【摘要】随着国内航空航天的重大发展，与之相配套的工艺技术也日趋火热，我国的航天飞行器逐渐朝轻盈、安全、性价比高的方向转变，尤其是轻合金焊接技术，广泛地被使用到航空航天领域，发挥出卓越的功效。全文阐述了当啊前可焊性铝锂合金的研究现状，并分别概述熔化极气体保护焊、可变极性等离子弧焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等工艺在飞行器上的作用，最后对国内的焊接技术进行了展望。
【关键词】航空航天；轻合金；焊接工艺
近几年来，我国的航空航天工艺技术日趋娴熟，改变了传统的铆接技术，节约了大笔制作资金，而且使用焊接更大限度地保证构件的质量，还能从整体上使其变得更加方便、轻盈。同时，由于对轻合金领域的葛洪探索，并联系焊接技术进行广泛研究，航空航天领域的焊接工艺得到进一步的发展。凭借可靠、安全、稳定的轻合金焊接件，有利于飞行器实现有效负荷，提高生产效率。
1.可焊性铝锂合金的研究进展
在液体运载火箭、飞行器、仪器舱、导弹舱单等领域，铝锂合金发挥重十分重要的功效。并且，由于高比强度、低密度、弹性强等显著优势，铝锂合金担任生产承受轴的结构件，帮助压缩负载和抵挡破坏力。另一方面，凭借重量轻的优点，航空航天的飞行器结构件不再采用传统意义上的铝合金，而是广泛地使用铝锂合金。同时，焊接的工艺更是将铝锂合金在航空航天上的功效发挥到极致，有利于导弹弹头壳的强度和刚度，更有利于保证火箭推进剂的稳定。事实上，早在欧美发达国家，已经开展对铝锂合金的研究，比如美国的Weldalite 049系列合金，就是十分先进、高强度的焊接工艺。20世纪90年代，原苏联的航空研究中心在铝锂合金的技术上有了进一步的延伸，将1450Al-Li合金升级为1460Al-Cu-Li-Mg-Zr-Sc 系合金，强度和性能有了更大的提升。
2.轻合金焊接工艺及其应用
2.1 熔化极气体保护焊（GMAW）
在保证焊接熔池、焊接高温金属、金属熔滴等方面，GMAW的成本并不高，主要是一种电弧焊方法来充当电弧介质，从而实现焊接工艺的严格质量。作为全球使用率最高的焊接技术，GMAW频繁亮相在火箭的燃料贮箱内的焊接构件上。并且，在爱国者导弹的弾翼上，GMAW能实现自动焊接功能，保证得到精密铸造的17-4PH不锈钢翼成功制作稳定安全的板材。
2.2 钨极气体保护焊（GTAW）
不同于GMAW的低成本，GTAW必须有充足、强大的热源才能实现焊接，否则，若是采取相同的热源和资金，GTAW的焊接技术强度也会失去一定效果。并且，在焊接6mm以下的飞机管路系统、鱼鳞门、不锈钢、发动机散热器核心等构件上，GTAW的作用更加突出。在土星V 火箭的燃料贮箱，单单通过GMAW无法成功实现焊接变形，必须发挥GTAW的功能，才能制作出精湛工艺的产品。
2.3 可变极性等离子弧焊（VPPA）
VPPA广泛使用在中厚度的铝合金材料上，特别是航空航天中的外油箱厚截面型材的焊接。从原理上来说，VPPA的正负两极部分发挥不同的功效，正极主要是帮助熔融金属，并能实现穿透，负极主要是对型材进行阴极钝化，数值控制也有规范的标准：正极电流2～5ms，负极电流比正极电流要低40-80A。另一方面，在进行外油箱焊接时，马丁公司的科研人员发现使用VPPA焊接工艺的质量，明显高于GTAW，而且还能一定程度上节约焊接费用。
2.4 电子束焊（EBW）
从强度上来说，EBW的焊接工艺远远高于GTAW。早在1956年，EBW就被发现在焊接8mm以上的中厚板时，不仅效率高，而且质量好。唯一不足的是在进行EBW操作时，需要严格于真空环境中进行，这就导致设备的费用较高，而且焊件的尺寸大小也容易受到空间的局限。在军用飞机上，很多型材都是采用比强度、高性能、比模量的钛合金材质，但钛合金的性质十分不稳定，非常容易在空气中氧化，所以真空环境下的EBW就发挥了作用。从20世纪70年代开始，EBW焊接就被美国的麦道公司开始使用在F15战机的机翼和机尾结构上，随后，F14、F22、飓风等都通过EBW进行焊接变截面构件、机身、尾翼等结构上。此外，俄罗斯能源号的火箭贮箱面积很大，需要通过EBW进行真空焊接，使用电子束将介质液体实施密封，最终顺利焊接成1460Al-Li合金。所以，能源号火箭才成功将暴风雪号航天飞机运载升空。
2.5 搅拌摩擦焊（FSW）
在1991年，英国发明了一种固态焊接技术——FSW，能够成功将变形的机械进行金属焊接。事实上，FSW主要是继承原有的焊接技术，通过特殊制作的摩擦头操作需要被焊接的构件上，在压力的作用下，摩擦头能实现可控制的旋转，将焊接部位升温发热变形后才进行焊接。因此，FSW最大的特征是接头没有裂纹、气孔，更不会存在杂质，就能在不飞溅金属液体的情况下，进行材料的焊接。而且，由于焊缝的热源影响不大，焊接的区域面积更加能方便掌握，即便是非常小的焊接组织，也可以轻松联接。此外，FSW的焊接强度又有了新的提升，在用电弧焊的基础上提升了60%，材料的厚度也更加精细，能实现1.2～55mm的构件焊接。
2.6 超塑成形/扩散连接（SPF/DB）
超塑成形/扩散连接（SPF/DB）技术不仅能实现超塑成形焊接，还能够将扩散的金属状态成功实现粘合，焊接成为一个整体性的结构，技术质量有了进一步的提高，能快速生产出符合飞机使用的钛合金零件。因此，SPF/DB技术与钛合金上的完美融合，进一步推广了SPF/DB技术的研究开发。英国宇航公司Bae的125/800出口舱门，自从使用SPF/DB技术的钛合金舱门后，由原先的78个部件直接减少到14个部件，从千余个紧固件缩减到不到一百个，成本得到了有效的控制。
3.前景展望
从资金和构件改造来说，焊接技术的不断进步，有利于保证构件的质量和性能，又能节约生产和制作费用。所以，重视焊接技术的研发刻不容缓，需要将其和如火如荼的航空航天事业结合起来，保证军用飞机和民用飞机复杂结构稳定的性能。除此之外，国家更应该发挥钛合金、铝锂合金的焊接技术，才能在国际航空航天市场竞争中保持有利的地位。
参考文献
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[2]U.Koch，et al. Material Science Forum ，2011（217～222）（suppl.）：243
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