航天工業中鋁合金焊接工藝的研究

朱錫川，陳 寧，楊光偉，項 陽

（1.首都航天機械有限公司，北京 100076；2.北京宇航系統工程研究所，北京 100076）

近年來，隨著科技的進步和航天工業的發展，使用傳統的鉚接技術已經不能夠滿足現在航天工業的要求，傳統的鉚接技術已經被焊接技術所替代。目前，焊接技術在航天制造和材料加工的過程中占據至關重要的地位[1]。

但是，隨著航天新材料的出現，傳統的焊接技術也已經不能夠滿足現在航天工業的需求。為了保證新材料及其新結構能夠在航天產品中發揮預期的作用，越來越多的新型焊接技術被廣泛應用在航天制造中。

1 焊接技術的研究與應用

焊接指的是將兩種或兩種以上相同或不同種類的材料以原子或分子間擴散和結合的方式永久地、牢固地連接為一個整體[2]。通過焊接技術連接材料可以節省材料，簡化構件整體的加工工序，提高生產效率。在航天工業中，焊接技術的使用不僅能夠使航天器的質量減輕，還能夠進一步提高航天器發動機的性能。在航天工業制造過程中采用了各種各樣的焊接技術。其中，在噴氣發動機零部件中，有50%的是通過焊接完成的，而且在航天工業制造中，有10%的工時花費在焊接上。因此，可以說焊接技術是現代航天工業乃至整個制造業中必不可少的工藝過程。

目前，國內外使用的新型焊接技術主要有電子束焊接技術、激光焊接技術和攪拌摩擦焊接技術等，其中，電子束焊接技術應用最為廣泛[3]。

2 焊接工藝參數的研究

在航天工業乃至整個制造業中，焊接是一套必不可少的工藝，焊件的質量水平尤其決定著該焊件能否在工作中充分、全面地發揮其作用。因此，選擇合適的焊接工藝參數對制造出合格的產品是非常重要的。本節主要研究焊接工藝參數與焊縫氣孔數的關系。

試驗所采用的母材為3061-T6鋁合金薄板，化學成分如表1所示。此次試驗采用的焊接技術為電子束焊接技術。

2.1 氣孔數目的計算

氣孔是由溶解在金屬中的氣體或者在焊接過程中產生的氣體所形成的氣泡被凝固的金屬包圍所形成的，它屬于焊接工藝中一種常見的現象。在實際的焊接過程中，常常在焊縫中有各種各樣的氣孔出現，有的存在于焊縫的內部，而有的存在于焊縫的表面。氣孔數即為焊縫中氣孔所占的體積與總焊縫質量的比值，氣孔數的計算公式如式（1）所示：

式（1）中：n為該焊縫中氣孔的數量；di為焊縫中氣孔截面等效圓的直徑；m為該焊件中焊縫的質量。

2.2 試驗結果

試驗表明，當焊接速度小于0.7 m/min時，焊縫中氣孔的數目隨著焊接速度的加快而增加。此情況是因為隨著焊接速度的加快，冷卻速度也在加快，焊縫中的氣泡還來不及擴散就被凝固在金屬中。

當焊接速度大于0.7 m/min時，焊縫中的氣孔數目隨著焊接速度的加快而減少。這種情況主要是因為焊接速度過快，使焊縫中的氣孔還來不及聚集金屬就凝固了，所以氣孔隨著焊接速度的加快而減少。

隨著熱輸入值的增大，焊縫中氣孔的數目減少，這主要是因為隨著熱輸入值的增大，焊縫深度和寬度的比值減小，從而使焊縫中的氣泡更容易擴散出來。

3 總結

近年來，隨著航天工業的發展和各種新型航天材料的不斷涌現，先進焊接技術在航天制造工業中扮演著更加重要的角色。本文著重介紹了航天工業的焊接技術。在采用電子束焊接技術焊接鋁合金的基礎上研究了焊接工藝參數與焊縫中氣孔數的關系，并得出以下結論：焊縫中的氣孔數隨著熱輸入能量的升高而減少，焊縫中的氣孔數隨著焊接次數的增加而減少；當焊接速度小于0.7 m/min時，氣孔數隨著焊接速度的加快而增加；當焊接速度大于0.7 m/min時，焊縫中的氣孔數隨著焊接速度的加快而減少。

［1］ 李亞江，吳娜.先進焊接技術在航空航天領域中的應用［J］.航空制造技術，2010（09）：43-47.

［2］ 巖石.航空航天先進特種焊接技術應用調查報告［J］.航空制造技術，2010（09）：58-59.

［3］ 吳愛萍，趙海燕，史清宇，等.航空航天焊接結構件應力與變形的預測與控制［J］.航空制造技術，2008（24）：26-30.