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飛機(jī)制造為何很少用高效的焊接技術(shù)?

2019-11-29 15:54 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



現(xiàn)代化的造船工藝,幾乎是焊接一統(tǒng)天下,即使非鋼材材質(zhì)建造的船舶也大多采用了焊接工藝建造完成。焊接技術(shù)具有速度快、密封性好等優(yōu)點(diǎn),在航天、船舶和汽車制造中都是主流。甚至可以用焊接機(jī)器人代替焊接工人,來(lái)提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。那么在和造船工業(yè)幾乎看齊的飛機(jī)制造工業(yè)中。是否也可以用焊接工藝淘汰鉚接工藝呢?答案可能會(huì)讓很多人失望。當(dāng)代最先進(jìn)的飛機(jī)無(wú)外乎是5代隱身機(jī)。隱身機(jī)都知道使用了隱身涂料或者隱身整體蒙皮。遠(yuǎn)觀似乎是工藝一體成型非常先進(jìn)。過(guò)去很多年全球觀眾似乎也是這么認(rèn)為的。不過(guò)隨著美國(guó)之外的其他大國(guó)也逐步掌握了隱身技術(shù)和推出和美國(guó)的五代機(jī)同樣工藝水平技術(shù)同步的機(jī)型。導(dǎo)致美國(guó)軍方本身也懶得再對(duì)外掩飾五代機(jī)的蒙皮。全球觀眾這才發(fā)現(xiàn)。原來(lái)所有五代戰(zhàn)斗機(jī)或其他隱身機(jī)。



隱身涂層之下,原來(lái)也是密集的鉚釘。過(guò)去看著好像外星工藝一樣的先進(jìn),不過(guò)是出門見(jiàn)人前,隱身涂層的膩?zhàn)踊蛘哒f(shuō)是粉底打的厚了一點(diǎn),遮蓋了鉚釘而已?,F(xiàn)在一旦機(jī)老珠黃或者維護(hù)的稍微懶惰一點(diǎn),這滿身的鉚釘和過(guò)去幾代飛機(jī)的蒙皮一樣明顯了。這說(shuō)明當(dāng)代最先進(jìn)的飛機(jī)制造,鉚接工藝仍然是無(wú)處不在。實(shí)際上焊接工藝在飛機(jī)建造上也存在。因?yàn)轱w機(jī)不僅僅有一個(gè)輕質(zhì)材質(zhì)的蒙皮和外殼,他內(nèi)部還有受力大梁、翼盒和主要的骨架。這些主承力結(jié)構(gòu)大多采用高強(qiáng)度鋼材或者鈦合金制造,因此會(huì)在個(gè)別的地方用到少量的焊接工藝連接。當(dāng)然,當(dāng)代的飛機(jī)為了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,多強(qiáng)調(diào)主承力結(jié)構(gòu)一體化成型。因此鍛造、鉚接甚至3D打印成型的主框架,遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于用焊接成型的。至于外觀可見(jiàn)的飛機(jī)的蒙皮和座艙等部分,則多用鉚接工藝。

為何飛機(jī)的蒙皮仍然以鉚接為主?主要原因在于不論是過(guò)去以鋁合金為主的飛機(jī)蒙皮材料還是當(dāng)代更高檔的復(fù)合材料。他們焊接的效果都很差。而且越薄的材料的焊接效果就越差。不論什么材料的焊縫,最怕的一點(diǎn),就是焊接區(qū)出現(xiàn)應(yīng)力集中,容易發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間的共振和沖擊。而飛機(jī)在空中高速飛行,蒙皮和主要的迎風(fēng)面,恰恰是氣流沖擊最嚴(yán)重,強(qiáng)烈共振效應(yīng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在的區(qū)域。因此焊接蒙皮根本就承受不住。用鉚接工藝就可以輕易的克服這些嚴(yán)重的隱患。飛機(jī)在高空高速飛行時(shí),機(jī)身蒙皮承受的是拉力。瀚海狼山認(rèn)為不論是螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)還是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)有強(qiáng)烈的振動(dòng),高速氣流的沖擊也會(huì)讓飛機(jī)自身產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)。而且這些振動(dòng)和拉伸是隨時(shí)不斷變化的。拉力、振動(dòng)和金屬疲勞,都會(huì)引起焊縫承受不住而出現(xiàn)裂縫和開(kāi)焊。微小的裂縫一旦產(chǎn)生,裂紋會(huì)沿著焊縫一直擴(kuò)大。一旦大面積的開(kāi)焊,輕則飛機(jī)外蒙皮脫離,重則出現(xiàn)承力結(jié)構(gòu)開(kāi)裂而導(dǎo)致飛機(jī)在空中翼面脫離,后果都是很嚴(yán)重的。



而鉚接工藝由于有鉚接孔和鉚釘分散振動(dòng)和應(yīng)力的聚集和發(fā)散,因此即使有金屬疲勞和細(xì)微的金屬裂紋產(chǎn)生,也會(huì)阻斷裂紋不斷擴(kuò)大,避免結(jié)構(gòu)全面崩潰。因此在飛機(jī)制造上,不但鋁合金或者復(fù)合材料的蒙皮部位以鉚接為主;就是主梁和翼盒這些大框架的鏈接也以鉚釘為主,不過(guò)多以高強(qiáng)度的鋼鉚釘或者鋼螺栓來(lái)代替鋁合金鉚釘和鋁制螺絲。


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