陳幼松

一、什么是接觸焊

近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得各種飛行器越來越復(fù)雜和越龐大了。例如大家所熟知的圖－104飛機，機身長度為38.85公尺，翼展(即機翼兩端距離)為35公尺，高度為13公尺，重約50噸；圖－114比圖－104還大得多。像這樣巨型的飛行器，在制造的時候一定要將其分成許多的零件，分別制成后再裝配成整體。如何將這些數(shù)以十萬計的零件連接起來，便成了制造這些飛行器時極端重要的問題。而焊接由于具有一系列優(yōu)點，因而便成為連接金屬的主要方法。而接觸焊又是其中最先進的方法之一。

接觸焊的基本原理在于以強大的電流通過需要連接的地方，由于金屬內(nèi)部具有電阻，電流通過電阻時產(chǎn)生大量的熱，這些熱把要焊的地方加熱到所需要的溫度，這時，在壓力的作用下便使這些地方牢固地焊接起來。接觸焊的型式是多種多樣的，但基本上可將其歸納成三類：即點焊，滾焊和對焊。今分別簡單地介紹如下：

1.點焊：

電流通過圓柱狀的電極流經(jīng)工件，焊后在兩工件間形成共同的焊點，因而便牢固地連接起來。點焊的原理如圖1所示。

圖1點焊原理圖

2.滾焊：

電流通過滾盤狀的電極流經(jīng)工件，同時滾盤不斷地旋轉(zhuǎn)，因而形成連續(xù)的焊縫，把兩工件連接起來。因此它不僅可以使焊好后的工件在受力時不會分開，而且還使焊起來的工件間不存在空隙，因而不能透過氣體或液體，即所謂具有密封性。圖2為滾焊的原理圖。

圖2滾焊原理圖

3.對焊：

電流經(jīng)夾緊工件的夾鉗傳到工件，在壓力的作用下使工件在端面處對接地焊起來。圖3為對焊的原理圖。

圖3對焊的原理圖

接觸焊時對電流大小，通電時間，壓力大小及其作用時間等要求是非常嚴格的。且壓力作用時間要與通電時間配合，兩者之間存在著嚴格的關(guān)系。

二、接觸焊是一種先進的技術(shù)

接觸焊是一種先進的技術(shù)，它只有在電力工業(yè)高度發(fā)展，利用電子和離子儀器進行自動控制日益完善的今天才可能得到發(fā)展。

在焊接1.5公厘厚的鋁板時，需要38000安培的電流。在焊更厚的鋁板時，所需的電流和功率也就更大了。隨著飛行速度的提高，應(yīng)用的板也愈來愈厚了。當焊接厚度為6公厘的兩塊鋁板時，就需要功率為1000仟伏安的焊機。這樣大的功率相當于供一個十萬人口城市照明用的電站的功率。因此接觸焊需要高度發(fā)展的電力工業(yè)。

在焊接過程中對電流、壓力及作用時間等嚴格的要求，使得只有通過自動控制才能在極短的時間內(nèi)按一定的程序完成預(yù)先規(guī)定的動作，并精確地控制電流、壓力、通電和加壓的時間達到規(guī)定值。由于預(yù)先規(guī)定的數(shù)值是根據(jù)正常的情況下給予的，而在生產(chǎn)過程中難免要受到各種偶然因素(例如電源電壓的波動)的影響，這樣，實際情況已和正常的情況不同，如焊機仍按原先規(guī)定的數(shù)值進行焊接，就不能得到要求的質(zhì)量。雖然這種差別未必是很嚴重的，但是由于航空工業(yè)對質(zhì)量特別嚴格的要求，故在生產(chǎn)過程中便采用程序調(diào)節(jié)的方法來進行控制。這時如有偶然因素的影響，則程序調(diào)節(jié)機構(gòu)便可根據(jù)這種影響的大小自動地使焊機工作作相應(yīng)的改變，保證可以獲得完全滿意的質(zhì)量。因此接觸焊的過程往往也是復(fù)雜的高度自動化的過程。

為了滿足工業(yè)上提出的愈來愈多和愈來愈高的要求，在接觸焊的電源方面除了應(yīng)用一般工業(yè)頻率的交流電外，還日益增多地采用低頻、高頻、電場儲能、磁場儲能、直流脈沖等電源。這些都是新興的技術(shù)。

接觸焊由于自動化程度高，所用的原理也與其他焊接方法不同，使得它可以比較容易地焊接用別的焊接方法難以焊接的金屬。如在飛機制造上應(yīng)用最廣的高強度鋁合金——硬鋁和高速飛行器上采用的鈦合金、鉬合金、各種不銹鋼和耐熱合金以及燒結(jié)鋁等都可用接觸焊比較容易地焊成。隨著飛行速度的提高，應(yīng)用這些金屬日益增多，因而接觸焊在高速飛機、導(dǎo)彈、火箭以及各種類型的噴氣發(fā)動機制造中變得愈來愈重要了。

三、接觸焊在航空工業(yè)上的應(yīng)用

接觸焊在航空工業(yè)中應(yīng)用得很多。例如有一種海軍殲擊機，在機身、機翼和尾翼的結(jié)構(gòu)上焊點超過一百萬個；在另一種重型轟炸機上則有幾百萬個焊點。據(jù)這些飛機長期飛行，完全可以證明點焊連接的可靠性。至于對焊也用得很多，例如用來制造發(fā)動機架、起落架、操縱桿等。圖4、圖5為應(yīng)用的例子。

圖4噴氣發(fā)動機尾錐體的滾焊

圖5點焊的機翼前緣

接觸焊在航空工業(yè)上得到這樣廣泛的應(yīng)用并不是偶然的。因為它較之長期以來在航空工業(yè)中作為主要的連接方法——鉚接來說，具有顯著優(yōu)點。因而它必然要取代鉚接。

利用鉚接來連接工件的步驟見圖6。首先要鉆孔，然后锪出埋頭鉚釘頭的坑(魚眼)，最后才鉚上鉚釘。這樣不僅較點焊時麻煩，而且把整體的材料鉆個孔再放入鉚釘，必然要降低原來金屬的強度。而點焊就沒有這些缺點。通常，點焊的強度都高于鉚接。對鉚接來說，點焊的自動化程度高，生產(chǎn)率高，成本低，工人勞動條件好。此外，接觸焊也更能滿足為提高飛行器性能所提出的要求。

圖6鉚接步驟示意圖

1.被連接工件2.孔3.魚眼4.鉚釘

例如為了保證飛機得到良好性能，根據(jù)空氣動力學(xué)要求需要精確地保持一定的外形，而且也要非常光滑。飛行速度愈高，這種要求愈嚴格，點焊較之鉚接更能滿足這方面的要求。

重量問題是決定飛行器性能的極端重要問題。例如對遠射程導(dǎo)彈來說，每減輕0.45公斤重量就能提高射程12.8公里。從點焊和鉚接接頭的比較中，可以看到鉚接接頭多出一鉚釘頭。對于直徑為4.5公厘的鋁合金鉚釘，其鉚釘頭便有0.078克重。如果飛機上有一百萬個這樣的鉚釘，那么便平白地增多了78公斤的重量。而對于導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)，由于這種重量的增加就要使結(jié)構(gòu)要夠承受更大的力，因而結(jié)構(gòu)的重量也隨之增加。大約每增加一公斤，結(jié)構(gòu)的重量要隨之增多三十公斤。這里還沒有考慮由于鉚接強度較低，因而需要用更厚的板所引起的重量增加。

圖7點焊接頭與鉚接接頭的比較

目前飛機的飛行高度急速提高，宇宙火箭更遠遠超出地球引力場之外。隨著高度增高，周圍空氣逐漸稀薄，而為了維持人和儀表的正常工作，則需要在飛行器上制成氣密座艙，使其內(nèi)部維持一定的氣壓。當內(nèi)外壓力相差懸殊時，如何保證不漏氣也就是所謂氣密性便成為重要的問題。鉚接時必須鉆孔，這樣當然容易漏氣，為了得到氣密性需要用密封膏涂在鉚釘頭周圍。這不僅使制造過程復(fù)雜，而且用了密封膏也增加了飛機的重量。據(jù)統(tǒng)計在一架飛機上密封膏的重量可達200公斤。即使這樣還是不能像根本不鉆孔的點焊那樣保證絕對的、耐久的氣密性。

因此，我們可以肯定，作為先進技術(shù)的接觸焊必然要在高空高速飛行器的制造中起愈來愈大的作用。