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双光束激光焊接技术在民航上的应用现状

导读: 能源危机的持续发酵、欧盟“碳税”的征收都必将促使航空公司对民用客机提出更加明确的减重要求。

  能源危机的持续发酵、欧盟“碳税”的征收都必将促使航空公司对民用客机提出更加明确的减重要求。20世纪90年代起,经过近10年的研究,空客公司成功地将双光束激光焊接技术应用于铝合金机身壁板结构,替代了传统的铆接结构(图1),使飞机机身的结构概念从组装结构过渡到整体结构。该技术针对机身壁板的蒙皮- 长桁结构,利用两台完全相同的CO2 激光器在长桁两侧进行双侧同步焊接,该技术避免了传统的单面焊双面成形工艺对蒙皮完整性的破坏,具有极大的优越性。有资料表明:采用该技术在不降低结构强度及疲劳寿命的前提下,能减少5%~10% 的结构重量,并降低成本15%,提高了生产效率。

  双光束激光焊接技术简述

  双光束激光焊接技术最早是由德国的Bias(不莱梅射线研究所)、Gkss(亥姆霍兹联合会)、Fraunhofer(福朗霍夫材料与射线研究所)、LZH(汉诺威激光研究所)、亚琛工大等众多科研院所一起参与完成的。同时,相关焊接设备由Schuler-held、M.torres、Rofin 等公司提供。激光焊接技术也成为了德国航空业的重点发展技术之一。除了已经研制成功的激光焊接蒙皮- 长桁结构以外,其他的激光焊接应用也正处于研发阶段。这些应用包括利用机器人焊接角片、焊接Al-Mg-Sc 材料的着陆襟翼结构以及激光焊接铝- 钛异种材料航空座椅滑轨。

  双光束激光焊接技术最早用于空客A318的前机身以及中后机身两块壁板的生产制造,并在装机之前通过了FAA(美国联邦航空管理局)的适航认证。图2 为德国空客车间的双光束激光焊接生产线,随着3条焊接生产线的购置安装,焊接机身壁板于2001年在德国诺登哈姆的空客车间内实现了批量生产。另外,随着此项技术的不断成熟,包括A340、A380 在内的机型也都采用了激光焊接壁板,且壁板的数量也从开始的2块(总计110m 焊缝),到最多使用14块激光焊接壁板(总计约798m焊缝)。空客的最新型号A350在设计初期也准备采用激光焊接铝锂合金壁板,并且使用壁板数量进一步增加;然而,波音公司的787梦幻客机取得了商业成功,迫使A350改变原有计划,将复合材料大量应用于机身机构。因此,A350暂不采用该技术,但是可以预见在未来很长一段时间,金属材料仍会在飞机的主要型号中大量使用,同时空客还在研究将此技术推广应用于飞机机身上壁板,因此该技术的应用仍然值得期待。

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