其次也是关键的一点,WCS使用了焊接而不是螺栓的方式制造,创造出了一个在重量和结构上都很高效的整体结构。虽然焊接工艺能显著降低重量,非常具有吸引力,但此前飞机的关键结构却从未使用焊接工艺,尤其是在机翼承载贯穿结构中,造成这种情况原因在于:
(1)熔融部分和热影响区域的金属性能会退化。
(2)变形和残余应力导致必须使用高容限结构。
(3)焊接缺陷(如裂纹、气孔、杂质等)带来的风险。
对于飞机的关键结构来说,上面任何一点都很让人在意,而且在焊接过程中这些缺陷经常会同时发生。
其次,在WCS(以及其他主要结构)的设计过程中使用了断裂韧性标准,也就是容许一些缺陷的存在,而不是假定结构是完美无缺的。当这种缺陷低于一定程度时部件就可以被接受,因为在结构应力超过临界值之前,它们并不会对结构稳定性造成影响。从另一个角度来看,这也取决于不同材料的固有特性,不同材料的应力强度临界值由其断裂韧性(KIC)值给出。
毫无疑问,断裂韧性标准的意义是深远的,允许工程师在设计和制造过程中将一些不确定的因素或缺陷包含进去。这的确是一个大胆的开端,设计师在过去总是在飞机关键结构中避免使用焊接工艺,他们都有过因为焊接失败或一些无法查明的缺陷导致的糟糕经历。当然,容许缺陷的做法可能不会让每一个设计师都放心(人人都知道这一点),但这可以说服他们在F-14上使用焊接工艺去组装包括WCS在内的关键结构。

选择电子束焊接的原因
F-14 WCS选择了电子束焊接是因为电子束焊接有着很多的优点,这包括:
(1)作为一个需要在狭小空间中使用高能量密度去焊接的方式,电子束能够在高速下(对于2英寸厚的来说焊接速度大约是12至50英寸每分钟,相当于5至20米每秒;对于0.5英寸厚度来说焊接速度大约是2英寸每秒,相当于5厘米每秒),在厚度超过2英寸(50毫米)的Ti-6-4金属上焊接时仅需单道焊(single-pass welds),能尽可能减少熔融和有害热效应带来的问题。(译者注:焊接较厚的部件时,因为焊接深度的原因,传统的电弧焊需要在对接部位的两侧焊接,这样对接部位的两侧就都有焊缝,single-pass welds意味着只需要焊其中一侧)
(2)在穿透(keyhole)焊接处理中,电子束焊接可以达到很高的深/宽比,这可以使像钛这样的金属在冷却时收缩得更小,在热影响区域里更少的不均匀收缩将会带来更多精度上的提高。

(3)相比电弧焊工艺,高能量密度意味着使用更少的能量去融化更小的区域,这样意味着更小的焊接热影响区域,对材料微观结构及性能造成更少的不利影响。除此之外,电子束焊接的冷却更为迅速。
(4)电子束焊接是在高度真空这类带保护和清洁特性的环境下进行的,高度真空屏蔽了空气中的氧、氮、水蒸汽对钛合金造成的不利影响。
(5)电子束焊接使用一个由熟练操作人员和计算机高度控制的无尘室环境,结果就是非凡的品质。
因此简单来讲,相比其他焊接方式,电子束焊接有着深度熔透、单道焊、高速度、大尺寸、高精度、低变形度和极小破坏的特性,对很多金属及合金有着良好的适应性,而钛合金被证明是最适合于此种方式的。









