鉚釘防護對其導電性能影響研究

蘇佳文，李林波，劉澤

（航空工業直升機設計研究所，江西景德鎮，333001）

關鍵字：直升機；電搭接；鉚接；氧化防護

0 前言

隨著目前直升機工業的發展，在直升機制造過程中電磁兼容問題越來越受到了人們的關注，為了給直升機各個部件提供良好的導電性，正確恰當的電搭接對于保障直升機的飛行安全變得尤為重要[1-3]。保持良好的電搭接能夠有效的防止人員在空中和地面遭受電擊傷害，為所有設備提供相同的基準電位，降低飛機上有著不同電位差的導電部件間因重復接觸而產生的感應干擾，防止靜電電荷積聚、通過提供低阻抗通路降低雷電危害，避免產生機械故障或由電弧引起的失火，降低電暈放電效應的影響，確保良好的屏蔽，通過低阻抗通路接地防止輻射、使天線獲得良好的配重。本文針根據在現場鉚接過程中對鉚釘HB6231半圓頭釘和HB6315埋頭釘做電搭接時，對于是否需要去除鉚釘其表面氧化防護層進行試驗探究，根據試驗結果分析討論，鉚釘氧化防護層對其導電性能的影響。

1 電搭接類型

通常電搭接設計主要是為了讓飛機各個部件、設備、附件與基本結構之間形成了一個穩定的低阻抗的通路，使得整體結構構成一個低阻抗的等電位體。目前電搭接可以分為兩種直接搭接和間接搭接[4-5]。

直接搭接是兩個裸金屬或者導電性好的金屬特定部位表面直接接觸，導體之間直接建立起良好的通路，直接搭接一般通過焊接工藝在結合處建立起一種熔接的金屬搭接，其次利用緊固件結構（螺栓、鉚釘等）在搭接表面保持較大的接觸面積和貼合程度來獲得通電的連續性。

其中鉚接搭接屬于緊固件結構搭接的一種，鉚接搭接主要用來實現結構件之間的搭接，主要導電機理如表1所示，半圓頭釘和埋頭釘2種鉚釘電搭接所形成的通路，對于實心半圓頭鉚釘來說導電路徑主要經過鉚釘軸，對于實心埋頭釘來說導電路徑主要經過鉚釘軸和錐形釘頭，通過鉚釘的傳導，實現了兩種材料的電搭接，兩種材料可代表需要搭接的金屬部件、碳纖維復合材料或者帶有銅網的玻璃纖維復合材料。

表1 -2種鉚釘搭接

間接搭接是需要通過采用搭接帶或者其他輔助導體把兩種需要搭接的材料相互連接，使用搭接線搭接時，應注意不要產生任何妨礙。搭接線應盡可能短，不要形成回路，以免產生寄生電容效應。如圖1所示，間接搭接這種方式適用于天線（或燈）座和支承結構都是導電材料時的裝配，裝配時在結構件一邊用0.11mm直徑蒙乃爾銅-鎳合金扁平編制密封條進行搭接，它首先有效地保護了天線支撐表面。確保支撐面上的天線/結構導電性均勻分布，使高頻段達到良好的電搭接，天線座上達到良好的密封性。

圖1 天線支座搭接

2 試驗過程

通過以上關于電搭接的介紹，對于鉚接搭接我們可以看出，鉚釘是電傳導其中的一部分，鉚釘的電阻會影響電搭接效果，所以鉚釘的氧化防護層對于鉚釘電阻的影響關系到了其鉚接過程中電搭接效果。如表2所示，電搭接搭接類型等級分為4個等級，每個等級的接觸電阻也不同，為了驗證HB6231和HB6315的鉚釘的表面氧化防護層能否對其導電性能等級產生影響，進行了實驗探究。

表2 搭接類型等級

2.1 試驗材料及設備

本文所用鉚釘材質為鋁釘HB6231半圓頭釘和HB6315埋頭釘[6]。具體數據如表3所示。

表3 材料標準

試驗件為小板50mm×20mm×2mm（長×寬×厚），材質為鋁合金，如圖2所示，對試驗件按相應標準做防護并噴漆。

圖2 試驗件

測量設備：電阻測量儀

電阻測量儀：可應用于飛機制造階段，以及現場維護測試中飛機接觸測試點，通過手握式測試探頭，精確測量試驗件各個測試點之間的電阻值，量程分別為0-20mΩ，0-2000mΩ，如圖3所示。

圖3 電阻測量儀

2.2 試驗內容

試驗步驟具體如下：

對于HB6231半圓頭釘:

(1）將5個試驗件分別用“未打磨去除防護層”和“打磨去除防護層”的HB6231實心釘鉚接起來，形成試驗組件，如圖4所示。

圖4 試驗件組件

(2）如圖5所示，在整個試驗組件件上選取5個測量點，分別為a,b,c,d,e，并打磨掉各個測量點漆層防護，以便電阻測量儀的探頭能夠接觸到試驗組件測量電阻值。

圖5 測試試驗

(3）通過電阻測量儀，測量a-c,b-c,c-d,d-e和a-e各個測量點間的電阻值，分別記做R1、R2、R3、R4、R。

對于HB6315實心埋頭釘:則需重復上述試驗步驟，可以得到“未打磨去除防護層”和“打磨去除防護層”的試驗組件各個測量點間R1、R2、R3、R4、R的電阻值。

3 結果與分析

對于4組試驗件，如圖6所示，通過電阻測量儀的探針接觸各個測量點，當電阻測量儀屏幕顯示的電阻不發生波動時，可以得到R1、R2、R3、R4、R各個測量點的電阻值，并進行記錄。

圖6 -4組試驗件

將測量的電阻值R1、R2、R3、R4,整理可以得到圖7，如圖7所示，通過圖中可以看出，2種鉚釘未打磨氧化防護層的電阻值要比打磨掉氧化防護層的電阻值稍高一點，但是并沒有影響其搭接等級。

圖7 兩種鉚釘的電阻值

為了進一步說明其鉚釘氧化防護對其鉚釘導電性能影響不大，統計了整個試驗組件的電阻R和單一鉚釘狀態的平均值,其中平均值,可以得到表4-單一鉚釘和試驗組件的狀態。

表4 單一鉚釘和試驗組件狀態

通過表4中的數據可以看出對于HB6231半圓頭釘和HB6315埋頭釘的單個鉚釘狀態有無氧化防護層對于其導電性能的影響并不大，HB6231半圓頭釘的未打磨去除防護層的阻抗僅僅比打磨去除防護層的鉚釘大于0.005 mΩ，HB6315埋頭釘的未打磨去除防護層的阻抗僅僅比打磨去除防護層的鉚釘大于0.0075 mΩ幾乎可以忽略不計，且兩種鉚釘的試驗組件整體的電阻變化也不大，所以HB6231半圓頭釘和HB6315埋頭釘的表面氧化防護層對其導電性能基本上無影響，并不會影響其電搭接等級。

4 結論

針對某型直升機在鉚接過程中，對于鉚釘做電搭接時，根據技術文件規定需要對鉚釘進行了去除氧化防護層處理之后在進行鉚接，為探究鉚釘防護對其導電性能的影響，進行了鉚釘防護對其導電性影響試驗，通過試驗可以得到如下結論：

（1）對于HB6231半圓頭釘和HB6315埋頭釘，表面氧化防護層對其鉚釘的導電性能影響的并不大，幾乎可以忽略不計，并不會影響電搭接等級。

（2）通過試驗驗證了目前車間所實施的工程技術文件有需要優化改進的地方，可以取消該項工序，可以減輕鉚接工人工作量，提高了生產效率，同時也避免了在打磨鉚釘表面防護層時損傷鉚釘本體。