《焊接技术在航空航天工业中的应用》
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[摘 要]现今来看,在科学技术不断发展的过程中,航空航天事业得到了很大发展,在航空航天制造中,焊接技术是十分重要的一个环节,能够有效提升制造的效率,促进航空航天事业的发展.在航空航天装备和材料加工过程中,焊接技术有着举足轻重的地位.本文主要对焊接技术在航天工业中的应用进行探讨分析,以供参考.
[关键词]焊接技术；航天工业；应用
中图分类号：G623.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）02-0177-01
在现代生产中,各种新型焊接技术的广泛引用,极大地简化了航空航天中各类构件的加工,节省了生产材料,提升了生产效率.随着焊接技术的不断进步,航天飞机的重量得到了坚强,同时也为航天飞机及其器件的设计提供了技术支持,带动了航天飞机整体性能的提升.文章将对焊接技术在航空航天工业中的应用研究.
一、航天工业中主要的焊接技术
1.1电子束焊
对于电子束焊来说,主要工作原理就是在真空的环境下,利用汇聚的高速电子流来进行工件接缝处的轰击,这样会将电子动能转化为热能,将其溶合成一种焊接方式,这也是高能束流加工技术中重要的组成部分.电子束焊的主要优势就是能量密度较高,同时焊接的深宽比比较大,焊接变形较小,其控制的精确度比较高,焊接的质量稳定较为容易实现,自动控制的优点也比较明显,电子焊接技术在航空航天等工业领域中将会得到广泛应用,同时也会对其的发展产生巨大影响.在航空制造业中,电子束焊技术的应用会在很大程度上提升飞机发动机的制造水平,将发动机中的一些减重设计以及异种材料进行有效焊接,同时为一些整体加工无法实现的零件制造提供加工的途径,以此来提升加工的质量.
1.2激光焊接技术
激光焊接的焊接设备装置较为简单,并且能量的密度也比较高,变形较小,其焊接的精确度比较高,同时焊缝的深宽比也比较大,这样将会在室温以及一些特殊条件下进行焊接,对于一些难熔材料的焊接具有很明显的优势.激光焊接主要是应用在飞机大蒙皮的拼接上以及机身附件的装配上.在美国激光焊接技术在航空航天的应用较广,其中已经利用15 kW的CO2仿激光焊接弧光器对飞机中的各种材料以及零部件进行全面的交工,以此来保证其工艺的标准化.同时在很多领域激光焊接技术都得到了广泛应用,其生产制造成本也将有所降低.
1.3搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊技术是利用一种非耗损的搅拌头,高速旋转着压入待焊界面,摩擦加热被焊金属界面使其产生热塑性,在压力、推力和挤压力的综合作用下实现材料扩散连接,形成致密的金属间固相连接.它具有无飞溅,无需焊接材料,不需要保护气体,被焊材料损伤小,焊缝热影响区小,焊缝强度高等特点,被誉为“当代最具革命性的焊接技术.美国Eclipse公司在Eclipse N500型商务飞机制造中首次大规模成功运用了FSW技术,包括飞机蒙皮、翼肋、弦状支撑、飞机地板以及结构件的装配等基本上全部利用搅拌摩擦焊技术制造,70%的铆接被焊缝替代,不仅极大地提高了连接质量,而且使生产效率提高了近10倍,生产成本大大降低.波音公司将搅拌摩擦焊技术用于C-17和C-130运输机地板的制造,利用搅拌摩擦焊代替紧固件连接,简化了地板结构设计并提高了构件的生产效率,生产成本降低了20%.总之,FSW技术正处于深入研究和推广应用阶段,存在着巨大的应用发展潜力.
1.4线性摩擦焊
线性摩擦焊是一种在焊接压力作用下,利用被焊工件相对做线性往复摩擦运动产生热量,从而实现焊接的固态連接方法.它具有优质、高效、节能、环保的优点.20世纪80年代后期,MTU公司与罗罗公司合作,成功的将线性摩擦焊用于发动机整体钛合金叶盘的制造.目前,线性摩擦焊已经广泛应用于塑料工程和航空发动机叶盘式转子的制造.
二、焊接技术在航空航天工业中的应用―以电子束焊接技术为例
随着技术的不断进步,越来越多的先进焊接技术被研发出来,不仅可以有效地减轻航天航天结构的重量,更可以通过提供先进的技术支持,为航天航空飞机、发动机综合性能和整体性能的提升提供帮助.电子束焊接技术则是航空航天工业中普遍运用的一种焊接技术.
2.1电子束焊接在发动机燃烧室中的应用
发动机燃烧室身部主要使用的是不锈钢焊接结构和铜胎上电铸金属.但是,在进行焊接时,由于受各自物理化学性能存在巨大差别,极大地增加了焊接难度,特别是在接头处记忆产生杂质.当存在较大的焊接应力时,接头处容易出现开裂.同时,在高温情况下,电铸层容易出现削弱,甚至剥离.此外,在采用电子束焊接时,也会受到来自电铸金属层的磁性的影响.因此,在采用电子束焊接技术进行焊接时,首先应对电铸金属层进行整体退磁,对电子束的路径进行磁场屏蔽处理.焊接时,主要采用高压型电子束焊机对燃烧室进行焊接.要尽量避免焊接时产生过多热量,避免变形,并尽可能的降低接头的应力,防止易熔夹层的形成,避免应高温而出现的结合力降低的情况,可以有效地避免开裂情况的出现.
2.2电子束焊接在波纹管组合件中的应用
航空航天发动机产品中波纹管组合件是其重要组件之一.同时,也是需要利用电子束焊接技术进行焊接的重要部分.一般而言,多层金属波纹管是航天发动机的主要的动密封原件.多层金属波纹管作为动密封原件的主要优势在于不会出现卡滞现象,相对比较灵活.为此,保证运动灵活与良好气密性是波纹管组合件生产的关键所在,而这个环节需要通过焊接来实现.采用电子束焊接技术,可以有效地增强波纹管的接头强度,从而在尽可能避免变形的同时,保证焊接的美观和密封性.
2.3电子束焊接在压力容器中的应用
在航空航天工业应用中,压力容器的主要用途在于对各种流体介质进行存储.压力容器质量的好坏,直接关系到空间系统的稳定性.电子束焊接在制造高质量压力容器中具有主导作用.在推进系统中,燃料储箱与气瓶是关键部件.根据有关部门的统计结果显示,压力容器的多发故障主要集中在气瓶焊缝处.因此,在进行焊接时,气瓶处焊接要求极高.采用电子束焊接时,可以通过单面焊双面成形,从设备和工艺的角度控制焊缝内外表面的咬边缺陷的出现.此外,随着近年来复核材料气瓶逐渐增多,其由内外两层构成.其中,内层为金属衬层,而外层的复合材料层.前者的作用在于气密作用,而后者的复核材料则主要承担大部分内压载荷.通过电子束焊接技术主要针对气瓶中的内层,即金属内衬进行焊接,这部分的金属一般采用钛合金或铝合金制作,因而相对比较薄.通过真空电子束可以更加精确的进行焊接,避免气孔缺陷.
三、结语
随着社会的不断发展,科学技术的不断进步,在航空航天领域中,焊接技术得到了很大应用,发挥了较大作用.焊接技术必须要充分保证各个零件的运用,能够针对一些特定的工件来进行焊接技术的选择.现今有很多先进的焊接技术逐渐应用到航空航天领域中,这在很大程度上提升了焊接的质量,并且提高飞机工件生产的效率,有效降低了成本,充分实现了高效生产.所以,在航空航天事业不断发展的过程中,我国的焊接技术也会得到迅速发展.
参考文献：
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