なぜ航空機製造は溶接よりもリベットに頼るのか？

01 溶接技術の概要

現代の製造業で高く評価されている溶接というプロセスが存在し、その高効率と優れた密閉性のおかげで、航空宇宙産業でその魅力を発揮し、造船業で重要な役割を果たし、自動車製造業で輝いている。溶接工程は、その高い効率性と良好なシール性により、航空宇宙産業や自動車製造など多くの分野でも使用されている。

しかし、この特殊な分野の航空機の製造工程を調べてみると、溶接が主流になっていないことがわかる。

溶接の利点

ボーイング787やエアバスのような新しい航空機が登場する前は、アルミ合金が現代の航空機製造の主な材料であり、この材料は軽量で耐久性があり、溶接性が悪く、従来の溶接方法ではアルミ合金の溶接部に応力集中が生じ、金属が脆くなり、また、砂穴、気泡、マイクロクラックなどの欠陥が生じ、ひいては構造全体の性能に影響を与える。従って、航空機製造においてこのような潜在的欠陥は決して許容されない。

溶接の課題

また、ボーイング787とエアバスや他の新しい航空機は、設計の本体として複合材料を使用して、特殊な材料のうち、単一材料複合材料の様々なこれらの、それはアルミ合金よりも溶接することは困難であり、その結果、メーカーはほとんど完全に溶接プロセスを放棄した。

航空機の表皮の存在は、溶接に難題をもたらす。この表皮の厚さは通常2mmほどしかなく、その薄さゆえに溶接は非常に難しく、専門家でないオペレーターが対応するのは困難である。

同時に、航空機の作業特性として、高速・高高度での飛行中、表皮には引張力がかかる。エンジンからの振動や航空機自体からの振動は、飛行中に絶えず変化する力とともに、表皮に疲労の問題を引き起こす可能性がある。そのため、航空機の製造プロセスにおいて、溶接は、材料性能の低さ、複雑な技術、振動や疲労への対処の難しさなど、多くの問題に直面している。

02�航空機構造におけるリベットの利点

今日、摩擦攪拌溶接やレーザー溶接のような特殊な工程が利用可能であるが、それらは実施するのが非常に複雑であるだけでなく、工程の安定性を確保するのが非常に困難である。これとは対照的に、リベット接合やねじ接合は、耐振動性や耐疲労性に優れており、接続穴が物理的に存在するため、当然亀裂が伝播しにくい。

材料特性とリベッティングのマッチング

その主な理由は、ボーイング787やエアバスのような新しい航空機が登場するまでは、航空機の製造に使用される材料がアルミニウム合金を主材料としていたためである。アルミニウム合金は軽量で耐久性に優れているが、溶接特性が比較的低いため、アルミニウム合金と最新の複合材の特性により、リベット接合はより安定した接合方法となっている。

作業特性のリベッティングへの適応

航空機が高高度を高速で飛行しているとき、表皮には引張力がかかる。エンジンからの振動、航空機自体からの振動、飛行中の絶えず変化する力は、表皮に疲労問題を引き起こすかもしれない。しかし、リベット接合は引っ張り、振動、疲労に対してより強い。

リベット接合への使用特性の適合

まず第一に、航空機がその特定の使用要件を持っていることを知ることができ、それはまた、主要なコンテンツを溶接するのではなく、リベットを使用して航空機の製造である。航空機の寿命は、通常20年以上に到達するために、それは本体内部に複雑で精密な機器の多くが装備されており、動作の長い期間では、これらの機器は、摩耗や損傷の程度の異なるさまざまな理由に起因することになります。リベッティングは保守点検に適しているため、航空機のニーズを長期間満たすことができる。

03 航空宇宙における溶接の応用

航空宇宙分野では、溶接は、速度と良好な密封性と他の特性のため、アプリケーションの広い範囲を得るように、特に航空機の製造工程では、溶接の重要性を示すことがより重要である、航空機の作業環境の特殊な性質の観点から、最初に考慮されるべき要因の密封性、宇宙の真空環境では、大気の摩擦だけでなく、音の伝達となっている。宇宙の真空環境では、大気の摩擦や音の伝達はほとんど重要ではなく、溶接の迅速で容易な特性を十分に活用することができる。

航空宇宙環境と溶接の利点

これに加えて、宇宙船の耐用年数が比較的短く、そのほとんどが数サイクルのリサイクルの後に廃棄されるため、製造プロセスにおいて耐用年数やオリジナル部品の交換が比較的考慮されておらず、航空宇宙産業において溶接が選択される理由がさらに説明される。

分析例-ミグ25

溶接は航空機の製造においても重要な技術である。たとえば、ソ連のミコヤン設計局によって製造されたミコヤンMiG-25戦闘機の胴体は、溶接によって接合されたステンレス鋼でできていた。この設計により、MiG-25は最高速度マッハ3に達することができた。