国产大飞机c919！为何宁愿用上百万颗铆钉拼接飞机，也不选焊接？
来源： 科普中国 发布时间：2023-10-27
国产大飞机c919首架交付航空公司的消息一出，公众对飞机的关注越来越来高。
那么，这样一具庞大的金属造物，是怎样诞生的呢？它是如何为我们提供安全舒适的航行体验的呢？相信大家一定会好奇吧。今天我们就从飞机庞大的机身是如何拼接起来的来聊一聊吧。
庞大的机身怎么拼接起来的呢？
飞机，作为人类工业文明的明珠，代表着人类文明征服自然的证明，伴随着百多年的发展，逐渐走入我们的生活。
铆钉，这个在工业设计与施工中十分常见的物件，在飞机制造过程中扮演着关键的角色。你知道吗？飞机机身的拼接竟然用到了数百万颗铆钉。
在飞机的组装过程中，这不起眼的小铆钉被用来连接及加固机身不同的构件以及结构，用来确保整个飞机的完整性和可靠性。它们需要精心设计、制造和安装，并且具有非常重要的功能，可以有效连接和固定各种飞机结构部件，包括机翼、尾翼和机身前中后段等。
铆钉在飞机结构中的一些运用。图源：作者
由于飞机在飞行过程中需要承受非常大的风压、重力、惯性力等力量。因此，飞机结构部件之间的连接必须非常坚固和可靠。
铆钉是一种非常适合飞机制造的连接方式，因为它们可以承受大量的拉伸力和剪切力，并且在不同的温度和湿度条件下保持稳定性。此外，铆钉也具有较小的空间要求，可以在不影响飞机外观和气动性能的情况下完成连接。
虽然使用大量的铆钉可能会增加制造和维护的成本，但它们可以提高飞机的可靠性和安全性，并确保在极端的情况下仍能保持完整性。因此，铆钉在飞机制造和维护中仍然是一种不可替代的连接方式。
铆钉是如何将机身拼起来的？
一般来说，飞机的结构部件是由各种金属材料组成的，包括铝合金、钛合金、不锈钢等。铆钉通过穿过两个或更多结构部件，并在另一侧用铆钉头和钉尾之间的冲击力将它们拉在一起，形成坚固的连接，连接的过程需要铆钉枪或其他专用工具来实现。
飞机结构部件通常由预制件构成，这些预制件已经钻好了铆孔。在组装过程中，安装工人将铆钉插入铆孔中，并将铆钉头部分支撑开。然后，用铆钉枪在钉尾上施加力，将钉尾弯曲，使其与结构部件牢固地连接起来。
铆钉通常是由与要连接的结构部件相同或相似的材料制成的，以确保在不同的温度和湿度条件下保持稳定性，并提供最大的连接强度。
我们可以简单了解下不同材料制成的铆钉在飞机制造过程中的应用：
铝合金铆钉：铝合金铆钉是最常用的铆钉之一，因为它们与许多飞机结构部件相似。它们通常用于连接铝合金结构部件，因为铝合金铆钉与铝合金的腐蚀性能相似，可以在飞机的高湿度环境下提供最大的连接强度。
铝合金机身蒙皮及其铆钉。图源：作者拍摄
钛合金铆钉：钛合金铆钉也是常用的铆钉之一，钛合金铆钉比铝合金铆钉更强硬、更耐腐蚀，并且可以在更高的温度下使用。由于钛合金的价格较高，钛合金铆钉通常用于连接需要更高强度和更耐腐蚀性的钛合金结构部件。
如何安装铆钉？
说完了铆钉的种类，想必大家对如何安装这些铆钉也很好奇吧。
在飞机制造过程中最常用的施工方式是机械铆接技术。热铆和冷铆都是机械铆接技术的一种，它们的主要区别在于铆接时钉的温度。
热铆是指在进行铆接时，钉处于高温状态，其温度通常在200~500摄氏度之间。在热铆的过程中，先用火炉或者其他加热设备加热钉，使其处于高温状态，然后将热钉插入两个需要连接的材料之间，待钉冷却之后就完成了铆接。热铆适用于连接高强度的材料，如钛合金等。
冷铆是指在进行铆接时，钉处于室温状态。在冷铆的过程中，铆钉通过锤击或者机械加压的方式压入两个需要连接的材料之间，完成铆接。冷铆适用于连接低强度的材料，如铝合金等。
总的来说，热铆适用于连接高强度的材料，而冷铆适用于连接低强度的材料。铆接技术的选择需要根据具体的材料、结构和要求来决定的。
为什么飞机制造不采用焊接？
在我们熟知的机械连接方法中，焊接也是十分常见的，那飞机制造为什么不采用焊接而使用铆接呢？这首先要从两者的区别开始说起。铆接和焊接是连接材料的两种不同的方法，它们的区别主要体现在以下几个方面：
连接方式不同：铆接是通过铆钉连接材料，而焊接是通过熔化材料并让它们重新凝固连接在一起。铆接只是在连接处产生一个孔洞，而焊接则是将两个或多个材料融合在一起。
材料损伤度不同：铆接可以在不对材料造成过多损伤的情况下完成连接，因为铆钉可以在不加热的情况下压入材料中。相比之下，焊接需要高温来融化材料，这会对材料造成一定的损伤。
连接强度不同：焊接通常可以获得更高的连接强度，因为焊接可以在材料中形成均匀的连接。但是在某些情况下，铆接可以获得相同的连接强度。
这下大家一定对这小小铆钉有了更多的了解了吧，飞机制造不是一日之功，是由无数前辈先驱在黑暗中不断摸索下才有了现在的样子，小小的铆钉穿针引线般地将飞机机身拼接起来，其中的门道也是别有洞天。
同样的，技术不会一直停滞不前，期待将来的技术进步为我们国家的飞机制造事业带来更大的进步。
策划制作
来源丨上海科技馆
作者丨郑寅，地面工程师；王益熙，上海科技馆展教中心科学老师
责编丨白莉
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