焊接技术在航空航天工业中的应用

冯瑞

摘  要：随着国家经济实力不断增强，在科学技术不断发展的双重保障下，我国焊接技术发展越来越成熟。航空航天工业一直是作为国家实力的一项重要象征存在的，并且在整个航空航天工业中，焊接技术的应用是非常重要的一环，它是制造技术的主要组成部分。因此本文的探析重点就放在焊接技术与航空航天工业之间的应用关系上，以此来进行深入研究。

关键词：焊接技术  航空航天工业  应用  分类

中图分类号：G623                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（b）-0004-03

Abstract： With the increasing national economic strength， under the double guarantee of continuous development of science and technology， China's welding technology development is becoming more and more mature.The aerospace industry has always been an important symbol of national strength and in the entire aerospace industry.， the application of welding technology is a very important link.， it is the main component of manufacturing technology. Therefore，  this  paper  focuses  on  the  application  of  welding  technology  and  aerospace  industry  in  order  to  carry  out  in-depth  research.

Key Words： Welding technology; Aerospace industry; Application; Classification

從技术品种来看，焊接技术属于链接技术中的一环。从其发挥的重要作用来看，在航空航天工业中它的应用范围主要是在一些紧密件制造中作为不可或缺的技术。在现代社会中，焊接技术的应用范围是非常广泛的，这主要得益于新型焊接技术的诸多优越之处，既保证了加工质量又提升了加工效率，还能够做到一些生产材料的节省，在保证质量的同时节省了经济成本，这是其越来越受到青睐的重要原因所在。

1  常见技术分类

通过分析常见的焊接技术，如电子束焊技术、激光焊接、搅拌摩擦焊这3种技术的特点和优势，了解其在航空航天工业中的重要意义。

1.1 电子束焊技术

就目前而言，航空航天工业中常见的焊接技术有以下三类。第一类名为电子束焊技术，这一技术的应用环境较为特殊，必须要在真空环境下才能够进行。在应用这一技术时，所采用的原理是将高速运转的电子流聚焦在一起，接着对所需施工的工件进行缝接[1]。在整个过程中，电子束的动能会转化为热能，能量的有效转化能够实现金属部件的融合。从整个加工流程就能够看出，电子束焊技术是一种高能束流加工技术，与其他焊接技术相比，它的技术优势是非常多的。如能量密度高度集中，焊接的深宽都比较大，在焊接过程中产生变形的概率较小且精密度较高等。这些非常明显的优势使得电子束焊技术在航空航天工业中的应用范围非常广泛。有效的应用这一技术对于航空航天制造业而言起到了非常大的积极意义，它能够在进行一些精密仪器的制造时有效地保证质量和效率。很多零件的减重设计或异种材料难以进行整体加工的困难都能够得到有效解决。这里值得一提的是，在整个航空航天产业当中，零件的焊接是一项高难度的工作，而电子束焊技术就能够很好地对这一难度进行化解。这也就意味着在目前的领域当中，电子束焊技术的地位已经非常牢固了。

1.2 激光焊技术

第二种技术是激光焊技术。与电子束焊技术相比，激光焊技术最大的不同之处就是它在很大程度上需要依靠偏光镜反射装置才能够将这一技术运行下去[2]。它的原理是将激光束聚集在工件上，巨大能量的产生主要是依靠光束。在这一能量的帮助下，工件的熔化和蒸发能够迅速实现。在应用激光焊技术时，所配置的零件设施较为简单。所以说与其他技术相比，激光焊技术的操作难度更低，简单易操作。激光焊技术效果也较为明显，主要有其焊接时能量密度高，精确度高，工件变形小等优势。这一技术在应用时，对于周围的环境没有较多的严格要求。所以说这一技术的应用领域是相当广泛的。这一技术产生的时间较早，在1970年这一技术就已经应用在航空航天工业中。

1.3 搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊技术早在1991年就由英国焊接研究所研发出来了，这项技术的特别之处就在于，它在整个焊接技术发展史上所耗费的时长较短，但它的传播速度却快得令人惊讶。在应用这项技术时，主要依靠的零件是一种非耗损的搅拌头，搅拌头高速旋转之后，进入大焊界面高速摩擦就能够产生大量的热能，从而与被焊金属界面之间产生一种热塑性关系。零件之间的致密金属间扩散连接主要是在外界压力.推力的共同作用下才能够实现的。这项技术的应用特点也非常明确，在焊接时不需要其他材料对其进行辅助，也不会产生各种焊接废物的飞溅。安全性较高，不需要安排格外的气体保护措施，对于零件的损伤也非常小。这项技术在整个世界焊接技术发展史上是一个具有里程碑意义的技术。无论过去还是现在，或者是将来，搅拌摩擦焊技术在工业应用中所具备的潜力都是非常巨大的。

2  具体应用分析

以下对其具体的应用部分进行分析，主要探讨其在发动机燃烧室、波纹管、压力容器中的应用。

2.1 发动机燃烧室

为了能够更清晰地意识到焊接技术如何在航空航天工业中进行应用，在对其进行研究时主要是采取的是以某一焊接技术为例，具体的阐述在各个不同方面的应用研究[3]。本段是以电子束焊技术为例来阐述其研究内容。在科学技术的不断推动下，越来越先进的焊接技术接踵而至，先进的新型焊接技术能够有效解决一些老旧焊接技术无法解决的问题，例如对于航天结构重量的减轻，为飞机发动机综合性能的整体提升贡献出很大的帮助。在常见的焊接技术种类中，电子束焊技术是一种普遍运用且有代表性的焊接技术。电子束焊技术主要应用在以下3个领域[4]。本段主要来详细阐述电子束焊在发动机燃烧室中的应用，发动机燃烧室是整个航空航天结构中较为特殊的部分。其结构组成全部是不锈钢焊接结构和建筑金属，所以在进行这些部件的焊接时，会受到各种物理和化学性能方面的影响。整个焊接工作的难度是非常大的，尤其是在焊接接头处，即容易产生杂质干擾焊接质量。从物理方面来看，如果焊接处存在着很大的焊接应力，接头处出现情况的概率会直线上升。如果没有控制好焊接温度，在高温情况下极易导致电铸层进一步削弱甚至剥离[5]。值得一提的是，在应用电子束焊技术时，金属会对这一技术产生磁场影响，所以在用这一技术之前，首先要做的工作就是及时地对电铸金属进行退磁操作，尽量减少磁场影响。在焊接的过程当中，对于电子束焊机的种类型号也有一定的要求，一般采用高压型电子束焊机，主要是为了避免在焊接时过多热量的产生和变形现象的发生。

2.2 波纹管

在整个航空航天发动机产品系列当中，波纹管组合件起到的作用是不容小觑的，也是电子束焊技术应用的重要组成部分。从波纹管的本身性质上来看，多层金属波纹管属于发动机的密封元件，其优势主要是减少卡滞现象的出现概率，与其他部件相比在对其进行焊接工作时灵活性较强，这也就意味着做好焊接运动的灵活性与质量保障是保证生产的关键所在。在电子束焊技术的帮助下，波纹管的接头强度能够有效增强，所起到的作用是非常显著的，在尽量减少并行现象出现的基本条件之下，焊接的美观度也能够得到很大水平的上升。

2.3 压力容器

最后是关于电子束焊技术在压力容器中的应用研究。在整个工业当中压力容器的功能和用途主要是对各种流体介质进行存储[6]。可以这样说，压力容器的质量好坏直接决定了整个空间系统的稳定性。而决定压力容器质量好坏的影响因素就是电子束焊技术。航空航天工业是一项非常复杂的工业系统，有非常繁多的种类系统，在推进系统中，燃料储备箱和气瓶是十分关键的部件。据以往的故障分析汇总可以看出，故障多发地主要集中在电气瓶的焊接处，所以在进行焊接时一定要对这处进行格外关注。在进行焊接时，常见的应用形式是单面焊双面成型，这样就能够有效地从设备和工艺的角度对焊缝内外表面的缺陷进行削减和控制。近些年来，气瓶也在不断升级换代，复合材料气瓶的数量逐渐增多。

3  结语

结合上文所讲，相信读者对于焊接技术与航空航天工业之间的关系能够有一个更清晰的认识。这两者之间是互补可分的，希望通过本篇浅析能够帮助读者更深入地认识这两者。

参考文献

[1] 方连军，刘晓娟，高献娟.焊接技术在航空航天工业中的应用[J].中国新技术新产品，2016，  000（001）：9-9.

[2] 赵新乐.电子束焊接技术及其应用[J].魅力中国，  2015（32）：175-175.

[3] 李慧，徐荣正，侯艳喜，国旭明.镁锂合金的焊接技术及其在航天领域的应用[J].热加工工艺，2019，48（1）：1-4.

[4] 张洪玮.铝合金载流搅拌摩擦焊接工艺与接头连接机制研究[D].北京工业大学，2019.

[5] 胡延鹤，张玉兰.论激光焊接技术的研究现状及发展趋势[J].内蒙古煤炭经济，2019（17）：166-167.

[6] 杨洋.超声无损检测技术在金属材料焊接的应用研究[J].大众标准化，2020（6）：70+72.

[7] 申琦，余森，牛金龙，汶斌斌，刘少辉，于振涛.植介入用精细金属丝材及其异质材料焊接技术研究进展[J].材料导报，2019，33（13）：2127-2132.