航天工业中铝合金焊接工艺的研究

朱锡川，陈 宁，杨光伟，项 阳

（1.首都航天机械有限公司，北京 100076；2.北京宇航系统工程研究所，北京 100076）

近年来，随着科技的进步和航天工业的发展，使用传统的铆接技术已经不能够满足现在航天工业的要求，传统的铆接技术已经被焊接技术所替代。目前，焊接技术在航天制造和材料加工的过程中占据至关重要的地位[1]。

但是，随着航天新材料的出现，传统的焊接技术也已经不能够满足现在航天工业的需求。为了保证新材料及其新结构能够在航天产品中发挥预期的作用，越来越多的新型焊接技术被广泛应用在航天制造中。

1 焊接技术的研究与应用

焊接指的是将两种或两种以上相同或不同种类的材料以原子或分子间扩散和结合的方式永久地、牢固地连接为一个整体[2]。通过焊接技术连接材料可以节省材料，简化构件整体的加工工序，提高生产效率。在航天工业中，焊接技术的使用不仅能够使航天器的质量减轻，还能够进一步提高航天器发动机的性能。在航天工业制造过程中采用了各种各样的焊接技术。其中，在喷气发动机零部件中，有50%的是通过焊接完成的，而且在航天工业制造中，有10%的工时花费在焊接上。因此，可以说焊接技术是现代航天工业乃至整个制造业中必不可少的工艺过程。

目前，国内外使用的新型焊接技术主要有电子束焊接技术、激光焊接技术和搅拌摩擦焊接技术等，其中，电子束焊接技术应用最为广泛[3]。

2 焊接工艺参数的研究

在航天工业乃至整个制造业中，焊接是一套必不可少的工艺，焊件的质量水平尤其决定着该焊件能否在工作中充分、全面地发挥其作用。因此，选择合适的焊接工艺参数对制造出合格的产品是非常重要的。本节主要研究焊接工艺参数与焊缝气孔数的关系。

试验所采用的母材为3061-T6铝合金薄板，化学成分如表1所示。此次试验采用的焊接技术为电子束焊接技术。

2.1 气孔数目的计算

气孔是由溶解在金属中的气体或者在焊接过程中产生的气体所形成的气泡被凝固的金属包围所形成的，它属于焊接工艺中一种常见的现象。在实际的焊接过程中，常常在焊缝中有各种各样的气孔出现，有的存在于焊缝的内部，而有的存在于焊缝的表面。气孔数即为焊缝中气孔所占的体积与总焊缝质量的比值，气孔数的计算公式如式（1）所示：

式（1）中：n为该焊缝中气孔的数量；di为焊缝中气孔截面等效圆的直径；m为该焊件中焊缝的质量。

2.2 试验结果

试验表明，当焊接速度小于0.7 m/min时，焊缝中气孔的数目随着焊接速度的加快而增加。此情况是因为随着焊接速度的加快，冷却速度也在加快，焊缝中的气泡还来不及扩散就被凝固在金属中。

当焊接速度大于0.7 m/min时，焊缝中的气孔数目随着焊接速度的加快而减少。这种情况主要是因为焊接速度过快，使焊缝中的气孔还来不及聚集金属就凝固了，所以气孔随着焊接速度的加快而减少。

随着热输入值的增大，焊缝中气孔的数目减少，这主要是因为随着热输入值的增大，焊缝深度和宽度的比值减小，从而使焊缝中的气泡更容易扩散出来。

3 总结

近年来，随着航天工业的发展和各种新型航天材料的不断涌现，先进焊接技术在航天制造工业中扮演着更加重要的角色。本文着重介绍了航天工业的焊接技术。在采用电子束焊接技术焊接铝合金的基础上研究了焊接工艺参数与焊缝中气孔数的关系，并得出以下结论：焊缝中的气孔数随着热输入能量的升高而减少，焊缝中的气孔数随着焊接次数的增加而减少；当焊接速度小于0.7 m/min时，气孔数随着焊接速度的加快而增加；当焊接速度大于0.7 m/min时，焊缝中的气孔数随着焊接速度的加快而减少。

［1］ 李亚江，吴娜.先进焊接技术在航空航天领域中的应用［J］.航空制造技术，2010（09）：43-47.

［2］ 岩石.航空航天先进特种焊接技术应用调查报告［J］.航空制造技术，2010（09）：58-59.

［3］ 吴爱萍，赵海燕，史清宇，等.航空航天焊接结构件应力与变形的预测与控制［J］.航空制造技术，2008（24）：26-30.