戰(zhàn)機是如何“拼接”起來的？原來全靠這項工藝

一釘一鉚“拼”戰(zhàn)機

■宋  茹

在中國人民革命軍事博物館兵器館里，陳列著一架編號為079的米格-15殲擊機，機身遍布鉚釘。周 樂供圖

飛機在惡劣氣候條件下飛行，機翼會發(fā)生劇烈抖動，這時候有人會問：“機翼會不會在空中折斷？”

事實上，機翼的韌性非常好、安全系數(shù)比較高，除了優(yōu)選材料和設計等方面外，還得益于安全可靠的鉚接工藝。此外，戰(zhàn)機龐大的機身并非一體成型，同樣是通過鉚接工藝，將不同尺寸的蒙皮和機體結構緊密“拼接”起來。

鉚接是利用鉚釘將多個工件連接起來，小到剪刀、鐵鉗等生活用品，大到船舶、航天器、橋梁的制造，都采用了鉚接工藝。

自戰(zhàn)機誕生之日起，鉚接工藝被廣泛應用于航空工業(yè)制造和維修領域。那么，鉚接工藝有什么獨特優(yōu)勢？又是如何將戰(zhàn)機“拼接”起來的？請看本文解讀。

鉚接工藝優(yōu)點多

戰(zhàn)機在高空高速飛行時，常常經(jīng)歷低溫、強風等惡劣環(huán)境，給機體結構造成很大考驗。

與汽車車身整體壓鑄成型不同，戰(zhàn)機的結構部件復雜，需要滿足不同結構件的材料、形狀、尺寸的連接需求，并保證機體結構緊固。

現(xiàn)代工藝中常見的金屬構件連接方式主要為焊接、鉚接和螺栓連接，選擇哪種連接方式，與金屬材料、形狀、厚度、受力方向、使用環(huán)境等因素有關。其中，鉚接工藝憑借獨特優(yōu)勢脫穎而出，成為戰(zhàn)機上使用最廣泛的連接方式。

一方面是輕量化的選擇。高速度、高性能始終是戰(zhàn)機的永恒追求。為了能夠輕裝上陣，一代代戰(zhàn)機制造幾乎“每克必爭”，努力“瘦身”，不但采用了鋁合金、鈦合金等“輕薄款”材料，蒙皮厚度在2到5毫米，這種蒙皮可焊接性能差，極易因焊接受熱而破損變形，只能通過物理方式進行固定。

另一方面是飛行環(huán)境的要求。戰(zhàn)機高速飛行時，受氣流影響會產(chǎn)生顛簸，蒙皮受到各個方向上的拉伸、彎曲等作用力，這既要求連接工藝能夠緊固各部件，有效分散各方應力，還要具備抗疲勞、抗裂、抗反復振動等特性。

此外，戰(zhàn)機在升級維護過程中，需要拆卸蒙皮，檢查內部故障問題。焊接技術實現(xiàn)的是永久性連接，一旦蒙皮上發(fā)現(xiàn)裂紋，就不得不將其大面積換新，不僅耗時費力，還增加了維修成本。而鉚接工藝可以輕松拆裝部分蒙皮，維修效率明顯提升。

如今，隨著航空工業(yè)技術發(fā)展，鉚接工藝從最早單一的手工作業(yè)逐步衍生出液壓鉚接、電磁鉚接等新技術，以滿足不同材料、不同部位的連接需求。

小小鉚釘能量大

近距離觀察飛機，我們會發(fā)現(xiàn)蒙皮上有數(shù)不勝數(shù)“指甲蓋”大小的鉚釘。據(jù)了解，一架中型客機全身遍布上百萬顆鉚釘。

航空鉚釘?shù)男螒B(tài)各異、種類繁多，常用的有埋頭鉚釘、凸頭鉚釘?shù)?，根?jù)安裝環(huán)境、連接方式、尺寸大小不同，鉚釘?shù)倪x擇也不盡相同。此外，鉚釘本身材料和制造質量關系到鉚接工藝可靠性。

早期的鉚釘多為木制或骨制的小栓釘。1916年，英國飛機制造公司的一名科學家取得了可以單面鉚接的盲鉚釘專利，并廣泛應用于航空航天、船舶工業(yè)等領域。后來，隨著戰(zhàn)機蒙皮材料升級，鉚釘材料經(jīng)歷了從銅制、鋁制，到鋼、鎳等金屬材質的變化。

一代材料，一代裝備。新型材料的運用，必然會推動武器裝備迭代升級。當前，隱形戰(zhàn)機、復合材料的出現(xiàn)對鉚釘提出了更高要求，以鋁合金和鈦合金為代表的鉚釘逐漸成為“主流”。其中，鋁合金鉚釘主要用于連接蒙皮，而鈦合金的強度更高、耐腐蝕性更好，通常也被委以重任，連接飛機骨架、起落架等部件。

航空產(chǎn)品，質量第一。鉚釘?shù)闹圃熨|量同樣關鍵，看似尺寸只有幾毫米大小的鉚釘，加工精度甚至達到微米級，如何標準化批量制造出合格鉚釘，從設計、制造到檢驗必須步步嚴格。

目前，不同國家和行業(yè)根據(jù)實際需求，采用不同的制造標準，如國際標準化組織的ISO 15983、美國航空航天工業(yè)協(xié)會標準NAS等。此外，一些航空公司也有自己的鉚釘制造標準，比如波音公司的BACR。無論哪一種標準，都對鉚釘?shù)牟牧?、尺寸、完好性、力學性能、耐腐蝕性等進行了明確要求。

實際加工階段，一枚鉚釘?shù)纳a(chǎn)工藝包含了材料準備、釘桿拉制、鍛造成型、表面處理、頭部加工、淬火回火等一系列工序，加工精度要求極高，并通過特定的字母和數(shù)字，給鉚釘編上“身份證號”，便于識別和后期追溯。

檢驗是確保質量合格的重要關口。這一階段，鉚釘需要進行外觀尺寸、拉伸強度、扭矩等方面檢驗，必要時還會對部分關鍵指標進行測試，如斷裂載荷、耐鹽霧等。經(jīng)過層層篩選后，鉚釘才能夠“上崗”。

嚴苛的制造條件賦予鉚釘強大能量。據(jù)測算，鉚釘?shù)谋葟姸雀哌_1100兆帕，相當于每平方厘米的面積要承受10輛小轎車的重量?？梢哉f，小小的鉚釘憑借其過硬的能力，成為戰(zhàn)機飛行安全的重要保證。

每道工序皆學問

戰(zhàn)機制造是一項復雜工程，需要耗費很多工時。其中，裝配工序占比達到總工時的40%到50%，而裝配工序30%以上的勞動量，都花費在鉚接上。

之所以耗時長，是因為鉚釘數(shù)量多，且鉚接工藝十分復雜，在鉚接過程中要經(jīng)歷大量的設計與計算。可以說，每道工序皆學問。

以先進的五代機鉚接為例，為了滿足隱身性和氣動外形要求，五代機蒙皮大多采用埋頭鉚釘，與蒙皮共同形成整個光滑的機體表面，以減少氣動阻力。這種方式對鉚接工序有著極高要求。

第一步定位。鉚接前，需要一系列準備工作，根據(jù)鉚接位置，對鉚釘進行排列布局。設計師會依據(jù)材料力學的原理，針對載荷分布和傳遞規(guī)律進行科學計算，設計合理的鉚釘形狀和間距。對于機翼等關鍵部位，還要以鉚釘列陣的形式設計，確保以足夠的強度和硬度支撐連接部位。

第二步鉆孔。在前期布局定位的結構件上進行鉆孔，鉆孔位置必須準確無誤，單個孔距不到1毫米的偏差都可能導致整個零件加工失敗。為此，設計師采用了直接在蒙皮上投影方法，甚至使用AI技術定位，以保證打孔位置的精準度。

實際操作時，裝配工人需要在連接件表面加工出一個凹槽，大小與釘帽尺寸一致，使鉚釘完全嵌入蒙皮，隨后在結構件內側進行打孔備用。

第三步鉚接整形。在做好定位、鉆孔等準備工作后，才正式進入鉚接工序，裝配工人會將合適的鉚釘插入之前打孔位置，用鉚槍將鉚釘緊實壓入形成連接，并對鉚接件表面的凸起部分整形，使其與其他部件平整連接。

鉚接工作結束后，檢驗人員還將對鉚釘?shù)耐庥^進行嚴格檢驗，確保釘頭整齊、表面美觀，沒有歪斜、磕傷和裂紋等缺陷，同時對鉚接件進行檢驗，檢查強度是否符合要求，是否有松動問題，確保其質量合格后才會最終交付。

交付后就可以了嗎？當然不是，“售后服務”也必須完備。

當一架戰(zhàn)機經(jīng)過長時間“風吹日曬”后，難免會出現(xiàn)“金屬疲勞”，“皮膚”上的劃傷裂紋難以避免，鉚釘也會有一定程度的磨損。在維護保養(yǎng)階段，維修人員要系統(tǒng)檢查戰(zhàn)機的整體狀態(tài)，對松動、斷裂、損傷的鉚釘進行更換，并對機身出現(xiàn)的裂紋、腐蝕再次進行鉚接修理，在保證戰(zhàn)機整體的強度和氣動外形要求的前提下，盡量控制結構重量。

航空工業(yè)技術快速發(fā)展，帶來了鉚接技術的日趨成熟。相信隨著自動鉆鉚、電磁鉚接等先進技術誕生，勢必會提升戰(zhàn)機制造和維修效率，為戰(zhàn)機飛行安全提供可靠保證。