Nowa technologia spawania pomaga w budowie lekkich samolotów
Technologie łączenia mechanicznego są powszechnie stosowane w przemyśle lotniczym, a typowy kadłub wymaga około 50 000 nitów do stworzenia integralnej konstrukcji. Spawanie laserowe jest ważną technologią umożliwiającą obniżenie masy kadłuba samolotu poprzez zwiększenie ilości stosowanego aluminium i wyeliminowanie nitów. W ramach projektu EXTRA-LASER (Extrapolation and technical and economic study of a laser beam welding technology (extra-laser)) naukowcy porównali LBW i łączenie mechaniczne pod względem oddziaływania na środowisko, bezpieczeństwa, wydajności procesu oraz kosztów produkcji konstrukcji samolotowych. Prace opierały się na reprezentatywnej konstrukcji demonstratora technologicznego opracowanego w ramach projektu Czyste niebo — płaskim panelu z czterema podłużnicami. Ponieważ większość awarii związanych ze zmęczeniem materiału występuje w otworach na nity, spawanie laserowe przyczynia się do ogólnej poprawy bezpieczeństwa konstrukcji. Konstrukcje spawane laserowo cechują się zwiększoną tolerancją na uszkodzenia dzięki lepszym właściwościom materiału i większej elastyczności procesu. Odpowiednie warunki procesu pozwalają na uzyskanie dobrej mikrostruktury stopów metalowych, co ma bardzo istotny wpływ na tworzenie się porów, odporność na korozję oraz skłonność do pękania na gorąco. Wykorzystując innowacyjne stopy aluminium i litu do budowy panelu demonstracyjnego oraz nie zmieniając jego konstrukcji, zespół zmniejszył masę elementu o 20%. Czas obróbki spawanej laserowo konstrukcji skrócił się o 50% w porównaniu z elementem nitowanym. Produkcja według nowej techniki wydaje się bardziej energochłonna niż nitowanie, jednak mniejsza masa pozwoli na ograniczenie zużycia paliwa przez samolot. Koszy produkcji są znacznie wyższe w przypadku konstrukcji LBW ze względu na wysokie ceny aluminium i litu. Omawiany projekt powinien przyczynić się do upowszechnienia spawania laserowego jako czystej metody produkcji, powodującej niewielkie emisje szkodliwych substancji. Zwiększone wykorzystanie LBW do łączenia konstrukcji eliminuje też konieczność nitowania, które jest procesem głośnym i monotonnym, pomagając tym samym w poprawie bezpieczeństwa w miejscu pracy.
Słowa kluczowe
Lekkie, samolot, spawanie laserowe, nitowanie, aluminium, EXTRA-LASER
