浅析钛合金焊接技术在飞机生产中的应用

摘 要：随着人们对金属材料的研究，钛合金在航空航天技术制造领域得到了普遍的应用。钛合金有着其他金属材料无法比拟的优点，材料密度小且强度高。要提高连接部位的承载能力，则可以采用钛合金焊接技术，不但可以保证结构一体化，而且可以保证焊接处连接的强度，还提高了材料的利用率。采用钛合金焊接加工出来的零件形状结构可以是多种多样的，这可以推动钣金行业的发展。我们需要在现有钛合金焊接技术基础上，继续研发新的钛合金焊接方法，以保证飞机的设计要求。

关键词：飞机生产；钛合金；焊接技术；承载力

引言

中国航空航天技术进展迅速，二十世纪以来，航空航天事业取得重大成功，这一成功一方面说明人们可以通过卫星等‘看’到其他星球，并了解其上的能源结构等，另一方面说明航天事业改善了人们的生活出行方式。

航天航空行业经过一个多世纪的发展，组件发展成规模庞大，实力雄厚的产业。航天事业在材料的应用上也经历了相当长的阶段，随着新材料的开发应用，各种材料层出不穷，其中钛合金材料在航天航空中具有不可比拟的地位，这种材料结合了多种材料的优点，密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀的特性决定了它的应用范围。钛合金作为航天产业唯一必不可少的材料，其发展越来越受重视，同时也会促进航空航天产业的发展。

钛合金焊接技术是解决外形结构制造的重要技术，焊接环境多种多样，应该不断创新提高钛合金焊接技术，以便在各个环境下都可以进行焊接。焊接技术的发展，决定着先进战斗机等机型外形结构的创新设计，先进的钛合金焊接技术可以推动航空航天产业的快速发展。

1 飞机钛合金焊接结构的技术优势分析与思考

1.1提高连接处承载能力及减轻连接处质量

钛合金焊接技术一方面可以保证结构的完整性，另一方面可以提高承载能力。焊接可以代替如螺栓连接、铆钉连接的连接方式，从而达到减重的目的。常见的焊接形式有：点焊接头、T形接头、对接接头。点焊接头、T形接头在焊接应用时易造成应力集中。应力集中问题会降低机械连接的寿命，在焊接工艺中，主支撑结构应采用第三种焊接方式，即采用对接接头进行焊接。对接接头焊接形式，不仅可以保证焊接后机械结构的完整性，还可以提高连接部分的承载能力及寿命。

1.2提高材料利用率并代替整体锻造

某些采用钛合金的零件若形状较为简单，则可以通过整体锻造实现，相对复杂的结构，则可根据锻造现实条件决定是否通过锻造制作。某些不可能直接通过锻造实现的结构，则通过锻造和焊接相结合的方式进行制作，这种加工方式具有良好的技术优势。焊接接头的强度相对于直接锻造的强度降低10%左右，因此，应对薄弱部分进行补强处理。对于应力水平较低的焊接接头，焊后可以消除应力集中现象，这样出现薄弱的部分就不再是焊接接头部分，而是结构中的倒角、转角部分。这样，整体锻造用焊接结构来替代，则不会造成结构性能方面的影响。

对薄弱部分进行补强时，会增加整体重量。通过对某飞机主承力框结构进行分析，部分连接采用的焊接结构相比全采用锻造一体成型来说，质量增加了0.2%，由数据可见，该处增重可以忽略不计。从零件加工材料利用率和加工工期来看，对于结构复杂的零件宜采用锻造+焊接相结合的技术，采用焊接技术可以提高零件利用率，并且还不会降低材料的机械性能。焊接部位的选择是决定焊接质量及加工难易程度的关键因素，因此，整体结构的工艺设计需要具备一定的飞机结构设计水平及焊接能力。

1.3具有多样化的连接部位结构形式

对于结构较为复杂或者外形尺寸较大的零件，整体无法直接进行锻造或者铸造的零件，可以采用钛合金焊接技术来实现。焊接技术还能完成机械连接不能完成的运动机构、配合精度、装配空间以及设计空间方面的要求。

2 钛合金焊接结构应用发展思考

在大型军用飞机设计中，为了满足飞机的尺寸、载荷要求以及速度要求，生产单位将要面临高质量、高强度、高寿命、高可靠性的大型零件设计以及制造问题，这其中关键问题在于相关零件所用材料的发展以及不断创新的工艺技术。现在的飞机设计，是采用引入关的损伤容限设计、疲劳耐久性分析等新方法和思路。在飞机设计中采用钛合金材料，主要是研究钛合金的成型方式，以及其优良的焊接性能，钛合金具有耐高温性能，可以在低温、高温和常温环境中使用，钛合金还有耐腐蚀的性能，可适合复杂多变且具有腐蚀风险的环境。

钛合金焊接技术仍面临的问题有：如何选择良好焊接性能的材料、确定怎样的焊接工艺流程、不同载荷下接头的力学性能。随着人们对钛合金材料及其力学性能的研究，解决了钛合金的应力集中敏感性强、韧性不足、耐腐蚀性差、焊接缝组织晶粒粗大等问题，还解决了不同环境下焊接钛合金接头并保证其焊接强度的问题。快速、精湛的焊接技术，可以缩短焊接准备时间，有利于对出现问题的及时处理。我们不应仅仅满足于现在的钛合金焊接技术，还需要在此基础上进行研究实验，创新出新的焊接方法，满足飞机对于材料结构的需求。

3 结语

当前钛合金材料快速发展，同时带动着钛合金焊接技术的发展，这些发展和变革引起了飞机结构的发展，钛合金材料及焊接技术在飞机生产制造中起着十分重要的作用。相对于国外航天航空产业，我国对钛合金焊接技术的研究还有一定差距，特别是通过计算机辅助制造进行的焊接技术方面。因此，我们应该多借鉴国外焊接技术成功的经验，不断提高我国对钛合金焊接技术的研究，将钛合金焊接技术大量应用在飞机的外形结构生产技术上，推动我国航空航天产业的快速发展。■

参考文献

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