鈦鉚釘斷脫故障分析及針對(duì)性預(yù)防措施

康建中

摘 要： 針對(duì)某型飛機(jī)設(shè)備艙口蓋上的鈦鉚釘頻繁發(fā)生釘帽斷脫故障，通過(guò)機(jī)理分析確定故障發(fā)生的原因，并制定針對(duì)性的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：鈦鉚釘；鉚接方法；斷口分析；超聲波

0引言

某型飛機(jī)設(shè)備艙口蓋上的鈦鉚釘頻繁發(fā)生鈦鉚釘釘帽斷脫故障。設(shè)備艙口蓋位于飛機(jī)進(jìn)氣道前部，鉚釘釘帽脫落后極易被吸入進(jìn)氣道內(nèi)，鉚釘釘帽一旦吸入進(jìn)氣道內(nèi)將會(huì)打傷發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，嚴(yán)重影響飛行安全。

機(jī)理分析

1.1鈦鉚釘特點(diǎn)及鉚接形式

鈦鉚釘鉚接方法主要有熱鉚法、壓鉚法、錘鉚法。由于鈦鉚釘硬度高、塑性差，在常溫下鉚接難以形成鐓頭，且鉚釘桿膨脹量小，易產(chǎn)生裂紋等，故宜采用熱鉚。

（1）熱鉚的優(yōu)點(diǎn)是提高了鈦鉚釘塑性，容易成型，不易產(chǎn)生裂紋；缺點(diǎn)鉚接時(shí)產(chǎn)生較高溫度，受被鉚接結(jié)構(gòu)材料限制。

（2）壓鉚優(yōu)點(diǎn)是釘桿變形均勻、效率高、外觀質(zhì)量好；缺點(diǎn)是受空間限制、鈦鉚釘鉚接后容易產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。

（3）錘鉚的鉚接過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)具有沖擊作用，對(duì)較薄夾層結(jié)構(gòu)易造成變形，鈦鉚釘鉚接后容易產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。

雷達(dá)設(shè)備艙口蓋為復(fù)合材料，由于復(fù)合材料加工溫度不能滿足熱鉚的要求，按照技術(shù)要求，雷達(dá)設(shè)備艙口蓋上的鉚釘采用壓鉚。

1.2斷口分析情況

1.2.1體式觀察

將1#、2#、3#鉚釘沿裂紋打開(kāi)，經(jīng)丙酮超聲清洗后在體式顯微鏡下觀察斷口形貌。1#鉚釘?shù)臄U(kuò)展裂紋起源于釘帽與釘桿的過(guò)渡區(qū)域，線源特征，如圖2a箭頭所示。

裂紋擴(kuò)展楞線明顯，部分?jǐn)嗔褏^(qū)上附著淡黃色物質(zhì)。2#鉚釘擴(kuò)展裂紋同樣起源于釘帽與釘桿的過(guò)渡區(qū)域，多線源特征，見(jiàn)圖2b。部分?jǐn)嗫谝言诓鹦哆^(guò)程中破壞。3#鉚釘斷口形貌與1#相似。但擴(kuò)展楞線更加明顯，有撕裂特征，見(jiàn)圖2c。另外，3#鉚釘?shù)牧鸭y源區(qū)存在月牙狀的的剪切區(qū)，疑似為墩制過(guò)程中產(chǎn)生，見(jiàn)圖2d。

1.2.2斷口微觀觀察

將斷口較為典型的3#鉚釘在掃描電鏡下觀察。在墩制過(guò)程中鉚釘?shù)尼敆U與釘帽過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)了月牙狀的剪切裂紋，寬度約為0.4mm，剪切裂紋的邊緣成為的后期斷裂的線型源區(qū)。而后，裂紋向著釘帽上表面方向擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展區(qū)擴(kuò)展楞線明顯，微觀下為類似解理形貌。整體來(lái)看，斷口源區(qū)、擴(kuò)展前期、擴(kuò)展中期和擴(kuò)展后期明顯，表面其為疲勞斷口。

1.3使用維護(hù)情況

1） 在正常使用過(guò)程中，蒙皮會(huì)受到負(fù)壓吸力，該力會(huì)通過(guò)鉚釘傳遞給鎖釘，再通過(guò)鎖釘、鎖座傳遞到飛機(jī)主結(jié)構(gòu)上。所以，鉚釘受拉力，因載荷的不同，鉚釘會(huì)承受非周期性的疲勞作用。

2） 在維護(hù)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)對(duì)雷達(dá)設(shè)備艙口蓋進(jìn)行開(kāi)啟、閉合，因該口蓋曲度比較大，會(huì)造成開(kāi)關(guān)困難，操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生類沖擊性的載荷，對(duì)鉚釘造成初始缺陷或放大初始缺陷，加速了鉚釘?shù)臄嗝摗?/p>

分析與結(jié)論

1） 宏微觀的觀察結(jié)果表明，失效鉚釘?shù)臄嗫诰鹪从诿斆焙歪敆U的過(guò)渡區(qū)域，線源特征，斷口源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)明顯，擴(kuò)展區(qū)擴(kuò)展楞線明顯，顯微形貌為類解理特征，斷口上無(wú)腐蝕特征。以上結(jié)果可以判定，鉚釘?shù)氖再|(zhì)為疲勞斷裂。

2） 在使用維護(hù)中鉚釘會(huì)承受非周期性的疲勞作用，且由于口蓋曲度比較大，會(huì)造成開(kāi)關(guān)困難，會(huì)產(chǎn)生類沖擊性的載荷，對(duì)鉚釘造成初始缺陷或放大初始缺陷，加速了鉚釘?shù)臄嗝摗?/p>

針對(duì)性預(yù)防措施

3.1研究制定鈦鉚釘探傷技術(shù)

通過(guò)制作鈦鉚釘裂紋故障典型樣件，用于超聲波檢測(cè)的判據(jù)。對(duì)雷達(dá)口蓋處的鈦鉚釘進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，避免有缺陷的鉚釘?shù)穆z。

3.2維護(hù)方法的改進(jìn)

在后續(xù)維護(hù)使用中，口蓋開(kāi)閉一定要輕開(kāi)輕扣，通過(guò)維護(hù)方式的改進(jìn)來(lái)延長(zhǎng)鉚釘?shù)氖褂脡勖?/p>

【參考文獻(xiàn)】

HB/Z 223.21-2003 復(fù)合材料的鉚接.