【先进焊接技术在飞行器制造中的应用4700字（论文）】

VI先进焊接技术在飞行器制造中的应用TOC\o"1-3"\h\u4574第1章绪论 1301801.1概述 1203041.2中国飞机的发展历史与未来期望 128251.2.1发展历史 1139711.2.2未来期望 213250第2章先进焊接技术在飞机制造中的应用 3104932.1先进焊接技术的研究意义 3323562.2飞机制造中的焊接技术分类 3114182.2.1搅拌摩擦焊 3280762.2.2电子束焊 56472.2.3激光焊 518994第3章结论与展望 7299953.1结论 7287453.2展望 71536参考文献 9第1章绪论1.1概述随着社会的快速发展,现代焊接技术得到了长足的发展,在相关工业领域中得到了广泛的应用。在当今制造行业中,现代焊接技术虽是一门基础技术,但是作用却是不可小觑的。目前,与其他制造技术相比,焊接技术是唯一一种普遍用于金属与合金的连接中并能够产生如此多的附加值。目前,全世界的工业制造业都已经发展到了很高的水平,焊接作为其中重要的环节,引起业内的高度重视。基于此,本文将对现代先进焊接技术对中国飞机制造的发展现状及前景进行深入的分析。1.2中国飞机的发展历史与未来期望1.2.1发展历史在清朝末年，我国航空业就已经开始起步。1910年清政府建立了飞机生产制造厂棚，完成了第一架飞机的组建。但其后直至1949年，由于我国处在动荡时期，不仅相关原材料以及记载设备都需要从外国进口，相关的技术人员也极度缺乏，因此对飞机的制造和维修也是相当困难的。新中国建立后，在党的领导下，我国的航空工业得到动力快速发展，中国也逐渐成为名副其实的航空大国。新中国成立初期，在1951年4月17日，中央颁发《关于航空工业建设的决定》，成立了航空工业管理委员会，标志着新中国航空工业的诞生。中央决定设立航空工业局对相关工作进行统筹管理，并明确了先修理，再制造，再自行设计的长期发展路线。进入改革开放时代之后，我国除了生产强-5、歼-7、歼-8等飞机改型之外，也在积极研制更新型的高性能飞机。80年代末，歼-8Ⅱ歼击机的试制成功，表明我们已经缩小了和世界航空制造水平的差距，并且已经具备设计高性能战斗机的能力了。随着我国经济实力的不断提升，航空交通的需求也在不断凸显。时至2019年，我国成为世界第二大航空运输市场，民航客运占据了整体交通运输的32.8%。旺盛的航空运输市场也同时促进了我国民航制造领域的快速发展。如今，我国除了具有世界领先水平的歼-20、运-20已开始列装外，具有完全自主知识产权的C919也将于2021年底开始交付，这些无不显示了我国航空工业的强大实力。1.2.2未来期望当前，是否具有自身强大的航空工业已经成为了大国的标识之一。未来航空工业的发展势必成为强国发展的主流，因此中国的航空工业将会迎来快速发展期。伴随中国国民经济的快速增长与航空领域相关科技专项实施，以及低空空域管理体系改革和逐步放开，中国在大型客机和商用发动机研制加强的同时，也会进一步加快相关支线飞机产业化、系列化发展，同时促进机载设备以及相关零部件和原材料的协同发展。创新,是航空航天技术发展的重要推动力，该技术的发展过程中体现出明显的创新主体多元化趋势，即形成以相关企业为核心、政府为主导、科研机构和院校为技术依托的创新主体，推动各种技术的发展和应用，同时推动我国航天产业竞争力的逐步提升，向更高层次和更深领域发展[1]。未来伴随材料技术、制造技术和发动机技术等关键技术领域的不断突破，必将推动我国快速实现从航空大国向航空强国的转变。附录A第2章先进焊接技术在飞机制造中的应用2.1先进焊接技术的研究意义想要转变为航空强国，就必须要自己造出大飞机，而大飞机不可或缺的就是先进的焊接技术。焊接是一个从局部的高温或高压条件到冷却的过程，焊接区域由于受到四周工件体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中产生焊接应力和变形，使焊接材料将两块或两块以上的母材连接成一个整体的操作方法。焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代早期的焊接方法主要为铸焊、钎焊以及锻焊，所使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，因此只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。然而时间时代的发展和科技的进步，现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性。另一方面，随着科技的不断进步，提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动化焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以显著提高焊接生产水平，也可以做到改善焊接卫生以及安全因素。从现阶段的焊接技术的发展情况来看,焊接技术在实际应用过程中与现代制造技术、焊接自动化、焊接科学与工程等各项内容进行合理融合【3】。2.2飞机制造中的焊接技术分类焊接技术的性能较为牢靠，能够保持较好的焊接质量，由于航空和航海领域对材料的要求都具有一定的特殊性，相应的特殊的先进焊接技术逐渐应用于航空航天制造领域。目前搅拌摩擦焊、电子束焊和激光焊接技术在航天领域的应用较为广泛。2.2.1搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊是一种利用特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头与工件之间的摩擦来塑性流动，从而使待焊件压焊变为一个整体。搅拌摩擦焊，本质上是一种固相焊接，它需要借助非自耗的搅拌头。首先将待焊工件进行刚性固定，随后将搅拌针高速旋转插入到被焊工件的内部，到轴肩下压到被焊工件内，然后搅拌针沿着焊接方向与工件做相对运动，在摩擦热和可塑形变形热的作用下，焊缝两侧金属在搅拌针的牵引下进行塑性流动，在搅拌针的搅拌和轴肩的锻压共同作用下，形成焊接接头。搅拌摩擦焊的优点：1）固态焊接技术，没有材料熔化；2）高效率，高质量，低成本；3）可以实现多种接头形式的焊接；4）焊件中残余应力低，残余变形小；5）搅拌摩擦焊接头强度高，断裂韧度高；6）焊缝为细晶组织，没有气孔、裂纹、夹渣等缺陷，节省修理费用；7）操作容易，便于实现自动化。搅拌摩擦焊在飞机制造中的应用与优势：首先，搅拌摩擦焊能为飞机设计提供更良好的方法，飞机设计师可以优先考虑商业化的高强铝合金材料从而替代昂贵的复合型材料，并且利用搅拌摩擦焊来实现不同种类铝合金甚至铝锂合金的焊接，从而降低材料的费用和成本。飞机中使用了大量的带筋壁板结构，铆接是传统的制造方法，现在可以利用搅拌摩擦焊焊接批量化的铝合金挤压型材实现飞机带筋壁板结构的高效、低成本制造。其次，在新型大飞机的机身蒙皮结构制造中已经开始用搅拌摩擦焊搭接纵缝代替铆接，这种搅拌摩擦焊的制造方法具有减重和提高结构整体性的优势。第三，飞机的舱门和口盖的搅拌摩擦焊制造。飞机机体和机翼上含有多个舱门、检修和维护窗口以及操作口盖，所有机身开口的部位都需要预成型件来增强开口部位的强度和刚性,这些舱门和口盖外形一般有气动的要求,内部往往有复杂的刚性支撑，利用搅拌摩擦焊和超塑成型复合工艺可以实现此类零件的无铆接头的制造。在中国，中航工业北京航空制造工程研究所中国搅拌摩擦焊研究中心在2004年成功研制了国内首台焊接厚度25mm铝合金结构的搅拌摩擦焊装备，并进行了25mm厚度铝合金构件的搅拌摩擦焊技术开发。此后在2007年又研制成功亚洲第一台重型搅拌摩擦焊装备，开发了重型搅拌摩擦焊主轴系统，研制了系列化的搅拌摩擦焊工具，实现了70mm厚度高强铝合金结构件的焊接。目前该技术已经在中国大型军用运输机、下一代高性能战斗机中得到应用。图2.2.1搅拌摩擦焊2.2.2电子束焊电子束焊接是一种在真空或非真空状态下使聚焦的电子束加速以撞击焊接表面以熔化待焊接工件以获得焊接效果的焊接技术。电子束焊接技术在飞机发动机制造中的应用具有简单和方便的优点。电子束焊接技术自上世纪50年代诞生以来,以其功率密度高、焊接热输入量小、零件变形小、焊后残余应力小、焊缝深宽、焊接接头无氧化、焊缝质量好等特点,广泛应用于航空、航天及原子能等工业领域中。在航空制造业中,电子束焊接技术的应用,大大提高了飞机发动机的制造水平,使发动机中的许多减重设计及异种材料的焊接成为现实,大大提高了发动机的性能和制造水平,同时为许多整体加工难以实现的零件制造提供了一种加工途径。随着现代新型发动机研制的需要,电子束焊接在该领域的应用日益广泛,并显示出很大的优越性。电子束焊接在发动机风扇的制造中的应用在航空发动机低压风扇的制造过程中,为了减轻发动机的重量,新型发动机风扇采用钛合金制造,采用机匣外环与静子叶片电子束焊接的工艺,简化了制造工艺,同时在钛合金的焊接过程中,电子束焊接在真空中进行,完全避免了钛合金在大气中焊接存在的氧化问题,电子束焊接热输入量小,零件变形小,可以实现数控编程一次完成焊接,生产效率高,焊接质量好。采用焊接结构大大减轻了风扇的重量,为了更进一步减重,在保证机匣强度和刚性的情况下,使机匣壁厚减薄。图2.2.2电子束焊2.2.3激光焊激光技术作为当今世界范围内最先进的制造加工技术之一，它在航空航天领域内的应用，对于我国航空航天工业的迅速发展起着重要的推动作用。不管是“天宫一号”目标飞行器，还是之前的“神舟七号”宇宙飞船、“嫦娥奔月”计划、“大飞机”计划、载人航天工程等，都广泛应用了激光技术。一、激光焊接技术在飞机机身制造上的应用：激光焊接相对于电子束、等离子束和传统焊接方法有自己独特的优势，所以激光焊接技术在航空航天领域应用最广泛。目前用激光焊接技术取代传统的铆钉进行铝合金飞机机身的制造可以减轻飞机机身重量近20%，提高强度近20%，如今德国宇航公司MBB、空中客车公司都应用了此项技术。制造飞机机身通常使用铝合金而不用钢铁，是因为铝合金的密度更小。在飞机机身体积不变的情况下，飞机的质量与材料的密度成正比，机身材料的密度越小，制造出的飞机就会越轻，越有利于起飞。纯铝的化学性质过于活泼，极易被氧化，燃点也低，物理性质过于软，虽然延展性好，但是作为承重结构的材料还是不合适，铝合金可以根据使用部位改善配方，以达到需要的效果。二、激光焊接技术在飞机机身制造上的应用优势：激光焊接能量密度高。高功率激光束经聚焦后，焦斑直径很小，因此功率密度很高，比电弧焊高出几个数量级，能焊高硬度、高脆性及高熔点、高强度的材料。激光焊接热影响区和变形区都很小。激光焊接加热及冷却速度极高，其结晶速度比一般熔焊的高几十倍，热影响区很小，材料变形小，无需后续工序处理。焊接不同材料的组合。可对高熔点、高热导率、物理性质差异较大的异种或同种金属材料进行焊接。激光焊接系统具有高的柔性。激光打标，加工与CAD/CAM或机器人联合组成的焊接系统可形成多功能的激光加工系统，焊接速度快，功效高，易于实现自动化。激光焊接由于热影响小、密封性好、适合在真空等特殊环境下加工，因此在航天航空器件中得到广泛应用。激光焊接技术以其优异的热源性能、极佳的变形控制优势及较广的材料焊接适应性，在航空发动机薄壁高精度构件焊接方面独具优势，在航空高温合金、钛合金、钛铝金属化合物等新型材料焊接方面有较大的发展前景。2.2.3激光焊

第3章结论与展望3.1结论在我国仍处于工业占主导行业的状况下，现代先进焊接技术对于工业的推动发展作用是不言而喻的。随着经济技术的发展，越来越多的研究者和科学家将重点放在了探究焊接新材料的角度上，这对于我们现今焊接行业的现状