 金属材料结构主要连接形式 金属的连接方式按连接后是否可以拆卸可以划分为两大类，即可卸连接和不可卸连接，其具体主要包括螺栓连接、铆钉连接、黏接和焊接等四种。其中，螺栓连接为可卸连接，其余三种均为不可卸连接，而螺栓连接和铆接又称为机械连接。 焊接特点及主要缺陷 目前主要焊接方法有电阻焊、钎焊、电子束焊、激光焊以及摩擦焊接等多种工艺，各种工艺具体成型效果（焊缝强度、表面质量和变形、焊接缺陷等）和效率存在差异，但在总体上具备下列特征： 主要特点： 1. 连接性能好，可以方便地将板材、型材或铸锻件进行组合焊接，有利于制造大型结构件，同时，焊接还可以将不同形状及尺寸甚至不同材料连接起来，从而达到降低重量，节约材料的目的； 2. 焊接结构刚度大，整体性好，同时又容易保证气密性及水密性，所以特别适合制造高强度、大刚度的中空结构； 3. 焊接生产可适应不同要求及批量的生产，另外由于焊接规范参数的电信号容易控制，容易实现焊接自动化，因此在汽车制造业中点焊机械手、弧焊机器人得到了广泛应用。 主要缺陷： 然而，除了以上优势或特点外，焊接工艺也普遍存在各种缺陷如：气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹、凹坑、咬边、焊瘤等，而这些加工缺陷对主要以疲劳耐久性和损伤容限性能作为设计驱动的结构是致命的和无法容忍的。几种典型的焊接缺陷如下图所示：  机械连接特点 航空用机械连接主要包括铆接和螺栓连接。在螺栓连接中，又以大量采用特殊的高锁螺栓而著称。高锁螺栓是利用螺栓的过盈量与螺母造成干涉配合和较高预紧力的组合作用来提高接头疲劳强度的一种螺栓。安装时螺栓从孔的一侧插入，在另一侧拧紧套环，当达到一定拧紧力矩后，套环从凹槽部位断裂，安装方便快捷。  铆接连接主要特点： 1. 铆接连接强度较高，紧密性好，在承受冲击载荷时较为可靠，不易松动； 2. 适用于对厚度较薄的被连接件进行连接，连接变形小，对连接环境要求低； 3. 铆接连接成本较低，效率较高、噪音小、操作简单。 焊接尚未大量应用原因 飞机服役场景要求： 飞机尤其是民用客机在一个完整的飞机过程中，需要承受地空地循环、机动、突风、滑行、座舱增卸压等多种疲劳载荷，而在全寿命周期服役中则需往复承受上万次上述疲劳载荷。飞机蒙皮结构往往较薄，常见金属蒙皮在2mm左右，焊接难度大，螺栓连接不适用于过薄的被连接件，铆接连接则较为合适。同时，焊缝区域强度较被焊接材料强度较低，而焊接工艺常见缺陷导致被连接结构对疲劳载荷极为敏感，极易造成初始缺陷在疲劳载荷作用下萌生裂纹，进而裂纹快速扩展导致结构失效，无法满足损伤容限设计要求，甚至造成空中解体等严重的安全事故。而配合铆接结构，机身蒙皮止裂带的运用对于降低蒙皮应力水平，提高抗疲劳裂纹扩展能力，保证飞机结构的破损-安全特性十分有效。 飞机材料体系要求： 当前飞机金属蒙皮壁板结构大量采用2XXX系铝合金，该系铝合金可焊接性能较差，而较为先进的飞机则大量采用复合材料作为机身蒙皮材料，由于复合材料不能进行焊接连接，往往需要采用与金属结构混杂连接的方式。因此，从结构选材角度，焊接方式也难以应用。 飞机可维修性要求： 无论军机或民用客机都需要进行定期维护和检修，这其中包括对蒙皮包裹的机体内部结构和设备进行检修，飞机蒙皮本身在飞行中也极易遭受鸟撞、砂石飞溅等造成的表面冲击损伤，而焊接结构属于不可卸连接，不便于对机体结构进行拆卸、检修、维修和更换。 与之相对，铆接工艺对以上要求均可满足，叠加航空领域开发的自动钻铆工艺，极大的提高了铆接工艺质量稳定性和加工效率，直接导致了该工艺的大量采用。  结语 飞机结构设计需要为“减轻每一克重量而奋斗”，因此对可以实现结构减重的新技术、新工艺和新方法需要持续进行探索，无论对于复合材料或是金属材料整体化结构和一体化制造都将成为有效的减重途径。目前，空客和波音公司已探索对部分壁板结构进行焊接连接并实现装机尝试，从而通过减少机械连接紧固件的应用实现结构减重。未来，国产民机也许可以在部分以静强度设计为驱动的结构上先行进行焊接工艺的探索。然而，任何先进的设计和技术改进的前提一定是保障人民生命财产安全，这一点是毋庸置疑的。  |
|
|
