曾经的航天故障改写了工业史( 二 )


“伽利略号”的高增益天线之所以会出现冷焊现象 , 是因为在发射升空之前 , “伽利略号”在地面上经历了数次运输和测试 , 在这些过程中 , 覆盖在几根骨架上的润滑物质和氧化层在摩擦的作用下被磨损掉了 。再加上满足了超高真空、相同的金属材料以及一定的压力等几个冷焊的发生条件 , 最终导致了冷焊现象的发生 。
曾经的航天故障改写了工业史
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自然了 , 在航天工作中一旦发生这样的情况是非常不利的 , 轻则像“伽利略号”这样影响科研工作的完成程度 , 重则甚至可能报废天价的人造航天器 。那么 , 该怎么避免真空冷焊现象呢?中国科学院兰州化物所的科学家自20世纪80年代初就结合“风云一号”气象卫星开始进行空间环境的润滑与防冷焊技术的研究 , 目前已经积累了相当多的研究成果 。
防冷焊的研究通常从破坏冷焊现象的发生条件入手 , 从环境压力(真空度)、材料接触面的压力、材料表面光洁度等主要影响因素进行分析 。研究人员在运用卫星进行太空空间冷焊试验的同时 , 还在地球上进行了大量的地面模拟试验 。试验结果表明 , 在金属材料表面涂抹氧化层是最经济且高效的防冷焊方法 。根据研究成果 , 兰州化物所的科研人员利用高性能固体润滑涂层技术和长寿命润滑薄膜技术 , 有效解决了“天宫二号”空间站的零部件的润滑与防冷焊问题 , 为“神舟十一号”飞船与“天宫二号”的成功对接保驾护航 。
冷焊技术与现代工业
冷焊现象在航天研究中不受欢迎 , 但在地面上的工业领域却大展神威 。冷焊在工业中被称为摩擦焊 , 是美国焊接研究所在1991年发明的一种新型焊接技术 , 其原理与冷焊效应完全一致 , 在低温低压的条件下 , 通过剧烈地搅拌、摩擦以及接头的压力作用 , 使得两块相同的金属迅速地粘接在一起 。
与其他焊接技术相比 , 摩擦焊技术的优势很明显 。首先 , 摩擦焊的整个过程不经过高温熔融、冷却固化 , 而是在材料的塑性状态下实现的 , 这使得焊缝的一致性很高 , 没有热裂纹、夹渣、气孔等熔焊缺陷产生 , 机械性能优异;另外 , 摩擦焊焊接过程中不需要填充材料和保护气 , 大大简化了焊接工序;最重要的是 , 摩擦焊不需要燃料、激光等额外的热源 , 焊接过程也不会排放废气废料 , 更加节能环保 。
目前 , 摩擦焊技术在航空航天制造业中已经到了工业化运用阶段 , 像波音、洛克希德·马丁等航空航天的巨头都已采用了这项技术 。在汽车工业中 , 越来越多的零部件生产也开始出现了摩擦焊的身影 。我们知道 , 铝、镁合金一类的轻质合金在焊接中有着接头软化严重、易形成氧化膜、容易产生气孔和热裂纹、焊接变形严重等缺点 。而摩擦焊正好能解决这类问题 , 在2005年 , 福特公司就使用了这项技术来焊接镁铝合金 。可以说 , 摩擦焊是最适合镁铝合金材质的焊接工艺之一 。近年来 , 地铁机车的制造中也运用了摩擦焊 , 2010年 , 广州地铁3号线城轨车辆的车体就大量使用了摩擦焊 。如此看来 , 摩擦焊未来确实大有可为 。
航天史上的一个小故障引发了工业上如此大的变化 , 没想到吧?
【曾经的航天故障改写了工业史】来源:大科技杂志社