中航突破先進航空發動機與導彈天線尖端焊接技術

特種焊接工藝

　　焊接技術是先進位造行業的關鍵技術，是材料形成零件和零件成為產品的橋樑。焊接質量直接影響著產品的性能、壽命和安全。焊接技術在解決複雜結構製造、簡化材料成形工藝和降低製造成本等方面發揮著重要作用，已經成為衡量一個國家製造業水平的重要標誌。焊接技術通常應用於航空、航天、船舶、石油、化工、汽車、機械、電子等領域，其中，焊接技術在航空工業的應用尤其廣泛，被喻為編織飛行夢想的「連接器」。

　　中航工業北京航空材料研究院(以下簡稱「航材院」)是我國最早進行焊接技術研究的航空科研院所之一。經過57年的發展，航材院在焊接方面已形成航空新材料的焊接性研究與焊接接頭性能評價技術、新型高溫結構材料的釺焊與擴散焊技術、航空複雜結構的焊接製造技術、特種焊接材料製備技術、發動機關鍵部件焊接修復再利用及可靠性評價技術等五大核心研究方向，在我國航空焊接領域綜合實力處於領先地位，已成為中國航空焊接技術的「夢之隊」。

　　航空釺焊擴散焊技術的領導者

　　釺焊和擴散焊技術是應用最為廣泛的先進焊接技術之一。為大力發展釺焊擴散焊技術，航材院專門設立了「釺焊擴散焊研究與工程技術中心」。這是一支優秀的科研團隊，代表著國內釺焊擴散焊技術的一流水平，尤其是在先進鑄造高溫合金及葉片的釺焊與擴散焊、航空發動機失效渦輪葉片的釺焊修復與再利用、複雜鋁合金構件的精密釺焊、高溫結構陶瓷的高溫釺焊以及異種材料的釺焊等航空新材料、新結構釺焊擴散焊技術領域形成了獨特的優勢。

　　發動機高溫合金葉片的釺焊技術是航空發動機的核心技術之一。「核心技術買不來」。航材院釺焊擴散焊研究與工程技術中心通過自主研製攻關，在先進鑄造高溫合金葉片的釺焊擴散焊技術方面取得突破進展，研發的發動機DZ125高溫合金高壓渦輪工作葉片焊接技術已經服務於航空工廠。為滿足第二代單晶高溫合金葉片的型號研製需求，在無任何經驗可借鑒的情況下，該中心對DD6單晶高溫合金的釺焊和過渡液相擴散焊工藝進行了深入系統的自主研究，獲得了高性能的焊接接頭，僅用兩年就突破了焊接近縫區再結晶這一國外用了五年時間才解決的技術難題，避免了葉片材料的巨大浪費，為我國先進航空發動機單晶渦輪葉片的研製做出了貢獻。目前，航材院在先進鑄造高溫合金葉片釺焊技術領域處於國內領先地位，釺焊技術基礎研究工作也日益受到國內同行的認可，僅2012年度就有兩項關於釺焊技術的國家自然科學基金項目獲得資助。

　　縫陣天線是機械掃描天線中的先進結構形式，是雷達最關鍵的精密部件之一，堪比雷達的「眼睛」。雷達制導導彈用天線一般採用多層結構，其製造加工需要疊層組裝精密釺焊技術。航材院釺焊擴散焊研究與工程技術中心通過15年的技術攻關，突破了釺料選擇及添加、焊著率控制、焊接變形控制等多項關鍵技術，並形成小批量生產能力，自主研發出一整套多層鋁合金平板縫陣天線的真空精密釺焊關鍵技術，該項目被鑒定為「技術水平屬國內領先，達到了國際先進水平」，該技術目前已經廣泛應用於航空、航天以及民用等多個領域。

　　航空鈦合金電子束焊接的前行者

　　近些年來根據先進航空鈦合金的研製進展，航材院開展了大量的鈦合金電子束焊接技術研究，在鈦合金焊接質量控制和接頭組織性能技術等方面處於國內領先地位。焊接研製的某型發動機鈦合金、高溫合金轉子部件已通過試車考核並進入批產階段。通過在航空裝備製造中採用真空電子束焊接技術，使零件的製造難度降低約40%～50%，結構零件的總重量減少25%～40%。同時，為滿足TC21損傷容限型鈦合金飛機關鍵承力部件的設計要求，航材院通過科研攻關，突破了TC21鈦合金60mm厚截面電子束焊縫質量控制技術，消除了大厚度截面深熔電子束焊縫氣孔、空洞、未熔合及根部釘尖等焊接缺陷，形成了大型複雜結構低應力、小變形電子束焊接製造關鍵技術，實現了電子束焊接接頭綜合性能與母材水平相當，在國內首次成功實現大厚度TC21損傷容限型鈦合金承力框結構的電子束焊接製造，為TC21鈦合金成功應用于飛機大型安全壽命級關鍵承力部件提供了穩定可靠的關鍵焊接技術。此外，航材院還研究了大晶粒鈮材電子束焊接技術，保證了超導腔複雜結構焊縫內部質量和背面成形。

　　特種焊接材料製備技術的創新者

　　多年來，航材院一直致力於特種焊接材料製備技術的創新發展。通過科研攻關，創立了適用於16Co14Ni10Cr2MoE超高強度鋼的自動氬弧焊工藝技術，研製了與基體材料強度相匹配的填充焊絲。通過層間溫度、線能量、起弧相位和軸向收縮等精確控制和焊接缺陷綜合控制，解決了零件多層焊接頭組織、強度和韌性及焊接變形控制難題，使多層焊質量穩定地達到航標一級焊縫要求。該技術已經應用於某飛機超高強度鋼平尾大軸的焊接生產線。同時，研製出含Mo和稀土元素的Ni-Co-Fe-Cr-Al-Nb系合金抗焊接裂紋焊絲，解決了低膨脹GH783合金裂紋防止和接頭性能保證技術關鍵，為先進發動機低膨脹合金環形件的製造提供了焊接技術儲備。航材院研究的鋁合金自動弧焊高質量控制技術還被應用於「神舟」系列飛船的焊接器件製造。

　　在焊接材料的研製和應用研究方面，航材院實現了我國焊接材料從仿製到創新、從少量焊料種類到初步建立起航空焊接材料體系的重大跨越，自主研製的焊接材料基本覆蓋鋁合金、銅合金、不鏽鋼、鈦合金、鑄造和變形高溫合金、鎳鋁系和鈦鋁系金屬間化合物、陶瓷、陶瓷基複合材料。目前航材院是航空焊接材料(電焊條、焊絲、鈦基合金釺料、鎳基高溫釺料、鈦合金鉚釘絲等)的定點供貨單位，供應量可以在幾千克至幾噸的量級，滿足了在役型號飛機和發動機的焊接材料批產需求，並根據新型號的設計需求，及時研製滿足航空及其它軍民用特殊用途的各類焊接材料。

　　航空焊接修復與再利用的引領者

　　航空燃氣渦輪發動機的關鍵熱端部件的工作條件日趨苛刻，因此它們經歷一個使用周期後，往往會出現裂紋、燒蝕、變形、磨損等缺陷而失效。這就需要對失效的發動機關鍵熱端部件進行延壽焊接修復。焊接修復與再利用技術是一個極具產業化前景的方向，用焊接修複發動機部件的成本是造一個新部件的10%～20%，而且比製造新部件明顯節省生產周期，另外，焊接修復技術可節約Ni、Co、Cr、W、Mo、Re等金屬原材料。

　　航材院自「九五」起開始自主研究焊接修復技術，系統攻克了風扇和壓氣機葉片、渦輪工作葉片、渦輪導向葉片、整體導向器、機匣等部件的裂紋、磨損、燒蝕、打傷等缺陷的釺焊修復、熔焊修復技術，並建立起焊接修復可靠性評估技術。各類試修部件通過試車考核，獲得使用方的高度評價。目前已經掌握了9個型號、30餘類零件的焊接修復技術，共修復零件10000餘件，均裝機使用。而且經過實際飛行驗證，相關焊接修復部件滿足一個翻修周期要求，而且有的已經延長飛行壽命超過400小時。

　　中國航空焊接技術的「夢之隊」

　　經過長期的發展，航材院逐漸確立了我國航空焊接技術的領先地位，具有完備的焊接軟硬體技術條件。目前設有「釺焊擴散焊研究與工程技術中心」和「熔焊與特種焊」專業組，擁有先進的真空釺焊設備、真空和多氣氛擴散焊設備、中壓和高壓電子束焊機、6kW光纖激光器、慣性摩擦焊機、電阻焊設備、自動弧焊機、焊接機器人、焊接模擬試驗機等先進焊接設備，並建成航空電焊條、焊絲、釺焊料的全套生產線，以及釺焊修復和熔焊修復兩條焊接修復生產線。航材院已經發展成為航空特種焊接材料研製和定點供應商，是航空焊接技能人員培訓和資格認證工作定點單位，是中國焊接學會釺焊及特種連接專委會主任委員單位和秘書處掛靠單位，也是航空焊接工藝及質量檢驗標準編製的主要負責單位。

　　航材院在焊接領域具有雄厚的技術積澱。僅最近6年來，針對特種焊接材料和焊接工藝方法，就申報了國家或國防發明專利66項，其中31項已經獲得授權，並獲得中航工業集團公司級別及以上科技獎勵10項。除此之外，還先後出版了《航空釺焊技術》、《先進航空材料焊接技術》等焊接技術方面的理論專著，得到航空、航天焊接界的廣泛好評。

　　為了滿足新一代航空航天武器裝備的製造技術需求，航材院著眼未來，提前布局，重點解決輕質、耐高溫結構材料(如高性能鈦合金、鈦基複合材料、鈦鋁金屬間化合物、先進單晶高溫合金、高溫陶瓷材料以及超高溫陶瓷基複合材料)的焊接技術問題，另一方面，大力發展焊接新技術，以解決常規焊接方法難以解決的技術難題。