【内部教材】飞机结构与修理 第六章 飞机结构的损伤及其检测

(3)铆钉头破坏 铆钉头的破坏可能是由于连接处出现复
合受载，使铆钉头受拉伸应力引起的。
铆钉头和钉杆交界面的剪切会造成铆钉 头破坏；
对于厚板来说，引起铆钉头撬动的作用 力，也可能破坏铆钉头。
铆钉头脱落或任何明显的铆钉头歪斜都 必须更换铆钉。
2．铆钉的疲劳损伤和应力腐蚀损伤
在飞机结构振动环境严重或气动吸力高 的部位，铆钉会承受交变拉应力的作用, 容 易产生疲劳破坏。例如，发动机进气口处, 其蒙皮要求铆接质量高。
因此，主裂纹附近出现多次裂纹的现 象是腐蚀疲劳断裂的表面特征之一。
一般说来，腐蚀疲劳裂纹在表面层比 机械疲劳裂纹宽些。腐蚀疲劳裂纹断口上， 既有腐蚀破坏的特征，又有疲劳破坏的特 征。
三、飞机结构的腐蚀损伤特征
腐蚀按严重程度可分为：
●较轻腐蚀：腐蚀厚度小于原厚度的10％；
●中等腐蚀：腐蚀厚度在原厚度的10%～
2．非正常维护行为所造成的损伤
飞机在停机或维护过程中，由于非 正常的维护行为或其他原因，也可能 造成飞机结构的损伤。
例如，刮伤、划伤及撞伤等。
3．交变载荷所造成的疲劳损伤 由交变载荷所造成的疲劳损伤是飞
机结构的常见损伤。 有80%以上是因交变载荷引起的疲
劳裂纹损伤。
4．各种使用环境所造成的腐蚀损伤
3．铜合金 氧化铜是黑色，氧化亚铜是棕红色，
硫化铜是黑色，氯化铜是绿色，故铜 腐蚀后可呈现出棕红、绿、黑色。
4．镀锡、镀镉、镀锌零件 腐蚀呈白色、灰色和黑色斑点或白
色粉末薄层。如果基体金属腐蚀了， 则腐蚀产物与基体金属的腐蚀产物相 同。
5．镀铝零件 腐蚀呈白色或黑色，严重时表面脱
落，裸露出基体金属。
超高强度铝锌合金对应力腐蚀比较敏感。 因此，用这种合金制造出来的铆钉在飞机 的使用环境下可能会发生应力腐蚀。
例如，某型飞机上翼面使用的由超高 强度铝合金制成的铆钉，曾发现数千个铆 钉发生应力腐蚀。
3．铆钉松动 受损伤铆钉的最明显特征是铆钉在
孔中发生松动现象。
有下列情况之一者，即表明铆钉已 松动：
(1)当压动铆钉头旁边的蒙皮时，蒙 皮离开铆钉头并形成肉眼可见的明显 间隙；
(2)如果发现铆钉周围有黑圈; 铆钉松动后，铆钉头与埋头窝之间
将因摩擦而产生金属粉末，这种粉末 与污物附在铆钉头与钉孔之间的缝隙 内而呈现黑圈。
(3)在机身密封舱部位上的铆钉，如果 铆钉头的背气流的一边形成黑色尾迹; 表明铆钉已松动以及蒙皮内表面可能 产生腐蚀；
表现为铆钉杆的破坏。这种破坏 是由于被连接件的相对滑移引起的。
如果铆钉杆的承载超出了材料的 屈服极限，并且继续超载，则相邻板 之间会产生永久性的滑移，使铆钉杆 产生折曲。
当相对滑移量足够大时，铆钉杆产 生剪切破坏。
(2)挤压破坏 在薄板上采用大铆钉可能会引起铆
钉孔边缘出现挤压破坏。
产生挤压破坏的板件必须更换。
为了防止铆钉松动，在修理中应保证铆 接质量合乎要求，在维护中要经常注意检 查。
对松动的铆钉，应及时按规定更换，不 允许把原铆钉重新打紧。因为对于已经产 生了永久变形的铆钉进行敲打，不仅难以 达到使钉杆良好填充钉孔的目的，而且会 加速损坏。 通常情况下，应用直径大一级 的铆钉替换这些已松动的铆钉。
飞机在使用过程中，腐蚀环境，使 飞机结构产生腐蚀。
例如，沿海地区的氯化物、潮湿 空气、水分以及其它污染液(酸液、碱 液、水银以及牲畜的粪、尿等)对飞机 结构的腐蚀。
5．摩擦损伤 飞机结构件之间的相对摩擦，会
造成摩擦损伤，也常导致产生磨损疲 劳裂纹。
6．紧固件松动损伤
飞机结构件之间通常采用铆钉或螺 栓(或螺钉)连接在一起。这些紧固件长 期在交变载荷、腐蚀环境以及振动环 境影响下，可能产生松动损伤。
这是一种同时包含有静载和疲劳两 种破坏方式的区域，它的扩展往往是 不连续的。
(3) 瞬时断裂区
它是疲劳裂纹长度达到临界尺寸后所 发生的瞬时破断。它的大小常和材料、应 力高低、有无应力集中等因素有关。
一般应力较高、材料较脆时，瞬时断 裂区面积较大；反之，应力较低。
材料韧性较大时，瞬时断裂区面积就较 小。瞬时断裂区的形状特征与静载破坏的 特征基本相同，也是分为平断部分和斜断 部分，平断部分属正断型，斜断部分属剪 断型。
(二)按损伤原因分类 有6种 1．飞机非正常使用所造成的损伤 飞机在飞行和起飞、着陆过程中，由
于某种原因，使飞机产生过大的使用过载， 常常会造成飞机结构的损伤。
例如，飞机进入急盘旋所造成的操纵 面损伤，飞机粗猛着陆所造成的起落架及 邻近结构的损伤等。
当作用在蒙皮上的局部气动载荷过大时， 蒙皮可能会产生显著的鼓胀或下陷。
构件发生应力腐蚀断裂时，常常 是在事先没有明显预兆的情况下突然 发生，因此对飞机的飞行安全危应力)作用下，当
循环应力超过材料的疲劳强度时，在材料 表面将引发裂纹，该裂纹称为疲劳裂纹(或 称机械疲劳裂纹)。
疲劳裂纹逐步扩展而发生的断裂叫做疲 劳断裂。
疲劳断裂三个阶段：
6．不锈钢
不锈钢的腐蚀往往是出现黑色的坑 点。
(二)构件腐蚀后的外表特征
1.铝合金和镁合金的腐蚀常在蒙皮边缘 或铆钉头周围呈现出白色或灰白色的粉末。
机身增压舱蒙皮上的铆钉，如果在铆 钉头的后部出现如图6一2所示的尾迹，则 说明该处的铆钉降低了连接作用和密封作 用。
由于铆钉漏气，当机身内充压时，就很 容易使潮气进入到蒙皮接缝中去，从而产 生腐蚀。
下篇 飞机结构修理
第六章 飞机结构的损伤及其检测
§6－1 飞机结构的损伤 一、观察飞机结构有哪些种类的损伤？ 提示： 1. 飞机结构包括各种材料结构件、
紧固件及连接接头； 2.各种损伤（处）外表有什么特征？
§6－1 飞机结构的损伤
一、损伤的基本类型
(一)按损伤程度分类
按损伤程度可以分为三类：
处于长期拉应力状态的金属构件,一 旦受到应力腐蚀, 对裂纹是很敏感的。 早期迹象可能出现一个或几个点坑。 一旦裂纹产生, 发展的速度就较快。
应力腐蚀一般局限于由易受腐蚀 材料制成的锻件、厚的挤压件和其他 厚截面的构件上，即应力腐蚀局限于 平面应变占主导地位的构件。
此外, 应力腐蚀还经常发生在承力 蒙皮的铆钉、压入衬套的周围和管道 的锥形接头等部位。
拉应力使疲劳裂纹扩展，压应力使疲劳 裂纹闭合。这样以来，裂纹两侧表面被反 复挤压，因此裂纹扩展区是一个明亮的磨 光区，愈接近疲劳源愈明亮。
在疲劳裂纹扩展后期，由于有效截 面不断减小，构件的实际应力不断增 加，裂纹扩展速率提高，于是这种疲 劳裂纹加速扩展区的断口较粗糙而不 规则，可能伴有因材料撕裂而造成的 台阶、小丘或弧形条带等。
2.蒙皮在铆钉处呈现微凹现象 铝合金腐蚀产物的体积通常比铝合
金的体积大，所以，积累的腐蚀产物 可使蒙皮鼓起。从而使蒙皮在铆钉处 呈现微凹现象。
当蒙皮内部存在严重的腐蚀时，可 在铆钉头周围呈现出很明显的凹坑现 象。
3.铆钉出现断头现象，说明蒙皮内表面 可能产生腐蚀。
4.如果蒙皮上出现针眼大小的目视可见 的小孔，这说明蒙皮可能产生了腐蚀。
3．腐蚀疲劳裂纹
金属材料在腐蚀环境下产生的疲劳裂 纹叫做腐蚀疲劳裂纹。
通常腐蚀疲劳裂纹往往萌生在腐蚀坑 洞处。构件表面的腐蚀疲劳裂纹可多条同 时存在。
这也就是说，在一条主腐蚀裂纹附近， 有可能形成多条表面次裂纹，并扩展到比 较深的深度。这些次裂纹彼此大体上相互 平行地向内扩展，在达到一定长度之后， 便停止扩展，只有主裂纹继续扩展，并导 致构件断裂。
从宏观看应力腐蚀断裂的断口一般有 三个区：
●开裂源区
●应力腐蚀裂纹的扩展区
●瞬时断裂区
(1)开裂源区
该区的断口腐蚀较为严重，开裂 源的根部往往有蚀坑。
铝合金的应力腐蚀裂纹几乎都是沿 着晶界发生的。
(2)应力腐蚀裂纹的扩展区 这是应力腐蚀裂纹缓慢扩展过程中
所形成的区域。这一缓慢扩展过程是 材料的组织与应力及介质相互作用的 过程。
● 可允许损伤
●可修理损伤
●不可修理损伤。
1．可允许损伤 结构件中存在损伤，但不需要做任
何修理或仅需做简单修理，这种不要 求做补强修理或更换损伤结构件的损 伤称为可允许损伤。
2．可修理损伤 结构损伤较严重，需要进行加强修
理，这类损伤称为可修理损伤。
3．不可修理损伤
结构损伤严重，已不能修复，或者 进行修理在经济上不合算，在这种情 况下需局部或整体更换损伤件，达到 排除故障的目的，这种损伤称为不可 修理损伤。
（1） 疲劳裂纹的产生
（2）稳定扩展
（3）瞬时断裂
疲劳断裂在宏观上属脆性断裂，所 以构件的疲劳断裂通常是突然发生的。 这种断裂方式给构件失效前的预报和 预防工作带来极大的困难。
典型的疲劳破坏断口按照断裂过程 有三个区域：疲劳源、疲劳裂纹稳定 扩展区及瞬时断裂区，如图6一1所示。
(1)疲劳裂纹源区
。
5. 搭接处凸起，可能是连接面之间产 生了腐蚀。
6. 金属材料(特别是沿接缝处)表面的涂 层变色，预示可能产生了腐蚀。
7. 胶接处开胶，可能是连接面之间产 生了腐蚀
四、紧固件的损伤形式
(一)铆钉的损伤模式及检查
1．铆钉的静载破坏模式
有以下三种：
●剪切破坏
●挤压破坏
●铆钉头破坏
(1)剪切破坏
二、飞机结构裂纹损伤的类型及特征
应力腐蚀裂纹
常见的裂纹 疲劳裂纹
腐蚀疲劳裂纹等。
1.应力腐蚀裂纹
应力腐蚀是指处于应力状态下的 材料, 在腐蚀介质中使腐蚀加速的腐蚀 形式。由应力腐蚀产生的裂纹称为应 力腐蚀裂纹。
应力腐蚀通常发生在腐蚀环境中受 拉伸载荷的金属结构上。
结构中的应力可以是由于热处理过 程中冷却方法不正确而引起的, 也可以 是由于紧固件的干涉配合而引起的。
(4)铆钉头已突出构件表面或者发生卷边翘 起现象; (铆钉的松动已经很严重了)
(5)铆钉头周围的油漆层出现碎裂或裂纹;
(6)成群钉头倾斜并且钉头多半向同一方向 倾斜。
如果铆钉出现倾斜，但不成群地出现， 并且不是向同一方向倾斜，那么这种钉头 倾斜可能是由于铆接质量不高造成的。
一般说来，铆钉松动多发生在构件受力 大、变形大以及撞击和振动剧烈的部位。 例如，在加强肋与翼梁腹板、蒙皮的连接 处，铆钉就比较容易松动。
(二) 螺栓的损伤模式及检查 螺栓或螺钉的静载破坏模式与铆钉的静
载破坏模式相同。
螺栓或螺钉拧紧后，靠螺纹之间的摩擦 力保持在拧紧状态的。
(3) 瞬时断裂区
应力腐蚀裂纹的断口是粗糙不平的。 而这种不平度是随着材料的组织与晶 粒度而变化的。
由于腐蚀产物的存在，在应力腐蚀 断口上，可以明显看到，裂纹缓慢扩 展区和因为构件的有效截面不能承受 载荷而瞬时断裂的区域是截然不同的。
应力腐蚀裂纹通常宽度较窄，不 易引起人们注意，又被腐蚀产物覆盖， 所以很难发现，有时必须采用无损探 伤技术进行检查。
疲劳源是疲劳裂纹的起点，常发生 在表面，特别是应力集中严重的地方； 构件间相互擦伤的地方也常是疲劳裂 纹开始的地方；
如果构件内部存在缺陷(如脆性夹 杂物、空洞、化学成分偏析等，也可 在亚表面或内部发生；
另外，当表面存在足够高的残余应 力时，裂纹源也可在亚表面产生。
通常用肉眼或低倍放大镜就能大致 断定裂纹源的位置。疲劳源在整个疲 劳断面中所占的比例很小，它多呈半 圆形或半椭圆形。
疲劳源的数目可能是一个，也可能 是多个。
一般应力水平较高，应力集中系数 较大时，容易出现多个疲劳源。同时， 在疲劳源区，可能存在若干个疲劳核 心。
(2)疲劳裂纹扩展区 它是疲劳断口最重要的特征区域，常
呈贝壳状或海滩波纹状，如图6一1所示。 疲劳裂纹断口的贝壳状波纹一般从疲
劳裂纹源开始，向四周推进，呈弧形线条。 它垂直于疲劳裂纹扩展方向。
20%之间；
●严重腐蚀：腐蚀厚度大于原厚度的20%。
(一)飞机结构常用合金腐蚀产物的颜色 特征
1．铝合金和镁合金 腐蚀初期呈灰白色斑点，发展后出
现灰白粉末状腐蚀产物，刮去腐蚀产 物后底部出现麻坑。
2．合金钢及碳钢
腐蚀刚开始时金属表面发暗，进一 步发展变成褐色或棕黄色，严重的腐 蚀呈棕色或褐色疤痕，甚至出现蚀坑。 刮去腐蚀产物后，底部呈暗灰色，边 缘不规则。