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導(dǎo)語：一般輕型飛機上，鉚釘使用量多達10 萬顆，而我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大飛機C919的使用量可達100多萬顆，鉚接工藝在現(xiàn)代造船業(yè)都已經(jīng)基本淘汰，造車都已經(jīng)大量使用激光焊接，為什么造飛機就離不鉚釘？鉚接技術(shù)在飛機制造業(yè)是如何進化的？

一、 造飛機激光焊接是否能全面取代鉚接？

自從全金屬飛機誕生以來，鉚釘類緊固件就是飛機上使用量最大的緊固件之一。

現(xiàn)代飛機制造三大連接技術(shù)，機械連接（鉚接、螺接）、膠接、焊接。鉚接工藝具有操作過程簡單、連接質(zhì)量穩(wěn)定可靠、易于實現(xiàn)質(zhì)量控制、能夠適應(yīng)不同材料之間的連接等優(yōu)點，在民用客機的裝配中得到了廣泛使用，鋁合金薄壁機構(gòu)的飛機，鉚接約占全機總連接量的80%，是民用客機裝配的主要連接方式。

飛機制造為什么不能大量淘汰鉚接使用更先進激光焊接？

激光焊接技術(shù)具有焊接速度快、施工較鉚接簡單的特點，激光焊接技術(shù)已主要應(yīng)用于飛機大蒙皮的拼接以及蒙皮與長桁的焊接，歐洲空中客車公司生產(chǎn)的A340飛機機身，就采用激光焊接技術(shù)取代原有的鉚接工藝，使機身的重量減輕18%左右，制造成本降低了近25%。

但是激光焊接也存在固有缺點難以突破，高強鋁合金等合金強化金屬激光焊接因為凝固結(jié)晶易形成低熔共晶而導(dǎo)致焊接裂紋；激光焊接過程的小孔動態(tài)不穩(wěn)定易于導(dǎo)致焊縫氣孔等，航空工業(yè)最講究的就是質(zhì)量一致性，很難做到像鉚接這樣技術(shù)穩(wěn)定，高性價比，所以鉚接無疑依然是目前飛機特別是客機制造使用最多的連接技術(shù)。

一般輕型飛機上，鉚釘使用量多達10 萬顆，而我國大飛機C919的使用量可達100多萬顆。鉚釘在飛機上的作用就像細胞一樣，遍及全身。

二、什么樣的鉚釘能用在飛機上？

鉚釘形體雖小，但作用極大，要承受沖擊、振動和變載，不少連接點要在高溫或低溫下工作。根據(jù)受力分析進行科學(xué)計算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，用鉚釘把“蒙皮”和框架固定，這樣才能保證了整體結(jié)構(gòu)的強度和剛度。

對飛機來說，結(jié)構(gòu)重量很重要，這是一個比強度問題。比強度定義是單位密度的強度，也就是強度/密度。飛機上鉚釘?shù)谋葟姸纫蟾哌_1100兆帕，相當于1平方厘米的面積上要承受10輛小轎車的重量。

飛機上的鉚釘制作對尺寸一致性要求非常高，一架飛機有上百萬個鉚釘，生產(chǎn)的第一顆鉚釘必須跟第一百萬顆是一樣的，這一點非常難。

C919國產(chǎn)大飛機上使用的國產(chǎn)鉚釘直徑公差要求0到0.05毫米這個公差的級別，采用內(nèi)置合金鋼的高硬度模具，最大程度減少因模具磨損造成的鉚釘不一致。外部尺寸沒有絲毫差池，同時內(nèi)部質(zhì)量更要求是百分百可靠。

2009年C919大飛機立項之初定下的國產(chǎn)化率指標只有10%，當時中國甚至沒有通過適航認證的鉚釘。直到2013年，國產(chǎn)飛機鉚釘才通過了適航認證，讓這最基本的部件能用在飛機制造領(lǐng)域。

隨著近年來，航空工業(yè)不斷壯大和發(fā)展，飛機逐步擴大應(yīng)用整體結(jié)構(gòu)、鈦合金結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，對鉚接連接件的品種、質(zhì)量等要求大大提高，為滿足鉚接件的一些特殊要求，國內(nèi)外研制了一些特種鉚釘，如環(huán)槽鉚釘、抽芯鉚釘、螺紋空心鉚釘、高抗剪鉚釘、鈦合金鉚釘?shù)茹T接工藝設(shè)備。

簡單、連接牢固可靠、抗震、耐沖擊制造成本相對較低的鉚釘在實際飛機制造工程階段，面對設(shè)計更改、各類結(jié)構(gòu)故障返工、返修以及不同客戶需求的改裝、用戶在使用過程中產(chǎn)生損傷后的修復(fù)工作時，都要采用分解技術(shù)將已經(jīng)鉚接完成的鉚釘拆除下來。

三、鉚接技術(shù)的瓶頸期
“一代材料，一代飛機”是世界航空發(fā)展史的真實寫照。一百多年來，材料與飛機相互依賴、相互推動發(fā)展。鈦合金，復(fù)合材料，鋁合金和鋼是飛機機體里主要的結(jié)構(gòu)材料，原來以鋁合金為主，現(xiàn)在隨著新型飛機的研發(fā)結(jié)構(gòu)減重的需求在發(fā)生變化，飛機制造鈦合金和復(fù)合材料用量不斷創(chuàng)新高。

根據(jù)2017年中國科學(xué)院院士曹春曉科普講壇演講介紹C919大飛機的鈦合金用量甚至和777相當達到10%，復(fù)合材料在12%左右，已經(jīng)是比較先進了。但是和波音787還是有差距，787鈦合金用量14%、50%用復(fù)合材料。軍用殲擊機的新型材料用量更是不斷提升，殲20鈦用量用到20%，復(fù)合材料29%。

隨著鈦合金部件和復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用比例逐年上升，傳統(tǒng)的鉚接工藝已經(jīng)很難應(yīng)對先進飛行器制造。

普通鉚接方法鉚接鈦合金時鉚釘易產(chǎn)生裂紋，這顯然是不可取的。當然，采用熱鉚可以改善這一問題，但是熱鉚填充質(zhì)量太差，接頭疲勞強度低，更從根本上違背了鉚接的要求。而且，對于復(fù)合材料，由于其本身性能的限制，根本不能采用熱鉚。

四、為新材料而生的電磁鉚接

電磁鉚接技術(shù)在鉚接難成形材料及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)方面有傳統(tǒng)鉚接方法無法取代的優(yōu)勢。

美國和蘇聯(lián)在二戰(zhàn)后相繼提出了電磁鉚接技術(shù)。電磁鉚接和傳統(tǒng)熱鉚接不同，原理是利用初級線圈和次級線圈之間產(chǎn)生的渦流斥力使鉚釘發(fā)生塑性變形的一種新型鉚接工藝。

在上世紀80年代美、蘇先后研制出了手持式低壓電磁鉚接設(shè)備。小型化的電磁鉚接設(shè)備一經(jīng)問世就立刻進入當時最頂端的飛行設(shè)備生產(chǎn)線，B777、C-17、A340、A380、伊爾 -86/96等軍民飛機都先后在關(guān)鍵加工部位使用電磁鉚接技術(shù)替代傳統(tǒng)熱鉚技術(shù)。

到了80年代,波音公司曾將電磁鉚槍裝到自動鉆鉚機上使用。大約在1994年,波音公司開始在新型737飛機機身上使用電磁鉚接技術(shù)。

我國于上世紀90年代開始進行電磁鉚接技術(shù)研究，多家科研機構(gòu)與高校不斷加大研發(fā)投入，目前已取得一定突破，但技術(shù)水平與國外企業(yè)相比仍然有較大差距。

在國內(nèi)，西北工業(yè)大學(xué)針對航空領(lǐng)域率先開展研發(fā)工作，近些年在電磁鉚接設(shè)備及鉚槍結(jié)構(gòu)設(shè)計方面取得了很大進步，并開發(fā)了多款電磁鉚接設(shè)備及電磁鉚槍。

20 世紀 90 年代北京航空制造工程研究所引進俄羅斯電磁鉚接設(shè)備用于機翼油箱鉚接裝配，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)了采用自動化脈沖變壓器的電磁鉚接設(shè)備。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)針對航天制造領(lǐng)域需求，“十一五”和“十二五”期間研發(fā)了電磁鉚接設(shè)備和鉚槍樣機。

福州大學(xué)在電磁鉚接設(shè)備研制方面也做了大量工作，并開發(fā)了基于 PLC 控制的鉚接設(shè)備及電磁鉚槍。

結(jié)語：零散的部件，通過無數(shù)小小鉚釘穿針引線，最后變成翱翔天空的大飛機。背后展現(xiàn)的是中國航空科技智慧成果的突破，中國航航天工業(yè)的科技人員們正在努力,不遠的將來,隨著材料技術(shù)和制造技術(shù)的革命性創(chuàng)新,或許可以實現(xiàn)飛機的無鉚連接,鉚接也將成為飛機的歷史。

參考文獻：

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先進戰(zhàn)斗機殲20和殲31是怎么煉成的，曹春曉；

先進焊接技術(shù)在大飛機上的應(yīng)用，上海市焊接學(xué)會；