Me motivó hacer esta pregunta: ¿Por qué los aviones se remachan y no se atornillan?
¿Por qué no una construcción soldada? ¿Es demasiado difícil soldar estas aleaciones? Provengo de una experiencia en refinería y en muchas tareas peligrosas, la construcción soldada se ha convertido en la norma porque la integridad es más fácil de garantizar que los tornillos, pernos o remaches.
Solo me pregunto qué es diferente en la aviación. ¿No es mejor la reparación, la seguridad, el peso y la aerodinámica con una construcción soldada?
Respuesta corta: las aleaciones de aluminio de alta resistencia son difíciles de soldar correctamente. El aluminio es un material tan fino para estructuras aeronáuticas que se acepta gustosamente la necesidad de remacharlo.
Dos cosas son importantes:
Mientras que el acero tiene un rango de temperatura en el que se vuelve cada vez más líquido, las aleaciones de aluminio cambian de sólido a líquido en unos pocos grados. Además, la conductividad térmica en las aleaciones a base de hierro es menor que en el aluminio, por lo que calentar el acero localmente mantendrá el material circundante más frío y más sólido en comparación con el aluminio. Si bien la soldadura de láminas delgadas de acero es trivial, se necesita mucha experiencia en aluminio . Para láminas muy delgadas, se necesitan equipos especiales como un soporte de cobre enfriado por agua sobre el que descansan las láminas de aluminio, para que su parte posterior se enfríe. Además, la temperatura de fusión del acero y el titanio es lo suficientemente alta como para que brille mucho antes de derretirse, mientras que el aluminio se derretirá sin dar ningún indicio óptico de su temperatura.
El aluminio de alta resistencia se produce mediante el envejecimiento progresivo y el endurecimiento por precipitación del material . Las aleaciones habituales utilizan átomos de cobre dispersos a través de la matriz de aluminio que distorsionan localmente la red atómica y la fortalecen. Si se calientan y enfrían rápidamente mediante soldadura, la distribución del cobre cambiaría y el material se debilitaría alrededor del área de soldadura. En la mayoría de los casos, volver a endurecer la estructura terminada es bastante poco práctico, por lo que la mejor alternativa es remachar.
Una tercera especialidad es la capa de óxido sobre el aluminio, que tiene una temperatura de fusión más alta que el material base. Necesita un soldador AC TIG para romper la capa de óxido de aluminio, por lo que su elección de técnicas de soldadura es bastante limitada.
Además, las estructuras remachadas son más fáciles de inspeccionar y reparar. La mayoría de las reparaciones necesitan quitar la estructura de la aeronave para tener acceso, y una estructura remachada es más fácil de desmontar y volver a armar después de la reparación usando remaches ligeramente más gruesos.
Mi experiencia con la soldadura de aluminio se detuvo en láminas de 4 mm de espesor; mientras que los más gruesos eran fáciles de soldar, nunca logré soldar los más delgados. Te sientas frente a tu estructura y calientas el lugar donde quieres comenzar a soldar. Observándolo a través de la pantalla principal oscurecida, espera hasta que el punto debajo del arco se vuelve brillante, lo que indica que la superficie ha comenzado a derretirse. Ahora necesita agregar su alambre de soldadura como loco para evitar que el lugar se caliente más y hacer que el lugar se mueva. Si no lo hace, un segundo después tendrá un agujero debajo de su arco, porque el aluminio se ha derretido por completo y se ha caído. Hacer esto con láminas de 2 mm fue un puro ejercicio inútil para mí: en el momento en que la superficie se volvió brillante, ya se cayó.
Editar:
¡Gracias a @voretaq7 por compartir el enlace sobre la soldadura por fricción y agitación en los comentarios! Esto es posible gracias al posicionamiento preciso de las piezas y un cabezal de soldadura controlado por computadora y verá una aplicación más amplia en el futuro. Eclipse Aerospace afirma que les ayuda a evitar el 60 % de los remaches en sus aviones a reacción.
La soldadura tiene 2 inconvenientes significativos (1) generalmente debilita el material base por el calor en la zona afectada y (2) el uso de un solo componente puede perder la detención de grietas al cambiar de una sección a la siguiente. Escuché una historia de que alguien (¿Lockheed?) había probado el uso de la unión por difusión pero luego sufrió un gran desarrollo de grietas durante las pruebas estructurales.
Habiendo tenido acceso al fuselaje de Comet utilizado para la prueba de presión del tanque de agua (montado en la pared de un laboratorio en RAF College Cranwell), el crecimiento de las grietas es claramente evidente. En el pasado, los ingenieros solían perforar agujeros al final de una grieta (cuando los encontraban) porque el aumento del radio de la punta ralentiza la velocidad de propagación. Mi padre y mi padrino fueron ingenieros de Imperial Airways en los años 30, 40 y 50. (OK, el nombre cambió a BOAC i 1940.)
Además, es casi imposible probar la integridad de una soldadura sin romperla; como la fábrica de fósforos que prueba el 100% y solo despacha los que funcionaron.
Solo me pregunto qué es diferente en la aviación. ¿No es mejor la reparación, la seguridad, el peso y la aerodinámica con una construcción soldada?
Solo pensé en extenderme con otra cosa que se usa ampliamente (que puede que sepa o no, ya que es menos obvio): Adhesivos .
Si bien no combina el material en sí mismo como la soldadura, sigue las mismas líneas pero, a diferencia de la soldadura, generalmente no cambia las propiedades del material. Los adhesivos de fuerza industrial, como el epoxi, pueden ser increíblemente fuertes cuando se aplican correctamente.
Este PDF de Henkel tiene una amplia gama de productos al igual que esta descripción general de 3M Aerospace.
En primer lugar, la mayoría de las aeronaves tienen muchos componentes soldados, pero en su mayoría son los componentes del marco/estructura. El revestimiento generalmente se remacha por dos razones (1) es mucho más fácil quitar o reemplazar un panel remachado y (2) la ubicación de acoplamiento entre el revestimiento y la estructura en muchos casos no es accesible. En otras palabras, la piel debe estar unida al marco. Eso significa que el soldador tendría que poder acceder a esa junta. Incluso si tuviera acceso a la junta, sería solo una soldadura de costura, luego tendría que soldar nuevamente en la superficie exterior para sellar las juntas a tope entre los paneles. Entonces tendrías que moler esos sellos. Muy lento y costoso y probablemente no más fuerte que los remaches de todos modos.
Además, considere que los aviones se flexionan constantemente mientras vuelan. Esto causará estragos en las juntas soldadas, lo que podría provocar grietas en una junta delgada (que serán las juntas de piel). Los remaches son mucho más amigables con las partes móviles porque tienen un poco de elasticidad.
Normalmente, desea una gran cantidad de área de superficie para la soldadura y, con una sección delgada, es difícil lograrlo. Por esta razón, en realidad sería una idea mucho mejor soldar o soldar la piel que soldarla.
Habiendo dicho todo eso, es muy posible diseñar un avión usando una construcción soldada similar a un automóvil usando lo que se llama "soldadura por puntos". Esto aún puede suceder, pero la industria aeronáutica aún no ha llegado allí.
Llegué a este hilo en busca de comparaciones entre remaches y soldaduras. Mi curiosidad se despertó al leer "La noche en que se hundió el Fitz" / por Hugh E. Bishop en cooperación con Dudley Paquette. Paquette (capitán del Wilfred Sykes cuando se hundió el Edmund Fitzgerald) criticó las soldaduras en los barcos, que se han vuelto casi estándar desde una comparación de soldaduras y remaches realizada cuando la Marina estaba tratando de decidir cómo construir submarinos. La Marina concluyó que las soldaduras eran mucho más fuertes que los remaches, por lo que comenzaron a soldar submarinos y prácticamente todos los barcos grandes después de eso. Paquette no confiaba en ellos, porque un barco grande "trabaja" (se flexiona y tuerce) mucho, especialmente en las tormentas, y las soldaduras son tan rígidas que donde un área remachada se flexionaría con el resto del barco, una soldadura saldría bien. abierto.
No estoy del todo seguro de cuán aplicable es a los aviones, pero demuestra que "los barcos y los barcos lo hacen" puede no ser un argumento tan fuerte como la gente piensa.
En la industria de refinería; soldar no es fácil, y eso es para el acero, que es mucho más fácil de soldar que el aluminio y el titanio. El código ASME para calderas y recipientes a presión tiene una sección completa (Sección 5) que define los requisitos y condiciones para soldar aceros de refinería. Uno de los mayores problemas de cualquier metal es la zona afectada por el calor (ZAT). El metal en la HAZ ha visto todo el rango de temperaturas desde la fusión hasta la nada. Para el aluminio, el depósito de soldadura y parte de la ZAT se encuentran en la condición de resistencia más baja. Seré breve. Para que el aluminio vuelva a ser resistente, toda la estructura soldada debería recocerse en solución (calentarse a aproximadamente 900 F) y enfriarse rápidamente (como en el agua). Luego envejecido a unos 300 F. Esta es la condición T 6 común. Considere los problemas de soportar toda la estructura mientras está caliente y el aluminio tiene la resistencia del queso. Y luego enfriar en agua. El titanio tiene su propio conjunto de problemas de soldadura únicos.
Como han señalado otros, se debe a las propiedades del aluminio. Me gustaría agregar que existen buenas alternativas al uso de aluminio, pero la única que es factible tanto en términos de rendimiento como de precio es el magnesio.
El XP-79 propulsado por cohetes de Northrop utilizó una estructura monocasco de magnesio soldado, por ejemplo.
herrero37