AERO100连载 | Constellium 肯联铝业

航空产业网 2019-07-08

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肯联铝业(Constellium)作为世界铝材制造业的领导者,不仅为航空、汽车、包装、物流以及建筑业提供新铝制品解决方案,还在航空、普通工程板材、大型积压型材市场占有优势地位。

肯联有三个业务部门:航空航天和运输(A&T)、包装和汽车轧制产品(P&ARP),以及汽车结构和工业(AS&I)。公司总部位于荷兰的阿姆斯特丹,肯联在欧洲、北美以及中国拥有超过25个生产基地。公司目前拥有约13000名员工。

图为遍布全球的生产设施地点

图为公司2018年收益,合计57亿欧元,航空航天和运输部门有13.89亿欧元,占比24%

其位于法国沃雷普(Voreppe)的C-TEC(Constellium Technology Center)研究中心在先进铝合金领域取得过多项世界技术突破。它与世界上大约50所最著名的大学及实验室保持着长期的合作伙伴关系,其中包括:麻省理工、牛津大学、伦敦布鲁内尔大学、曼彻斯特大学、克兰菲尔德航空航天学院等。

 

图为法国Voreppe的C-TEC(Constellium Technology Center),它有着190多个专利系列和商标

肯联历史

图片由航空产业网整理

肯联铝业是由百年铝业巨头佩希内(Pechiney)、瑞士铝公司(Alusuisse)和加拿大铝业公司(Alcan)组成的行业翘楚。由阿波罗全球管理公司(Apollo)、力拓矿业集团(Rio Tinto)和法国战略投资基金(FSI)三家公司投资成立。

产业分类

制造商>航空材料制造>铝合金材料制造

产品

据《航空监控》估计,从2018年到2024年,全球乘客里程将以大约5%的复合年增长率(CAGR)增长。在2017年至2025年期间,北美和欧洲航空航天轧制产品市场的铝需求预计每年增长2%。

图为肯联的内部分析,CAGR:复合年均增长率

肯联的铝制品主要有四种类型:

1.可以加工成特定形状的板材,如舱壁;

2.机身和机翼蒙皮用薄板;

3.结构件(如纵梁)的挤压件;

4.精密铸件:肯联可提供各种定制部件,如门框或发动机齿轮箱等;

图为肯联铝制品具体在飞机上的应用

肯联有五类产品方案:Airware®、板材和挤压件、预加工服务、精密铸造和搅拌摩擦焊、产品回收。

产品方案一:Airware®

肯联一直在致力于开发先进的Airware®技术。Airware®是专为飞机和航天器结构量身定制的高性能铝锂合金,它可有效减重,降低油耗并优化废品回收利用。Airware®合金已被空客、庞巴迪公司、达索航空公司以及SPACEX8和Space15等航天器制造商采用。美国航空界将这种新材料称为“超级合金”,被美刊评为2013 年航空十三个重大事件之一。Airware®系列属于第三代铝锂合金,它在添加锂元素时,更加注重合金强度与疲劳裂纹扩展性能之间的平衡。

图为7050-T745和Airware®2050的75mm铝板性能对比

这项技术是肯联铝业耗时10年苦心钻研的结果,将为飞机制造商带来三大关键优势:

一是减重,Airware®较低的密度和改进的材料性能使结构设计得以优化,从而实现了重量和碳排放的减少。结合先进的焊接和飞机航空结构的重新设计,Airware®可减轻25%的重量;

二是有卓越的抗腐蚀和抗金属疲劳特性,可将重大维护间隔时间延长至12年;

三是100%可循环性,不断被回收利用且保持性能不变,这有助于航空航天业可持续发展。

图为Airware®合金在整个机身结构的应用

它目前的应用包括机身蒙皮、纵梁、地板结构和座椅轨道、窗框以及大型内部机翼和机身组件。

Airware®系列属于第三代铝锂合金,图片来自「战略前沿技术」

2010年,肯联在A350 XWB上引入了Airware®技术,从而开始了与空客的合作关系。肯联还与参与改善空客的供应链和回收解决方案,减少价值链上的库存。这些举措持续支持着空客的A320NEO和A350 XWB等关键项目的扩大。

产品方案二:板材和挤压件

随着航空结构在设计上变得越来越复杂,需要越来越大的板材。肯联可提供所需尺寸的裸板或半成品零件。肯联可加工36米长和3.8米宽的零件并钻孔,具备在非常大的机翼蒙皮面板上提供完整的机器表面处理,确保组件可以安装在飞机上。

 

肯联的挤压件有硬质合金和半硬质合金,可生产包括直径达305 mm和1000多种不同形状的棒材。

 

挤压管和挤压拉制管类产品尺寸范围从外径为2 mm至160 mm,且壁厚不等。肯联还可为航空锻造提供长达5米、直径860毫米的坯料。

产品方案三:预加工服务

在一个典型的制造过程中,无论是大块还是碎片,从板材到成品大约90%的金属以废料的形式被去除。

肯联的预加工业务可最大限度地降低客户成本和优化生产方案。

产品方案四:精密铸造和搅拌摩擦焊

砂型铸造适合用来生产复杂的铝合金零件,肯联可为发动机(如齿轮箱、油箱和润滑泵)和飞机的结构零件(如舱门)量身定做零件。

 图为FSW(Friction Stir Welding)

肯联还提供先进的连接材料解决方案。它是搅拌摩擦焊(FSW)的先驱,搅拌摩擦焊是一种先进的焊接技术,它利用摩擦产生热量,在不熔化材料的情况下连接两个铝合金部件。搅拌摩擦焊不仅提高了接头的抗疲劳、抗损伤和抗腐蚀能力,而且在优化生产工艺的同时保证了接头的完美无强度损失。这种在不损失任何材料性能、且可一次性完成较长焊缝、大截面的特点非常适合航空航天结构件的加工生产。

产品方案五:产品回收

铝是一种完全可循环利用的材料,它可以循环利用而不会失去任何机械性能。铝的回收生命周期始于工厂现场产生的废料,结束于已达到使用寿命的飞机废铝的重熔。

 

肯联的加工设备能够提供预加工零件,使客户生产更少的废料,从本质上节省材料成本。预加工产生的废屑会被自动回收从而最大限度地减少了浪费、降低产品生命周期内的温室气体排放。

肯联在航空领域的四个加工平台如上图所示:

1.法国伊索瓦(Issoire)、美国西弗吉尼亚州的拉文斯伍德(Ravenswood)和法国蒙特勒朱伊恩(Montreuil Juigné):综合工业平台

2.法国乌塞尔(USSEL):砂型铸造高性能航空航天部件的唯一供应商

3.瑞士瓦莱州(Valais):生产高附加值铝板

4.法国的沃雷普(Voreppe)的技术中心和伊索瓦(Issoire)工厂:两个生产AirWare®的铸造生产设施

肯联的材料可在最先进的战斗机中找到,如F-35联合攻击战斗机。为了使洛克希德马丁公司的喷气式战斗机更坚固、更轻,设计者选择了肯联的7050和创新性的7140合金,这种合金具有更强的耐腐蚀性。许多在役飞机,如波音F-18,也使用了肯联的合金。

图片来自互联网公开资料

同时,肯联的产品也在延长着现有飞机的寿命。在洛克希德马丁公司的F-16上,使用Airware®2297和2098合金替换了舱壁、机身蒙皮和其他关键结构部件中的传统材料。波音的运输机C-17 Globemaster也广泛使用肯联的合金,例舱壁和大型部件等。

肯联也是庞巴迪的长期合作伙伴,有着悠久的合作研究历史。肯联为许多飞机项目(如C系列、CRJ系列、Q系列、全球和挑战者)提供多种多样的轧制产品。

其余大客户还有波音公司、达索航空公司、巴西航空工业公司、洛克希德马丁公司、NASA, Pilatus, SPACEX, Blue Origin等。

肯联与中国

2011年9月9日,肯联在上海成立了肯联铝业贸易(上海)有限公司,注册资本82万美元,主要从事国际贸易、转口贸易、保税区企业间的贸易及贸易代理等。

肯联铝业还与中国商飞展开合作,探讨国产大飞机C919的材料选用问题,它首次以“技术顾问”的身份出现在中国飞机制造市场。

现在有独立铝-锂合金工业的国家只有美国、俄国、法国和中国。可生产铝-锂合金材料的企业有美国铝业公司的达文波特轧制厂、拉斐特挤压-锻造厂、肯联铝业公司的法国伊索瓦(Issoire)轧制厂、英国的其茨格林轧制厂(Kitts Green Works)、俄罗斯的萨马拉冶金公司(Samara)、意大利的富西拉(Fusina)轧制厂、俄罗斯联合铝业公司的卡缅斯克冶金公司和我国的西南铝业(集团)有限责任公司

图为肯联铝业公司的法国伊索瓦(Issoire)轧制厂

我国C919的前机身与中后机身62%部件都是用铝-锂合金制的,零部件的连接是全铆的。这两段机身的制造用了如此多的铝-锂合金,这对整个中国民航来说都是一次“零的突破”,在中国民用航空工业发展史上有着里程碑意义。这项艰难的机身铝-锂合金零件集成加工关由中国航空工业集团公司南昌洪都飞机制造公司成功突破。

虽然中国在小规模研发和生产铝-锂方面已有近60年的历程,但都是跟踪型的,尚未形成自己的体系,与肯联铝业和Arconic的水平还有巨大差距,希望「大飞机」能带动国内企业在这一领域的探索与开拓。

肯联官网:www.constellium.com



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