飞机为何不用焊接用铆钉?原来有很多奥秘(组图)


飞机为什么用铆接不用焊接?
飞机为什么用铆接不用焊接?(图片来源:Adobe stock)

焊接是现代制造业中被广泛采用的一项工艺,具有速度快、密封性好等优点,在航天、船舶和汽车制造中大显身手。那么,飞机在制造过程中能否也采用焊接工艺?答案是否定的。主要原因有如下几个方面:

首先是飞机的制造材料造成的

波音787和空客A350XWB问世前,现代飞机的主要制造材料是铝合金。这种材料有一个突出的特点——焊接性能极差。采用传统的焊接方式焊接后,焊接区域局部有应力集中,使得金属变脆,而且易产生砂眼、气泡、微裂纹等缺陷,使得结构在这些位置的性能低于非焊接区。这在飞机制造中是不能接受的。

飞机为什么用铆接不用焊接?
飞机为什么用铆接不用焊接?(图片来源:Adobe stock)

虽然现在也有一些特殊的焊接工艺,比如搅拌摩擦焊接和激光焊接,但相关技术过于复杂,而且难以保证工艺稳定性。对于同一种材料来说,越薄越不容易焊接。飞机蒙皮厚度一般只有2毫米左右,即便能够焊接,难度也会很大,非一般操作人员能够胜任,不利于飞机批量生产。

波音787和空客A350XWB机体以复合材料为主,这些复合材料是多种单一材料通过复合的方法,再经过特殊工艺制成的,焊接的难度比铝合金还要大,制造商几乎不使用焊接。

如果你看得足够仔细,你会发现飞机外壳的蒙皮上有许多铆钉。
如果你看得足够仔细,你会发现飞机外壳的蒙皮上有许多铆钉。(图片来源:Adobe stock)

其次是飞机的工作特性造成的

飞机在高空高速飞行时,机身蒙皮承受的是拉力。发动机在工作时存在振动,同时飞机自身也会产生振动。飞机在每个航班中经历的各种力都是不断变化的,会存在疲劳问题。而拉力、振动和疲劳,都是引起焊接性能退化的主要原因。

飞机在这样的环境中长时间工作,就可能在焊接处萌生细小裂纹。更可怕的是,接下来裂纹会沿着焊缝一直扩大,甚至导致飞机在空中解体,发生机毁人亡的惨剧。而铆接和螺接具有很好的抗振动、抗疲劳等特点,而且由于有连接孔的存在,天然地具有抗裂纹继续扩大的能力。


工人打孔准备使用铆钉。(图片来源:Adobe stock)

最后是飞机的使用特性造成的

飞机的使用寿命一般都在20年以上,机体内有很多复杂而精密的仪器,在长时间使用过程中,各种器件都有可能出现不同程度的损坏,采用铆接便于维修和更换。如果采用焊接的话,飞机的蒙皮就要全部进行更换,这样会增加维修费用和单次维修难度。即便不发生任何设备故障,也需要定期对飞机进行检查和维护,包括需要把连接的部位拆开进行检查和维护。焊接是一种不可拆卸连接,一旦拆开,结构就被破坏了。

飞机外壳上的铆钉。
飞机外壳上的铆钉。(图片来源:Adobe stock)

航天器中多用焊接

焊接具有速度快、密封性好等优点,在航天、船舶和汽车制造中大显身手。

特别的,航空器中使用焊接,主要考虑工作环境和使用寿命两个原因。航空器主要考虑的是密封性,进入宇宙中在真空的环境下不必须考虑大气层的摩擦力,连声音也很难传递,共振也是不必考虑的范畴。而航天飞行器多数回收利用几次就废弃了,所以不必过多的考虑使用寿命和原件更换,所以才有更快更方便的焊接就可以理解了。

米格-25战斗机的机体部分以不锈钢为主体就是采用不锈钢焊接技术,最大飞行速度3M。
米格-25战斗机的机体部分以不锈钢为主体就是采用不锈钢焊接技术,最大飞行速度3M。(图片来源:Dmitry A. Mottl/维基百科/CC BY-SA 4.0)

不过,焊接在飞机制造中还是有用的。例如前苏联米高扬设计局的米格-25战斗机的机体部分以不锈钢为主体就是采用不锈钢焊接技术,最大飞行速度3M。


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