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        先進焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

        2012-08-15 00:54:11
        科技視界 2012年30期
        關鍵詞:飛機制造航空航天激光

        張 晶

        (天津機電職業(yè)技術學院 中國 天津 300131)

        相比于傳統(tǒng)的焊接技術,目前在焊接行業(yè)所指的先進焊接技術主要包括激光焊、電子束焊和攪拌摩擦焊這3種焊接技術。本文將就這3種技術做一個簡要的討論。

        1 先進焊接技術應用領域

        1.1 在航空領域的應用

        目前各國在飛機制造、航空航天等領域廣泛使用這幾項技術。尤其在飛機制造領域,作為下一代飛機制造的主要連接方法,先進焊接技術替代鉚接技術已經(jīng)成為了趨勢。首先是航空航天材料的革新。高性能、多功能、復合化和高環(huán)境相容性是未來航空材料的發(fā)展趨勢。隨著科技的發(fā)展和對飛機、太空船等使用要求的提高,飛機機體和發(fā)動機材料結構經(jīng)歷了4個階段的發(fā)展,正在跨入第五階段即機體材料結構為復合材料、鋁合金、鈦合金、鋼結構(以復合材料為主)、發(fā)動機材料結構為高溫合金、鈦合金、鋼、復合材料。飛機制造中采用了各種焊接技術。焊接結構件在噴氣發(fā)動機零部件總數(shù)中所占比例已超過50%,焊接的工作量已占發(fā)動機制造總工時的10%左右。

        激光焊廣泛應用于航空航天制造業(yè),特別是武器裝備和飛行器結構制造中,如飛機大蒙皮的拼接、蒙皮與長衍的焊接、機身附件的裝配(如腹鰭和襟翼的翼盒)、薄壁零件的制造(如進氣道、波紋管 等)以及航空渦輪發(fā)動機葉片的修復、合金飛行舵翼焊接、燃料貯箱加強筋條激光焊代鉚等。

        作為一種精密焊接工藝,電子束焊接廣泛用于航空航天工業(yè)多種零部件的加工中,如飛機的結構件(起落架、框、腹鰭等)和發(fā)動機轉子部件、燃燒室機匣高壓渦輪組件以及航空繼電器及波紋管的焊接等?,F(xiàn)在,電子束焊接技術已經(jīng)成為大型飛機制造公司的標準配置,是制造飛機主、次承力結構件和機翼骨架的必選技術之一,也是衡量飛機制造水平的一把標尺。

        攪拌摩擦焊在航空航天業(yè)的應用主要包括以下幾個方面:機翼、機身、尾翼;飛機油箱;飛機外掛燃料箱;運載火箭、航天飛機的低溫燃料筒;軍用和科學研究火箭和導彈;熔焊結構件的修理等。

        由以上資料可以看出,隨著新材料、新技術的出現(xiàn),在航空航天領域,先進焊接技術這逐漸取代傳統(tǒng)制造技術而成為主流發(fā)展趨勢。

        1.2 在汽車制造領域的應用

        電子束焊接主要用于變速箱齒輪、行星齒輪框架、后橋、汽缸、離合器、發(fā)動機增壓器渦輪等部件的焊接。焊接熱處理強化或冷作硬化的材料是,接頭的力學性能不發(fā)生變化。同時,可以焊接內部需保持真空度的密封件、靠近熱敏元件的焊件、形狀復雜且精密的零部件,也可以同時施焊具有兩層或多層接頭的焊件,這種接頭層與層之間可以間隔幾十毫米。

        激光焊技術主要用于車身拼焊、框架結構和零部件的焊件。激光拼焊是指在車身設計制造中,根據(jù)車身不同的設計和性能要求,選擇不同規(guī)格的鋼板,通過激光裁剪和拼裝技術完成車身某一部位的制造。激光拼焊具有減少零件和模具數(shù)量,減少電焊數(shù)目,優(yōu)化材料用量,減小零件重量,降低成本,提高車底剛度和制造精度等優(yōu)點。激光焊接的零部件,無焊接變形,焊接速度快,不需要焊后熱處理,激光焊接已廣泛應用于變速器齒輪、車閘和保險桿。車門鉸鏈等零部件的焊接。

        目前,攪拌摩擦焊在汽車制造工業(yè)中的應用主要為:發(fā)動機引擎和汽車地方車身支架,汽車輪轂,液壓成型管附件,汽車車門預成型件,轎車、旅行車、卡車、摩托車等的車體空間框架,載貨車的尾部升降平臺汽車起重器,汽車燃料箱,公共汽車,和機場運輸車,鋁合金電梯,鋁合金汽車修理等。

        2 技術創(chuàng)新的趨勢

        目前的設備主要用于航天、軍工、船舶、交通等關系國計民生的行業(yè),隨著各種技術尤其是先進連接技術的創(chuàng)新,會逐漸進入到普通民用工業(yè)領域。有如下3個趨勢:1、小型化。2集成化、3、信息化:

        2.1 小型化

        隨著各種新技術的涌現(xiàn)和融合,這些應用于大型結構的設備將不斷的小型化以適應普通的生產(chǎn)需求。同時還可以在同等工作要求下精簡設備、降低成本,使普通的小企業(yè)也可以享受這種高效、優(yōu)質的技術。激光輔助攪拌摩擦焊(LAFSW),就是在焊前通過激光進行輔助加工,得到滿意效果,還可以加工非金屬和不導電的材料,大大擴大了該技術的使用范圍。同時,還可以將已有焊接技術進行嫁接,以期達到更佳效果。目前,已有文獻稱將等離子弧成功應用于攪拌摩擦焊的輔助工藝。

        2.2 集成化

        現(xiàn)在主流的先進焊接技術大部分都是獨立運行,很少與其他的焊接技術一同使用。這一狀況將逐步扭轉。先進焊接技術固然設備龐大,運行復雜,但是如何能加大與其他技術的配合,如普通的焊接方法、焊接檢測技術、表面處理技術等,將使該設備和技術有更廣闊的應用空間,同時提高了生產(chǎn)效率。例如,在生產(chǎn)完成的同時就可完成檢測等后續(xù)工作,一但發(fā)現(xiàn)問題可立刻糾正。這樣就避免了重復操作帶來的損失。

        2.3 信息化

        隨著計算機技術的進一步應用與結合,將有著大量的實驗數(shù)據(jù)和結論共大家參考。于是,我們可以基于網(wǎng)路信息的平臺,運用諸如云計算一類的技術,建立龐大的經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫,使大家對先進焊接技術實現(xiàn)經(jīng)驗化的使用。整個行業(yè)共同針對該技術研發(fā)一套專業(yè)數(shù)據(jù)庫,形成行業(yè)標準。使得對各種材料和各種工藝要求可以有不同的參數(shù)可供選擇,具體如焊前處理、焊接參數(shù)、焊接檢測與監(jiān)控、焊后處理四個模塊。使我國工業(yè)整體上水平,達到產(chǎn)業(yè)升級。

        3 結語

        焊接作為一種傳統(tǒng)技術又面臨著21世紀的挑戰(zhàn)。一方面,材料作為21時間的支柱已顯示出:5個方面的變化趨勢,即從黑色金屬向有色金屬變化;從金屬材料向非金屬材料變化;從結構材料向功能材料變化;從多維材料向低維材料變化;從單一材料向復合材料變化。新材料的連接對焊接技術提出了更高的要求。另一方面,先進制造技術的蓬勃發(fā)展,正從信息化、集成化、系統(tǒng)化、柔性化等幾個方面對焊接技術的發(fā)展提出了越來越高的要求。先進焊接技術將逐步實現(xiàn)上述要求,提升整個制造業(yè)水平。

        [1]李亞江,吳娜.先進焊接技術在航空航天領域中的應用[J].航空制造技術.2010(9).

        [2]航空航天先進特種焊接技術應用調查報告[J].巖石航空制造技術.2010(9):58.

        [3]曹朝霞,主編.特種焊接技術[M].機械工業(yè)出版社,2010:8,31.

        [4]徐濱士,劉世參,等.表面工程[M].機械工業(yè)出版社,2000,6.

        [5]張晶.攪拌摩擦焊研究現(xiàn)狀及創(chuàng)新設想[J].科技信息,2011,11.

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