b飞机蒙皮开裂失效维修定稿版

b飞机蒙皮开裂失效维
修
HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
B737-200飞机蒙皮开裂失效维修学院航空航天工程学部（院）
专业飞行器制造工程（航空维
修）
班级
学号
姓名王永平指导教师郑双
沈阳航空航天大学
2016年 12月
课程设计任务书
课程设计任务书
摘要
通过对B737-200飞机蒙皮裂纹的宏观观察、实体显微镜观察、扫描电镜观察、金相检查以及硬度检测等，逐步分析B737-200飞机蒙皮开裂的原因。

主要研究蒙皮的断裂性质因素，以及蒙皮断口的起源。

同时给出了蒙皮裂纹的维修方法以及预防措施。

关键词：B737-200、飞机蒙皮裂纹、裂纹维修
目录
第1章 B737-200飞机蒙皮开裂概述.................................... 第2章 B737-200飞机蒙皮开裂实验分析................................
2.1宏观观察.......................................................
2.2实体显微镜观察.................................................
2.3扫描电镜观察...................................................
2.4金相检验.......................................................
2.5硬度检查....................................................... 第3章 B737-200飞机蒙皮开裂综合分析............................... 第4章 B737-200飞机蒙皮开裂失效结论...............................
第5章 B737-200飞机蒙皮开裂失效维修...............................
5.1在裂纹尖端钻止裂孔.............................................
5.2在裂纹部位铆补加强片........................................... 第6章 B737-200飞机蒙皮开裂失效预防................................ 第7章课程设计总结................................................ 参考文献...........................................................
第1章 B737-200飞机蒙皮开裂概述
某航空公司2架B737-200客机在机场短停时，在机翼翼根处的机身蒙皮部位相继发现穿透性裂纹，具体位置在机身757站位，桁条18至桁条19蒙皮加强筋倒角处，平行桁条方向。

蒙皮厚约1.0mm，内表面的加强筋是用化铣工艺加工的。

材料牌号为2024-T3的包铝板。

A号机左右机身各发现一处裂纹，该机飞行起落数为28077次；B号机只在一侧机身发现一处裂纹，该机飞行起落数为27194。

第2章 B737-200飞机蒙皮开裂实验分析
2.1 宏观观察
A号机有两条裂纹，1号裂纹断口长96mm，2号裂纹断口长49mm，B号机3号裂纹断口长66mm。

3个裂纹断口表面均垂直于蒙皮表面。

清洗前断口表面灰暗无光，用AC纸粘揭后，3个断口均可见磨平的亮痕。

图1为A号机2号裂纹断口的宏观外貌，3个断口蒙皮内表面靠近断口处均有明显的漆层堆积，如图1中箭头所示；A号机1号和2号裂纹断口蒙皮内表面漆已有剥落，但绿色底漆仍完好无损，B机裂纹断口蒙皮内表面面漆则较完好，无剥落现象。

2.2 实体显微镜观察
在实体显微镜下对上述3个断口进行观察，可见1号裂纹和3号裂纹两个断口表面擦伤较为严重，实体显微镜观察下不易判断源区位置。

而2号裂纹断口损伤较轻，可看到整个断口靠蒙皮内表面一侧分布有大量密集的台阶，如图2所示，表明裂纹是由内表面一侧起始，向外表面扩展。

实体显微镜断口观察显示，
3个断口蒙皮内表面一侧（带有增厚漆的一侧）底漆层都均匀完好，如图2箭头所示。

2.3 扫描电镜观察
对3个断口进行了扫面电镜观察。

断口在未用AC纸粘揭前，3个断口表面均覆有一层腐蚀产物，3个断口表面均可见到泥纹花样。

图3所示为2号裂纹断口表面泥纹花样。

用AC纸粘揭断口后，断口表面的腐蚀产物层基本上被揭掉。

图4为粘揭后的2号裂纹断口低倍形貌，可看到断口沿蒙皮内表面一侧分布有很多台阶，台阶起始于蒙皮的金属表面。

图5所示为裂纹的中部位置，源区断口受到了磨损，但仍可看出裂纹起始于蒙皮内部的金属表面。

其余两断口磨损严重，已看不到明显的源区台阶，但在靠近裂纹一端的断口，仍可清晰地看出断口类解理台阶（当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成了一个台阶）花样起始于蒙皮内表面的金属表面，如图6所示。

对3个断口源区一侧（蒙皮内表面）表层金属进行能谱成分测试，谱图显示只有铝峰，无其他合金元素峰，3个断口蒙皮内表面表层金属均为纯铝，这表明蒙皮内表面有一包铝层，3个断口裂纹均起始于蒙皮内表面的包铝层表面。

3个断口的扩展区均为类解理断裂特征，如图7所示；同时扩展区均可见大量的疲劳条带，见图8。

2.4 金相检验
在1号裂纹和3号裂纹断口上截取试块，沿垂直断口截面磨制金相试样，进行金相组织观察，两断口蒙皮内外表面铝层均有一包铝层，且包铝层均匀完好；两断口蒙皮金相组织正常，无过热和过烧现象。

2.5 硬度检查
对1号裂纹和3号裂纹断口金相试样进行显微硬度测量，测量结果如表1所示。

参照与2024相应的国产材料LY12，按中国国家标准GB n166-82《铝合金硬度与强度换算值》将显微硬度换算为抗拉强度值，列于表1中，其强度指标高于AMS4037中规定的最小抗拉强度值34.4kgf/mm2。

表1 蒙皮垂直断口截面显微硬度测量结果及强度换算值（kgf/mm2）
图2-1 2号裂纹断口宏观形貌
图2-2 2号裂纹断口实体显微镜形貌（26*）
图2-3 2号裂纹断口表面的腐蚀泥纹花样（1000*）
图2-4 2号裂纹断口的扫描低倍形貌（15*）
图2-5 2号裂纹断口源区形貌（200*）
图2-6 3号裂纹一端断口源区形貌（500*）
图2-7 2号裂纹断口扩展区形貌（1500*）
图2-8 2号裂纹断口扩展区疲劳条带（1500*）
第3章 B737-200飞机蒙皮开裂综合分析
3个蒙皮断口的微观特征表明，其断裂性质相同，均为腐蚀疲劳。

3个蒙皮蒙皮断口裂纹起始于蒙皮内表面的包铝层表面，3个蒙皮内表面包铝层及底漆均完好无损。

裂纹源区包铝层表面并未发现有腐蚀孔洞的存在，因此3个蒙皮断口的裂纹的起源与腐蚀无关。

3个蒙皮断口均显示表面起源的线装多源特征，这种源区特征多与应力过大或表面应力集中有关，而蒙皮开裂部位恰好位于蒙皮内表面加强筋倒角处。

该蒙皮加强筋是通过化铣工艺加工的，而化铣工艺表面通常较为粗糙尤其是在倒角部位，常常会形成倒角过小甚至形成负倒角，这样就会在该倒角部位产生很大的应力集中，是的蒙皮在使用过程中易在倒角部位发生开裂。

随着裂纹扩展的延长，表面漆层破裂。

飞机升空后内表面形成的冷凝水靠毛细作用渗入裂缝，对裂纹面产生腐蚀作用。

由于蒙皮的裂纹扩展与飞机的起落循环有关，而该循环为——低频循环，在裂纹周期扩展期间同时伴随着冷凝水的腐蚀作用，腐蚀和疲劳相互促进，因而蒙皮断口的断裂性质为腐蚀疲劳。

第4章 B737-200飞机蒙皮开裂失效结论
（1）3个蒙皮断口的断裂性质均为腐蚀疲劳。

（2）蒙皮断口的裂纹起源与腐蚀无关，而与蒙皮内表面加强筋倒角处应力集中有关【1】。

第5章 B737-200飞机蒙皮开裂失效维修
蒙皮上的裂纹，降低了蒙皮的强度，而且在受力过程中，裂纹还会因应力集中的缘故，继续扩展。

修理时，应根据裂纹的长短、深浅程度和所在位置等情况采用不同的修理方法。

5.1在裂纹尖端钻止裂孔
当蒙皮上的裂纹较短时（一般小于5毫米），可采用钻止裂孔的方法止裂。

止裂孔的直径通常为1.5~2毫米。

钻止裂孔时，止裂孔的位置非常重要。

如果止裂孔没有钻在裂纹的尖端处，他就不能消除裂纹尖端应力场的奇异性，也就起不到止裂作用。

图5-1所示的前三种情况，止裂孔位置都是不正确的，第1种情况是止裂孔钻在裂纹的中间，没有把裂纹前缘去掉，而且在钻孔过程中，又可能在裂纹尖端附近造成新的微裂纹，因而起不到止裂作用；第2种情况是止裂孔位置不正，没有消除裂纹尖端处应力场的奇异性；第3种情况是止裂孔的位置太靠前，这时裂纹的扩展方向捉摸不定，裂纹的扩展有可能偏到止裂孔的一侧去，止裂孔起不到止裂的作用；第4种情况的止裂孔位置比较合理，它消除了裂纹尖端应力场的奇异性，可起到止裂作用。

为了准确的确定止裂孔的位置，钻止裂孔前，最好借助低倍放大镜确定裂纹尖端位置，通常，止裂孔的位置应是止裂孔的圆心超过目视看到的裂纹尖端2.0mm。

图5-1止裂孔位置的可能几种情况
5.2在裂纹部位铆补加强片
当蒙皮上的裂纹较长时，如果只采用钻止裂孔的办法止裂，虽然钻止裂孔，能够消除裂纹应力场的奇异性，但止裂孔处有较高的应力集中。

所以，止裂孔处在交变载荷作用下，原裂纹还会继续扩展。

因此，对于较长尺寸的裂纹，除了裂纹尖端钻止裂孔外，还需在裂纹部位的内部铆补一块与蒙皮材料相同、厚度相等的加强片。

加强片的形状和大小应根据裂纹部位蒙皮的形状和连接铆钉数量来确定。

加强修理时，裂纹一边的铆钉数通常采用设计载荷计算，即
n=R
设/q
破
式中R
设
——蒙皮裂纹部位的设计载荷，单位为N。

q
破
——单个铆钉的破坏剪力，单位为N。

从式中可以看出，要计算裂纹一边的铆钉数（n），首先要知道蒙皮裂纹部位的设计载荷（R）。

由飞机蒙皮开裂失效概述得，裂纹平行于桁条，蒙皮在纵向截
面内只受剪应力，所以R
设等于裂纹的长度（a）乘上该出的剪流（q
r
），即
R
设
=aq
r
=aht
式中h——蒙皮的厚度，单位为m；
t——蒙皮裂纹部位的设计剪应力，单位为Pa。

第6章 B737-200飞机蒙皮开裂失效预防
飞机每次升降过程都要经历一次加压和减压过程，这使固定飞机蒙皮的铆钉周围的材料容易产生疲劳，形成放射性微小裂纹，若不加控制或维修将造成不可预料的后果。

为此，老龄化民用飞机的蒙皮裂纹检测被列为维修过程中的重要工作之一【2】。

我认为飞机蒙皮开裂失效得预防有一下三条：
其一，加强对飞机蒙皮的检测，让缺陷消亡于萌芽之中。

改进飞机蒙皮检测装置与方法，做到没有漏检的可能。

其次，蒙皮中纯铝可以换为铝合金，铝合金抗腐蚀性虽然不如纯铝。

在干净、干燥的环境下铝合金的表面也会形成保护的氧化层。

但铝的坚韧度比较差，比较软，容易变形。

而铝合金，虽然密度差不多，但是，坚韧，不易变形，可以作为飞行材料。

同时经我们分析，蒙皮断口的裂纹起源与腐蚀无关，而与蒙皮内表面加强筋倒角处应力集中有关，所以换铝合金会更好。

最后，就是腐蚀问题。

飞机在航线使用过程中,由于地面和高空的温差较大,飞机的机身内部会形成大量的冷凝水。

冷凝水中含有大量的氯离子,特别是位于沿海地区的北亚和大连分公司的飞机,冷凝水中氯离子的含量就更多。

氯离子对飞机结构的腐蚀能起到严重催化作用。

当产生裂纹时，疲劳与腐蚀相互促进，使得裂纹延展。

飞机定检时,如果发现蒙皮上紧固件头部产生黑圈或黑色尾迹,应用清洁剂进行清洁处理;然后涂AV30防腐剂,几分钟后,擦去多余的防腐剂;最后用毛笔刷涂耐气流冲刷作用的面漆。

这样可防止紧固件头部产生黑圈或黑色尾迹处形成丝状腐蚀。

定期清洗飞机可以清除沉降在飞机上的氯离子和硫酸根离子,改善飞
机外表面的腐蚀环境,降低飞机蒙皮发生腐蚀和其他表面腐蚀的可能性,并可减慢已产生腐蚀部位的腐蚀速度【3】。

第7章课程设计总结
通过这次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关飞机蒙皮方面知识，在这过程中虽然遇到一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的查找终于找出了其中原因，也暴露出前期我在这方面知识的欠缺和经验不足。

前期做的时候，自己很潦草的看了一遍又一遍的题目，总是感觉自己不会做，后来没办法，自己静下心来，自己慢慢的读，一点一点地从其中获取信息，一点一点地解析，终于会了一些。

实践出真知，通过亲自动手查资料，我掌握的知识不再是纸上谈兵。

在今后的社会发展和学习实践的过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一解决，只有这样，才能成功做成想做的事，才能在今后的道路上披荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收货成功，收货喜悦，也永远不可能得到社会及他人的认可。

我认为这次课设不仅培养了独立思考，动手操作能力，在其他能力上野都有了提高。

要面对社会的挑战，只有不断学习，实践，在学习在实践。

这对于我们的将来也有很大帮助。

回顾这次课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多东西，同时不仅可以巩固以前所学的知识，而且学到很多在书本上所没学到的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实际相结合，从实践中得出的结论才是真正的结论。

在今后的学习实践中，我会更加的努力，使自己变得更加优秀。

我终于明白，分数不过是个数字，知识才是自己的。

通过这次课程设计，我确实学到了很多东西，多年后我可能已经忘记这次课设最后打了多少分，但这些学到的东西却可以使我受益终生。

除了知识技术上的东西，我更锻炼了自己的快速学习能力;我学会了如何快速有效地从图书馆、网络获取自己需要的信息;我尝到了在周围很多同学拷来拷去时孤军奋战的痛苦;我
体会了夜以继日完成一个项目时中途过程的艰辛及最终完成后巨大的成就感……我更加深了人生的信心，以后面对任何一个困难的项目，我想我都不会惧怕，并最终能够成功地将其完成。

感谢老师，感谢此次课程设计。

虽然在其中吃了不少苦头，但我毫不后悔，因为我满载而归。

参考文献
[1] 姚红宇.民用飞机失效分析实例选编[M].北京：中国民航出版，2003.6.
[2] 李丽. 飞机蒙皮裂纹缺陷检测算法研究[J].工程硕士学位论文，2010.30.
[3] 田秀云，杜洪增，吴志巨. MD-82型飞机蒙皮的丝状腐蚀与防腐改进措施[J].中国民航学院，47-49.。