《航空航天材料的焊接與膠接》共分10章,由牛濟泰教授主持編著并統(tǒng)稿。其中第5章由何鵬教授執(zhí)筆,第6章由牛濟泰和閆久春教授共同執(zhí)筆,第7章由張杰研究員執(zhí)筆,第8章由孟令輝教授執(zhí)筆,其余各章由牛濟泰教授執(zhí)筆。原航空二集團石家莊飛機制造廠工程師陳永同志參與了第2章的部分編寫工作,航天科技集團航天材料工藝研究所劉志華研究員為第3章提供了部分資料。
本書在敘述目前常用的及有潛在應用價值的航空航天新材料焊接和膠接技術(shù)的基本理論與最新工藝的基礎(chǔ)上,加大了對復合材料、金屬間化合物、陶瓷材料及有機非金屬材料的比重。內(nèi)容涵蓋航空航天材料連接的主要前沿領(lǐng)域,全面系統(tǒng)地介紹近幾年來國內(nèi)外出現(xiàn)的新的焊接和膠接技術(shù),特別是針對國防領(lǐng)域航空航天產(chǎn)品制造而出現(xiàn)的材料連接新方法與新工藝。本書力求達到內(nèi)容的新穎性、實用性及國防針對性,并且特意增設了空間焊接技術(shù)一章。由于本書涉及許多高新技術(shù)和學科前沿,加之作者水平所限,書中不足甚至錯誤之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。對本書參考文獻中被引用資料的作者們表示衷心的感謝。
本書作者感謝中國機械工程學會常務副理事長、前機械工業(yè)部哈爾濱焊接研究所長、中國焊接終身成就獎獲得者宋天虎研究員,以及前中國焊接學會理事長、現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國家重點實驗室主任、中國焊接終身成就獎獲得者、國務院學位委員會委員及學科評議組成員吳林教授對本書的關(guān)心、指導和支持。
本書寫作歷時三年,特別感謝國防科技圖書出版基金評審委員會的大力支持,以及唐應恒、程邦仁等責任編輯的辛勤工作。但愿本書的出版,能為我國航空航天事業(yè)的發(fā)展做出一點微薄的貢獻。
牛濟泰,俄羅斯自然科學院外籍院士。籍貫河南省焦作市。1959年7月考入哈爾濱工業(yè)大學焊接專業(yè),1964年7月哈工大畢業(yè)留校任教至今,在哈工大曾長期擔任中層領(lǐng)導職務,F(xiàn)兼任材料及熱加工物理模擬與數(shù)值模擬國際聯(lián)合會(籌)主席。主要研究方向為:(一)新材料焊接性及其焊接新工藝;(二)材料熱加工物理模擬與數(shù)值模擬。在超高強鋼、高強鋁合金、鈦合金、形狀記憶合金的焊接,鋁基復合材料的焊接性和超塑性研究,空間環(huán)境下航天器焊接接頭安全可靠性評估,微合金鋼控軋物理模擬組織性能預報等方面,做了大量有學術(shù)價值和工程意義的工作;開發(fā)了超高溫物理模擬技術(shù),完成了“碳/碳復合材料高溫力學行為及性能預報”等高新技術(shù)研究成果,曾獲國家及省部級科技進步一、二等獎7項,國家發(fā)明專利15項,國內(nèi)外刊物或國際會議上發(fā)表科技論文200余篇,專著5本,主持國家“863”、國家自然科學基金、國防預研基金等多項,多次應邀到國外講學或從事合作研究,培養(yǎng)國內(nèi)外研究生數(shù)十名。
孟令輝,男,1963年1月出生,吉林省長春市人,F(xiàn)就職哈爾濱工業(yè)大學化工學院高分子科學與工程系,工學博士,教授/博士生導師。擔任黑龍江省復合材料學會理事,黑龍江省工程塑料學會理事。
承擔過《高分子材料》、《塑料及其成型工藝》、《高分子與環(huán)境》等課程的教學工作。主要科研工作為:粘合劑的開發(fā)與應用、塑料改性研究、廢舊塑料的分解回收以及超臨界流體對纖維的表面改性研究等。獲發(fā)明專利8項,發(fā)表與航空航天膠接相關(guān)學術(shù)論文50余篇。
張杰,1963年生于黑龍江省哈爾濱市。哈爾濱工業(yè)大學教授,博士生導師。主要從事異種材料連接,特別是高性能陶瓷材料本身以及陶瓷與金屬的連接研究。主持完成了多項國家及省部級科研項目.獲得了國家自然科學三等獎、黑龍江省自然科學二等獎、航天部科技進步三等獎等獎勵,獲國家發(fā)明專利5項。在國內(nèi)外學術(shù)期刊及國際學術(shù)會議上發(fā)表論文70余篇。
何鵬,男,滿族,1972年6月出生,博士,教授,博士生導師,哈爾濱工業(yè)大學材料科學與工程學院教師,全國釬焊焊接標準化委員會副主任,中國焊接學會釬焊及特種連接專業(yè)委員會副主任。獲教育部自然科學獎一等獎1項;黑龍江省科學技術(shù)二等獎2項、浙江省科學技術(shù)三等獎1項;獲全國優(yōu)秀博士學位論文提名獎;入選2005年教育部“新世紀優(yōu)秀人才”。發(fā)表學術(shù)論文105篇,其中SCI收錄56篇,EI收錄50篇;申報國家發(fā)明專利30項,已授權(quán)14項。
第1章 概論
1.1 航空航天環(huán)境及其對材料相容性的要求
1.1.1 航空環(huán)境
1.1.2 航天環(huán)境
1.1.3 航空航天環(huán)境對材料相容性的要求
1.2 航空航天常用結(jié)構(gòu)材料
1.3 航空航天連接技術(shù)的發(fā)展概況
1.3.1 焊接技術(shù)的發(fā)展概況
1.3.2 膠接技術(shù)發(fā)展概況
參考文獻
第2章 超高強鋼的焊接
2.1 低合金超高強鋼的焊接性
2.2 中合金、高合金超高強鋼的焊接性
2.3 超高強鋼焊接工藝要點
參考文獻
第3章 輕合金的焊接
3.1 鋁合金的焊接
3.1.1 高強鋁合金的焊接性分析
3.1.2 鋁合金的焊接工藝要點
3.1.3 鋁合金的某些先進焊接技術(shù)
3.2 鎂合金的焊接
3.2.1 鎂合金的焊接性分析
3.2.2 鎂合金的焊接工藝
3.3 鈦合金的焊接
3.3.1 鈦合金的焊接性分析
3.3.2 鈦合金的焊接工藝
3.4 鈹合金的焊接
3.4.1 鈹合金的焊接性分析
3.4.2 鈹合金的焊接工藝
參考文獻
第4章 不銹鋼、高合金耐熱鋼、高溫合金及難熔金屬的焊接
4.1 不銹鋼及高合金耐熱鋼的焊接
4.1.1 Cr-Ni奧氏體鋼的焊接性分析
4.1.2 不銹鋼及高合金耐熱鋼的焊接工藝要點
4.2 高溫合金的焊接
4.2.1 高溫合金的焊接性
4.2.2 高溫合金的焊接工藝
4.3 難熔金屬及其合金的焊接
4.3.1 鈮及鈮合金的焊接
4.3.2 其他難熔金屬的焊接
參考文獻
第5章 金屬間化合物的焊接
5.1 金屬間化合物的類型和特征
5.1.1 金屬間化合物概述
5.1.2 Ni-Al系金屬間化合物
5.1.3 Ti-Al系金屬間化合物
5.1.4 Fe-Al系金屬間化合物
5.2 Ni-Al系金屬間化合物的連接
5.2.1 Ni3Al金屬間化合物的連接
5.2.2 NiAl金屬間化合物的連接
5.3 Ti-Al系金屬間化合物的連接
5.3.1 Ti3Al金屬間化合物的連接
5.3.2 TiA1金屬間化合物的連接
5.4 Fe-Al系金屬間化合物的連接
參考文獻
第6章 金屬基復合材料的焊接
第7章 陶瓷及其與金屬的連接
第8章 航空航天材料的膠接
第9章 航空航天異種材料的焊接
第10章 空間焊接技術(shù)
第3章 輕合金的焊接
航空航天飛行器中,常用的輕金屬結(jié)構(gòu)材料主要是鋁、鎂、鈦、鈹四種,以及以它們?yōu)榛膹秃喜牧匣蚪饘匍g化合物。本章主要針對上述四種輕合金的焊接性進行分析,并介紹其焊接新工藝。有關(guān)金屬基復合材料和金屬間化合物的焊接將在本書第5章及第6章中分別論述。
3.1 鋁合金的焊接
鋁由于密度。2.70g/cm3)、延性好、耐腐蝕、抗低溫能力強、無磁性、抗射線輻照以及價格相對較低,而成為航空航天結(jié)構(gòu)中最主要的金屬材料。由于純鋁的強度太低,而作為航空航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)材料必須具備高的比強度和比剛度,所以航空航天飛行器所用的都是經(jīng)過合金化或熱/力處理的高強鋁合金。3.1.1高強鋁合金的焊接性分析相對而言,防銹鋁等非熱處理強化鋁合金焊接性較好,而熱處理強化鋁合金,特別是硬鋁、鋁鋰合金等高強鋁合金焊接性較差。鋁合金的焊接方法很多,但目前航空航天結(jié)構(gòu)最主要的焊接方法還是熔化焊。鋁合金熔焊時遇到的主要問題是氧化、氣孔、熱裂縫、接頭軟化及接頭抗腐蝕性能下降等五大問題。
1.氧化
鋁與氧的親和力很大,極易化合生成A1:03。在大氣及濃硝酸中,鋁表面生成一層牢固致密的氧化膜,對基體起保護作用,使鋁具有很好的抗腐蝕性能,這本來是一件好事,但是在焊接時,氧化膜的存在卻會給焊接過程帶來困難和危害,這是因為:
(1)氧化膜的熔點高(20500C),遠高于鋁(660℃),焊接時難以熔化,另外密度也大(3.95g/cm3~4.10g/cm3),因此易在焊縫中造成未熔合缺陷或氧化物夾渣,降低接頭性能。
(2)氧化膜吸收水分能力強,焊接時易產(chǎn)生氫氣孔。
(3)氧化膜逸出功低,易發(fā)射電子,使電弧為尋找氧化膜而飄動不穩(wěn);若氧化膜過厚,則電阻高,難導電,相當于一層絕緣膜,同樣也使電弧不能穩(wěn)定燃燒。
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