鈦鉚釘斷脫故障分析及針對性預防措施

康建中

摘 要： 針對某型飛機設備艙口蓋上的鈦鉚釘頻繁發生釘帽斷脫故障，通過機理分析確定故障發生的原因，并制定針對性的預防措施。

關鍵詞：鈦鉚釘；鉚接方法；斷口分析；超聲波

0引言

某型飛機設備艙口蓋上的鈦鉚釘頻繁發生鈦鉚釘釘帽斷脫故障。設備艙口蓋位于飛機進氣道前部，鉚釘釘帽脫落后極易被吸入進氣道內，鉚釘釘帽一旦吸入進氣道內將會打傷發動機葉片，嚴重影響飛行安全。

機理分析

1.1鈦鉚釘特點及鉚接形式

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，易產生裂紋等，故宜采用熱鉚。

（1）熱鉚的優點是提高了鈦鉚釘塑性，容易成型，不易產生裂紋；缺點鉚接時產生較高溫度，受被鉚接結構材料限制。

（2）壓鉚優點是釘桿變形均勻、效率高、外觀質量好；缺點是受空間限制、鈦鉚釘鉚接后容易產生應力裂紋。

（3）錘鉚的鉚接過程中對結構具有沖擊作用，對較薄夾層結構易造成變形，鈦鉚釘鉚接后容易產生應力裂紋。

雷達設備艙口蓋為復合材料，由于復合材料加工溫度不能滿足熱鉚的要求，按照技術要求，雷達設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，經丙酮超聲清洗后在體式顯微鏡下觀察斷口形貌。1#鉚釘的擴展裂紋起源于釘帽與釘桿的過渡區域，線源特征，如圖2a箭頭所示。

裂紋擴展楞線明顯，部分斷裂區上附著淡黃色物質。2#鉚釘擴展裂紋同樣起源于釘帽與釘桿的過渡區域，多線源特征，見圖2b。部分斷口已在拆卸過程中破壞。3#鉚釘斷口形貌與1#相似。但擴展楞線更加明顯，有撕裂特征，見圖2c。另外，3#鉚釘的裂紋源區存在月牙狀的的剪切區，疑似為墩制過程中產生，見圖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。在墩制過程中鉚釘的釘桿與釘帽過渡區出現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。而后，裂紋向著釘帽上表面方向擴展，裂紋擴展區擴展楞線明顯，微觀下為類似解理形貌。整體來看，斷口源區、擴展前期、擴展中期和擴展后期明顯，表面其為疲勞斷口。

1.3使用維護情況

1） 在正常使用過程中，蒙皮會受到負壓吸力，該力會通過鉚釘傳遞給鎖釘，再通過鎖釘、鎖座傳遞到飛機主結構上。所以，鉚釘受拉力，因載荷的不同，鉚釘會承受非周期性的疲勞作用。

2） 在維護過程中，經常會對雷達設備艙口蓋進行開啟、閉合，因該口蓋曲度比較大，會造成開關困難，操作時，會產生類沖擊性的載荷，對鉚釘造成初始缺陷或放大初始缺陷，加速了鉚釘的斷脫。

分析與結論

1） 宏微觀的觀察結果表明，失效鉚釘的斷口均起源于毛釘帽和釘桿的過渡區域，線源特征，斷口源區和擴展區明顯，擴展區擴展楞線明顯，顯微形貌為類解理特征，斷口上無腐蝕特征。以上結果可以判定，鉚釘的失效性質為疲勞斷裂。

2） 在使用維護中鉚釘會承受非周期性的疲勞作用，且由于口蓋曲度比較大，會造成開關困難，會產生類沖擊性的載荷，對鉚釘造成初始缺陷或放大初始缺陷，加速了鉚釘的斷脫。

針對性預防措施

3.1研究制定鈦鉚釘探傷技術

通過制作鈦鉚釘裂紋故障典型樣件，用于超聲波檢測的判據。對雷達口蓋處的鈦鉚釘進行超聲波無損檢測，避免有缺陷的鉚釘的漏檢。

3.2維護方法的改進

在后續維護使用中，口蓋開閉一定要輕開輕扣，通過維護方式的改進來延長鉚釘的使用壽命。

【參考文獻】

HB/Z 223.21-2003 復合材料的鉚接.