瀚海狼山:飞机制造为何很少用高效的焊接技术?
2019-11-29 17:48:06
现代化的造船工艺,几乎是焊接一统天下,即使非钢材材质建造的船舶也大多采用了焊接工艺建造完成。焊接技术具有速度快、密封性好等优点,在航天、船舶和汽车制造中都是主流。甚至可以用焊接机器人代替焊接工人,来提高焊接质量和生产效率。那么在和造船工业几乎看齐的飞机制造工业中。是否也可以用焊接工艺淘汰铆接工艺呢?答案可能会让很多人失望。当代最先进的飞机无外乎是5代隐身机。隐身机都知道使用了隐身涂料或者隐身整体蒙皮。远观似乎是工艺一体成型非常先进。过去很多年全球观众似乎也是这么认为的。不过随着美国之外的其他大国也逐步掌握了隐身技术和推出和美国的五代机同样工艺水平技术同步的机型。导致美国军方本身也懒得再对外掩饰五代机的蒙皮。全球观众这才发现。原来所有五代战斗机或其他隐身机。
隐身涂层之下,原来也是密集的铆钉。过去看着好像外星工艺一样的先进,不过是出门见人前,隐身涂层的腻子或者说是粉底打的厚了一点,遮盖了铆钉而已。现在一旦机老珠黄或者维护的稍微懒惰一点,这满身的铆钉和过去几代飞机的蒙皮一样明显了。这说明当代最先进的飞机制造,铆接工艺仍然是无处不在。实际上焊接工艺在飞机建造上也存在。因为飞机不仅仅有一个轻质材质的蒙皮和外壳,他内部还有受力大梁、翼盒和主要的骨架。这些主承力结构大多采用高强度钢材或者钛合金制造,因此会在个别的地方用到少量的焊接工艺连接。当然,当代的飞机为了结构强度,多强调主承力结构一体化成型。因此锻造、铆接甚至3D打印成型的主框架,远远多于用焊接成型的。至于外观可见的飞机的蒙皮和座舱等部分,则多用铆接工艺。
为何飞机的蒙皮仍然以铆接为主?主要原因在于不论是过去以铝合金为主的飞机蒙皮材料还是当代更高档的复合材料。他们焊接的效果都很差。而且越薄的材料的焊接效果就越差。不论什么材料的焊缝,最怕的一点,就是焊接区出现应力集中,容易发生长时间的共振和冲击。而飞机在空中高速飞行,蒙皮和主要的迎风面,恰恰是气流冲击最严重,强烈共振效应无时无刻不在的区域。因此焊接蒙皮根本就承受不住。用铆接工艺就可以轻易的克服这些严重的隐患。飞机在高空高速飞行时,机身蒙皮承受的是拉力。瀚海狼山认为不论是螺旋桨发动机还是喷气发动机都会有强烈的振动,高速气流的冲击也会让飞机自身产生一定频率的振动。而且这些振动和拉伸是随时不断变化的。拉力、振动和金属疲劳,都会引起焊缝承受不住而出现裂缝和开焊。微小的裂缝一旦产生,裂纹会沿着焊缝一直扩大。一旦大面积的开焊,轻则飞机外蒙皮脱离,重则出现承力结构开裂而导致飞机在空中翼面脱离,后果都是很严重的。
而铆接工艺由于有铆接孔和铆钉分散振动和应力的聚集和发散,因此即使有金属疲劳和细微的金属裂纹产生,也会阻断裂纹不断扩大,避免结构全面崩溃。因此在飞机制造上,不但铝合金或者复合材料的蒙皮部位以铆接为主;就是主梁和翼盒这些大框架的链接也以铆钉为主,不过多以高强度的钢铆钉或者钢螺栓来代替铝合金铆钉和铝制螺丝。