Чому в літаках використовуються заклепки, а не зварні конструкції
Мене спонукало запитати таке питання: чому літаки клепані, а не прикручені?
Чому не зварне будівництво? Зварювання цих сплавів занадто складно? Я походжу з переробки та в багатьох небезпечних роботах зварене будівництво стало нормою, оскільки цілісність легше гарантувати, ніж гвинти, болти чи заклепки.
Просто цікаво, чим відрізняється авіація? Чи не кращий ремонт, безпека, вага та аеродинаміка завдяки зварній конструкції?
7 відповідей
Коротка відповідь: Високоміцні алюмінієві сплави важко зварювати належним чином. Алюміній - це такий чудовий матеріал для конструкцій літаків, що необхідність заклепування із задоволенням приймається.
Дві речі важливі:
Хоча сталь має температурний діапазон, в якому вона стає все більш текучою, алюмінієві сплави змінюються від твердої до рідкої на кілька градусів. Крім того, теплопровідність у сплавах на основі заліза нижча, ніж у алюмінію, тому місцевий нагрів сталі дозволить зберегти навколишній матеріал холоднішим та міцнішим порівняно з алюмінієм. Незважаючи на те, що зварювати тонкі сталеві листи тривіально, потрібно багато досвіду в галузі алюмінію. Для дуже тонких листів потрібне спеціальне обладнання, таке як мідна смола з водяним охолодженням, на яку спираються алюмінієві листи, щоб їх спинки охолоджувались. Крім того, температура плавлення сталі і титану є досить високою, щоб вона запалилася задовго до її плавлення, тоді як алюміній плавиться, не даючи вам оптичних показників температури.
Високоміцний алюміній виробляється шляхом прогресивного старіння та осадження твердінням матеріалу. Звичайні сплави використовують різні атоми міді через алюмінієву матрицю, яка локально спотворює атомну решітку і зміцнює її. Якщо їх швидко нагріти і охолодити зварюванням, розподіл міді зміниться, і матеріал розпушиться навколо зони зварювання. Знову зміцнювати готову конструкцію в більшості випадків досить недоцільно, тому клепка є найкращою альтернативою.
Третя особливість - шар оксиду алюмінію, який має температуру плавлення вищу, ніж основний матеріал. Для розбиття шару оксиду алюмінію потрібен зварювальник AC TIG, тому вибір зварювальних методів досить обмежений.
Також клепані конструкції легше оглядати та ремонтувати. Більшість ремонтів вимагають видалення конструкції літака для доступу, а клепану конструкцію легше розібрати та зібрати після ремонту за допомогою трохи товстіших заклепок.
Мій досвід зварювання алюмінію зупинився на листах товщиною 4 мм; в той час як найтовстіші легко зварювати, найтонших нам так і не вдалося зварити. Встаньте перед своєю конструкцією і нагрійте місце, де ви хочете почати зварювання. Спостерігаючи за нею через темний екран голови, зачекайте, поки обличчя під аркою не стане блискучим, що сигналізує про те, що поверхня почала танути. Тепер вам потрібно додати зварювальний дріт як божевільний, щоб ваше обличчя не нагрівалося більше, а також рухалося. Якщо ви зазнаєте невдачі, через секунду у вас буде отвір під аркою, тому що алюміній повністю розплавився і впав. Робити це з 2-міліметровими листами було для мене чистою марною вправою - до того моменту, коли поверхня стала глянсовою, вона вже зменшилася.
Дякуємо @ voretaq7 за те, що ви поділилися посиланням про тертя зварювання, розмішайте в коментарях! Це можливо завдяки точному розташуванню деталей та зварювальної головки, керованої комп’ютером, і в майбутньому матиме ширше застосування. Eclipse Aerospace стверджує, що це допомагає їм уникнути 60% заклепок у своєму реактивному літаку.