焊接是現代製造業中被廣泛採用的一項工藝,具有速度快、密封性好等優點,在航天、船舶和汽車製造中大顯身手。那麼,飛機在製造過程中能否也採用焊接工藝?答案是否定的。主要原因有如下幾個方面:
01首先是飛機的製造材料造成的在波音787和空客A350XWB問世前,現代飛機的主要製造材料是鋁合金。這種材料有一個突出的特點——焊接效能極差。採用傳統的焊接方式焊接後,焊接區域區域性有應力集中,使得金屬變脆,而且易產生砂眼、氣泡、微裂紋等缺陷,使得結構在這些位置的效能低於非焊接區。這在飛機制造中是不能接受的。
雖然現在也有一些特殊的焊接工藝,比如攪拌摩擦焊接和鐳射焊接,但相關技術過於複雜,而且難以保證工藝穩定性。對於同一種材料來說,越薄越不容易焊接。飛機蒙皮厚度一般只有2毫米左右,即便能夠焊接,難度也會很大,非一般操作人員能夠勝任,不利於飛機批量生產。
波音787和空客A350XWB機體以複合材料為主,這些複合材料是多種單一材料通過複合的方法,再經過特殊工藝製成的,焊接的難度比鋁合金還要大,製造商幾乎不使用焊接。
02其次是飛機的工作特性造成的飛機在高空高速飛行時,機身蒙皮承受的是拉力。發動機在工作時存在振動,同時飛機自身也會產生振動。飛機在每個航班中經歷的各種力都是不斷變化的,會存在疲勞問題。而拉力、振動和疲勞,都是引起焊接效能退化的主要原因。
飛機在這樣的環境中長時間工作,就可能在焊接處萌生細小裂紋。更可怕的是,接下來裂紋會沿著焊縫一直擴大,甚至導致飛機在空中解體,發生機毀人亡的慘劇。而鉚接和螺接具有很好的抗振動、抗疲勞等特點,而且由於有連線孔的存在,天然地具有抗裂紋繼續擴大的能力。
03最後是飛機的使用特性造成的飛機的使用壽命一般都在20年以上,機體內有很多複雜而精密的儀器,在長時間使用過程中,各種器件都有可能出現不同程度的損壞,採用鉚接便於維修和更換。如果採用焊接的話,飛機的蒙皮就要全部進行更換,這樣會增加維修費用和單次維修難度。即便不發生任何裝置故障,也需要定期對飛機進行檢查和維護,包括需要把連線的部位拆開進行檢查和維護。焊接是一種不可拆卸連線,一旦拆開,結構就被破壞了。
那麼,為什麼飛機制造主要採用鉚接,而航空器、造船則基本用焊接?
焊接具有速度快、密封性好等優點,在航天、船舶和汽車製造中大顯身手。鉚接和焊接都是現在製造業被廣泛採用的一項工藝 ,鉚接具有連線變形小,對連線環境要求低,適合薄件連線等特點
主要考慮三個方面,材料特性、工作環境和使用壽命。
材料特性,為保證飛機的重量輕體積大的要求,在波音787和空客A350XWB問世前,現代飛機的主要製造材料是鋁合金。這種材料有一個突出的特點——焊接效能極差。採用傳統的焊接方式焊接後,焊接區域區域性有應力集中,使得金屬變脆,而且易產生砂眼、氣泡、微裂紋等缺陷,使得結構在這些位置的效能低於非焊接區。這在飛機制造中是不能接受的。
雖然現在也有一些特殊的焊接工藝,比如攪拌摩擦焊接和鐳射焊接,但相關技術過於複雜,而且難以保證工藝穩定性。對於同一種材料來說,越薄越不容易焊接。飛機蒙皮厚度一般只有2毫米左右,即便能夠焊接,難度也會很大,非一般操作人員能夠勝任,不利於飛機批量生產。
波音787和空客A350XWB機體以複合材料為主,這些複合材料是多種單一材料通過複合的方法,再經過特殊工藝製成的,焊接的難度比鋁合金還要大,製造商幾乎不使用焊接。
工作環境,飛機在高空高速飛行時,機身蒙皮承受的是拉力。發動機在工作時存在振動,同時飛機自身也會產生振動。飛機在每個航班中經歷的各種力都是不斷變化的,會存在疲勞問題。而拉力、振動和疲勞,都是引起焊接效能退化的主要原因。
飛機在這樣的環境中長時間工作,就可能在焊接處萌生細小裂紋。更可怕的是,接下來裂紋會沿著焊縫一直擴大,甚至導致飛機在空中解體,發生機毀人亡的慘劇。而鉚接和螺接具有很好的抗振動、抗疲勞等特點,而且由於有連線孔的存在,天然地具有抗裂紋繼續擴大的能力。
而航空器主要考慮的是密封性,進入宇宙中在真空的環境下不必須考慮大氣層的摩擦力,連聲音也很難傳遞,共振也是不必考慮的範疇。
使用壽命要求,飛機的使用壽命一般都在20年以上,機體內有很多複雜而精密的儀器,在長時間使用過程中,各種器件都有可能出現不同程度的損壞,採用鉚接便於維修和更換。如果採用焊接的話,飛機的蒙皮就要全部進行更換,這樣會增加維修費用和單次維修難度。即便不發生任何裝置故障,也需要定期對飛機進行檢查和維護,包括需要把連線的部位拆開進行檢查和維護。焊接是一種不可拆卸連線,一旦拆開,結構就被破壞了。
而航天飛行器多數回收利用幾次就廢棄了,所以不必過多的考慮使用壽命和原件更換,所以才有更快更方便的焊接就可以理解了。
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