板材加工

航空航天应用中的焊接：焊接工艺及其应用研究综述

12 月 19, 2024

在本文中，作者将介绍焊接在航空航天生产中的重要性，以及激光焊接、机器人焊接和非破坏性测试如何用于制造客机框架、连接发动机部件和评估飞机上的焊接质量，以满足行业规范和标准。

航空航天奇迹中的焊接：二十一世纪的金属与金属焊接

焊接在以下工程中至关重要航天制造行业。从连接构成飞机机身蒙皮的铝蒙皮，到使用可抵御地球大气层上层及更高温度和压力的特殊合金精确焊接喷气发动机的多个部件，焊接在制造可在严酷条件下工作的结构方面发挥着不可估量的作用。

随着有效载荷的增加和燃料效率标准的日益严格，航空航天制造厂商不断开发创新的焊接技术，以制造更轻、更耐用的飞机。本文将重点介绍在不同航空航天功能中采用的先进焊接技术和技术质量，从机翼的机器人熔焊到保证焊接符合关键行业标准的无损检测。

高级焊接技术

焊接是一种利用热量使两种或两种以上材料（非金属或热塑性材料）结合在一起的制造方式。为了满足当代工业的特殊连接和制造要求，人们创造了许多新的复杂焊接方法。

电弧焊接

电弧焊是最常用的焊接技术之一。它利用电弧产生足够的热量来连接各种金属，如钢和铁。不锈钢.一些先进的航空航天电弧焊接技术包括

氩气保护金属弧焊 (ASMW)

钨极惰性气体保护焊（GTAW）又称钨极惰性气体保护焊（TIG），它能产生高质量的焊接效果。搅拌摩擦焊.它采用非消耗性钨电极、不与部件和填充金属发生反应的保护气体。因此，电弧的形状可用于连接薄板和粘接异种材料。

气体金属弧焊 (GMAW)

其中之一是 GMAW，也称为航空航天领域的金属惰性气体焊接，在这种焊接中使用的电极丝是自动送入的，焊缝与 SMF 相比具有更高的焊接速度，但它应该用于制造领域的机器人焊接和脉冲焊接。

MIG 焊接

MIG 焊接一般包括气体金属弧焊 (GMAW)，采用连续实心送丝系统。它是一种快速、高度灵活的工艺，是大批量生产的理想选择。一些关键的 MIG 焊接

短路 MIG

短路 MIG 使用低电压，在焊丝和工件之间造成瞬间短路，以完成电路并引发电弧。它适用于薄金属和金属板。

喷弧 MIG

在较高的电压和送丝速度下，喷弧 MIG 以喷雾而非短路模式传输金属。它能快速沉积焊缝金属，适用于自动化高沉积工艺。

TIG 焊接

钨极氩弧焊采用非消耗性钨电极和保护气体，可提供出色的焊接质量和控制。一些先进的航空航天 TIG 焊接技术包括

脉冲 TIG

脉冲氩弧焊使用精密的电源，在电弧期间快速脉冲电流。超声波焊接它比传统的氩弧焊焊接速度更快，可在各种材料的所有位置进行清洁无飞溅焊接。与传统的氩弧焊相比，它的焊接速度更快，可在各种材料的所有位置进行清洁、无飞溅的焊接。

电阻焊接

接触焊接法通过工件至少两个接触部分之间的电流循环产生热量。有以下几种：电子束焊接先进的控制系统实现了微焊接和新的接头设计。

总之，航空航天焊接技术的不断创新拓展了许多行业设计和制造的创造性可能性。新材料也推动了可靠和高效焊接技术的发展。

自动焊接系统

自动焊接系统由于在满足生产压力的同时，还要不断提高精度水平，因此自动焊接技术的应用越来越多。以下是一些关键的航空航天自动化焊接技术：

机器人焊接

众所周知，机器人焊接是指使用机器人进行焊接的过程。机器人可以保证焊接的一致性，从人体工程学的角度来看，可以保护工人远离危险区域，而且机器人可以实现全天候生产。航空航天领域的 MIG、TIG、等离子和激光焊接是机器人系统在汽车车身和车架装配线部件、家用电器、管材和其他装配线部件中最常见的应用。机器人焊缝跟踪可提供灵活的路径规定和可调整的顺序，在难以接近的区域同步执行不同的金属熔敷任务。

激光焊接

激光焊接是用聚焦激光束取代电弧来焊接部件。与其他工艺相比，GTAW 焊接的热影响区较小且非常窄，而熔深较深。激光系统所需的热输入较低，有助于减少热变形量。激光焊接的常见应用激光切割在汽车制造中，它可用于连接金属部件，以制造保险杠和底盘模块。它也非常适合用于笔记本电脑、手机和其他电子产品的航空点焊。

等离子焊接

等离子焊接比激光焊接速度更快，它使用的是电极与工件外壳之间在大气气体中形成的收缩电弧。电离气体等离子体能非常有效地传递热能。汽车车身车间在进行机器人塞焊之前通常会使用等离子切割。便携式等离子切割系统还可用于金属制造焊接任务。先进的等离子焊接技术包括可深入厚材料的全自动锁孔焊接。

自动焊接的优势

"(《世界人权宣言》) 自动化与人工方法相比，机器人焊接工艺具有许多优势。机器人可保证焊接的一致性和可重复性，并允许在任何位置进行航空航天焊接。对变量的持续监测和控制有助于确保焊接质量。自动化设备还能使工人远离危险环境，从而提高安全性。自动化焊接的精度、速度和可变性的降低对各行业的大批量生产至关重要。总体而言，自动焊接系统提高了生产率和零件质量，满足了高要求的制造应用。

奇特合金

材料科学不断开发新的特殊金属合金，以优化传统材料无法提供所需性能的特殊应用。以下是一些新型工程合金的实例：

航空合金

航空航天合金是为适应喷气发动机的应力和航空航天零件的高空焊接而开发的。钛和镍的超级合金在高温下的屈服强度和抗蠕变性都超过了传统钢材。先进的复合材料由于具有高强度和重量比，也被用于一些航空航天领域，从而取代了金属合金。

医用合金

例如，钴铬合金和钛植入级合金可实现医疗器械可安全地与活体骨组织结合，不会产生腐蚀或毒性。镍钛诺形状记忆合金能保持一定的形状，可用于微创手术器械。被称为块状金属玻璃的新材料具有强度高、重量轻和生物相容性好等特点，非常适合医疗应用。

耐腐蚀合金

含钼、钨或镍的合金具有卓越的耐海水或化学侵蚀性，适用于海洋、石油和天然气应用。含铬、铝和钇的超级合金可使部件经受住化工厂和纸浆厂的高温腐蚀环境。

微观层面的新型合金设计不断拓展材料科学的创新边界。量身定制的特种合金为在极端条件下挑战性能和耐用性极限的应用提供了可能。

航空焊接

在航空航天制造中，焊接起着至关重要的作用，因为高强度、轻质材料必须可靠地焊接在一起。需要采用特殊的焊接技术才能生产出在危险条件下仍能正常工作的结构。

机身组装

加压机身通常由铝合金板材构成，在航空航天领域使用自动窄槽焊接将其连接起来，从而生产出大型一体式飞机外壳。

发动机部件

将超耐热合金盘、轴和叶片焊接在一起有助于喷水发动机承受燃烧室内的极端温度。通常采用专门的氩弧焊方法对旋转对称部件进行熔焊，以保证严格的公差。

机翼组件

机翼是飞机上最大的焊接结构。传统的 GMAW 焊接技术和先进的搅拌摩擦焊接技术被用于将多个铝型材和支柱连接在一起，使其成为坚固、轻质的机翼，并能在空气动力负荷下弯曲。

对热输入和残余应力等变量的精心控制是确保焊接完美无瑕、经得起数十年加压循环的关键。总之，航空航天技术中的焊接可为航空航天工业组装大型金属机身和可靠的部件。

质量控制

无损检测方法

无损检测（NDT）技术包括染料渗透、X 射线、超声波和涡流，用于评估关键飞机焊缝中可能存在的缺陷，而不会影响结构的完整性。无损检测技术人员特别了解检测结果，能够保证焊接连接根据需要对设计进行修改。

焊接代码

航空航天领域的所有焊接都必须遵守 AWS 和 ISO 等组织的焊接规范中规定的严格标准。资格测试证明焊工和焊接程序符合规范要求，从而保证焊接的一致性和无缺陷性，适合轻质耐用的飞行结构。

结论

焊接在整个航空航天工业的制造中发挥着不可或缺的作用。机器人焊接和激光焊接提高了机身生产线的自动化程度，而搅拌摩擦等特殊技术则确保了关键部件的完整性。先进合金的应用通过耐高温腐蚀等特性扩展了结构设计的范围。确保每个焊缝都符合航空航天标准是安全的首要条件，这就要求进行专门的无损检测评估，并遵守航空航天规范中的行业焊接标准。随着航空旅行需求的增长，航空航天制造和连接技术的创新将继续推动更省油、更多功能和更具成本效益的飞机制造。商用和军用航空业的未来取决于快速优质的焊接解决方案。