Kurze Antwort: Hochfeste Aluminiumlegierungen sind schwierig richtig zu schweißen. Aluminium ist ein so feines Material für Flugzeugstrukturen, dass die Notwendigkeit, es zu nieten, gerne akzeptiert wird.

Zwei Dinge sind wichtig:

1. Während Stahl einen Temperaturbereich hat Aluminiumlegierungen, bei denen es immer flüssiger wird, wechseln innerhalb weniger Grad von fest zu flüssig. Außerdem ist die Wärmeleitfähigkeit in Legierungen auf Eisenbasis geringer als in Aluminium, sodass durch lokales Erhitzen von Stahl das umgebende Material im Vergleich zu Aluminium kühler und fester bleibt. Das Schweißen dünner Stahlbleche ist zwar trivial, erfordert jedoch viel Erfahrung mit Aluminium. Für sehr dünne Bleche sind spezielle Geräte wie ein wassergekühlter Kupferträger erforderlich, auf dem die Aluminiumbleche ruhen, damit ihr Rücken gekühlt wird. Außerdem ist die Schmelztemperatur von Stahl und Titan hoch genug, um lange vor dem Schmelzen zu glühen, während Aluminium schmilzt, ohne dass Sie einen optischen Hinweis auf seine Temperatur erhalten.

2. Hoch -festes Aluminium wird durch fortschreitendes Altern und Ausscheidungshärten des Materials hergestellt. Die üblichen Legierungen verwenden Kupferatome, die in der Aluminiummatrix dispergiert sind und das Atomgitter lokal verzerren und verstärken. Wenn sie durch Schweißen erwärmt und schnell abgekühlt werden, würde sich die Kupferverteilung ändern und das Material um den Schweißbereich herum geschwächt werden. Das erneute Aushärten der fertigen Struktur ist in den meisten Fällen eher unpraktisch, daher ist das Nieten die bessere Alternative.

Eine dritte Spezialität ist die Oxidschicht auf Aluminium, die ein höheres Schmelzen aufweist Temperatur als das Grundmaterial. Sie benötigen einen AC WIG -Schweißer, um die Aluminiumoxidschicht aufzubrechen, sodass Ihre Auswahl an Schweißtechniken eher begrenzt ist.

Genietete Strukturen sind außerdem leichter zu inspizieren und zu reparieren. Bei den meisten Reparaturen muss die Flugzeugstruktur für den Zugang entfernt werden, und eine genietete Struktur kann nach der Reparatur mit etwas dickeren Nieten leichter zerlegt und wieder zusammengesetzt werden.

Meine Erfahrung mit dem Schweißen von Aluminium wurde bei 4 mm dicken Blechen gestoppt. Während dickere leicht zu schweißen waren, habe ich es nie geschafft, dünnere zu schweißen. Sie sitzen vor Ihrer Struktur und erhitzen die Stelle, an der Sie mit dem Schweißen beginnen möchten. Wenn Sie es durch den abgedunkelten Kopfbildschirm betrachten, warten Sie, bis der Punkt unter dem Lichtbogen glänzend wird, was signalisiert, dass die Oberfläche zu schmelzen begonnen hat. Jetzt müssen Sie Ihren Schweißdraht wie verrückt hinzufügen, damit sich der Fleck nicht mehr erwärmt und der Fleck in Bewegung gerät. Wenn Sie dies nicht tun, haben Sie eine Sekunde später ein Loch unter Ihrem Lichtbogen, da das Aluminium vollständig geschmolzen ist und abgefallen ist. Dies mit 2-mm-Blättern zu tun, war für mich eine reine Übung der Sinnlosigkeit - in dem Moment, in dem die Oberfläche glänzend wurde, fiel sie bereits ab.

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Danke an @ voretaq7 für das Teilen des Links zum Reibrührschweißen in den Kommentaren! Dies wird durch die präzise Positionierung der Teile und eines computergesteuerten Schweißkopfes ermöglicht und wird in Zukunft eine breitere Anwendung finden. Eclipse Aerospace behauptet, dass es ihnen hilft, 60% der Nieten in ihren Düsenflugzeugen zu vermeiden.

Das Schweißen hat zwei wesentliche Nachteile: (1) Es schwächt im Allgemeinen das Ausgangsmaterial und die Wärme in der betroffenen Zone. (2) Die Verwendung einer einzelnen Komponente kann beim Wechsel von einem Abschnitt zum nächsten das Anhalten von Rissen verlieren. Ich hörte eine Geschichte, in der jemand (Lockheed?) Die Verwendung von Diffusionsbindung ausprobiert hatte, dann aber während der Strukturprüfung eine erhebliche Rissentwicklung erlitt.

Zugang zum Kometenrumpf, der für die Druckprüfung des Wassertanks verwendet wurde (montiert auf) An der Wand eines Labors am RAF College (Cranwell) ist das Wachstum von Rissen deutlich zu erkennen. In der Vergangenheit bohrten Ingenieure Löcher am Ende eines Risses (als sie sie fanden), weil der vergrößerte Spitzenradius die Ausbreitungsrate verlangsamt. Mein Vater und mein Pate waren beide Ingenieure von Imperial Airways in den 1930er, 40er und 50er Jahren. (OK, der Name wurde in BOAC i 1940 geändert.)

Außerdem ist es fast unmöglich, die Integrität einer Schweißnaht zu testen, ohne sie zu beschädigen. wie die Matchfabrik, die 100% testet und nur diejenigen versendet, die funktioniert haben.

Sie fragen sich nur, was in der Luftfahrt anders ist? Ist Reparatur, Sicherheit, Gewicht der Aerodynamik von & bei einer geschweißten Konstruktion nicht besser? da es weniger offensichtlich ist): Klebstoffe .

Obwohl das Material nicht wie das Schweißen an sich kombiniert wird, verläuft es in die gleiche Richtung, ändert jedoch im Gegensatz zum Schweißen im Allgemeinen nicht die Materialeigenschaften. Industriestärkeklebstoffe wie Epoxidharz können bei richtiger Anwendung unglaublich stark sein.

Dieses PDF von Henkel bietet eine große Auswahl an Produkten, ebenso wie diese Übersicht von 3M Aerospace.

Erstens haben die meisten Flugzeuge viele geschweißte Komponenten, aber meistens sind es die Rahmen- / Strukturkomponenten. Die Haut wird normalerweise aus zwei Gründen genietet: (1) Es ist viel einfacher, eine genietete Platte zu entfernen oder zu ersetzen, und (2) der Paarungsort zwischen Haut und Struktur ist in vielen Fällen nicht zugänglich. Mit anderen Worten, die Haut muss mit dem Rahmen verbunden werden. Das bedeutet, dass der Schweißer Zugang zu dieser Verbindung haben muss. Selbst wenn Sie Zugang zu der Verbindung hätten, wäre es nur eine Nahtschweißung, dann müssten Sie erneut an der Außenfläche schweißen, um die Stoßverbindungen zwischen den Platten abzudichten. Dann müssten Sie diese Dichtungen schleifen. Sehr zeitaufwändig und teuer und wahrscheinlich sowieso nicht stärker als Nieten.

Bedenken Sie auch, dass sich Flugzeuge während des Fluges ständig biegen. Dies wird die Schweißverbindungen zerstören und möglicherweise zu Rissen in einer dünnen Verbindung führen (welche Hautverbindungen es sein werden). Nieten sind für bewegliche Teile viel freundlicher, weil sie ein wenig nachgeben.

Normalerweise möchten Sie eine große Oberfläche für die Schweißnaht, und mit einem dünnen Abschnitt ist dies schwer zu erreichen. Aus diesem Grund wäre es tatsächlich eine viel bessere Idee, die Haut anzulöten oder zu verlöten, als sie zu schweißen.

Bei all diesen Dingen ist es sehr gut möglich, ein Flugzeug mit einer geschweißten Konstruktion zu entwerfen, die einem Auto ähnelt unter Verwendung von sogenannten "Punktschweißungen". Dies mag noch passieren, aber die Flugzeugindustrie hat es noch nicht geschafft.

Ich bin zu diesem Thema gekommen, um Vergleiche zwischen Nieten und Schweißnähten anzustellen. Meine Neugier war geweckt, als ich "Die Nacht, in der der Fitz unterging" von Hugh E. Bishop in Zusammenarbeit mit Dudley Paquette las. Paquette (Kapitän der Wilfred Sykes, als die Edmund Fitzgerald unterging) kritisierte Schweißnähte in Schiffen, die seit einem Vergleich von Schweißnähten mit Nieten, der bei dem Versuch der Marine, U-Boote zu bauen, durchgeführt wurden, fast zum Standard geworden sind. Die Marine kam zu dem Schluss, dass Schweißnähte viel stärker als Nieten waren, und begann danach mit dem Schweißen von U-Booten und so ziemlich allen großen Booten. Paquette vertraute ihnen nicht, weil ein großes Boot besonders bei Stürmen viel "funktioniert" (Biegungen und Drehungen) und die Schweißnähte so steif sind, dass dort, wo sich ein genieteter Bereich mit dem Rest des Schiffes biegt, eine Schweißnaht nach oben springt offen.

Ich bin mir nicht ganz sicher, wie es auf Flugzeuge anwendbar ist, aber es zeigt, dass "Boote und Schiffe tun es" möglicherweise kein so starkes Argument ist, wie die Leute vielleicht denken.

In der Raffinerieindustrie; Schweißen ist nicht einfach, und das gilt für Stahl, der viel einfacher zu schweißen ist als Aluminium und Titan. Der ASME-Code für Kessel und Druckbehälter enthält einen ganzen Abschnitt (Abschnitt 5), in dem die Anforderungen und Bedingungen für das Schweißen von Raffineriestählen definiert sind. Eines der größten Probleme für jedes Metall ist die Wärmeeinflusszone (HAZ). Das Metall in der WEZ hat den gesamten Temperaturbereich vom Schmelzen bis zum Nichts gesehen. Bei Aluminium befindet sich das Schweißgut und ein Teil der WEZ in der niedrigsten Festigkeit. Ich werde mich kurz fassen. Um das Aluminium wieder fest zu machen, müsste die gesamte geschweißte Struktur lösungsgeglüht (auf etwa 900 ° F erhitzt) und schnell abgekühlt werden (wie in Wasser). Dann gealtert bei etwa 300 F. Dies ist die übliche T 6 -Zustand. Betrachten Sie die Probleme, die gesamte Struktur im heißen Zustand zu stützen, und das Aluminium hat die Stärke von Käse. Und dann in Wasser abschrecken. Titan hat seine eigenen einzigartigen Schweißprobleme.

Wie andere angemerkt haben, liegt dies an den Eigenschaften von Aluminium. Ich möchte hinzufügen, dass es gute Alternativen zur Verwendung von Aluminium gibt, aber die einzige, die sowohl hinsichtlich Leistung als auch Preis machbar ist, ist Magnesium.

Der raketengetriebene XP-79 von Northrop verwendete beispielsweise eine geschweißte Magnesium-Monocoque-Struktur.