勢(shì) 慢慢取代鉚釘在大部份機(jī)身 上使用 , 航天工業(yè)也顯示 :航空業(yè)界承諾一些新的進(jìn)程的發(fā)展 拌摩擦焊接和變極性等 離子弧焊，這已經(jīng)被 應(yīng)用火箭 的 關(guān)鍵 部件 上 , 目前 , 鑄件 在 飛機(jī)有日益增加的趨勢(shì) ,這樣 開辟了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn) . 而 一些進(jìn)程，包括擴(kuò)散焊接鋁合金和線性摩擦加入葉片盤。似乎并沒有得到廣泛應(yīng)用 . 本文側(cè)重于焊接的基礎(chǔ)，就其影響的焊接航空組件，以及對(duì)趨勢(shì)的行業(yè) 的 預(yù) 計(jì) ， 因此是 一項(xiàng)基本的水平。維修焊接，無(wú)損檢測(cè)，釬焊是本 文章討論的范圍。 導(dǎo)言 : 焊接的過(guò)程，就是人類一個(gè)古老的處理 金屬的過(guò)程 多數(shù) 的時(shí)間 ,它一直被視為一個(gè) 粗淺 的藝術(shù)或施工技術(shù) . 19世紀(jì)推動(dòng)現(xiàn)代焊接新的 發(fā)展 而且發(fā)展趨勢(shì) 比 以往任何時(shí)候都要快 . 不同的焊接工藝可以由 不同 強(qiáng)度的熱源融合 示了許多重要的趨勢(shì)當(dāng)中 , 滲透率衡量的比例，深度 ,寬度（四 /瓦特）焊縫截面的急劇增加與熱源強(qiáng)度 有關(guān) 。這允許較高的焊接速度 ,使得焊接過(guò)程更有效率 . 一個(gè)更有效率的過(guò)程中 在焊接過(guò)程中 需要較少的熱輸入，從而 形成一個(gè)強(qiáng)大的焊縫 . 較小的熱源 ,移動(dòng)速度更快 ,也意味著停留時(shí)間在任何特定的點(diǎn) 的時(shí)間 大大減少 . 如果停留時(shí)間太短， 在 過(guò)程中，無(wú)法手動(dòng)控制，必須加以自動(dòng)化 , 最低的時(shí)間，仍然是可以 手動(dòng) 控制的對(duì)應(yīng)的電弧焊接（約 ） . 因此，他們只能用自動(dòng) 控制 熱源更激烈的 的焊接 . 焊接工藝 在 更加集中熱源 的地方 創(chuàng)建一個(gè)較小的熱影響區(qū)（ 織）和 形成 較低后焊縫扭曲 力 . 它可以推斷 ： 所帶來(lái)的好處 是 : 更加集中熱源 , 資本設(shè)備的費(fèi)用大約 與 強(qiáng)度熱源成正比的 . 航空業(yè)的特點(diǎn)是 ： 低單位生產(chǎn)，單位成本較高 ，在 營(yíng)運(yùn)條件 極其 嚴(yán)重 情況下 ,焊接就十分重要了 , 這些特征對(duì)較昂貴的和更集中熱源如等離子弧，激光束和電子束焊接作為 焊接 進(jìn)程的選擇 ,是 焊接的關(guān)鍵部件 的重要選擇 焊接過(guò)程在航空業(yè)中的使用 . 摩擦焊接） 在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)機(jī)械變形加入金屬。 既然沒有熔化 ,就 不存在基礎(chǔ)的材料熔化 陷 . 這個(gè)過(guò)程中可以加入鋁起落架組件 ,組成了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的橫截面 . 性摩擦（微動(dòng)）焊接被認(rèn)為是由通用電氣公司和普惠公司 發(fā)明的 一種替代，為制造和修理高溫合金盤為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) . 雖然沒有透露這些進(jìn)程，他們 也會(huì) 演變成商業(yè)應(yīng)用 . 攪拌摩擦（攪拌摩擦焊） 契維語(yǔ) 在 1991年 發(fā)明了這一 焊接方法 , 這是一個(gè)堅(jiān)實(shí)的 焊接 進(jìn)程，通過(guò)機(jī)械變形加入金屬 , 2 在這個(gè)過(guò)程中 ,圓柱 等 工具與異型探頭旋轉(zhuǎn)，慢慢地陷入了聯(lián)合線之間的兩塊資產(chǎn)負(fù)債表或板材，這 樣就 對(duì)接在一起，這個(gè)過(guò)程可以焊 接 以前報(bào)告鋁合金飛機(jī)結(jié)構(gòu) 在 使用 . 實(shí)力焊縫與弧 相比 是弧 30 或 50 . 在一 些 小熱影響區(qū) 的地方 ，殘余應(yīng)力，微觀結(jié)構(gòu) 也得到了 改 變 . 波音公司出了 1500 萬(wàn)美元的投資在使用攪拌摩擦焊焊接助推器為三角洲的范圍 的國(guó)家 運(yùn)載火箭，這是 美國(guó)的 第一生產(chǎn)攪拌摩擦焊 的地方 . 1998 年 8 月 , 在德爾塔 次發(fā)射一個(gè) 使用 攪拌摩火箭 . 這一進(jìn)程目前正在考慮加入鋁 金，如 2005 年，為中央智囊團(tuán)的航天飛機(jī)， 就得到了應(yīng)用。 鈦合金 也有 其他航空用途 . 作為攪拌摩擦焊 的一種 ,為了 更好地 使用 ，它可以取代等離子弧焊（足）和電子束焊接（電子束焊接） ,在一些具體的應(yīng)用 中用 鋁和 用 鈦 是有 分 別。 閃光焊 為 是 一種在 熔化 過(guò) 程中 , 應(yīng)用 一對(duì) 焊接 接頭焊接在短期 的 內(nèi)弧和壓力 而作用的 。這是能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的焊縫 的 基礎(chǔ)材料 . 這個(gè)過(guò)程可以焊接鋁和表面耐高溫合金 使用 沒有特別準(zhǔn)備或屏蔽氣體。 它可以 焊接各種 復(fù)雜的截面 , 這是用在航空業(yè)加入環(huán)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) ,主要是 出于耐高溫合金和擠壓鋁構(gòu)件 的作用而考慮的 。 氣體金屬弧焊 這個(gè)過(guò)程中，其中一個(gè) 是世界上進(jìn)心 最熱門的焊接工藝，因?yàn)樗撵`活性和低成本是 呆以 廣泛使用在航空業(yè) . 缺點(diǎn)是大尺寸的熱源 (處理流程， 與如電子束焊接， 運(yùn)作 ）的焊縫 有著不太好的力學(xué)性能 . 這個(gè) 過(guò)程是 在 主要的焊接工藝用于建造該燃料和氧化劑坦克火箭（ 2219 為第一階段） , 目前應(yīng)用在自動(dòng)焊接的葉片愛國(guó)者導(dǎo)彈 上 . 這些葉片 由 一個(gè)框架 17-4 超 級(jí) 不銹鋼組成，其中金屬薄板的相同的組成是 此應(yīng)用程序的好處，從成本 降 低，而 可 靠性 增強(qiáng)。 鎢極氬弧焊（氬弧焊） 氬弧焊可以使用比的 激烈的熱源 . 因此，它可以產(chǎn)生 較小的 焊縫， 從而降低 的成本。對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu) ,在 應(yīng)用這一過(guò)程中，不能與其他焊接方法如電子束焊接，激光焊接或等離子弧相 焊接 相單混用 。 氬弧焊是一起使用的 焊接 在 2014 年和 2219 的 鋁合金在燃料和氧化劑坦克在土星 v 用 . 梅塞施米特 德國(guó)目前使用的 噴嘴延長(zhǎng)鎳 ，阿麗亞娜發(fā)射 也 使用過(guò)這種焊接 . 大部分的焊 接主要 表現(xiàn) 在 商用飛機(jī) 及 對(duì)管道及油管使用 焊接 . 這個(gè)過(guò)程也可以用在換熱器的核心 上 ，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)百葉窗和排氣外殼 上 ，不銹鋼和 商業(yè)和軍事 都得到了使用 . 不銹鋼葉片 在 多倫多 也用在 堵塞焊縫 在 愛國(guó)者導(dǎo)彈 也得到了使用 . 允許應(yīng)用到航空焊接結(jié)構(gòu)的組成部分包括弧長(zhǎng)控制和救濟(jì)的應(yīng)力用散熱器在焊接 上 , 這 項(xiàng)技術(shù)，是由洛克希德馬丁公司 在 土衛(wèi)六四運(yùn)載火箭 上使用的 . 它 是一種 通過(guò)測(cè)量電弧電壓 來(lái) 測(cè) 量 所期望的滲透率 北京航空制造技術(shù)研究所 也得到了應(yīng)用 . 它已用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)案件 中的 耐熱合金和火箭燃料箱的鋁合金。在這方面的技術(shù)，散熱器步道背后的焊接電弧 就是 這樣一種方式，他們的熱領(lǐng)域的互動(dòng)，大大降低了氬弧焊的過(guò)程 產(chǎn)生的 殘余應(yīng)力和扭曲 力 . 企圖以取代鉚由多倫多的焊接邁出皮膚板尚未 成力 ，但由于嚴(yán)重歪曲了 一些問題 . 3 等離子弧焊 使用 之間的 極和熔池（轉(zhuǎn)移?。┗?之間的電極和制約噴嘴（ ） , 如果熱強(qiáng)度不夠高，這個(gè)過(guò)程 是不 可以運(yùn)作， 類似 一個(gè)小孔模式， 有人 認(rèn)為，激光或電子束焊接，雖然與規(guī)模較小 但 滲透率最高 . 這個(gè)過(guò)程是用于焊接的先進(jìn)的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī) ,使用材料是 惠普 - 9 - 4 - 30鋼 . 其中一個(gè)最新的變化， 就是 霍巴特兄弟 將 這個(gè)過(guò)程 如 變極性等離子弧焊焊接（ 商品化 . 這種變化 在 航空航天工業(yè)焊接較厚路段鋁合金，特別是為外部燃料箱的航天飛機(jī) 得到了使用 是在小孔模式 中進(jìn)行的 一部分， 是 循環(huán)提供了一個(gè)陰 極清洗鋁工件，而 好 的部分，提供了理想的滲透和熔融金屬流 . 測(cè)試結(jié)果表明，最佳占空比為這個(gè)過(guò)程中涉及的負(fù)序電流 15S 和一個(gè)積極的 2電流中 ，一個(gè)積極 作用是 :當(dāng)前 的 30高于負(fù)序電流 . 集中供熱原因 是為了 明顯減少角扭曲 力 . 激光焊接 這個(gè)過(guò)程 , 優(yōu)勢(shì) 是 電子束焊接技術(shù)可以提供最集中的熱源焊接 , 更高的精度 ,焊縫質(zhì)量和規(guī)模較小的扭曲 . 這個(gè)過(guò)程是用于焊接噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件 ,其由 耐熱合金制成，如 光加工燃燒在普惠公司噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) F - 100 - 22019得到了運(yùn)用 . 激光焊接將很快取代鉚在空中客車 318 飛機(jī) 中使用 . 顯著的 優(yōu)點(diǎn)是可以 預(yù)期 并 取得的取代鉚接接頭 的不足 . 鉚，估計(jì)消費(fèi)占制造業(yè)的 40 左右 . 電子束焊接 如上所述，高強(qiáng)度的電子束產(chǎn)生焊縫與熱影響區(qū)小， 這個(gè)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)， 電子 束對(duì)熔融金屬 的對(duì)接 已沒有問題 . 不過(guò)，它需要在真空中運(yùn)作 . 這一特點(diǎn) 在使用這一 進(jìn)程 中 ，特別適合焊接鈦合金 而 不能焊接在一個(gè)開放的氣 體中的部件 . 鈦合金被廣 泛用于軍用飛機(jī)，因?yàn)樗亓枯p，強(qiáng)度高， 性能在高溫下 也較好 . 應(yīng)用電子束焊接，以焊接鈦部 件的軍用飛機(jī)一直在不斷擴(kuò)大 . 塔員額和機(jī)翼部件在 4V 和 斗機(jī) 也得到了廣泛的應(yīng)用 . 機(jī)翼盒舉行可變幾何的翅膀，在旋風(fēng)式戰(zhàn)斗機(jī)， 如 雄貓 ” 得到了使用 . 在控制系統(tǒng) 中 ,以及在 以及在實(shí)施電腦自動(dòng)化 中有著 顯著的差異 . 這項(xiàng)新技術(shù)，使連續(xù)一通焊縫超過(guò)曲線和曲面，并通過(guò)不同厚度 來(lái)進(jìn)行 . 波音公司的 F - 22 的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件 現(xiàn)在用 鈦電子束焊接這種方式 來(lái)焊接的 . F - 22 是第一 次 飛機(jī)在 60 年的特點(diǎn)焊接機(jī) 進(jìn)行的 . 前 的前身用了 鉚接鋁 最近的應(yīng)用 的 鈦鑄件在 F - 22 戰(zhàn)斗機(jī) 的 焊接 出現(xiàn)了 問題， 因此 延遲開始生產(chǎn) 時(shí)間 至少五個(gè)月 . 俄羅斯能源火箭 應(yīng)用電子束焊接建造該氧氣和油缸 . 由于龐大真空，是造成當(dāng)?shù)孛芊馀c鐵電 產(chǎn)生影響 . 擴(kuò)散焊 4 這是一個(gè)固態(tài)焊接 ,在焊接 過(guò)程中 在 焊縫所 在處產(chǎn)生 應(yīng)用的壓力，在高溫下，該件沒有宏觀變形或相對(duì) 變化 . 航空業(yè)是主要用戶 是 這個(gè)過(guò)程已證明 ,超塑成形（ 則鈦合金特別有用相結(jié)合 . 在這種情況下，復(fù)雜的幾何形狀可以得到在短短 得到應(yīng)用 . 在某些情況下替代鉚接鋁構(gòu)件 ,從而使成本降價(jià) . 傳統(tǒng)的制作由 500 緊固件構(gòu)成的 16 個(gè)部分 ,并一起進(jìn)行 . 有人建議 ，以取代設(shè)計(jì)，整體加筋所產(chǎn)生的 得到很好的作用 . 應(yīng)用的 以 減少了原來(lái)的鉚接的鋁材 構(gòu)件 ，來(lái)自 76 個(gè)詳細(xì)的零件和 1000 緊固件，以鈦金屬版只有 14 個(gè)細(xì)節(jié)和 90 緊固件與總成本可節(jié)省 30 左右 . 成功的 刺激了大量的研究與目標(biāo)，完成了類似的過(guò)程與鋁 焊接過(guò)程 . 和鋁鈦根本區(qū)別是 鈦 可以解散其氧化物 而鋁不可以 ， 因此 , 剩余氧化氮在界面 形成 鋁聯(lián)合 ,極大地降低了力量的焊接 在焊接中的擴(kuò)散 . 這個(gè)問題已妨礙了 / 的 普遍采用 . 結(jié)論 驅(qū)動(dòng)的成本 和重量的 積累 ，技術(shù)進(jìn)步 使得 更換鉚釘和緊固件與焊縫 得到緊密的結(jié)合 . 在商用飛機(jī) 中 ,一些鉚接鋁構(gòu)件由 / 的替代品（ / 仍處于試驗(yàn)階段） 形成了一種趨勢(shì) . 在不久的將來(lái)，空中客車飛機(jī)（ 功能將機(jī)身 出現(xiàn) 激光焊接，以在飛機(jī)上的 形成 . 展望進(jìn)一步 ,邁向未來(lái) , 這是有可能 將 攪拌摩擦焊用于對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)組件 的焊接 , 它可以可靠地加入合金系列 等材料 . 變極性等離子弧焊焊接（ ，原本是設(shè)計(jì)為空間應(yīng)用可能深入飛機(jī)工業(yè)入中 的 厚度較厚 的鋁。實(shí)施計(jì)算機(jī)控制 使用 電子束焊接鈦 合金的應(yīng)用程序 在過(guò)去是不可行的， 制造業(yè)等焊接第一次為噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身 中使用， 電子束焊接鈦在未來(lái)的軍用飛機(jī) 的運(yùn)用 將增加 ，這種 預(yù)期 是合理的， 在飛機(jī)使用鑄件正在增加 ， 這必將帶來(lái)新的挑戰(zhàn) 。 of in 42000, 21N N . 2139, in is of of is is a to of in in to in In is in of In to in of in A of of in up 5 do to of of on on of on in be at a by of is a as as of by of it as an or a of in of an ). be by of ). as of to d/w) of of A in a as . A at a a at If is be be as . be to .3 be a a as . by a at a of is to of as it be . of in is by as as of of in In of is is no as as be a It is of as an of do to 991. It is a In a a is of or as . as in of 0%50% is to of of is by of a in 6 a $15 in SW to of SW in of a I 9993. is of 195 of SW it in in FW is a in a is by of a by of It is of as as or It it is in to of of in is in is of to of 2219 . of is in of of of an 7H of is is as as in a it at a as or to 014 219 in in ö00 in of on on is in in in of of to 2 of by a 3. 0, V It to by as 1. at It to of of In a in a 7 by to TA of to to a a or If of is in a to of or A AW is 2. is of is of of is by of of In is in of a of a 5ms a -5 a 0 18. as 3. of is of of . in in of to in 18 XX A a a is 4. to be by is to 0% of of As of AZ as . 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