钛合金在航空领域的应用及其先进连接技术的相关探讨

引言

钛合金属于国家防高新技术武器装备中较为重要的金属结构材料，被全球很多国家应用在军事领域中，可有效提升军事领域中制备工作水平。我国在航空领域中也开始应用钛合金材料，不仅可以生产出质量较高、强度高并且重量轻的结构，还能起到航空领域发展的推动作用。因此，在实际工作中应该重视钛合金在航空领域中的应用，积极引进钛合金材料，并合理应用其先进连接技术。

1、 钛合金在航空领域中的应用

1.1 飞机体中的应用分析

钛合金属于近年来应用在航空领域中的新型轻质材料，其应用的水平已经成为衡量飞机选材先进程度的主要标准。一般情况下，在航空领域的飞机体中应用钛合金，可减轻飞机体的重量，并延长使用寿命。目前我国在民用飞机中已经开始采用钛合金，例如：波音 787 的飞机机体上面就有 15%的材料属于钛合金，可有效减轻机体的重量，并延长其使用寿命。从实际情况来讲，飞机机体制造的过程中，钛合金的应用范围很广，可以用来制作机身结构、液压管道结构、起落架结构等等，可有效提升制作水平。

1.2 发动机中的应用

航空领域中发动机对飞机性能与可靠性会产生直接影响，也会直接反映出国家的科技水平与国防实力。目前在航空发动机中，钛合金主要用来制作叶片、机匣等零部件，此类零部件可以在高温的环境之下应用，强度较高，并且具有一定的高温蠕变抗力，持久强度较为良好，可有效增强发动机的整体稳定性。近年来在航空发动机推重比逐渐提升的情况下，高压压气机的出口温度会逐渐提升，使得叶片的工作温度增加，而经过固溶强化之后的钛合金材料，可以承受的温度较高，能够有效应对高温环境下的问题。

2、 钛合金在航空领域中的先进连接技术

2.1 激光焊接技术

在航空领域中飞机薄壁类型的钛合金构件，可以采用激光焊接技术，有效提升焊接加固的工作效果。在实际工作中可以采用二氧化碳激光焊接技术措施，确定了 2.5mm的激光焊接工艺参数，在可以穿透焊的情况下，二氧化碳激光焊接下的焊缝，具有钉形与近似于 X 形的两种截面外貌，其焊缝的形成和焊接热输入与激光功率密度等存在直接联系。在焊接热输入与激光功率密度逐渐增加的情况下，焊缝截面会从钉形向着 X 型逐渐转变。在使用同样工艺规范的过程中，YAG 方面的激光焊缝对称程度要比二氧化碳激光焊缝对称程度高很多。从钛合金激光焊接的咬边缺陷方面来讲，A-TIG 活性剂应用在二氧化碳的激光焊接工作中，能够有效预防或是改善咬边的缺陷问题，降低深熔焊过程中的激光功率密度，并改善焊接热输入的阈值。在采用活性剂的过程中，可以增加钛合金的激光能量吸收度，并降低熔池表面的张力，有助于改善相关表面张力流的方向。在采用脉冲激光技术的工作中，可为钛合金的焊接提供很多新的工艺措施，通过脉冲激光焊接技术，可通过脉冲量控制钛合金的焊接质量，有效改善目前的工作现状，增强焊接的工作效果[1]。

采用钛合金的激光焊接技术措施，焊接头属于非均匀体，组织与性能均有梯度变化，接头塑性损伤和均匀材料塑性损伤都存在一定差异。在钛合金激光焊接头塑性损伤研究中，可以发现钛合金的激光焊接操作中，激光熔深的焊接接头的塑性损伤，主要的过程就是微孔洞的产生、增加与聚合。微孔洞在其中的接头区域中呈现出不均匀的分布状态，体积的分布会沿着焊接接头从焊缝到母材具有非线性的分布特点。焊接接头的微孔洞损伤规律与主要的载荷大小存在直接联系，在载荷很小的时候，焊缝的损伤会比热影响区域的损伤大很多，在载荷数值不断增加的情况下，焊缝的损伤会比热影响区中孔洞积分数值的增长速度小很多，在载荷增加到某种程度的情况下，热影响区域的损伤程度最高[2]。

2.2 电子束焊接技术

对于电子束的焊接技术而言，主要是高能束流加工工艺，在上个世纪六十年代初期，就应用在原子能工业领域与飞机制造领域中，可进行贵重金属的焊接处理。近年来在我国航空领域技术快速发展的过程中，已经开始采用电子束焊接技术，尤其在钛合金零件制造中，电子束焊接技术的应用，可有效提升焊接工作效果。一般情况下，钛合金在高温状态之下，会吸收氧气与氮气，使得接头呈现出脆化的状态，而使用真空电子束技术，能够形成较为优质的焊缝，并且真空电子束焊接的过程中，具有独特的钛合金焊接优势。美国在战斗机的机身上，已经采用电子束焊接技术进行钛合金的焊接，焊缝的长度在 87mm，厚度为20mm，可见电子束焊接技术的应用，能够延长焊缝长度，减少厚度。因此，在连接工作中应该积极采用电子束的焊接技术，提升钛合金的焊接工作质量[3]。

2.3 摩擦焊接技术

航空领域中钛合金材料的应用，摩擦焊接技术主要分为有线性摩擦焊接与搅拌摩擦焊接两种，属于新型的固相连接措施，在焊接期间不会出现变形现象，焊接头的拉伸强度较高，可改善目前的钛合金焊接现状，如图 1 所示，属于钛合金摩擦焊接的原理，在实际焊接的工作中，通过线性摩擦焊接的方式，可使得异种钛合金材料相互连接，满足当前航空发动机的双性能叶盘连接需求，提升焊接工作的效果[4]。

2.4 复合焊接技术

航空钛合金生产制造的领域中，复合焊接技术属于新型焊接方式，目前主要采用激光与电弧两种焊接技术进行复合焊接处理，可形成一定的协同效应，全面增加焊缝的宽度与深度，实现同轴复合的良好工作目的，具有一定的焊接应用水平。在航空领域中采用钛合金复合焊接技术措施，与单一的激光焊接相比，可增加激光的功率，加快焊接操作的速度，焊接之后焊缝的截面外貌良好，咬边较小。主要是其中的激光焊接技术与电弧技术相互协同，共同发挥出技术的积极作用。与此同时，还可以将 TIG 作为主要的焊接基础，使用复合激光热源的相关焊接措施，能够提升接头的成形质量与性能，从根本上增强焊接操作的质量。

在研究中还可以发现，航空领域中采用激光-TIG 电弧复合焊接技术，焊头抗弯曲的强度会比 TIG 焊接焊头高很多，可改善单一焊接技术应用的不足[5]。

3、 结语

近年来在航空领域中已经开始采用钛合金材料，主要应用在飞机机体与发动机方面，可减轻零件的重量，并提升制造的质量。为在航空领域中高质量采用钛合金材料，应该积极的应用先进连接技术，通过激光焊接技术、复合焊接技术、摩擦焊接技术的应用，提升焊缝的质量与强度，打破传统工作的局限性，优化各方面的焊接工作模式与体系，不断增强目前的焊接操作效果与水平，将先进连接技术的作用和优势发挥出来，使钛合金在航空领域中得到良好应用。

参考文献：

[1]李亚江，刘坤.钛合金在航空领域的应用及其先进连接技术[J].航空制造技术，2015，11（16）：34-37.

[2]沄姜青.论先进钛合金材料在航空航天领域中应用[J].科技展望，2016，55（35）：91-92.

[3]何丹琪，石颢.钛合金在航空航天领域中的应用探讨[J].中国高新技术企业，2016，22（18）：50-51.

[4]米磊.钛合金在航空领域的发展与应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015，55（18）：303-388.

[5]何蕾.钛合金在航空领域的市场展望[J].金属世界，2015，46（5）：56-198.

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