电磁铆接技术是为了解决航空结构中大直径铆钉、钛合金材料、复合材料铆接等问题而发展起来的一种新型铆接工艺方法。电磁铆接过程完全不同于传统铆接方法（如锤铆和压铆），铆接过程中电磁力应力波直截对铆钉实施加载，铆钉动态成形，其加载速率高，铆钉膨胀均匀，有利于提高铆接结构疲劳寿命。如图1所示，洛克希德航空系统公司和Electroimpact公司通过实验证明，相同条件下电磁铆接方法较普通铆接方法可大幅度提高铆接结构疲劳寿命。
图1 不同铆接方式下铆接接头疲劳寿命对比
发展历史
全世界来看，电磁铆接技术的发展主要经历了高压手持式电磁铆接、低压手持电磁铆接和自动钻铆三个阶段，其中20世纪70年代初到80年代末为第一阶段，80年代末到90年代中期为第二阶段，90年代中期到21世纪初为第三阶段。从电磁铆接技术发展的国家来看（如图2所示），主要包括美国、俄罗斯和中国，其中：美国的电磁铆接技术起步较早、发展较成熟，其自动化电磁铆接装配技术已经相当成熟并广泛应用于波音系列和空客系列商用大飞机的生产制造中；俄罗斯的电磁铆接技术起步亦较早，电磁铆接自动化装备亦较成熟，然而近年其发展较慢，应用进步不明显；中国的电磁铆接技术起步较晚，但发展速度较快，目前已经拥有成熟的低压手持式电磁铆接设备和半自动化电磁铆接设备，随着国内电磁铆接技术的日益成熟，其应用需求呈上升趋势。
图2 电磁铆接技术发展历史
铆接原理
电磁铆接技术是将电磁能转换为机械能，其基本原理如图3所示。电磁铆接放电回路等效为RLC电路，放电线圈等效为电感L，放电电容C存储电能，电阻R为放电回路等效电阻。铆接时：放电开关闭合，电容对放电线圈放电，放电线圈周围激发电磁场；放电线圈电磁场在感应线圈中激发涡流，涡流产生与放电线圈反向的电磁场，两磁场相互作用形成电磁斥力；电磁斥力通过驱动头以应力波的形式对铆钉实施加载，最终完成铆接成形。铆接过程具有高应变率、一次成型、低噪音等特点。
图3 电磁铆接原理
典型应用
目前，由于新型飞机对轻质结构和高强度结构的需要，复合材料和钛合金材料在新一代飞机制造中使用越来越广泛。对于此类轻质材料，电磁铆接技术具有独特的铆接优势，并且得到越来越多的重视和应用。图4为航空复合材料结构电磁铆接和普通铆接的质量对比，由图可知：电磁铆接后，铆钉钉杆膨胀均匀，复合材料结构完成性得到保证；相反，普通铆接方法铆接后，钉杆膨胀极不均匀，钉杆明显成喇叭状，复合材料结构局部严重破坏。对于TB2-1高强度钛合金结构铆接，由于其强度高，可塑性差，且存在冷作硬化等现象，普通铆接方法根本无法铆接。电磁铆接技术成形速率高，电磁力最大幅值较大，可有效完成TB2-1高强度钛合金结构的铆接，如图5所示。
图4航空复合材料结构电磁铆接和普通铆接的质量对比
图5 TB2-1钛合金铆钉电磁铆接
设备简介
电磁铆接设备可分为手持式电磁铆接和自动化电磁铆接两种。图6为典型的重型手持式电磁铆枪结构示意图：驱动头、电磁隔板、感应线圈和放电线圈构成铆接结构，根据电磁铆接原理实现铆接功能；缓冲质量块和缓冲器构成缓冲结构，对铆接后坐力尽心缓冲，以降低劳动强度。其他典型的轻型手持式电磁铆枪如图7所示。
图6 重型手持式电磁铆枪典型结构
图7 轻型手持式电磁铆枪典型结构
典型的手持式电磁铆接系统如图8所示，主要包括电磁铆枪、控制柜和托架三个部分。通常一套电磁铆接系统配备两把电磁铆枪，铆接时一把铆枪作为顶铁，另一把铆枪实施铆接，两把枪也可以同时实施铆接。由于电磁铆接属于一次成形铆接，其后坐力较大，铆枪需要设计较大的质量以降低后坐力对操作者的影响，因此两个平衡器通过托架对铆枪重量进行平衡，以降低劳动强度。电磁铆接系统工作时，通常需要对电磁铆枪放电线圈通气进行散热，避免因线圈连续工作发热带来的铆接力损失。
图8手持式电磁铆接系统
典型的自动化电磁铆接系统如图9和图10所示。图9为Electroimpact公司针对波音787复合材料机身段研发的E5000自动化电磁铆接装配系统，该系统具有自动钻孔、划窝、铆接等多项功能，其中电磁铆接技术被用于复合材料机身铆接以避免钉杆膨胀不均带来的损伤。图10为Electroimpact公司为ARJ21机翼壁板开发的一种自动化电磁铆接系统，该系统除了实现无头铆钉铆接外，相对其他系统，该系统具有结构重量小、铆接效率高等优点。此外，基于电磁铆接技术的E7000机身外壳自动钻铆系统也被应用于ARJ21机身外壳装配。
图9 E5000复合材料机身段自动化电磁铆接装配系统
图10E6000龙门式机翼壁板自动钻铆系统
图11E7000机身外壳自动钻铆系统
电磁铆接方法较普通铆接方法具有明显优势，目前我国手持式电磁铆接技术已经相对成熟，但自动化电磁铆接装配还远落后于世界先进水平。从我国先进飞机制造的需求和国外电磁铆接技术发展轨迹可以预测，我国电磁铆接技术必将走向自动化装配道路，具有较大的市场潜力。
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