板金加工

航空宇宙分野における溶接：溶接プロセスとその用途に関する最新の研究レビュー

12月 19, 2024

この記事では、航空宇宙産業における溶接の重要性と、レーザー溶接、ロボット溶接、非破壊検査が、旅客機のフレーム製造、エンジン部品の接合、航空機の溶接品質評価にどのように使用され、業界の仕様や規格に適合しているかを紹介します。

航空宇宙の驚異の溶接：21世紀の金属間接合

溶接は、この分野で非常に重要です。航空宇宙製造業航空機の機体外板を形成するアルミニウム・スキンの接合から、地球大気圏の上層部やそれ以遠の高い圧力と温度に耐える特殊合金を使用したジェット・エンジンの複数のコンポーネントを正確に溶接する用途まで、溶接は厳しい条件下で性能を発揮する構造物を製造する上で非常に貴重です。

ペイロードが増加し、燃費基準が厳しくなるにつれ、航空宇宙ファブリケーターにおける溶接は、より軽量で耐久性の高い航空機を製造するための革新的な接合技術を開発し続けています。この記事では、主翼のフュージョン・ロボット溶接から、主要な業界基準を満たす適切な溶接を保証する非破壊検査まで、さまざまな航空宇宙機能で採用されている高度な溶接技術と技術的品質に焦点を当てます。

高度な溶接技術

溶接は、熱を利用して 2 つ以上の材料、つまり金属や熱可塑性材料を結合させる製造の一形態です。現代産業特有の接合や製造の要求を満たすために、数多くの新しい複雑な溶接方法が生み出されてきました。

アーク溶接

アーク溶接は、最も頻繁に使用される溶接技術の一つです。これは電気アークを利用して、鋼や鋼鉄など様々な金属の接合に必要な熱を発生させます。ステンレス.航空宇宙分野における高度なアーク溶接技術には、次のようなものがあります：

アルゴンシールド金属アーク溶接（ASMW）

タングステンイナートガス溶接(TIG)として知られるGTAWは、高品質な溶接が可能です。摩擦攪拌接合.タングステンの消耗しない電極、成分やろう材と反応しないシールドガスを使用します。その結果、アークの形状により、薄い板の接合や異種材料の接合に使用できます。

ガスメタルアーク溶接 (GMAW)

そのひとつがGMAWで、航空宇宙分野では金属不活性ガス溶接とも呼ばれ、自動送給される電極ワイヤが使用されます。

ミグ溶接

MIG溶接は一般的に、連続ソリッドワイヤ送給システムを採用するガスメタルアーク溶接（GMAW）をカバーしています。大量生産に最適な、高速で柔軟性の高いプロセスです。主なMIG溶接

短絡ミグ

短絡MIGは低電圧を使用し、ワイヤーと被加工物の間を瞬間的に短絡させて電気回路を完成させ、アークを発生させます。薄い金属や板金に適しています。

スプレーアークMIG

電圧とワイヤ送給速度が高い場合、スプレーアーク MIGは短絡モードではなくスプレーモードで金属を送給します。溶接金属を素早く析出させ、自動化された高析出プロセスで使用されます。

TIG溶接

TIG溶接は、消耗しないタングステン電極とシールド・ガスにより、優れた溶接品質と制御を提供します。航空宇宙分野における高度なTIG溶接技術には、次のようなものがあります：

パルスTIG

パルスTIGは、アーク中に電流を急速にパルス化する高度な電源を使用します。超音波溶接航空宇宙分野で使用されています。従来のTIGよりも溶接速度が速く、さまざまな素材のあらゆる位置でスパッタのないきれいな溶接が可能です。

抵抗溶接

接触溶接法は、ワークピースの少なくとも2つの接触部分の間で電流を循環させることにより熱を発生させます。あります：電子ビーム溶接高度な制御システムにより、微細溶接や新しい継手設計が可能になりました。

結論として、航空宇宙技術における溶接の絶え間ない革新は、多くの産業における設計と加工の創造的な可能性を広げました。新素材もまた、信頼性が高く効率的な接合技術の限界を押し広げます。

自動溶接システム

自動溶接システムより高い精度レベルを満たすと同時に、生産圧力に対応しなければならないという絶え間ないプレッシャーにより、自動溶接技術の導入が増加しています。ここでは、航空宇宙分野における主な自動溶接技術をご紹介します：

ロボット溶接

ロボット溶接は、広く理解されているように、ロボットを使用して溶接するプロセスです。ロボットによって一貫性が与えられ、人間工学的に作業者は危険なエリアから保護され、ロボットによって24時間365日の製造が可能になります。航空宇宙分野でのMIG、TIG、プラズマ、レーザー溶接は、自動車ボディやフレーム組立ライン部品、家庭用アプリケーション、チューブ、その他の組立ライン部品でロボットシステムの最も頻繁なアプリケーションです。ロボットによるシームトラッキングは、アクセスが困難な場所での様々な金属蒸着作業において、フレキシブルなパス処方と時間的に同期した調整可能なシーケンスを提供します。

レーザー溶接

レーザー溶接は、コンポーネントを溶接するために、電気アークを集束レーザービームに置き換えます。GTAWでは、熱影響部は小さく非常に狭い一方で、溶け込みは他のプロセスと比べて深いです。レーザーシステムは、熱歪みの量を減らすのに役立つ低入熱を必要とします。一般的な用途レーザー切断自動車製造では、バンパーやシャーシモジュールの製造における金属部材の接合に使用されます。また、ノートパソコン、携帯電話、その他の電子機器の航空宇宙分野でのスポット溶接にも最適です。

プラズマ溶接

プラズマ溶接はレーザー溶接よりも高速で、大気ガス中で電極と被加工物の間に発生する狭窄アークを使用します。イオン化されたガスプラズマは、熱エネルギーを非常に効率的に伝達します。自動車のボディ・ショップでは、ロボット・プラグ溶接を行う前にプラズマ切断を行うのが一般的です。ポータブルプラズマ切断システムは、金属加工溶接作業にも多目的に使用できます。先進のプラズマ溶接技術には、厚い材料に深く溶け込む完全自動のキーホール溶接があります。

自動溶接のメリット

を自動化溶接工程は、手作業に比べて多くの利点があります。ロボットは、一貫性のある再現性の高い溶接を保証し、航空宇宙分野であらゆる位置での溶接を可能にします。変数を継続的に監視および制御することで、溶接の品質が保証されます。自動化された機器は、危険な環境から作業者を遠ざけることで、作業者の安全性も向上させます。自動溶接の精度、速度、ばらつきの低減は、各産業の大量生産に不可欠です。全体として、自動溶接システムは、要求の厳しい加工用途の生産性と部品品質を向上させます。

エキゾチック合金

材料科学は、従来の材料では要求される特性が得られない特殊な用途に最適化された新しいエキゾチック金属合金を開発し続けています。ここでは、新しい人工合金の例をいくつかご紹介します：

航空宇宙用合金

航空宇宙用合金は、ジェットエンジンの応力や航空宇宙部品の高所溶接に適合するように開発されました。チタンとニッケルの超合金は、従来の鋼よりも高い降伏強度と高温での耐クリープ性を持っています。先進的な複合材料もまた、高い強度と重量比のため、金属合金を駆逐し、いくつかの用途で使用されています。

医療用合金

例えば、コバルトクロムやチタンのインプラント用合金は、以下のことを可能にします。医療機器ニチノール形状記憶合金は、腐食や毒性の心配がなく、生体骨組織と安全に一体化することができます。ニチノール形状記憶合金は一定の形状を保持し、低侵襲手術器具に組み込まれています。バルク金属ガラスと呼ばれる新素材は、医療用途に最適な強度、軽量性、生体適合性を備えています。

耐食合金

モリブデン、タングステン、またはニッケルを含む合金は、海洋、石油、およびガス用途に優れた耐塩水性または耐ケミカルアタック性を提供します。クロム、アルミニウム、イットリウムを含む超合金は、化学プラントやパルプ工場で見られる高温の腐食環境に耐えることができます。

微視的レベルでの新しい合金の設計は、材料科学の創造的な境界を広げ続けています。エキゾチック合金は、過酷な条件下での性能と耐久性の限界に挑むアプリケーションの可能性を広げます。

航空宇宙溶接

溶接は、高強度で軽量な材料を確実に接合しなければならない航空宇宙製造における溶接で重要な役割を果たしています。特殊な溶接技術は、危険な状況下でも飛行可能な構造物を製造するために必要です。

機体組み立て

加圧された胴体は、通常、航空宇宙分野で自動化された狭開先溶接を使用して接合されるアルミニウム合金シートで構成され、大型のユニボディ航空機シェルの製造を可能にしています。レーザービーム溶接などの技術は、クリーンで高強度の継ぎ目を提供します。

エンジンコンポーネント

超合金のディスク、シャフト、ベーンを溶接することで、ウォータージェットエンジンは燃焼室内の極端な温度に耐えることができます。回転対称部品を厳しい公差内で融合溶接するには、特殊なTIG溶接法が一般的に使用されます。

ウィングアッセンブリー

主翼は、航空機で最も大きな溶接構造物の一部です。従来のGMAW溶接と高度な摩擦攪拌溶接の両方の技術を使用して、複数のアルミニウム押出材とスパーを接合し、空力荷重でたわむことができる剛性の高い軽量翼を作ります。

入熱や残留応力などの変数を注意深く制御することは、何十年もの加圧サイクルに耐える完璧な溶接を保証するために極めて重要です。全体として、航空宇宙技術における溶接は、航空宇宙産業における溶接のために、大型の金属製機体や信頼性の高いコンポーネントの組み立てを可能にします。

品質管理

NDT手法

染料浸透探傷剤、X線、超音波、渦電流など、さまざまな非破壊検査（NDT）技術は、構造的完全性に影響を与えることなく、航空機の重要な溶接部の欠陥の可能性を評価するために採用されています。NDT技術者は、特に検査結果に精通しており、以下のことが可能です。溶接接続の保証を必要に応じてデザインします。

溶接コード

航空宇宙分野の溶接はすべて、AWSやISOなどの組織による溶接規定で定められた厳格な基準を遵守する必要があります。資格試験は、溶接工と溶接手順が規格に準拠していることを証明し、軽量でありながら耐久性のある飛行構造物に適した、一貫した欠陥のない溶接を保証します。

結論

溶接は、航空宇宙産業全体の製造において不可欠な役割を果たしています。ロボット溶接やレーザー溶接によって機体製造ラインの自動化が進む一方、摩擦攪拌などの特殊技術によって重要部品の完全性が確保されています。先端合金の導入は、高温耐食性などの特徴を通じて構造設計の境界を広げます。すべての溶接が航空宇宙規格に適合していることを保証することは、安全性にとって最も重要であり、専門的なNDT評価と航空宇宙規格の業界溶接の遵守が必要です。航空機の需要が増加するにつれ、航空宇宙製造および接合技術の革新は、より燃費効率が高く、多用途でコスト効率の高い航空機製造を推進し続けるでしょう。民間および軍用航空の将来は、迅速で高品質な溶接ソリューションにかかっています。