第四章民用航空器维修技术
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– 交变应力是指应力的大小或方向都随时间发生 周期性变化(或无规则变化)的应力
12
• 在交变载荷下，金属承受的交变应力和断 裂循环周次之间的关系，通常用疲劳曲线 来描述
– 疲劳曲线的纵坐标是所加的应力σmax，横坐标 是对应的断裂周次N,如图所示，亦称为S-N曲 线
13
• 研究发现
– 金属承受的max 愈大，则断裂时应力交变的次数 N愈少
第四章 民用航空器维修技术
1
主要内容
• 失效分析技术 • 无损检测方法 • 修理技术与工艺
2
失效分析技术
•失效的定义
– 产品或零部件丧失原设计所规定的功能的现象
•失效与故障是两个不同的概念
– “失效”(Failure)是事件 – “故障”(Fault)是状态
•失效包含以下三种情况
– 完全不能继续服役，如断裂或变形。 – 虽然还能运行，但已部分失去原有的功能。 – 虽然能运行，发挥原有功能，但因受损伤而不能安全
4
断裂失效
• 塑性断裂失效
– 其特点是断裂前有一定程度的塑性变形
• 一般是非灾难性的，用电镜观察断口时，到处可见韧窝断裂形 貌，观察断口附近金相组织，可见到有明显塑性变形层组织
• 脆性断裂失效
– 断裂前无明显的塑性变形，它是突发性的断裂
• 电镜下它的断口为河流花样或冰糖状形貌
• 疲劳断裂
– 疲劳的最终断裂是瞬时的，它的危害性较大，甚至会造 成机毁人亡的重大损失
通过“诊断” 识别和确定产品失效的模式、过程、原因、影响因素和机理
经过“事后处理”采取补救措施(对服役件)、预防措施(对新生产的 产品)和其它技术的、管理的反馈活动 以达到预防、改装和再设计的目的
8
• 航空器常见失效 分析
– 疲劳断裂失效分析 – 航空器的腐蚀损伤失效分析
9
疲劳断裂失效分析
10
• 疲劳断裂失效分析的内容
– 分析判断
• 零件的断裂失效是否属于疲劳断裂 • 疲劳断裂的类别 • 引起疲劳断裂的载荷类型与大小 • 疲劳断裂的起源等
• 疲劳断裂失效分析的目的
– 找出引起疲劳断裂的确切原因
• 从而为防止同类疲劳断裂失效再次出现所要采取的 措施提供依据
11
• 疲劳应力
– 由于金属的疲劳是在交变应力下经过一定循环 周次之后才出现的，所以首先需要了解交变应 力的特性
• 一个方面是设备的失效分析
– 是失效事后的分析
• 另一个方面是设备的安全度评定和剩余寿命的预测
– 是失效事前的分析
7
• 失效事件分析的全过程一般包括三个阶段
– 检测(detection) – 诊断(diagnosis) – 事后处理(prognosis)
失效分析
即利用各种检测手段 调查、检查、测试和记录有关失效的现象、参数和信息
蚀失效不是突发性的，而是逐渐进展的
磨损失效
• 磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小
– 磨损失效所造成的后果一般不像断裂失效和腐 蚀失效那么严重
• 然而近年来却发现一些灾难性的事故来自磨损
6
• 失效分析
– 判断失效的模式,查找失效原因和机理,提出预防 再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效 分析
– 失效分析工作包括两个方面
可靠地继续服役
• 如一些受应力腐蚀而仍能继续发挥原有功能的零部件
3
• 失效的类型
– 变形失效 – 断裂失效 – 腐蚀失效 – 磨损失效
• 变形失效
– 包括弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变变 形失效
– 其特点是非突发性失效，一般不会造成灾难 性事故
• 但塑性变形失效和蠕变变形失效有时也可造成灾 难性事故，应引起充分重视
– 是航空器最严重的损伤形式之一
• 腐蚀不仅降低了飞机的使用寿命和安全可靠 性
– 而且危及飞行安全
• 甚至导致严重的飞行事故和重大的经济损失
例 如 ， 1981 年 8 月 台 湾 省 一 架 波 音 737 型 飞 机 因机身结构产生严重晶 间腐蚀，导致飞机在空 中解体，造成一等事故。
另外，在使用寿命期内，用于 维修结构腐蚀损伤的费用是相 当高的。根据国际航空运输协 会 1983 年 的 统 计 ， 由 于 飞 机 结 构腐蚀给航空公司带来的平均 经济损失是一架飞机每一飞行
• 在飞机、发动机及机载设备中，有许多零部 件，如轴、齿轮、弹簧等，都是在交变应力 下工作的，它们工作时所受的应力通常都低 于材料的屈服强度
– 零部件在这种交变载荷下，经一定循环周次后 发生的断裂称作疲劳断裂
• 据统计，航空器零部件机械失效案例中，疲劳断裂 的案例最多
• 另外，疲劳断裂前无明显的塑性变形，断裂是突然 发生的，具有很大的危险性，常常造成严重的事故
17源自文库
小时需要24美元的维修费用。
航空器腐蚀损伤的机理
• 航空器零部件常见的腐蚀
– 化学腐蚀 – 电化学腐蚀
化学腐蚀是指金属表 面与非电解质直接接 触从而发生纯化学作 用而引起的破坏
特点是金属表面的原 子与非电解质中的氧 化剂发生氧化还原反 应，形成腐蚀产物
腐蚀过程中电子的传 递是在金属与氧化剂 之间直接进行的，因 而没有电流产生。
– 反之， max 愈小，则N愈大。
14
• 疲劳断裂的影响因素
– 应力集中的影响 – 尺寸的影响 – 温度的影响 – 其它影响因素
15
• 提高疲劳抗力的措施
– 优化设计 – 合理选材 – 零件表面强化工艺
• 表面热处理 • 化学处理 • 喷丸强化
– 减少变形约束
16
航空器的腐蚀损伤失效分析
• 航空器的腐蚀和温度、湿度、材质质量、大 气、海水、防护措施等因素紧密相关
飞机在使用过程中，金属部件经常与其 他介质接触，从而发生化学反应，导致 金属部件的破坏，此过程为化学腐蚀。 如铝合金与空气接触一定时间后，其表 面会因与空气中的氧发生氧化反应，从 而在表面生成一层氧化膜。
18
电化学腐蚀是指金属 表面与电解液发生电 化学反应而引起的破 坏。例如，在酸性环 境中，在阳极区活性 较高的金属M被氧化 为 M2+ 离 子 ， 其 所 放 出的电子由阳极(M)、 电解液的液相传质流 至合金构件电极电位 较高的的阴极区上， 然 后 被 H+ 离 子 吸 收 还原成氢气。
• 电镜观察断口时，在疲劳扩展区可看到疲劳辉纹。工程上断裂 占有大多数，约占失效总数的80%以上
• 蠕变断裂失效
– 在高温缓慢变形过程中发生的断裂属于蠕变断裂失效
• 最终的断裂也是瞬时的
5
腐蚀失效
• 金属与周围介质之间发生化学或电化学作用 而造成的破坏，属于腐蚀失效
– 应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳等是突发性失效 – 点腐蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀和大部分均匀腐
12
• 在交变载荷下，金属承受的交变应力和断 裂循环周次之间的关系，通常用疲劳曲线 来描述
– 疲劳曲线的纵坐标是所加的应力σmax，横坐标 是对应的断裂周次N,如图所示，亦称为S-N曲 线
13
• 研究发现
– 金属承受的max 愈大，则断裂时应力交变的次数 N愈少
第四章 民用航空器维修技术
1
主要内容
• 失效分析技术 • 无损检测方法 • 修理技术与工艺
2
失效分析技术
•失效的定义
– 产品或零部件丧失原设计所规定的功能的现象
•失效与故障是两个不同的概念
– “失效”(Failure)是事件 – “故障”(Fault)是状态
•失效包含以下三种情况
– 完全不能继续服役，如断裂或变形。 – 虽然还能运行，但已部分失去原有的功能。 – 虽然能运行，发挥原有功能，但因受损伤而不能安全
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断裂失效
• 塑性断裂失效
– 其特点是断裂前有一定程度的塑性变形
• 一般是非灾难性的，用电镜观察断口时，到处可见韧窝断裂形 貌，观察断口附近金相组织，可见到有明显塑性变形层组织
• 脆性断裂失效
– 断裂前无明显的塑性变形，它是突发性的断裂
• 电镜下它的断口为河流花样或冰糖状形貌
• 疲劳断裂
– 疲劳的最终断裂是瞬时的，它的危害性较大，甚至会造 成机毁人亡的重大损失
通过“诊断” 识别和确定产品失效的模式、过程、原因、影响因素和机理
经过“事后处理”采取补救措施(对服役件)、预防措施(对新生产的 产品)和其它技术的、管理的反馈活动 以达到预防、改装和再设计的目的
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• 航空器常见失效 分析
– 疲劳断裂失效分析 – 航空器的腐蚀损伤失效分析
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疲劳断裂失效分析
10
• 疲劳断裂失效分析的内容
– 分析判断
• 零件的断裂失效是否属于疲劳断裂 • 疲劳断裂的类别 • 引起疲劳断裂的载荷类型与大小 • 疲劳断裂的起源等
• 疲劳断裂失效分析的目的
– 找出引起疲劳断裂的确切原因
• 从而为防止同类疲劳断裂失效再次出现所要采取的 措施提供依据
11
• 疲劳应力
– 由于金属的疲劳是在交变应力下经过一定循环 周次之后才出现的，所以首先需要了解交变应 力的特性
• 一个方面是设备的失效分析
– 是失效事后的分析
• 另一个方面是设备的安全度评定和剩余寿命的预测
– 是失效事前的分析
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• 失效事件分析的全过程一般包括三个阶段
– 检测(detection) – 诊断(diagnosis) – 事后处理(prognosis)
失效分析
即利用各种检测手段 调查、检查、测试和记录有关失效的现象、参数和信息
蚀失效不是突发性的，而是逐渐进展的
磨损失效
• 磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小
– 磨损失效所造成的后果一般不像断裂失效和腐 蚀失效那么严重
• 然而近年来却发现一些灾难性的事故来自磨损
6
• 失效分析
– 判断失效的模式,查找失效原因和机理,提出预防 再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效 分析
– 失效分析工作包括两个方面
可靠地继续服役
• 如一些受应力腐蚀而仍能继续发挥原有功能的零部件
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• 失效的类型
– 变形失效 – 断裂失效 – 腐蚀失效 – 磨损失效
• 变形失效
– 包括弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变变 形失效
– 其特点是非突发性失效，一般不会造成灾难 性事故
• 但塑性变形失效和蠕变变形失效有时也可造成灾 难性事故，应引起充分重视
– 是航空器最严重的损伤形式之一
• 腐蚀不仅降低了飞机的使用寿命和安全可靠 性
– 而且危及飞行安全
• 甚至导致严重的飞行事故和重大的经济损失
例 如 ， 1981 年 8 月 台 湾 省 一 架 波 音 737 型 飞 机 因机身结构产生严重晶 间腐蚀，导致飞机在空 中解体，造成一等事故。
另外，在使用寿命期内，用于 维修结构腐蚀损伤的费用是相 当高的。根据国际航空运输协 会 1983 年 的 统 计 ， 由 于 飞 机 结 构腐蚀给航空公司带来的平均 经济损失是一架飞机每一飞行
• 在飞机、发动机及机载设备中，有许多零部 件，如轴、齿轮、弹簧等，都是在交变应力 下工作的，它们工作时所受的应力通常都低 于材料的屈服强度
– 零部件在这种交变载荷下，经一定循环周次后 发生的断裂称作疲劳断裂
• 据统计，航空器零部件机械失效案例中，疲劳断裂 的案例最多
• 另外，疲劳断裂前无明显的塑性变形，断裂是突然 发生的，具有很大的危险性，常常造成严重的事故
17源自文库
小时需要24美元的维修费用。
航空器腐蚀损伤的机理
• 航空器零部件常见的腐蚀
– 化学腐蚀 – 电化学腐蚀
化学腐蚀是指金属表 面与非电解质直接接 触从而发生纯化学作 用而引起的破坏
特点是金属表面的原 子与非电解质中的氧 化剂发生氧化还原反 应，形成腐蚀产物
腐蚀过程中电子的传 递是在金属与氧化剂 之间直接进行的，因 而没有电流产生。
– 反之， max 愈小，则N愈大。
14
• 疲劳断裂的影响因素
– 应力集中的影响 – 尺寸的影响 – 温度的影响 – 其它影响因素
15
• 提高疲劳抗力的措施
– 优化设计 – 合理选材 – 零件表面强化工艺
• 表面热处理 • 化学处理 • 喷丸强化
– 减少变形约束
16
航空器的腐蚀损伤失效分析
• 航空器的腐蚀和温度、湿度、材质质量、大 气、海水、防护措施等因素紧密相关
飞机在使用过程中，金属部件经常与其 他介质接触，从而发生化学反应，导致 金属部件的破坏，此过程为化学腐蚀。 如铝合金与空气接触一定时间后，其表 面会因与空气中的氧发生氧化反应，从 而在表面生成一层氧化膜。
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电化学腐蚀是指金属 表面与电解液发生电 化学反应而引起的破 坏。例如，在酸性环 境中，在阳极区活性 较高的金属M被氧化 为 M2+ 离 子 ， 其 所 放 出的电子由阳极(M)、 电解液的液相传质流 至合金构件电极电位 较高的的阴极区上， 然 后 被 H+ 离 子 吸 收 还原成氢气。
• 电镜观察断口时，在疲劳扩展区可看到疲劳辉纹。工程上断裂 占有大多数，约占失效总数的80%以上
• 蠕变断裂失效
– 在高温缓慢变形过程中发生的断裂属于蠕变断裂失效
• 最终的断裂也是瞬时的
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腐蚀失效
• 金属与周围介质之间发生化学或电化学作用 而造成的破坏，属于腐蚀失效
– 应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳等是突发性失效 – 点腐蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀和大部分均匀腐