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在金屬飛行器誕生的百年里，無論是齊柏林飛艇還是波音787 ，它們都用鉚接工藝加固自己。
20世紀(jì)初期，噴氣飛機(jī)還沒誕生的時(shí)候，飛艇就是天空“扛把子” 。1916年，德國派出飛艇LZ79轟炸巴黎，死傷53人，它自己也被法國精良的空防系統(tǒng)打成殘廢。但你不知道的是，在它弱不禁風(fēng)的外皮之下，有著超過550萬顆鉚釘保證飛艇穩(wěn)定，正是有了它們， LZ79才能一路堅(jiān)挺，帶傷回國。
齊柏林飛艇 LZ-10
今天，咱們就來聊聊鉚釘和鉚接工藝，以及為什么它們不會在航空領(lǐng)域被焊接取代？
鉚釘是一種常見的機(jī)械緊固件，它可以在不損壞連接部位的情況下拆卸或者更換接頭，而且可以把工件牢牢固定住。比起咱們常見的螺母加螺栓，鉚釘?shù)膬?yōu)點(diǎn)就是不會滑絲，可靠性更強(qiáng) ，但它是一次性用品，不像螺栓，只需要旋出螺母就可以多用幾次。
在橋梁、飛機(jī)等領(lǐng)域，鉚釘比較常見。
橋梁鉚釘用鋼打造，堅(jiān)固耐用，對地震、洪水等自然災(zāi)害有一定抗性， “世界第一單孔拱橋”悉尼海港大橋就使用600萬顆鉚釘完成加固，至今已經(jīng)屹立了91年。
飛機(jī)鉚釘通常是用鋁合金、鎳合金或鈦合金打造而成，常用的飛機(jī)鉚釘有埋頭鉚釘、普通頭鉚釘、半圓頭鉚釘、平頭鉚釘、盲鉚釘、銷式鉚釘?shù)葞追N ，它們形狀不同，分工明確。
比如，半圓頭和埋頭鉚釘就大量運(yùn)用在飛機(jī)外殼的組裝固定上。
除開行業(yè)協(xié)會制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以外，飛機(jī)公司自己也會制定標(biāo)準(zhǔn) ，波音公司就制定了自己的鉚釘標(biāo)準(zhǔn)“BACR” ，大量的規(guī)范制度，讓鉚釘足夠保證部件穩(wěn)固安全。
位于非洲奧蘭治河的鉚接桁架橋
當(dāng)今世界最廣泛的交通工具有三種，空中飛機(jī)、陸地汽車、以及海上船舶，但在它們當(dāng)中，只有飛機(jī)很少使用焊接。在對焊接、鉚接兩種工藝作對比之前，咱們要先來了解下，它們到底是什么，具體區(qū)別又在哪里？
先講焊接，這是一種用高溫或高壓方式結(jié)合金屬的工藝，即使材料差異很大，一樣能輕松完成連接，這種工藝成本低廉、效率極高，是世界最重要也最普遍的連接工藝之一。
中國焊接工藝最早出現(xiàn)在距今三千多年的殷商時(shí)期，當(dāng)年也沒什么特殊技巧，把兩個(gè)部件要焊接的地方熔化，再把融液在一起冷卻就完成了。后來也慢慢出現(xiàn)了打鐵式鍛焊、拿電弧作為熱源的電弧焊，以及借助氧氣完成焊接的氣焊等等。
再說說鉚接，這兩個(gè)字拆開讀就是鉚釘連接，通俗地講，鉚接就是給兩個(gè)薄板打孔，一側(cè)插入鉚釘，另一側(cè)用錘擊把釘尾捶扁，這個(gè)時(shí)候，兩側(cè)的凸起就把工件固定住了。平時(shí)咱們常見的剪刀、鉗子、角尺，都有用到鉚接工藝。
法國著名的埃菲爾鐵塔，曾使用250萬顆鋼制鉚釘，固定了一萬兩千多個(gè)金屬部件。
以施工技術(shù)上看，鉚接工藝明顯比焊接更安全，不會產(chǎn)生高溫導(dǎo)致金屬性能發(fā)生變化，招工門檻也低很多。相對地，在動(dòng)手插鉚釘之前，設(shè)計(jì)師還得花很長時(shí)間對鉚釘排布進(jìn)行設(shè)計(jì) ，之后再對組件進(jìn)行打孔，準(zhǔn)備周期比焊接長一點(diǎn) 。
從應(yīng)用上看，焊接明顯比鉚接更加泛用，小到工廠管道、零件設(shè)備，大到航天火箭、船舶制造，都能見到焊接的身影。而鉚接就只能在使用環(huán)境變化大，耐用要求高的設(shè)備上出現(xiàn) 。
那么，為什么焊接在飛機(jī)上就這么不耐用呢？
第一個(gè)原因是：飛機(jī)的材料不適合用焊接連接
在飛機(jī)設(shè)計(jì)師圈子里有這樣一句格言， “天上一克值千金” 。在波音787出現(xiàn)之前，飛機(jī)制造材料以鋁合金為主，這種材料軟、延展性好，它還有一個(gè)最重要的優(yōu)點(diǎn) ，就是輕，低重量能讓飛機(jī)飛得更高更快，裝載量也大一些。
另外，鋁合金蒙皮很薄，僅有幾毫米厚，焊接性能也很差，使用電阻電焊會導(dǎo)致熔化金屬飛濺，焊點(diǎn)表面質(zhì)量低，所以只能選擇攪拌摩擦焊、激光焊接等幾種焊接方式，這些技術(shù)要么技術(shù)難、價(jià)格高，要么穩(wěn)定性低，對量產(chǎn)化飛機(jī)來說肯定是不能接受的。
所以，為了保證你的安全，飛機(jī)必須越做越薄，是不是有點(diǎn)難以想象？
但還是那句話，凡事無絕對，總有那么一兩種飛機(jī)會玩點(diǎn)花活。上個(gè)世紀(jì) ，蘇聯(lián)為了對付美國SR-71偵察機(jī) ，絞盡腦汁弄出了一架特制不銹鋼飛機(jī)：米格25 。
1964年，美國SR-71偵察機(jī)首飛，號稱“三萬米高空中，速度超過三馬赫” 。雖然速度快，但它的機(jī)動(dòng)性極差，最大過載能力甚至不如民航客機(jī) ，而制約SR-71機(jī)動(dòng)性的主要原因有兩個(gè)：材料以及連接工藝。
鈦合金材料能夠承受的最大速度就是3馬赫，加上大量使用鉚接，導(dǎo)致機(jī)身結(jié)構(gòu)在高速狀態(tài)下很不穩(wěn)定，所以它的上限也就僅限于此。
為了攔截美國的偵察機(jī) ，蘇聯(lián)打造了傳奇飛機(jī)——米格25 ，它沒有使用傳統(tǒng)鉚接工藝，而是使用點(diǎn)焊、自動(dòng)機(jī)焊，以及電弧焊打造，總焊縫長度長達(dá)5公里，焊點(diǎn)超過140萬個(gè) ，整體結(jié)構(gòu)非常牢固，最高速度同樣能超過3馬赫。
但是它的壽命極其短，運(yùn)行150小時(shí)后就要維修，空重更是達(dá)到了15噸，比SR-71重了4倍多，而且直到退役前， 60%的米格25都是偵查型戰(zhàn)機(jī) ，截?fù)舴炊闪恕案睒I(yè)” ，盾牌變?yōu)殚L矛，對它來說倒也是不錯(cuò)的歸宿。
米格-25 教練機(jī)
咱們再來講第二個(gè)原因：可靠性
在對兩個(gè)工件進(jìn)行焊接后，通常會留下一條或者幾條焊道，這些焊道硬度比母材更大，理論上非常堅(jiān)固，但在飛機(jī)長期振動(dòng)的環(huán)境下，更硬的焊道和母材振動(dòng)頻率會不一致，長此以往，就會加速金屬疲勞，產(chǎn)生裂紋，最終板材斷裂，飛機(jī)失事墜毀。
但如果使用鉚接工藝，機(jī)翼會更加靈活，比如美國B-52轟炸機(jī) ，翼展56.4米，正常情況下，機(jī)翼揮舞高度差能達(dá)到9米左右，焊接板材可承受不了這么強(qiáng)烈的擺動(dòng) 。另外，鉚接即使產(chǎn)生裂紋，斷裂現(xiàn)象也只會局限在一兩顆鉚釘附近，不會輕易擴(kuò)展。
第三個(gè)原因：飛機(jī)維護(hù)
飛機(jī)使用壽命一般在十幾年到二十幾年不等，飽經(jīng)風(fēng)霜的蒙皮更是保養(yǎng)重點(diǎn)之一，如果蒙皮使用焊接，一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，就得把蒙皮全部換新，維修費(fèi)用大大增加。另外，在維護(hù)和檢查時(shí) ，常常需要拆開飛機(jī)蒙皮，但焊接是不可拆卸連接，所以每次維護(hù)飛機(jī)就必須蛻一次殼，比鉚接可麻煩多了。
這三個(gè)大原因，讓鉚接在航空業(yè)站穩(wěn)了腳跟，但在效率追求越發(fā)激烈的今天，鉚接工藝仍然有被取代的風(fēng)險(xiǎn) 。
焊接、螺栓出現(xiàn)之前，鉚接工藝一直是連接工件的主要方式。
公元前3000年，埃及人就已經(jīng)開始用鉚釘連接木質(zhì)工件，順嘴一提，這個(gè)時(shí)候，中國工匠們已經(jīng)用了兩千年榫卯結(jié)構(gòu)了。
直到19世紀(jì)初，木鉚釘被廣泛用在各種需要加固的材料上，包括木質(zhì)馬桶、車輪等等。后來，鋼鐵行業(yè)取得重大突破，以熟鐵、鋼、鋁為主的金屬鉚釘開始出現(xiàn) ，不過這個(gè)時(shí)候，螺栓和焊接更加通用，鉚接只能在建筑、船舶、牛仔褲行業(yè)大顯身手。
1912年，泰坦尼克號在大西洋上撞擊冰山沉沒，導(dǎo)致1523人遇難喪生，此后，鉚接工藝一度被人受到質(zhì)疑。
1998年，紐約時(shí)報(bào)發(fā)布了一篇科學(xué)文章，詳細(xì)闡述了當(dāng)年泰坦尼克號發(fā)生災(zāi)難的原因，極可能是鉚釘制造不合格。你沒聽錯(cuò) ，船體沉沒，一千五百多人喪生，原因不是冰川帶來的巨大沖擊，而是幾十顆劣質(zhì)鉚釘。
1980年代，泰坦尼克號在北大西洋深處被發(fā)現(xiàn) ，為了探尋船只失事原因，美國海洋法醫(yī)專家團(tuán)隊(duì)深潛近四公里，用聲波穿過層層沙土，完成探測后，他們認(rèn)為，泰坦尼克號的主要損壞原因是船體接縫處大幅開裂，而當(dāng)年船只使用的接縫連接工藝，就是鉚接。
團(tuán)隊(duì)成員從法國探險(xiǎn)隊(duì)那兒找來了一些泰坦尼克號的鉚釘樣本，并帶給馬里蘭州國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所，不久，研究所所屬的冶金學(xué)家?？税l(fā)布了檢測結(jié)果。結(jié)果表明，部分鉚釘有嚴(yán)重的爐渣過量現(xiàn)象。
重四萬六千噸，全身由鋼制成的泰坦尼克號，花費(fèi)大約300萬顆鉚釘，這些鉚釘?shù)闹饕煞质鞘扈F和爐渣，之所以不用純鐵，是因?yàn)樗诱剐蕴?nbsp;，容易被掰彎，以二氧化硅、氧化鋁等氧化物為主的爐渣，會讓純鐵更加堅(jiān)固。
在1906年“中等鍛鐵標(biāo)準(zhǔn)”中，爐渣含量在2%左右，而美國研究所檢測的泰坦尼克號鉚釘，爐渣含量高達(dá)9.3% ，超過標(biāo)準(zhǔn)4倍多。高濃度的爐渣讓鉚釘更脆弱，也更容易斷裂，是貨真價(jià)實(shí)的劣質(zhì)產(chǎn)品。劣質(zhì)鉚釘讓船體在遭受撞擊后崩裂、進(jìn)水，最終導(dǎo)致災(zāi)難發(fā)生。
?？苏J(rèn)為， 1908年到1914年，造船廠一直在趕工建造三艘龐然大物：泰坦尼克號、奧林匹克號和不列顛尼克號，過于緊張的工期可能會導(dǎo)致鉚釘質(zhì)量下降，但侃爺我認(rèn)為，即使當(dāng)時(shí)都使用優(yōu)質(zhì)鉚釘，也可能不會改寫泰坦尼克號的結(jié)局。
畢竟，一起事故是由無數(shù)巧合組成的必然結(jié)果，鉚釘只是其中一環(huán)而已。
泰坦尼克號沉船
無論如何， 1918年之后，鉚接工藝逐漸退出了船舶制造，但同時(shí) ，另一個(gè)領(lǐng)域?yàn)樗蜷_了大門，那就是飛機(jī) 。
1929年，美國工程師霍華德休斯制造了第一架鉚接機(jī)身雙翼飛機(jī)PH ，這架劃時(shí)代的飛機(jī)被美國海軍選中，并以反潛搜救機(jī)身份參與了第一次世界大戰(zhàn) 。此后，飛機(jī)和鉚接工藝不離不棄，成為不可多得的百年知己。
年輕時(shí)的霍華德休斯
HALL PH-3
晃眼一看，鉚接工藝發(fā)展至今，頂多也就是材質(zhì)和形狀有一些變化，反觀焊接，從最開始的熔焊，到后來電弧、激光焊等技術(shù)出現(xiàn) ，玩得很花，實(shí)用度也在提升，就像是釘子和膠水一樣，時(shí)代在變，釘子依舊是那顆圓底尖頭的釘子，膠水也換了一代又一代，最終誰也替代不了誰。真是尺有所短，寸有所長，技術(shù)如此，人也一樣啊。
【為什么飛機(jī)鉚接工藝飛機(jī)的鉚接工藝】

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