关于航空航天中的轻合金焊接工艺探讨
姜悦
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姜悦,. 关于航空航天中的轻合金焊接工艺探讨[J]. 航空航天学报,2025.1. DOI:10.12721/ccn.2025.157001.
摘要: 随着我国航天飞行的发展,相应的工艺技术也越来越火热,国内航天飞机逐步朝轻盈、安全、性价比例较大,特别是轻合金焊接技术,在航天飞机的应用中得到了广泛的应用。本文介绍在以往之前,对可焊性铝锂合金的研究状况,并对其离子弧焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等进行研究,并对其焊接技术进行探讨。
关键词: 航空航天;轻合金;焊接工艺
DOI:10.12721/ccn.2025.157001
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一、航空材料发展

随着科学技术的发展和飞机飞速发展的今天,人们对材料的需求也日益提高。减少部件质量,减少生产成本,使轻合金在飞机中得到广泛的应用。轻合金可以有效地减少飞机的质量,节省能源,减少成本,提高负担,从而达到经济效益。由于建筑物丰富,大约占地壳重量,因此,一种轻金属,工业用途最广。铝及铝合金材料密度小,强度低,弹性好,易加工成型,耐冲击,耐磨损,耐腐蚀,表面易着色。可循环再生性能好,大量用于生产航空器。焊接在减重、节材、提高生产效率等方面发挥了巨大作用,是轻合金材料中重要的连接技术。铝材的应用促进了铝材焊接工艺的发展,同时也向铝材应用领域拓展了焊接工艺。以下是对铝合金进行焊接的研究。在过去的几年里,中国的航天技术越来越娴熟,改变了传统的铆钉工艺,节省大量的制作经费,并且在构件的质量上也得到了更大程度的使用焊接,而且在整体上也可以更加方便和轻便。并且,航天领域的焊接工艺也因葛洪在轻合金领域的探索和联系焊接技术的广泛研究而有了更大的发展。有利于飞行器实现有效载荷,提高生产效率,靠的是可靠、安全、稳定的轻合金焊接部件。

二、铝锂合金可焊性研究进展情况

铝锂合金在液态运载火箭,载具,仪器舱,导弹舱单等领域起着非常重要的作用。并且,铝锂合金作为承重轴的结构件进行生产,以帮助压缩负荷,抵抗破坏力,因为具有高比强度、低密度、弹性强等显著优势。另一部分,航空航天的飞行器结构件也不再使用传统意义上的铝合金,而是广泛使用铝锂合金,其优点就是重量轻。同时,焊接的过程更有利于导弹弹头壳的强度和刚度,更有利于确保火箭推进剂的稳定,从而将铝锂合金在航空航天中的功效发挥到了极致。其实铝锂合金的研究早在欧美发达国家就已经开始了。轻合金的焊接过程和它的运用。在国内外学者研究较多的热点中,凿焊铝材和铝合金的凿焊就是其中的一大近年来,它的凿焊技术也有了长足的发展。铜焊是以母材的熔点较低的金属材料为凿料,采用液态铣料对母材进行润湿、填平接头缝隙,并与母材进行扩散,从而达到焊接过程,使焊件和镗料加热到比铜材熔点高、比母材熔化温度低的方法来实现连接焊件。铜焊变形小,接缝平整美观,适用于不同材质的精密、复杂及构件的焊接。铜焊又包括软凿和硬凿,温度不超出450C,基体的金属不熔化,不会发生界面上的反应,从而避免了被连接的材料受到高温加热的影响。硬钻焊头具有很高的强度,部分钻头在高温条件下也能发挥作用。

三、钨极惰性气体保护焊接

在有色金属铝、镁及其合金、钛及钛合金等的焊接中,钨极惰性气体保护焊接是最早采用气体保护电弧焊的方法。这些材料容易被氧化。这种焊接方法是利用钨电极与工件之间产生的电弧热熔化母材,并在惰性气体的保护下,将焊丝填满是一种连接的焊接工艺。在焊接过程中,保护气体通过焊枪的喷嘴来不断喷嘴,以防止对钨极、熔池和邻近热感区产生有害影响,电弧附近形成了一个隔绝大气的气体保护层,使其获得高质量的焊接。可以可用氩气和氦气或氩氦混合气体进行保护气体。钨极惰性气体保护焊接适应性强,焊接质量好,焊接范围广,具有良好的焊接性能和良好的焊接性能。

四、熔化极惰性气体保护焊

熔化极惰性气体保护焊是利用氩气或富氩气作为保护介质,采用电弧焊的一种焊接方法进行保护。这种方法最适合焊接有色金属,如铝、铜、钛及其合金等,其焊接质量安全可靠、成本低廉、操作灵活。是焊接技术中应用最为广泛的一种。混合摩擦焊接。搅拌摩擦焊接技术是在压力、推力和挤压压力的综合作用下,采用了一种非耗损的搅拌头,使其高速转动和压进到焊的界面,使其具有热塑性,实现材料的扩散连接,形成紧密的金属间固相连接。它被誉为当代最具革命性的焊接技术,其特点是不会产生飞溅现象,不会产生焊接材料,不会产生气体保护,对焊接材料的破坏很小,对焊缝的热影响面积很小、焊缝强度高。近年来,在航空航天、造船业、汽车制造业等领域,混合摩擦焊的应用未来十分广阔,包括有色金属、复合材料以及铝、镁、铜等异种材料在内的可焊接材料的范围也相当广泛。

4.1对气体进行熔化保护

GMAW的成本在保证焊接熔池、焊接高温金属、金属熔滴等方面并不高,主要是作为电弧介质的一种电弧焊方法,从而达到严格质量的焊接过程。作为目前世界上使用最多的焊接技术,GMAW在火箭燃料储存箱的焊接部件上频频亮相。

4.2钨极气保焊接

与GMAW的低成本不同,GTAW要实现焊接一定要有足够强大的热源,否则同样的热源、同样的资金,GTAW的焊接技术强度也会有一定的损耗。而且,GTAW的作用在飞机管路系统、鱼鳞门、不锈钢、发动机散热片核心等部件的焊接上更加凸显出来。在土星V火箭的燃料储存箱中,光靠GMAW是无法成功实现焊接变形的,要想做出工艺精湛的产品,必须发挥GTAW的作用。

五、结束语

由于铝具有密度小、导电性好、物理化学性能高强好等特点,目前铝和铝合金已经在航空航天、汽车等领域得到了广泛应用。铝材和铝材的焊接工艺相互促进,相互制约,是铝材和铝合金应用范围的必然要求,一定会在铝材和铝合金的应用上可持续发展。

参考文献

[1] 刘楚明. 航空航天用变形镁合金大构件制备关键技术[C]//中国机械工程学会,铸造行业生产力促进中心.2018中国铸造活动周论文集.[出版者不详],2018:48.

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