飛機(jī)

 一、飛機(jī)機(jī)匣接耳裂紋事故分析

    某系列飛機(jī)已服役使用20 余年,該機(jī)自服役起分別駐于遼寧沿海某地和廣東沿海某地,服役地環(huán)境較為嚴(yán)酷.20XX 年X 月X 日,該機(jī)更換外置機(jī)匣,3 日后某團(tuán)質(zhì)控室報(bào)告發(fā)現(xiàn)中央翼第三墻左發(fā)動(dòng)機(jī)外置機(jī)匣垂直接耳的左側(cè)耳片裂紋.裂紋長(zhǎng)度約15 mm,從孔邊向下、沿近似內(nèi)孔徑向方向延伸至接耳邊緣,穿透耳片厚度,如下圖所示.

機(jī)匣接耳裂紋

    中央翼第三墻外置機(jī)匣接耳裂紋屬于多發(fā)性常見故障,在該系列飛機(jī)全壽命中的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)幾乎都有發(fā)生.外置機(jī)匣接耳位于中央翼第三墻上,中央翼第三墻是飛機(jī)的核心承力構(gòu)件之一.該故障通過(guò)影響外置機(jī)匣拉桿張力影響到外置機(jī)匣與發(fā)動(dòng)機(jī)的連接振動(dòng)特性,同時(shí)也威脅到中央翼第三墻的結(jié)構(gòu)完整性,危險(xiǎn)性較大.因此,分析外置機(jī)匣接耳裂紋的形成原因、機(jī)理和影響因素,提出針對(duì)性的預(yù)防措施對(duì)提高飛機(jī)的修理質(zhì)量,保證飛機(jī)正常使用維護(hù)和飛行安全具有重要意義.

    二、 應(yīng)力腐蝕裂紋主要條件成因分析

    應(yīng)力腐蝕是指合金材料或構(gòu)件在靜應(yīng)力(主要是拉應(yīng)力)與腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的脆性斷裂.

    從機(jī)匣接耳的環(huán)境條件、材質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)等情況分析,該故障具備應(yīng)力腐蝕開裂的所有條件.

    1、 Cl-的來(lái)源

    2、 工業(yè)大氣腐蝕

    3、靜應(yīng)力的來(lái)源

    4、鍛件的設(shè)計(jì)缺陷

    5、 冶煉夾雜物

    三、 應(yīng)力腐蝕機(jī)理與腐蝕環(huán)境成因

    鋁合金的應(yīng)力腐蝕過(guò)程復(fù)雜而且影響因素眾多,如應(yīng)力狀態(tài)、熱處理狀態(tài)、表面處理狀態(tài)和環(huán)境條件等,幾十年來(lái)的研究尚未對(duì)其機(jī)理達(dá)成一致.目前較為常見的理論有氫至破裂理論、鈍化膜破裂理論、陽(yáng)極溶解理論和Mg-H 相互作用理論[9]等.對(duì)于7B04 等高強(qiáng)鋁合金,氫至破裂理論和陽(yáng)極溶解理論得到了比較普遍的認(rèn)同.

    任廣軍等認(rèn)為高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)力腐蝕機(jī)理是電化學(xué)性質(zhì)的,合金在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的作用下,表面的氧化膜被破壞,破損處的合金基體相對(duì)于氧化膜為陽(yáng)極,金屬原子溶解為離子形成裂紋.接耳內(nèi)孔鑲嵌的襯套與內(nèi)孔的配合性質(zhì)為過(guò)渡配合,襯套壓入接耳時(shí)的刮擦可能導(dǎo)致接耳內(nèi)孔表面的陽(yáng)極化保護(hù)膜發(fā)生破損;在脫漆工序中,反復(fù)使用鋼絲刷或鋼絲球?qū)ΚM小空間內(nèi)漆層清除,會(huì)直接導(dǎo)致陽(yáng)極化保護(hù)膜破損.陽(yáng)極化保護(hù)膜破損后,合金基體暴露形成陽(yáng)極,電化學(xué)腐蝕開始、裂紋形成.Gruhl 等[11]認(rèn)為7XXX 系列鋁合金會(huì)在水溶液介質(zhì)中因氫脆產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,在水溶液介質(zhì)中陰極反應(yīng)產(chǎn)生H,H 通過(guò)晶界在合金內(nèi)部擴(kuò)散,導(dǎo)致晶界強(qiáng)度下降.

    同時(shí),Holroyd 等認(rèn)為,裂紋內(nèi)部的介質(zhì)條件與調(diào)質(zhì)處理無(wú)關(guān),而與溶液的酸堿度有關(guān),水化反應(yīng)在酸性條件下于裂紋側(cè)壁上生成Al(OH)2Cl 和Al(OH)3·H2O 之類的凝膠,從而形成鈍化保護(hù),使得陽(yáng)極溶解只能在裂紋尖端發(fā)生,從而促進(jìn)了內(nèi)部裂紋的發(fā)展.脫漆劑的溶劑CH2Cl2發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生HCl 形成H+,工業(yè)大氣中的SO2在海洋大氣中溶解,共同形成酸性水膜環(huán)境,形成了氫至破裂理論中腐蝕環(huán)境.因此,脫漆工序中脫漆劑的成分、工業(yè)大氣形成的酸性水膜和工藝方法與腐蝕環(huán)境的成因直接相關(guān).表面陽(yáng)極化工序完成后,對(duì)接耳內(nèi)孔表面產(chǎn)生可能的非預(yù)期加工的其他工序也可能產(chǎn)生腐蝕環(huán)境.

    四、預(yù)防措施

    脫漆工序中殘留的CH2Cl2分解,海洋大氣產(chǎn)生了Cl-,強(qiáng)制裝配在不盡合理的熱處理狀態(tài)、鍛件設(shè)計(jì)缺陷和冶煉雜質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生了超過(guò)應(yīng)力腐蝕門檻值的過(guò)大拉應(yīng)力.這些是構(gòu)成應(yīng)力腐蝕的兩個(gè)必要條件,而且工業(yè)大氣中的SO2促進(jìn)了應(yīng)力腐蝕.

    壓入襯套時(shí)的非預(yù)期加工、脫漆工序中對(duì)氧化膜的刮擦、脫漆劑中CH2Cl2的分解和工業(yè)大氣與海洋大氣共同形成的酸性水膜,共同組成了應(yīng)力腐蝕的外部腐蝕環(huán)境.因此,有必要對(duì)上述觸發(fā)應(yīng)力腐蝕的條件和環(huán)境采取有針對(duì)性的措施,改進(jìn)飛機(jī)修理過(guò)程中的工藝方法和對(duì)接耳設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?

    1)在外置機(jī)匣的安裝過(guò)程中,強(qiáng)制裝配對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)和拉桿的連接安全危害性較大,應(yīng)在工作中避免.

    2)外置機(jī)匣通過(guò)5 個(gè)連接點(diǎn)和6 根拉桿固定在飛機(jī)上,調(diào)整外置機(jī)匣柔性軸的振動(dòng)特性時(shí),不能只調(diào)整其中的某兩三個(gè)點(diǎn)或拉桿,應(yīng)當(dāng)使用限力扳手限制調(diào)節(jié)螺母的預(yù)緊力,從而限制單一拉桿的拉力.

    3)在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,將熱處理狀態(tài)由T6 改為T74.

    4)適當(dāng)加大耳片的厚度,降低耳片上承受的應(yīng)力值.

    5)在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)外置機(jī)匣接耳連接要求和柔性軸振動(dòng)特性的情況下,適當(dāng)改動(dòng)接耳內(nèi)孔和內(nèi)嵌襯套之間的公差帶,以降低內(nèi)孔和襯套之間的干涉量,從而消除因過(guò)緊的配合帶來(lái)的附加擠壓應(yīng)力.

    6)參照故障排除方案,改變接耳的加工方式,改整體機(jī)加工模鍛件為兩個(gè)不同的零件的螺接,改接耳短橫向受拉為第三墻腹板短橫向受剪.

    7)更換脫漆劑,使用易揮發(fā)或分解不產(chǎn)生Cl-的脫漆劑.

    8)安裝襯套前在接耳內(nèi)孔表面涂TB06-9 底漆或其他功能性涂料,封閉接耳內(nèi)孔表面.

    9)在脫漆工序中禁止使用鋼絲刷或者鋼絲球,改為擦除效果較好的聚氨酯泡沫等柔性材料.

    此外,近年來(lái)出現(xiàn)的非等溫時(shí)效處理、稀土轉(zhuǎn)化膜處理、合金表面激光處理、回歸再時(shí)效工藝和刷涂水置換型緩蝕劑[16-17等新技術(shù)和新工藝,有效地改善了7XXX 系列鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕能力,值得深入研究和進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的嘗試.

    五、結(jié)論

    該故障機(jī)中央翼第三墻發(fā)動(dòng)機(jī)外置機(jī)匣接耳裂紋的成因?yàn)?在氯離子和超過(guò)應(yīng)力腐蝕門檻值的靜應(yīng)力以及鍛件夾雜的共同作用下發(fā)生的應(yīng)力腐蝕;同時(shí),修理過(guò)程中的工藝過(guò)程在海洋大氣和工業(yè)大氣的共同作用下形成了腐蝕環(huán)境.該故障件的產(chǎn)生原因在某系列飛機(jī)同類故障中具有代表意義,該故障在日常維修中予以關(guān)注并采取適當(dāng)?shù)拇胧┦强梢灶A(yù)防的.

    必須指出的是,以7B04 為代表的Al-Zn-Mg-Cu合金在第三代戰(zhàn)斗機(jī)的核心結(jié)構(gòu)件上大量使用,相信有更多的結(jié)構(gòu)件具備觸發(fā)應(yīng)力腐蝕的基本條件.因此,需要在修理實(shí)踐中對(duì)應(yīng)力腐蝕問(wèn)題給予足夠的重視,并采取適當(dāng)?shù)那爸眯源胧?以預(yù)防災(zāi)難性失效的發(fā)生.