焊接技術(shù)在飛機(jī)修理中的應(yīng)用

王楠楠

摘 要：隨著我國(guó)航空業(yè)的不斷發(fā)展，飛機(jī)的研制、生產(chǎn)和維修過(guò)程中廣泛采用了多種焊接技術(shù)。焊接技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展能夠更穩(wěn)定的保證飛機(jī)的安全運(yùn)行。本文歸納介紹了電弧焊、釬焊、攪拌摩擦焊、激光焊在飛機(jī)維修過(guò)程中的應(yīng)用特點(diǎn)以及適用的結(jié)構(gòu)，為更好的研究焊接技術(shù)在飛機(jī)修理過(guò)程中應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：焊接技術(shù)；飛機(jī)修理；運(yùn)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.055

現(xiàn)代飛機(jī)研制、生產(chǎn)和修理過(guò)程中，焊接已由原來(lái)的輔助工藝變成了不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，甚至成為飛機(jī)先進(jìn)性的一種體現(xiàn)。電弧焊、釬焊、攪拌摩擦焊、激光焊等多種焊接新技術(shù)是焊接技術(shù)研究發(fā)展最為迅速和最有發(fā)展前景的方向。時(shí)至今日，應(yīng)用電弧焊修復(fù)航空鋁合金和鈦合金材料、應(yīng)用釬焊修復(fù)鈦合金導(dǎo)管斷裂磨損、應(yīng)用攪拌摩擦焊已在國(guó)內(nèi)外飛機(jī)制造過(guò)程中使用、應(yīng)用激光焊修復(fù)鈦合金和不銹鋼等材料已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。然而，面對(duì)于焊接技術(shù)與航空工業(yè)制造技術(shù)的快速發(fā)展，各種焊接技術(shù)在飛機(jī)修理過(guò)程中的理論研究和應(yīng)用工藝研究還有待進(jìn)一步開(kāi)展更加深入和廣泛的研究。

1 傳統(tǒng)焊接技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)焊接技術(shù)一般指手工電弧焊、混合氣體保護(hù)焊、氬弧焊、釬焊等，飛機(jī)機(jī)體零件的連接大部分被這些傳統(tǒng)焊接技術(shù)所主導(dǎo)。

1.1 電弧焊技術(shù)

電弧焊焊接技術(shù)在飛機(jī)上所涉及的材料主要有鋁合金、鈦合金、不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼等金屬材料。鋁合金因具有密度低、耐蝕性好、抗疲勞性能高、較高的比強(qiáng)度與比剛度等優(yōu)點(diǎn)，成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)的理想材料。目前鋁合金在飛機(jī)上的用量約占六至八成，2099、2199和2196等鋁鋰合金用于A380的地板梁，如橫梁、座椅滑軌、座艙以及應(yīng)急艙地板結(jié)構(gòu)、電子設(shè)備安裝架及角形物，飛機(jī)在服役過(guò)程中鋁合金結(jié)構(gòu)的零件難免會(huì)造成損壞，電弧焊焊接技術(shù)能焊接的鋁合金有純鋁、鋁鋰合金、硬鋁合金、鑄造鋁合金和鍛造鋁合金。

鈦合金具有高比剛度、高比強(qiáng)度、耐熱性、抗腐蝕性和損傷容限性能，廣泛的應(yīng)用到飛機(jī)制造中。波音公司生產(chǎn)的787飛機(jī)鈦材料的用量約占機(jī)體重量的15%，以這樣來(lái)計(jì)算，每架飛機(jī)采用鈦材料約130噸，電弧焊焊接技術(shù)能焊接TA1、TA2、TA3、TC1、TC2、TC3、TC4、TB5等鈦合金，在飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中鈦合金結(jié)構(gòu)件以及零部件難免出現(xiàn)一些問(wèn)題需要重新焊接修復(fù)。因此，在飛機(jī)修理過(guò)程中很多地方會(huì)用到電弧焊焊接技術(shù)。

1.2 釬焊技術(shù)

釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。釬焊變形小，接頭光滑美觀，適合于焊接精密、復(fù)雜和由不同材料組成的構(gòu)件，如蜂窩結(jié)構(gòu)板、透平葉片、硬質(zhì)合金刀具和印刷電路板等。當(dāng)前，在飛機(jī)制造和維修過(guò)程中，有大量系統(tǒng)導(dǎo)管要進(jìn)行焊接，因釬焊具有對(duì)于材料的連接及復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)件獨(dú)特的優(yōu)越性和靈活性，在飛機(jī)裝配過(guò)程中導(dǎo)管的焊接多采用釬焊焊接。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在航空領(lǐng)域廣泛使用釬焊焊接技術(shù)。在飛機(jī)修理過(guò)程中已將釬焊技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)鈦合金導(dǎo)管斷裂、磨損等損傷的原位修復(fù)。

2 先進(jìn)焊接技術(shù)的應(yīng)用

2.1 攪拌摩擦焊技術(shù)

攪拌摩擦焊技術(shù)主要利用一種非耗損、高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭，插入待焊界面，摩擦加熱被焊金屬界面成熱塑軟化狀態(tài)并持續(xù)摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱使攪拌頭附近的被焊金屬材料溫度升高，當(dāng)焊接攪拌頭沿著焊接界面向前旋轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí)，在壓力、推力和擠壓力的綜合作用下實(shí)現(xiàn)焊接材料擴(kuò)散連接，形成致密的金屬間固相連接。

目前，我國(guó)自主研制的大飛機(jī)貨艙地板和斜臺(tái)地板、美國(guó) Eclipse 公司生產(chǎn)的 Eclipse N500中小型商用客機(jī)機(jī)身基本上全部利用攪拌摩擦焊制造。另外，攪拌摩擦焊技術(shù)也應(yīng)用到新舟系列飛機(jī)地板，蒙皮、長(zhǎng)絎等結(jié)構(gòu)的連接。攪拌摩擦焊以具有以下優(yōu)點(diǎn)：焊接質(zhì)量較高，在不換件修理情況下，能夠達(dá)到等強(qiáng)度修理，提高了飛機(jī)修理的可靠性；對(duì)焊接條件要求低，修理效率高，提高了可維護(hù)性，適合于對(duì)飛機(jī)的快速修理。

2.2 激光焊技術(shù)

激光焊接是以激光為熱源進(jìn)行的焊接技術(shù)，激光焊接是利用激光束照射金屬表面，因激光是一束平行光，用凸透鏡或者拋物鏡聚焦光束，可以得到較高的功率密度，通過(guò)高功率密度的激光熱源使金屬熔化，同時(shí)激光產(chǎn)生的高溫能夠?qū)⒉牧蟽?nèi)部的大部分雜質(zhì)汽化，具有熔池凈化效應(yīng)，從而使焊縫的機(jī)械性能得到明顯地改善和提高[1]。激光焊接作為一種先進(jìn)焊接技術(shù)，具有傳統(tǒng)焊接技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它具有加熱范圍小、接頭性能好、殘余應(yīng)力和焊接變形小、焊接能量密度高、光束斑點(diǎn)定位準(zhǔn)確、熱影響區(qū)域小、無(wú)污染以及任何腐蝕、激光技術(shù)配以計(jì)算機(jī)控制接口易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn)[2]。

激光焊接多用于飛機(jī)蒙皮的拼接及蒙皮與長(zhǎng)桁的焊接，此外在飛機(jī)機(jī)身附件的裝配中也大量使用了激光焊接技術(shù)，激光焊接已應(yīng)用于空中客車(chē)公司和美國(guó)的銀河飛機(jī)在大尺寸和超大尺寸有色金屬的拼接上。

激光焊接技術(shù)除大量應(yīng)用于飛機(jī)制造領(lǐng)域外，還廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷修復(fù)。目前，激光焊接技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光熔覆再制造快速修復(fù)技術(shù)已開(kāi)始成為美國(guó)飛機(jī)等大型國(guó)防裝備的低成本、短周期的最重要修理技術(shù)之一。我國(guó)已將激光修復(fù)技術(shù)成功地應(yīng)用于飛機(jī)鈦合金機(jī)尾罩的損傷修理，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片局部缺損的熔覆再制造。目前，激光焊接在飛機(jī)修理中主要用于鋁鋰合金、鈦合金、鋁合金和不銹鋼材料的焊接修理，尤其是傳統(tǒng)焊接技術(shù)修理難以解決的薄板合金材料焊接的修理。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著航空工業(yè)的快速發(fā)展，飛機(jī)對(duì)新材料的需求日益增多，使得飛機(jī)零部件的連接強(qiáng)度要求越來(lái)越高。電弧焊、釬焊、攪拌摩擦焊、激光焊等焊接技術(shù)的應(yīng)用解決了很大的問(wèn)題，但對(duì)于日新月異的航空工業(yè)還是不夠的，還須更深入的研究焊接技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料焊接的飛機(jī)修理，使飛機(jī)的連接更加安全穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞江.高能束流焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].航空制造技術(shù)，2011（08）：38-41.

[2]楊晉萍，孟勤.國(guó)內(nèi)外激光焊接現(xiàn)狀[J].焊接技術(shù)，1991（05）：41-43.