裝配因素對飛機防腐性影響的探究分析

姜瑞蒙 孫松偉 熊 劍 屈春暉（上海飛機制造有限公司，上海200000）

0 引言

飛機若在周圍環(huán)境因素（如大氣、水分、化學(xué)物質(zhì)、溫濕度變化、空氣中的顆粒、航空油料等）的影響下發(fā)生結(jié)構(gòu)腐蝕，將嚴重影響飛行安全[1]。腐蝕的發(fā)生在飛機的生命周期中往往是不可避免的，因而預(yù)防腐蝕和延緩腐蝕顯得尤為重要[2]。為了防止飛機結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕，除了可以通過選擇合適的金屬材料、涂料、密封膠，以及有效的排水系統(tǒng)等措施，使用防腐劑也是一項重要的措施[1]。我國民航局頒發(fā)的CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》（民航局令第209號）[3]就對飛機防腐提出了具體要求。防腐劑通常具有非常好的滲透性，可以滲透進極小的縫隙和孔內(nèi)，將其中的水分置換出來，并形成一層防腐劑膜[4]。

對于飛機上存在腐蝕風(fēng)險的區(qū)域，尤其環(huán)境惡劣的區(qū)域，防腐的有效性還需要建立在良好的結(jié)構(gòu)鉚接質(zhì)量、良好的密封膠施工、防腐劑施工等基礎(chǔ)之上。本文重點研究了機身結(jié)構(gòu)形式、鉚釘成形質(zhì)量、密封、充壓等裝配因素對防腐有效性的影響。

1 防腐劑滲漏試驗

為探究機身結(jié)構(gòu)形式、鉚釘成形質(zhì)量、密封、充壓對防腐有效性的影響。本文通過模擬機身蒙皮長桁連接結(jié)構(gòu)形式制造裝配試驗件，展開對比試驗，分析不同裝配因素對飛機防腐性的影響及其重要性。

1.1 試驗方案設(shè)計

1.1.1 結(jié)構(gòu)形式

分別設(shè)計如圖1、圖2所示的封閉曲面蒙皮盒體結(jié)構(gòu)與平面開敞盒體結(jié)構(gòu)各一件，均使用雙層蒙皮，蒙皮厚度與機體蒙皮規(guī)格一致，均分布3根長桁，試驗件長桁間距與實際機體長桁間距相同，中間長桁再另加1層夾層墊片。

圖1 封閉曲面蒙皮盒體結(jié)構(gòu)

圖2 平面蒙皮開敞盒體結(jié)構(gòu)

1.1.2 連接要求

蒙皮長桁區(qū)域連接，底面采用埋頭鉚釘連接，盒體結(jié)構(gòu)部分使用凸頭鉚釘連接。為驗證鉚釘成形因素對防腐劑滲漏的影響，本次試驗件對3排長桁連接的緊固件做如圖3的排布，即每5顆鉚釘分別做標準成形與非標準成形。

1.1.3 密封要求

試驗件相關(guān)涂膠密封信息如圖3所示，其中紅邊代表填角密封，底黑色代表做貼合面密封。

圖3 緊固件分布與涂膠密封示意圖

1.1.4 充壓要求

對封閉曲面蒙皮盒體結(jié)構(gòu)，充壓至同等飛機所承受的壓力，并保壓一定時間，用于對比平面蒙皮開敞盒體結(jié)構(gòu)。

1.2 試驗件拆解對比

將試驗件靜置3~6周，每周跟蹤觀察緊固件制成頭以及釘頭，未發(fā)生滲漏現(xiàn)象，后續(xù)分解拆除觀察夾層情況，夾層滲漏結(jié)果如圖4至圖6所示.

圖4 分解第一層長桁夾層對比圖

圖6 分解第三層蒙皮夾層對比圖

第①套第1層長桁夾層拆除后，未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏液體，中間長桁無貼合面密封區(qū)域有少量防腐劑滲漏。第②套拆除后，1層長桁夾層防腐劑滲漏明顯，同時在進行了貼合面密封的一側(cè)，在密封膠不合格的間隙同樣發(fā)現(xiàn)了防腐劑滲漏。

圖5 分解第二層墊片夾層對比圖

第①套拆第2層墊片除后，可以發(fā)現(xiàn)無貼合面密封區(qū)域非標準成形緊固件對應(yīng)區(qū)域有微量防腐劑滲漏，有貼合面區(qū)域無滲漏。第②套第2層墊片夾層拆除后，防腐劑滲漏明顯，同時在進行了貼合面密封的一側(cè)，在密封膠不合格的間隙同樣發(fā)現(xiàn)了防腐劑滲漏。

第①套第3層蒙皮夾層拆除后，未發(fā)現(xiàn)明顯防腐劑滲漏，中間長桁左端貼合面密封不合格區(qū)域有少量防腐劑滲漏。第②套第3層蒙皮夾層拆除后，防腐劑滲漏明顯，同時在進行了貼合面密封的一側(cè)，在密封膠不合格的間隙同樣發(fā)現(xiàn)了防腐劑滲漏。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 結(jié)構(gòu)形式因素

兩組試驗件，一組為曲面蒙皮長桁結(jié)構(gòu)，一組為平面長桁結(jié)構(gòu)。曲面長桁結(jié)構(gòu)在防腐劑施工后，局部易發(fā)生積液現(xiàn)象，平面長桁結(jié)構(gòu)則不會發(fā)生積液。從拆解實驗結(jié)果來看，曲面結(jié)構(gòu)與平面結(jié)構(gòu)均有不同程度的滲漏，說明結(jié)構(gòu)形式影響不大。

2.2 鉚釘成形因素

兩套試驗件鉚釘安裝條件一致，同時觀察拆除鉚釘，拆除時鉚釘?shù)闹瞥深^同樣破壞如圖7所示，鐓頭外露部分防腐劑涂覆充分，鐓頭周圍被防腐劑包圍，鐓頭與零件貼合面光亮無防腐劑痕跡，而一些鉚釘釘頭、釘桿有防腐劑滲漏痕跡。對拆除的釘孔進行觀察也可以看到夾層的滲漏痕跡。

圖7 試驗件拆除的部分鉚釘

對其中一套試驗件中間長桁拆除的鉚釘進行測量統(tǒng)計，并對破壞的鉚釘靠近釘頭處和鐓頭處釘桿直徑分別進行測量，統(tǒng)計得知：

a)鐓頭處釘桿直徑均大于釘頭處釘桿直徑；

b)試驗件鉚釘釘桿膨脹后均大于或處于理論孔徑范圍內(nèi)，其中非標準成形的鉚釘靠近釘頭處釘桿直徑略小于標準成形釘桿直徑；

因此，得出非標準成形鉚釘釘桿與孔內(nèi)壁可能形成如圖8中所示的間隙。釘桿與孔內(nèi)壁形成的間隙為防腐劑通過夾層之間滲透提供了滲漏的路徑。

圖8 釘孔夾層間隙形成示意圖

2.3 密封形式因素

通過對兩套試驗件拆除后長桁及蒙皮之間的零件間隙表面觀察，可以發(fā)現(xiàn)，在貼合面或填角密封合格的情況下，由于密封劑的密封作用，零件夾層不會發(fā)生防腐劑滲漏。尤其填角密封合格的情況下，即使不做貼合面密封也不會發(fā)生 任何滲漏。因此，從密封影響因素分析，填角密封的質(zhì)量對防腐劑滲漏的影響大于貼合面密封。

根據(jù)實際現(xiàn)場拆釘情況比較可得，對于未使用密封膠區(qū)域，尤其未使用填角密封的區(qū)域，防腐劑滲漏途徑如圖9所示，滲漏經(jīng)由夾層和釘桿與孔內(nèi)壁，滲漏至釘頭處。緊固件鐓頭與零件貼合緊密不發(fā)生滲漏。

圖9 鉚釘滲漏途徑示意

2.4 充壓因素

對封閉曲面蒙皮盒體結(jié)構(gòu)充壓至等同飛機所承受的壓力，并保壓一定時間，重復(fù)3次。通過分解兩套試驗件后，發(fā)現(xiàn)封閉曲面蒙皮盒體結(jié)構(gòu)雖進行了充壓保壓，因做了填角密封，相關(guān)區(qū)域無明顯滲漏，而平面蒙皮開敞盒體結(jié)構(gòu)因無填角密封，滲漏情況較為嚴重。因此，充壓因素對防腐劑滲漏影響較小。

4 總結(jié)

由試驗件情況分析可知，防腐劑滲漏并非單一成因，而是多種因素導(dǎo)致，主要包括密封因素，鉚釘成形因素：

（1）密封因素最為關(guān)鍵，尤以填角密封更為重要，未做填角密封的區(qū)域比做填角密封的區(qū)域防腐劑更容易滲漏；

（2）鉚釘成形不是均勻膨脹的，頂桿靠近墩頭尺寸會大于頂桿靠近釘頭尺寸，不能保證完全填滿鉚釘孔，按實際情況仍存在間隙可能；

（3）故滲漏現(xiàn)象不是從鐓頭處開始滲漏，而是從夾層中間滲漏，尤其針對未做填角密封的區(qū)域，零件貼合面越窄的越容易發(fā)生滲漏；

（4）貼合面密封與非貼合面密封交界處更容易防腐劑更容易滲漏；

航空用防腐劑是一種滲透性極強的化學(xué)品，本身作用就用于填滿不可避免的微小間隙，從而達到隔絕空氣水分或者其他腐蝕來源的作用。但是，防腐劑不應(yīng)作為保障飛機防腐的最后一道屏障，對于飛機上的防腐工作，每一種防腐措施都應(yīng)該高質(zhì)量、高標準地發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此，飛機制造裝配過程中，不僅需要嚴格控制鉚釘驗收標準，同時需要嚴格控制防腐密封的施工，尤其需要做好填角密封，在不能一次做完填角密封的區(qū)域需要鏟除留鉚區(qū)域部分，做好銜接填角密封之間的銜接。只有各項防腐措施相輔相成，才能保證飛機的結(jié)構(gòu)持久安全可靠，才能延長飛機的服役壽命，保障飛機持續(xù)的飛行安全。