焊接技術在飛機修理中的應用

王楠楠

摘 要：隨著我國航空業的不斷發展，飛機的研制、生產和維修過程中廣泛采用了多種焊接技術。焊接技術的進步和發展能夠更穩定的保證飛機的安全運行。本文歸納介紹了電弧焊、釬焊、攪拌摩擦焊、激光焊在飛機維修過程中的應用特點以及適用的結構，為更好的研究焊接技術在飛機修理過程中應用提供可靠依據。

關鍵詞：焊接技術；飛機修理；運用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.055

現代飛機研制、生產和修理過程中，焊接已由原來的輔助工藝變成了不可或缺的關鍵技術，甚至成為飛機先進性的一種體現。電弧焊、釬焊、攪拌摩擦焊、激光焊等多種焊接新技術是焊接技術研究發展最為迅速和最有發展前景的方向。時至今日，應用電弧焊修復航空鋁合金和鈦合金材料、應用釬焊修復鈦合金導管斷裂磨損、應用攪拌摩擦焊已在國內外飛機制造過程中使用、應用激光焊修復鈦合金和不銹鋼等材料已經取得了一定的應用經驗。然而，面對于焊接技術與航空工業制造技術的快速發展，各種焊接技術在飛機修理過程中的理論研究和應用工藝研究還有待進一步開展更加深入和廣泛的研究。

1 傳統焊接技術的應用

傳統焊接技術一般指手工電弧焊、混合氣體保護焊、氬弧焊、釬焊等，飛機機體零件的連接大部分被這些傳統焊接技術所主導。

1.1 電弧焊技術

電弧焊焊接技術在飛機上所涉及的材料主要有鋁合金、鈦合金、不銹鋼、結構鋼等金屬材料。鋁合金因具有密度低、耐蝕性好、抗疲勞性能高、較高的比強度與比剛度等優點，成為飛機結構的理想材料。目前鋁合金在飛機上的用量約占六至八成，2099、2199和2196等鋁鋰合金用于A380的地板梁，如橫梁、座椅滑軌、座艙以及應急艙地板結構、電子設備安裝架及角形物，飛機在服役過程中鋁合金結構的零件難免會造成損壞，電弧焊焊接技術能焊接的鋁合金有純鋁、鋁鋰合金、硬鋁合金、鑄造鋁合金和鍛造鋁合金。

鈦合金具有高比剛度、高比強度、耐熱性、抗腐蝕性和損傷容限性能，廣泛的應用到飛機制造中。波音公司生產的787飛機鈦材料的用量約占機體重量的15%，以這樣來計算，每架飛機采用鈦材料約130噸，電弧焊焊接技術能焊接TA1、TA2、TA3、TC1、TC2、TC3、TC4、TB5等鈦合金，在飛機長時間的使用過程中鈦合金結構件以及零部件難免出現一些問題需要重新焊接修復。因此，在飛機修理過程中很多地方會用到電弧焊焊接技術。

1.2 釬焊技術

釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。釬焊變形小，接頭光滑美觀，適合于焊接精密、復雜和由不同材料組成的構件，如蜂窩結構板、透平葉片、硬質合金刀具和印刷電路板等。當前，在飛機制造和維修過程中，有大量系統導管要進行焊接，因釬焊具有對于材料的連接及復雜精細結構件獨特的優越性和靈活性，在飛機裝配過程中導管的焊接多采用釬焊焊接。

近年來，國內外在航空領域廣泛使用釬焊焊接技術。在飛機修理過程中已將釬焊技術應用于飛機鈦合金導管斷裂、磨損等損傷的原位修復。

2 先進焊接技術的應用

2.1 攪拌摩擦焊技術

攪拌摩擦焊技術主要利用一種非耗損、高速旋轉的攪拌頭，插入待焊界面，摩擦加熱被焊金屬界面成熱塑軟化狀態并持續摩擦，摩擦產生的熱使攪拌頭附近的被焊金屬材料溫度升高，當焊接攪拌頭沿著焊接界面向前旋轉移動時，在壓力、推力和擠壓力的綜合作用下實現焊接材料擴散連接，形成致密的金屬間固相連接。

目前，我國自主研制的大飛機貨艙地板和斜臺地板、美國 Eclipse 公司生產的 Eclipse N500中小型商用客機機身基本上全部利用攪拌摩擦焊制造。另外，攪拌摩擦焊技術也應用到新舟系列飛機地板，蒙皮、長絎等結構的連接。攪拌摩擦焊以具有以下優點：焊接質量較高，在不換件修理情況下，能夠達到等強度修理，提高了飛機修理的可靠性；對焊接條件要求低，修理效率高，提高了可維護性，適合于對飛機的快速修理。

2.2 激光焊技術

激光焊接是以激光為熱源進行的焊接技術，激光焊接是利用激光束照射金屬表面，因激光是一束平行光，用凸透鏡或者拋物鏡聚焦光束，可以得到較高的功率密度，通過高功率密度的激光熱源使金屬熔化，同時激光產生的高溫能夠將材料內部的大部分雜質汽化，具有熔池凈化效應，從而使焊縫的機械性能得到明顯地改善和提高[1]。激光焊接作為一種先進焊接技術，具有傳統焊接技術無法比擬的優點，它具有加熱范圍小、接頭性能好、殘余應力和焊接變形小、焊接能量密度高、光束斑點定位準確、熱影響區域小、無污染以及任何腐蝕、激光技術配以計算機控制接口易實現自動化的特點[2]。

激光焊接多用于飛機蒙皮的拼接及蒙皮與長桁的焊接，此外在飛機機身附件的裝配中也大量使用了激光焊接技術，激光焊接已應用于空中客車公司和美國的銀河飛機在大尺寸和超大尺寸有色金屬的拼接上。

激光焊接技術除大量應用于飛機制造領域外，還廣泛應用于飛機結構損傷修復。目前，激光焊接技術、激光切割技術、激光熔覆再制造快速修復技術已開始成為美國飛機等大型國防裝備的低成本、短周期的最重要修理技術之一。我國已將激光修復技術成功地應用于飛機鈦合金機尾罩的損傷修理，發動機葉片局部缺損的熔覆再制造。目前，激光焊接在飛機修理中主要用于鋁鋰合金、鈦合金、鋁合金和不銹鋼材料的焊接修理，尤其是傳統焊接技術修理難以解決的薄板合金材料焊接的修理。

3 結束語

隨著航空工業的快速發展，飛機對新材料的需求日益增多，使得飛機零部件的連接強度要求越來越高。電弧焊、釬焊、攪拌摩擦焊、激光焊等焊接技術的應用解決了很大的問題，但對于日新月異的航空工業還是不夠的，還須更深入的研究焊接技術來實現對各種材料焊接的飛機修理，使飛機的連接更加安全穩定。

參考文獻：

[1]李亞江.高能束流焊接技術現狀及發展[J].航空制造技術，2011（08）：38-41.

[2]楊晉萍，孟勤.國內外激光焊接現狀[J].焊接技術，1991（05）：41-43.