Nowe technologie spawania konstrukcji samolotowych
Przez dziesięciolecia w przemyśle lotniczym stosowano nity do łączenia metalowych elementów konstrukcyjnych samolotów, w tym kadłuba i skrzydeł. Nitowanie, przypominające zapinanie koszuli na guziki, wymaga dużej nakładki materiałów oraz samych nitów, co powoduje wzrost masy. Aby zmniejszyć globalne skutki lotnictwa, UE dofinansowała projekt LIGHTWELD (Development of welding technologies for light alloys aircraft structures). Działania były ukierunkowane na opracowanie innowacyjnych technologii spawania stopów glinu i litu (Al-Li) oraz magnezu (Mg). Technologie obejmowały spawanie laserowe (LBW), punktowe spawanie tarciowe (FSSW) oraz punktowe spawanie oporowe. Techniki te opierają się na, odpowiednio, nagrzewaniu laserowym, nagrzewaniu przy pomocy tarcia oraz nagrzewaniu przy pomocy oporu elektrycznego, które pozwalają na zmiękczenie materiału i ułatwiają łączenie. Używając różnych połączeń materiałów, badacze testowali te trzy technologie spawania na demonstracyjnym modelu prawdziwego panelu konstrukcyjnego samolotu wraz z ramą i podłużnicą. Parametry procesu zoptymalizowano pod kątem wszystkich przypadków, aby zapewnić mocne połączenia porównywalne z wzorcowymi połączeniami nitowymi. Aby połączyć metalowe odcinki między żebrami za pomocą FSSW, badacze wykorzystali ramię robotyczne wyposażone we wrzeciono wraz z elastycznymi zaciskami i uchwytami FSSW. Do spawania techniką LBW zespół wykorzystał głowicę laserową sterowaną światłowodem, podajnik drutu i układ zasilania gazem zamontowane na ramieniu robotycznym. Połączenia różnych komponentów Al-Li i Mg uzyskane w drodze LBW i FSSW wykazały wagę mniejszą o 10% dzięki wyeliminowaniu nitów, mniejsze nakładki materiałowe i mniejszą gęstość stopu. Badacze wykorzystali nową technikę inspekcji, nazywaną aktywną termografią, która analizuje reakcję termiczną zespawanych próbek na źródło ciepła i zimna. Wyniki wykazały brak porowatości i wad w zoptymalizowanych próbkach. Zespół przeprowadził również różne rodzaje testów, aby ocenić wytrzymałość zmęczeniową i odporność na korozję. Udoskonalone technologie spawania zaawansowanych lekkich stopów przyczynią się do poprawy konkurencyjności producentów samolotów oraz otwarcia nowych rynków dla tanich metod zgrzewania metali. Zmniejszenie masy samolotu pozwoli poprawić pozycję operatorów lotniczych i ograniczyć negatywny wpływ lotnictwa na środowisko. Projekt LIGHTWELD będzie miał też istotne znaczenie społeczno-ekonomiczne.
Słowa kluczowe
Spawanie, konstrukcje samolotowe, lekkie stopy, LIGHTWELD, spawanie laserowe, punktowe spawanie tarciowe
