接触焊及其在航空工业上的应用

陈幼松

一、什么是接触焊

近代科学技术的发展，使得各种飞行器越来越复杂和越庞大了。例如大家所熟知的图－104飞机，机身长度为38.85公尺，翼展(即机翼两端距离)为35公尺，高度为13公尺，重约50吨；图－114比图－104还大得多。像这样巨型的飞行器，在制造的时候一定要将其分成许多的零件，分别制成后再装配成整体。如何将这些数以十万计的零件连接起来，便成了制造这些飞行器时极端重要的问题。而焊接由于具有一系列优点，因而便成为连接金属的主要方法。而接触焊又是其中最先进的方法之一。

接触焊的基本原理在于以强大的电流通过需要连接的地方，由于金属内部具有电阻，电流通过电阻时产生大量的热，这些热把要焊的地方加热到所需要的温度，这时，在压力的作用下便使这些地方牢固地焊接起来。接触焊的型式是多种多样的，但基本上可将其归纳成三类：即点焊，滚焊和对焊。今分别简单地介绍如下：

1.点焊：

电流通过圆柱状的电极流经工件，焊后在两工件间形成共同的焊点，因而便牢固地连接起来。点焊的原理如图1所示。

图1点焊原理图

2.滚焊：

电流通过滚盘状的电极流经工件，同时滚盘不断地旋转，因而形成连续的焊缝，把两工件连接起来。因此它不仅可以使焊好后的工件在受力时不会分开，而且还使焊起来的工件间不存在空隙，因而不能透过气体或液体，即所谓具有密封性。图2为滚焊的原理图。

图2滚焊原理图

3.对焊：

电流经夹紧工件的夹钳传到工件，在压力的作用下使工件在端面处对接地焊起来。图3为对焊的原理图。

图3对焊的原理图

接触焊时对电流大小，通电时间，压力大小及其作用时间等要求是非常严格的。且压力作用时间要与通电时间配合，两者之间存在着严格的关系。

二、接触焊是一种先进的技术

接触焊是一种先进的技术，它只有在电力工业高度发展，利用电子和离子仪器进行自动控制日益完善的今天才可能得到发展。

在焊接1.5公厘厚的铝板时，需要38000安培的电流。在焊更厚的铝板时，所需的电流和功率也就更大了。随着飞行速度的提高，应用的板也愈来愈厚了。当焊接厚度为6公厘的两块铝板时，就需要功率为1000仟伏安的焊机。这样大的功率相当于供一个十万人口城市照明用的电站的功率。因此接触焊需要高度发展的电力工业。

在焊接过程中对电流、压力及作用时间等严格的要求，使得只有通过自动控制才能在极短的时间内按一定的程序完成预先规定的动作，并精确地控制电流、压力、通电和加压的时间达到规定值。由于预先规定的数值是根据正常的情况下给予的，而在生产过程中难免要受到各种偶然因素(例如电源电压的波动)的影响，这样，实际情况已和正常的情况不同，如焊机仍按原先规定的数值进行焊接，就不能得到要求的质量。虽然这种差别未必是很严重的，但是由于航空工业对质量特别严格的要求，故在生产过程中便采用程序调节的方法来进行控制。这时如有偶然因素的影响，则程序调节机构便可根据这种影响的大小自动地使焊机工作作相应的改变，保证可以获得完全满意的质量。因此接触焊的过程往往也是复杂的高度自动化的过程。

为了满足工业上提出的愈来愈多和愈来愈高的要求，在接触焊的电源方面除了应用一般工业频率的交流电外，还日益增多地采用低频、高频、电场储能、磁场储能、直流脉冲等电源。这些都是新兴的技术。

接触焊由于自动化程度高，所用的原理也与其他焊接方法不同，使得它可以比较容易地焊接用别的焊接方法难以焊接的金属。如在飞机制造上应用最广的高强度铝合金——硬铝和高速飞行器上采用的钛合金、钼合金、各种不锈钢和耐热合金以及烧结铝等都可用接触焊比较容易地焊成。随着飞行速度的提高，应用这些金属日益增多，因而接触焊在高速飞机、导弹、火箭以及各种类型的喷气发动机制造中变得愈来愈重要了。

三、接触焊在航空工业上的应用

接触焊在航空工业中应用得很多。例如有一种海军歼击机，在机身、机翼和尾翼的结构上焊点超过一百万个；在另一种重型轰炸机上则有几百万个焊点。据这些飞机长期飞行，完全可以证明点焊连接的可靠性。至于对焊也用得很多，例如用来制造发动机架、起落架、操纵杆等。图4、图5为应用的例子。

图4喷气发动机尾锥体的滚焊

图5点焊的机翼前缘

接触焊在航空工业上得到这样广泛的应用并不是偶然的。因为它较之长期以来在航空工业中作为主要的连接方法——铆接来说，具有显著优点。因而它必然要取代铆接。

利用铆接来连接工件的步骤见图6。首先要钻孔，然后锪出埋头铆钉头的坑(鱼眼)，最后才铆上铆钉。这样不仅较点焊时麻烦，而且把整体的材料钻个孔再放入铆钉，必然要降低原来金属的强度。而点焊就没有这些缺点。通常，点焊的强度都高于铆接。对铆接来说，点焊的自动化程度高，生产率高，成本低，工人劳动条件好。此外，接触焊也更能满足为提高飞行器性能所提出的要求。

图6铆接步骤示意图

1.被连接工件2.孔3.鱼眼4.铆钉

例如为了保证飞机得到良好性能，根据空气动力学要求需要精确地保持一定的外形，而且也要非常光滑。飞行速度愈高，这种要求愈严格，点焊较之铆接更能满足这方面的要求。

重量问题是决定飞行器性能的极端重要问题。例如对远射程导弹来说，每减轻0.45公斤重量就能提高射程12.8公里。从点焊和铆接接头的比较中，可以看到铆接接头多出一铆钉头。对于直径为4.5公厘的铝合金铆钉，其铆钉头便有0.078克重。如果飞机上有一百万个这样的铆钉，那么便平白地增多了78公斤的重量。而对于导弹的结构，由于这种重量的增加就要使结构要够承受更大的力，因而结构的重量也随之增加。大约每增加一公斤，结构的重量要随之增多三十公斤。这里还没有考虑由于铆接强度较低，因而需要用更厚的板所引起的重量增加。

图7点焊接头与铆接接头的比较

目前飞机的飞行高度急速提高，宇宙火箭更远远超出地球引力场之外。随着高度增高，周围空气逐渐稀薄，而为了维持人和仪表的正常工作，则需要在飞行器上制成气密座舱，使其内部维持一定的气压。当内外压力相差悬殊时，如何保证不漏气也就是所谓气密性便成为重要的问题。铆接时必须钻孔，这样当然容易漏气，为了得到气密性需要用密封膏涂在铆钉头周围。这不仅使制造过程复杂，而且用了密封膏也增加了飞机的重量。据统计在一架飞机上密封膏的重量可达200公斤。即使这样还是不能像根本不钻孔的点焊那样保证绝对的、耐久的气密性。

因此，我们可以肯定，作为先进技术的接触焊必然要在高空高速飞行器的制造中起愈来愈大的作用。