材料连接技术详解.ppt

材料连接技术Materials Welding and Joining Techniques §3.1 航天航空中的连接技术 * 赵兴科 课程编号：302706 第三章 典型行业中的连接技术 §3-1 航天航空行业 §3-2 汽车工业 §3-3 造船业 行业的特点 行业中连接技术 典型零部件的连接 一、航空航天行业特点? 航空航天行业满足了人类利用技术克服距离、探索自然的愿望。 努力制造出更快、更轻、更强的各类飞行器。 飞行器（飞机、运载火箭、空间站等）通常包括两大部分：主体结构和动力装置。 为了实现更快、更轻、更强的技术目标，促进了新型材料、新型结构以及新型成型技术的发展。 主体结构为减轻自重选用高比强度材料，除高强钢、铝合金、钛合金等金属材料外，复合材料和非金属材料正得到越来越多的应用。 动力装置为实现超常规运行则选用耐高温超级合金材料、陶瓷材料或性能优异的复合材料（金属基或陶瓷基）等。 新结构、新材料对焊接/连接技术提出了严峻的挑战。 在飞行器的结构设计与制造工程中，焊接/连接技术的发展是与飞行器及其动力装置高性能技术指标所决定的选材直接相关。 SU-27、F-15与F-22飞机结构材料的变迁 钢、铝用量减少； 钛、复合材料用量增加。 年代 焊接技术的突破和创新可以提升飞行器的性能，如： 飞机钛合金重要承力构件的电子束焊接和特种氩弧焊技术（穿透焊、潜弧焊等）对于飞行器新型结构的设计作出了贡献； 搅拌摩擦焊的发明极大促进高强铝合金在飞机结构上的应用； 陶瓷/金属的优质连接可以提高喷气发动机的动力、可靠性和寿命。 飞行器制造工程中焊接技术的比例逐渐扩大； 发动机连接技术中焊接占有了主导地位。 飞行器制造工程中的连接技术的变迁 先进的焊接/连接技术已成为实现飞行器的新结构设计构思和新材料选用不可或缺的技术保障。 飞行器上焊接结构的采用已成发展趋势，可显著减轻结构重量，降低成本，提高性能，延长寿命。 二、行业中的连接技术?? 焊接/连接技术在20世纪的后半叶，已发展成为金属材料加工制造业中的一个重要专业学科。 过去机械制造业中钢结构量大、面广的生产是对高效、低成本焊接技术（焊接材料、方法及设备）的主要牵引力。 今后以飞行器为代表的前沿工程科技，正在呼唤焊接/连接科技的新突破。 先进的焊接/连接技术与飞行器制造技术同步发展。 飞行器制造工程中各类焊接方法的变迁 熔焊方法中，弧焊占主导地位，气焊的比例明显减小，高能束的比例不断增大。 电子束与激光束相比有更强的穿透能力，在厚板结构的焊接中占优势。在太空条件下的电子束焊接技术，可望今后成为我国载人航天建造空间站的首选。 电阻焊搭接的接头形式不利于减轻结构自重，应用范围缩小。 固态焊（扩散焊、超塑成形/扩散连接、摩擦焊）则以其独具的优势，而显现出蓬勃生机。 钎焊（含扩散钎焊）技术，由于对基体材料不会造成像熔焊所带来的损伤，在一些新型材料、非金属材料接头的连接被优先选用。 在航空飞机、发动机的研制和生产中，焊接技术已经成为主导工艺方法之一。 先进的焊接技术不仅能减轻飞机、发动机的重量，而且还为航空飞机、发动机结构设计新构思提供技术支持，促进航空飞机、发动机性能的提高。 1 国外航空飞机情况 航空发动机结构中广泛采用了各种焊接技术。 焊接结构件在喷气发动机零部件总数中所占比例已超过50%，焊接的工作量已占发动机制造总工时的10%左右。 苏米格25机体结构的80%（结构重量）是焊接的，焊缝长达4000多米，焊点达到140万个。 米格27飞机大量采用了钛合金材料和焊接技术（60多项发明创新），是其保证飞机性能和减重的决定性因素。 机身整体油箱采用氩弧焊、电子束焊制造的，与铝合金铆接油箱相比，减重24%。 在飞机结构中，机翼支承梁钛合金中央翼翼盒、机翼盒形梁及整体壁板结构等重要的结构上均采用了焊接技术，机身前后梁采用了热等静压钛合金铸件的电子束焊接结构。 全焊接结构的飞机，不仅可省掉重达几吨的密封件，而且与铆接相比，焊接过程更易于实现自动化。 2 国内航空飞机情况 国产飞机图谱 在过去的几十年间，飞机制造厂焊接装备较差，较少采用焊接结构设计。 MD-82飞机仅导管采用感应钎焊、薄板采用TIG焊、电阻点、缝焊外，其余基本无焊接技术应用。 引进的米格27生产权，其机体的焊接组件部件近千件，涉及的零件近万件，几乎遍及整个飞机机体。 通过建线及材料国产化阶段的攻关，对俄罗斯的焊接技术逐渐熟悉掌握。 采用电子束焊接承力框，不仅焊接接头的质量提高，而且免除反复机加工－焊接－热处理的过程，明显提高生产效率和降低成本。 国内发动机行业通过多个型号的实践，焊接技术已取得较大的进步，许多新工艺如电子束焊、线性摩擦焊、摩擦焊、自动氩弧焊、轨迹氩弧焊和弧焊机器人、超塑性成形/扩散连接、等离子弧焊及