难以替代的铆接工艺,为什么飞机宁愿使用百万颗铆钉,也不焊接?


第一,金属有个特性叫疲劳,焊接部位由于应力集中更容易发生。飞机上的蒙皮部件在飞行过程中的频繁往复变形会使得疲劳快速发生,从而导致金属材料破坏,飞机使用寿命变短。因此铆接比焊接更耐用,也是更可靠的连接方法。

第二,铆接是钢结构最可靠的连接方式。建筑和一般的机械,因为成本和使用要求,采用焊接或者螺栓连接。飞机在飞行时,承受的压力很大,机身材料强度很高。采用焊接或者螺栓连接,因为焊缝质量和螺栓的受力方式,在连接处会降低材料的强度和面积,成为整个机身最薄弱的地方,从而降低机身强度。除此之外,焊接技术也是有缺陷的,接头的强度永远赶不上原材料,而且焊缝一旦出现裂伤,修复起来也非常麻烦,你总不能切了重新再焊一遍。所以焊接的应用场景受限,不是所有地方都适合采用焊接的。

第三,铆接最大的优势是连接处没有应力集中问题,飞机上要么整体件,以现在的工艺水平,焊接件之间的晶格结构差异导致的应力是无法消除的。早年间造船和桥梁的连接都是铆接,现在的重型卡车大梁还在用铆接。

第四,飞机的构造是先铺设横向和纵向的龙骨,龙骨一般都是强度高比较轻的钛合金材料制成,然后再骨架上蒙皮。蒙皮是很薄的铝合金皮(随着新材料的发展也运用碳纤维复合材料),钛合金和铝合金两种熔点不同的材料根本无法焊。温度高了直接点穿铝合金蒙皮,低了钛钛合金骨架熔化不了焊不上,碳纤维复合材料更不用说了。只能用铆钉,铆接最经济适用。

第五,飞机的蒙皮铆接优于焊接。飞机的重要部位雷达,发动机,电子电路,舵机传动系统,起落架舱门安全锁,导航系统部位都是铆接,一但发现那个系统有故障 ,即刻除掉相应位置的蒙皮铆钉,蒙皮取下放好,修好检验无误后 ,再把蒙皮密封铆上,外观看不出修理过。如果是焊接麻烦大了,要确定故障部位,用气割枪割下蒙皮,谁能保证焊火不伤着待修系统蒙皮高温变形?系统检修好后再焊上,视觉上好好的飞机补了补丁。先不说焊缝呈鱼鳞纹,用探伤仪检测有无气泡裂纹,其焊接强度己经很难达到飞机在高空高速低温低压环境下飞行要求。所以铆接蒙皮利大于弊,焊接弊大于利。飞机造价高,培养一名飞行员价钱不屝,哪个国家也不敢开玩笑,把飞机的蒙皮全部用焊接方法,个别地方无关紧要的蒙皮焊接可以的,但要达到严苛的核测标准。

第六,飞机制造中宁愿使用上百万颗铆钉,也不选择焊接的原因是多方面的。从强度和可靠性来看,铆接工艺能够提供非常高的抗拉强度和延展性,这使得它在承受巨大外力时表现出色。此外,铆钉连接的结构在受到冲击时具有良好的抗震性和耐疲劳性能,这对于确保飞机在极端条件下的完整性和安全性至关重要。从维修和替换的角度考虑,铆接工艺比焊接更为方便。如果使用焊接,飞机在维修时可能需要重新焊接整个结构,这不仅耗时而且复杂。而铆接只需要拆下需要更换的铆钉,并用新的铆钉进行更换即可,大大简化了维修过程。另外,虽然焊接可以节省大量金属材料并降低设备投资成本,但其存在应力集中、变形和焊接缺陷等问题,这些都会影响接头的均匀性和止裂性。相比之下,铆接虽然增加了重量和空间,但在航空航天领域,这种额外的重量通常是可接受的,因为轻量化对燃油效率和飞行性能有显著提升。从成本和生产效率来看,尽管使用大量铆钉可能会增加制造和维护的成本,但它们提高了飞机的整体可靠性和安全性,从而确保了在极端情况下的完整性。此外,铆接工艺相对简单,操作方便,质量容易检查和排除故障。尽管焊接在某些方面具有优势,如连接强度较高和节省材料等,但在飞机制造中,由于其对强度、安全性和维修便利性的特殊要求,铆接工艺仍然是不可替代的连接方式。

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