先进焊接技术在航空制造中的运用
陈利民
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陈利民,. 先进焊接技术在航空制造中的运用[J]. 航空航天学报,2021.11. DOI:10.12721/ccn.2021.157102.
摘要: 焊接技术是航空制造中的一项重要技术内容,技术的应用效果与航空设备的结构性能有着密切关系,实现焊接技术的合理应用可以降低制造成本,提高生产效益。现代化科学技术的飞速发展也使得焊接技术得到了更新与发展,许多新型焊接工艺被研发出来,能够更好的满足航空制造需要,在提升航空设备结构质量和性能方面起到了重要作用。要明确先进焊接技术应用的必要性,并在实际应用过程中充分发挥技术的作用与效能,以此提高航空制造焊接水平。
关键词: 先进焊接技术;航空制造;应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157102
基金资助:

航空事业在快速发展的过程中对各项设备、装置的制造要求有所提高,向着轻质化、低成本的方向发展。目前航空制造过程中使用的材料、构件比较多,新型材料和结构的使用对焊接技术要求更为严格,这就需要重视对先进焊接技术的研究与应用,了解每种技术的应用要点和适用范围,在航空制造过程中结合现实需要进行合理选择,保证先进焊接技术的应用效果。本文主要对先进焊接技术在航空制造中的运用进行了探究。

1.电子束焊技术

先进焊接技术的使用在提高航空制造水平和推动行业的进一步发展方面起到了重要作用,制造质量和效率得到了明显提升。电子束焊技术是一种较为先进的焊接技术水平,其主要在真空作业条件下进行焊接,利用高速电子流对构件的连接部位进行焊接,在这一过程中实现了电子能向热能的转化,可以保证焊接质量与精度。与以往应用的焊接技术相比这项技术在焊接精准度、深宽度和能量密度方面的优势较为明显,在航空制造领域中的应用价值比较高,其主要应用于发电机的生产制造中,焊接质量比较高。对于一些特殊零件也可以采用这种技术方法进行加工,比如不能进行整体加工的零件和大尺寸构件,采用电子束焊的方式能够优化加工效果。这项技术的可靠性和高效性可以得到保障,能够满足不同材料和零件的焊接需求,在当前航空制造领域的优势作用较为明显,具有广阔的应用前景。

2.线性摩擦焊接技术

所谓线性摩擦焊技术,指的就是一种针对叶盘结构的制造和修理而产生的一种焊接技术。据相关研究结果表明,钛合金整体叶盘采用线性摩擦焊相对于从实体毛坯加工来说所需投入的成本要低很多,此外,这种焊接技术也能够有效缩减制造的周期,所以得到了较为广泛的应用。一般来说,线性摩擦焊接的具体流程是:在焊接压力的作用下,其中一个焊件按照振幅和频率沿直线方向做往复运动,通过摩擦生热的原理来对焊接部位的表面进行加热,当摩擦表面达到黏塑性状态时,立刻停止摩擦运动,并且施以顶锻力,以此来促使焊接过程的高效完成。这项先进焊接技术具有经济性高、制造周期短、工艺简单、成本低、综合性能高的特点,因此有着广阔的应用前景。

3.激光焊接技术

激光焊接技术具有集中性好、速度快、对周围区域影响小、变形小和质量高等特点,在复合材料的焊接加工中取得了良好应用。这项技术与电子束焊接技术都是利用焊接接头进行操作,但是无需在真空环境下进行,工艺优势较为明显,可操作性强,可以根据设备产品的实际焊接需要进行灵活调整。与机械手搭配使用能够实现空间三维焊接,采用这种技术方法代替传统的铆接方式能够减少铆钉的使用,整体重量有所减轻而且还可以保证焊接质量的有效性,减少成本上的投入。目前这种先进焊接技术在发动机机匣、支座等构件的制造中得到良好的应用效果。

4.搅拌摩擦焊接技术

搅拌摩擦焊接技术属一种新型固相连接技术,这项技术在实际应用过程中主要利用搅拌头进行高速旋转使焊接部位表面产生热塑性并在搅拌作用的影响下让不同材料进行重新连接,让不同金属材料之间形成牢固的连接体。在实际操作过程中对材料的质量和性能影响比较小,焊接的质量的强度都可以得到保障。相较于其他技术来讲,这项技术的机械性能良好,可以进行细小裂缝的锻造处理,而且技术应用后对构件的变形影响比较小,能够应用到不同设备和产品的制造中,整体操作流程较为简单,不需要多余的材料进行辅助,整体的应用效益比较高。目前这项焊接技术在部分航空制造企业中得到了良好应用,有效提升了各构件之间的连接质量和效果,降低了制造成本,综合效益优良。

5.扩散焊接技术

扩散焊接技术也是一种先进的焊接技术类型,可以采用加热处理的方式让不同类型的材料进行紧密连接,一般都会了解每种材料的具体熔点后选择合适的温度进行加热,加热后可塑性增强而后采用压力作用的方式让两种及两种以上材料充分接触,然后采用原子相互扩散的方式让材料紧密结合,可以保证整体的牢固性,焊接质量比较高。这种焊接技术在应用之后无需进行后续处理可以直接应用到航空产品的生产制造中,焊接过程中结构发生变形的概率比较低,而且能够利用多个焊头同时开展这项作业。目前这项焊接技术在直升机旋翼制造、飞机大梁和发动机制造中的应用效果比较好。

6.薄壁构件焊接应力和变形控制技术

薄壁构件在进行焊接处理的过程中很容易出现变形情况,如何控制这一问题的产生是当前航空制造行业发展过程中需要重点研究的内容。目前国内外航空领域对这方面的研究力度比较大且取得了一定成果,研发出了许多先进技术能够改善薄壁构件传统焊接中的不足,主要包括预变形技术、焊后滚压技术、静态低应力无变形技术和动态低应力焊接技术等。这些技术可以有效减少和消除焊接产生的应力和变形,已经在航空、航天型号的研制和生产中获得了应用。

7.活性焊剂焊接技术

活性焊剂焊接技术是近年来国内外研究比较多的一种新技术,该技术目前主要应用于TIG焊接工艺过程,即A-TIG焊。A-TIG焊接过程中最明显的特点是电弧收缩、熔深增加。与常规TIG焊相比,A-TIG焊主要的工艺优势还包括:降低焊接热输入量,改善焊缝成形效果,提高焊接效率。由于活性焊剂焊接技术具有改善焊缝成形效果的优点,国内外科技工作者正在尝试将该技术应用于等离子焊、激光焊和电子束焊接工艺中,以解决这些焊接方法焊缝成形差的问题,并取得了一定效果。在耐热高温合金、铝合金和镁合金等新材料的活性焊剂配方研制、活性焊剂药芯焊丝研制以及焊接机理的研究方面获得了初步的成果,但要实现工程应用仍需要开展更深入的研究工作。

结语:要想进一步推动航空制造业的发展,在当前发展形势下就一定要重视先进焊接技术的应用,要顺应行业的发展形式,了解航空制造过程中的焊接需求,实现多种先进焊接技术的引进与运用,解决以往焊接中存在的不足,提升整体的焊接质量和水平。先进焊接技术在具体应用过程中必须要对技术内容有一个详细的了解,在航空产品生产制造期间进行科学运用,提高这项技术的服务水平,为行业发展提供技术支撑。

参考文献:

[1]金凡深.焊接数字化技术及其在航空制造中的运用[J].经济技术协作信息,2019(19):110.

[2]赵清清,黄智勇.先进焊接技术在航空制造中的应用[J].工程技术(文摘版),2016(6):259.

[3]周敬丽.先进焊接技术发展现状与趋势[J].建材与装饰,2015,(25):138,139.

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