當看到國產C919大飛機翱翔於天際時，不知你是否想過，飛機是如何被連接成一個整體的？
飛機的機身、機翼結構以數十米計，內部的結構也極為複雜，不可能像汽車車身那樣整體成型。如果將飛機還原到零件狀態，呈現在我們眼前的便是數萬件不同材質零部件，要將這些種類各異的部件拼積木一般組裝起來，完成大飛機的主結構，就需要上百萬顆優質零件，並應用種類繁多的工藝將它們連接起來。
可以說，由零散的部件變成一架大飛機，這都是一鉚一釘的功勞。穿針引線的鉚釘，在飛機制造中默默無聞，卻居功至偉。
（早期的航空工業普遍建立在造船廠旁邊，導致航空工業傳承了部分造船工藝，例如鉚接）
（一）為什麼飛機制造中需要大量鉚接，而不是焊接？
飛機制造中常用的連接方式包括鉚接、螺栓連接、膠接和焊接，目前鉚接仍然是飛機裝配的主要連接方法。
飛機制造中，鉚釘連接的比例遠遠大於焊接，主要原因有三點：
1、複合材料等輕質材料不適宜焊接
航空工業中有一句箴言：“為減輕每一克重量而奮鬥。”為減輕飛機重量，飛機制造中會因地制宜地使用盡可能輕的材料，而這些材料除了鋼結構比較適合焊接之外，鋁合金不宜焊接，複合材料也會受到焊接的破壞，不同材料的相互連接必須採用物理方式固定。
（國際上最先進的客機大量使用複合材料，只能採用鉚接工藝。來源：中國航空網）
2、焊縫容易產生金屬疲勞問題
民用飛機通常要服役十幾年，而焊縫容易產生金屬疲勞問題，使得連接效果不佳。
首先，焊接的過程中，焊接金屬受到散熱速率不同的影響，會產生形變和很大的內應力，結構在複雜的載荷和受力條件下容易損壞；此外，由於焊接實際上是一個金屬再加工的過程，焊縫附近的金屬力學性能會與母材有顯著削弱，成為飛機結構的弱點，並且這個變化無法測定，因此一般飛機上較少使用焊接。
（機身內部框架受力較大，需要使用大量鉚釘連接，來源：空客公司官網）
3、鉚接更可靠穩定
鉚接的可靠性和一致性要遠高於焊接，焊接質量很大程度上依賴於操作工人的手藝，而鉚接的連接強度比較穩定可靠，各項參數誤差極小，容易進行品控和標準化生產，如有操作失誤，也可以進行鉚釘的替換。
由於鉚接適用於受較大沖擊或震動載荷的金屬結構連接，這種高效率的連接方式能夠加強結構的穩定性，上百萬枚鉚釘節約的重量也十分可觀了。
航空鉚釘在飛機中的作用好比連接人體骨骼之間的軟組織，如果人沒有軟組織，骨架再堅固也無用，航空鉚釘的重要性可見一斑。
（二）飛機裝配過程中主要用到哪些鉚釘和工藝？
飛機鉚接所用到的鉚釘主要分為兩類：一類是普通的實心鉚釘，另一種是特殊鉚釘。
1、實心埋頭鉚釘能使飛機阻力減少3%
實心鉚釘由實心材料製成，應用於航空製造領域的實心鉚釘主要是凸頭型和埋頭型鉚釘。鉚釘深入材料後，它必須使用墊鐵和專用鉚接機雙面敲擊，將底部打成墩頭，鉚釘無法被拔出，形成整個結構的靜連接。
（鉚接工藝的目的在於最終形成墩頭，使鉚釘充分填充縫隙。圖片來源：中國航空網）
在飛機的內部，由於沒有氣動外形的要求，主要採用成本較低，便於加工的凸頭鉚釘；而埋頭鉚釘主要用於飛機外表需要光滑的部分，能夠有效降低飛機阻力，加工過程中對於釘帽和附近結構的公差有嚴格的要求，當你觸摸飛機表面時，幾乎感覺不到鉚釘的存在。這項應用帶來了顯著的成效，根據二戰時的相關數據，使用埋頭鉚釘後，飛機的阻力大約能夠減少3%左右。
（凸頭鉚釘會對飛機構成額外的阻力，來源：哈工大教學視頻）
實心鉚釘的連接多用於受力剪切大的金屬零件的連接。一般來說，鉚接厚度不超過鉚釘直徑的五倍。
2、油箱這種高密封性的設備也用鉚釘？
航空工業中所用到的特殊鉚釘主要針對空間狹窄的場合，分為抽芯鉚釘和擊芯鉚釘，原理類似。
抽芯鉚釘是一種單面鉚接用的鉚釘，但須使用拉鉚槍進行鉚接。鉚接時，鉚釘釘芯由專用鉚槍拉動，使鉚釘底部膨脹，形成墩頭，固定整個結構。
這類鉚釘廣泛用於汽車、船舶、飛機、機械、電器等產業上。航空工業中，埋頭抽芯鉚釘適用於機體表面等需要平滑的場合，封閉型抽芯鉚釘適用於要求在高載荷環境下具備一定密封性能的連接部位，例如油箱。
擊芯鉚釘則是另一類單面鉚接的鉚釘，使用時比起前者要容易不少。鉚接時錘擊鉚釘頭部露出的釘芯，使之與釘頭端面平齊，將底部打開，向兩邊彎曲，即完成鉚接操作。擊芯鉚釘特別適用於空間狹小部位的鉚接，由於操作較方便，在航空工業中比起抽芯鉚釘有更廣泛的應用。
（擊芯鉚釘鉚接及原理示意圖，來源：中國專利網）
3、鉚釘斷裂了怎麼辦？
除去鉚釘本身，在具體的使用過程中，也有一些竅門。
隨著飛機高強度的使用，航空鉚釘也不可避免地會出現失效和斷裂。這時候就需要使用“冷凍鉚釘”來更換。
所謂“冷凍鉚釘”就是指鉚釘在淬火處理後迅速冷凍起來，以保存活性。使用時再拿出來，必須在十五分鐘之內鉚接完畢。工程師發現，這種“冷凍鉚釘”的強度在常溫條件下會增加，從而加強鉚接結構的穩定性。
在飛機制造和維護中，小到這一顆鉚釘，都包含了很多特殊工藝和使用訣竅，最終的目的就是保證飛機的安全和經濟性。因此，航空工業作為工業技術的集大成者，並非浪得虛名，它是由高工藝、高水平、高質量、高標準的產品所練就的。
（三）航空鉚釘用量大，標準化生產助力大飛機量產
鉚釘如此重要，那麼製造一架飛機，一共需要多少顆鉚釘？
以“翼龍II”無人機為例，這款大型無人機就需要用兩萬多顆不同種類的鉚釘；一般的輕型飛機上，鉚釘使用量多達十萬顆；C919用了上百萬顆；而根據空客公司的統計，世界上最大的量產客機A380的航空鉚釘用量已經超過了五百萬顆。
（飛機機翼主要利用鉚接工藝組裝，來源：中國航空網）
航空鉚釘是飛機制造工業中極為關鍵的一環。事實上，製造一顆裝配大飛機的高質量航空鉚釘並不太困難，技術工藝、外觀、內部質量的要求雖高，但也並非特別高的要求。
不過航空工業最講究的就是質量一致性，一架飛機有百萬顆鉚釘，生產的第一顆鉚釘必須跟之後的數千萬顆是一模一樣的。這個道理就類似於大飛機本身，製造一架先進的大飛機對於大國來說並不太困難，而製造上萬架相同的產品卻是一個極大的挑戰，全球目前只有寥寥兩家公司可以做到。整條航空產業鏈中，標準化生產是最核心的思維，卻也是最難做到的。
中國之所以能夠在國產大飛機起飛之前就掌握了航空鉚釘生產的核心技術，離不開國外技術的引進和自我改良。中國在國內設立了量產工廠，經過幾年的學習消化和吸收提升，最終能夠保質保量地完成國產大飛機產業鏈的需求。
同時近年來，中國與美國、歐洲適航協議的達成，以及空客、波音陸續在中國設立組裝廠，為中國航空工業走向世界帶來了新的契機。
結語
中國航空的每一步腳印，都離不開高標準的零件。小小的航空鉚釘，不僅僅是中國航空科技智慧成果的突破，也是中國工程師與基層產業工人“匠人精神”的展現。
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