O caminho evolutivo da tecnologia de soldagem da SpaceX Starship. Inicialmente, a SpaceX planejou construir a Starship usando fibra de carbono leve, mas por não ser resistente ao calor, acabou optando pelo aço inoxidável econômico e durável. No entanto, o processo de soldagem do aço inoxidável foi desafiador, e a SpaceX conseguiu alcançar a soldagem perfeita da Starship através de tentativas e melhorias contínuas, incluindo técnicas como soldagem TIG, soldagem a laser, soldagem robótica e soldagem por fricção e atrito. A aplicação dessas técnicas não apenas aprimorou a precisão e a resistência da soldagem, mas também melhorou a aparência da Starship. A soldagem bem-sucedida da Starship lançou uma base sólida para futuros lançamentos.
Composição principal do material da Starship
Se não fossem os inúmeros voos de teste suborbitais e recuperações da Starship da SpaceX, provavelmente ninguém teria pensado que Musk escolheria aço inoxidável.
Se alguém tivesse dito em um ambiente profissional doméstico ou na Internet antes do lançamento da Starship que o aço inoxidável poderia realmente voar para o céu, eles poderiam ter sido criticados por internautas a ponto de questionar a vida.
Musk, no entanto, usou uma grande quantidade de materiais de aço inoxidável na nave Starship, particularmente aço inoxidável da série 300 e aço inoxidável 30X autodesenvolvido, o que não apenas reduziu o custo de fabricação da nave, mas também aprimorou seu desempenho e durabilidade.
O material principal da Starship é aço inoxidável, especialmente o aço inoxidável 30X autodesenvolvido pela SpaceX.
O aço inoxidável 30X tem muitas vantagens: baixo custo, cerca de $4 por quilograma; Bom desempenho em baixas temperaturas, com um aumento significativo na resistência em baixas temperaturas, adequado para armazenar combustíveis de oxigênio líquido e metano; O processo é relativamente simples e a estrutura desejada pode ser formada por laminação em ambiente de baixa temperatura; Forte resistência ao calor, mantendo resistência suficiente em temperaturas de 800 a 1000 graus Celsius sem a necessidade de camadas de isolamento espessas; A resistência estrutural é suficiente e o design da flecha requer apenas uma camada de material de aço inoxidável, reduzindo o peso e simplificando a estrutura.
Além do aço inoxidável, a Starship também utiliza materiais como fibra de carbono e liga de alumínio-lítio em algumas partes chave. Além disso, o escudo térmico da Starship é composto por cerca de 18.000 azulejos pretos hexagonais para fornecer proteção quando a aeronave entra na atmosfera.
A Starship utiliza principalmente o seguinte processo de soldagem:
Soldagem TIG e soldagem a laser
Tanto a soldagem TIG quanto a soldagem a laser são usadas na soldagem da SpaceX. A soldagem TIG, também conhecida como soldagem a gás inerte de tungstênio, pode ser usada para soldar uma variedade de materiais metálicos como aço inoxidável. Ela pode fornecer cordões de solda de alta qualidade, processo de soldagem estável, aparência de solda bonita, alta resistência de soldagem e é adequada para soldar peças críticas da Starship. A soldagem a laser, por outro lado, tem as vantagens de alta densidade de energia, alta velocidade de soldagem, pequena zona afetada pelo calor e grande relação profundidade-largura dos cordões de solda. Ela pode alcançar soldagem de alta precisão e alta qualidade, e é adequada para componentes estruturais de parede fina da Starship e peças com altos requisitos de controle de deformação de soldagem.
Soldagem a arco
A soldagem a arco foi usada nas primeiras versões de torre de água da Starship. A soldagem a arco é um método de soldagem comum que derrete o metal pelo calor do arco gerado entre o eletrodo e a peça de trabalho. O equipamento é simples, o custo é baixo, a operação é flexível e pode ser usada para soldar vários materiais metálicos e peças estruturais de diferentes espessuras, mas a qualidade e precisão da soldagem podem ser ligeiramente inferiores à soldagem TIG e soldagem a laser, a deformação da soldagem é grande e o tratamento de nivelamento subsequente é necessário, etc.
Soldagem por fricção e atrito
É relatado que a SpaceX está usando soldagem por fricção e atrito. A soldagem por fricção e atrito é um novo tipo de processo de soldagem inventado pelo British Welding Institute em 1991. Ele usa o princípio do atrito. Uma broca de alta velocidade é inserida na junção de duas chapas metálicas a serem soldadas. O atrito gerado pela rotação de alta velocidade da broca faz com que os átomos de metal em contato se movam e se difundam rapidamente dentro do metal, unindo assim as duas chapas metálicas. Este processo de soldagem tem as vantagens de não haver respingos, nenhum ponto de fusão, alta qualidade de solda e pequena deformação de soldagem, e é adequado para soldagem de chapas de grande área e conexão de componentes estruturais da Starship.
Youdaoplaceholder0 As principais vantagens da soldagem por fricção e atrito incluem :
1.
Youdaoplaceholder0 Alta qualidade de solda : O cordão de solda da soldagem por fricção e atrito é completado por extrusão em estado plástico e pertence à soldagem em fase sólida. Portanto, não produzirá alguns defeitos relacionados à solidificação metalúrgica, como rachaduras, inclusões, poros e queima de elementos de liga, etc. O desempenho do cordão de solda é próximo ao do material base, e as propriedades mecânicas são excelentes.
2.
Youdaoplaceholder0 Baixa entrada de calor : Na soldagem por fricção e atrito, a entrada de calor é relativamente pequena em comparação com a soldagem por fusão, e não há fusão do metal na junta, tornando-a um processo de soldagem em estado sólido. Isso ajuda a manter as propriedades metalúrgicas do material base e pode soldar materiais como compósitos de matriz metálica e materiais de endurecimento rápido que teriam reações adversas com a soldagem por fusão.
3.
Youdaoplaceholder0 economia de energia e ecologicamente correto : A soldagem por fricção e atrito não requer a adição de arame e gás de proteção, e não produz fumaça, respingos ou radiação nociva durante o processo de soldagem. É um método de soldagem verde e ecologicamente correto.
4.
Youdaoplaceholder0 Ampla gama de aplicações : Pode soldar todas as ligas de alumínio, incluindo ligas das séries 2 e 7 que são difíceis de soldar com soldagem MIG. Além disso, a soldagem por fricção e atrito é adequada para soldagem de materiais dissimilares e pode soldar materiais sensíveis a trincas a quente.
5.
Youdaoplaceholder0 Fácil de operar : A soldagem por fricção e atrito é fácil de mecanizar e automatizar, com equipamento simples, baixo consumo de energia e baixos requisitos para o ambiente de trabalho. O processo de soldagem não requer material de enchimento ou gás de proteção, simplificando o procedimento de soldagem.
6.
Youdaoplaceholder0 Excelente desempenho da junta : as propriedades mecânicas da junta soldada, especialmente a resistência à fadiga, são excelentes. O metal de solda gera fluxo plástico e a junta não produz estruturas como cristais colunares. O refino de grãos é benéfico para melhorar as propriedades mecânicas da junta.
7.
Youdaoplaceholder0 Fácil de controlar : A soldagem por fricção e atrito é fácil de alcançar controle preciso do processo de soldagem, bem como entrada digital, controle e gravação de parâmetros de especificação de soldagem.
Tecnologia de soldagem automatizada
A SpaceX utiliza amplamente robôs de soldagem para soldagem automatizada na fabricação da Starship. A tecnologia de soldagem automatizada usa sistemas de controle avançados e sensores para alcançar controle preciso do processo de soldagem, garantindo consistência na forma, tamanho e posição do cordão de solda, reduzindo erros humanos no processo de soldagem, melhorando a confiabilidade e estabilidade da soldagem, ao mesmo tempo em que aumenta a eficiência da produção e garante a estabilidade e consistência da qualidade da soldagem.
Para garantir a qualidade da solda, a SpaceX realiza inspeções e tratamentos rigorosos na solda. No início, defeitos como bordas afiadas e pequenas rachaduras eram removidos lixando a superfície da solda para reduzir o risco de falha da solda. Ao mesmo tempo, os parâmetros do processo e os procedimentos de operação foram constantemente otimizados durante o processo de soldagem para reduzir o número de soldas individuais e potenciais pontos de falha e melhorar a confiabilidade da estrutura geral.
Em resumo, a soldagem da SpaceX Starship é uma combinação de soldagem a laser, soldagem por fricção e atrito, soldagem TIG, etc. Uma jornada de mil milhas começa com um único passo. Espero que cada vez mais empresas de tecnologia inovem e desenvolvam, tenham grandes sonhos, deem cada passo com firmeza, mudem e inovem constantemente e percorram o caminho da fabricação inteligente.
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