试论波音飞机维修中垫片的使用

王传旭

【摘 要】在飞机维修过程中，垫片的应用非常广泛，由于其数量和类型较多，使用不当会造成主要承力结构件严重腐蚀、变形，甚至导致结构大修。为了合理选择垫片，避免不必要的经济损失，本文阐述了垫片在波音飞机维修中所起的主要作用及其应用。

【关键词】垫片；结构修理；应用

中国国内飞机市场近几年快速增长，每年引进了大量波音和空客飞机，中国自主研制的新型支线飞机已总装下线，大飞机项目也已启动。

“年轻”的飞机要维护，“老龄”的飞机要维修、要退租，因此，作为航空器维修企业，孕育着巨大的市场和商机。 飞机修理正在成为国内维修企业追逐的焦点。众多的国内维修企业都在加快前进步伐，扩大规模合纵连横，精益化控制管理，并敢于突破创新，敢于挑战技术壁垒，依托传统维修方法，不断应用高新技术维修方法，以抢占庞大的维修市场。

1.飞机维修中垫片的作用

垫片的主要作用基本上可以分为长度调节、腐蚀防护、圆角应力释放、角度调节、空腔替代、载荷分散、防松等七类。飞机维修过程中配合垫片使用的紧固件有螺栓、高锁螺栓（Hex-DriveBolt）、螺丝、铆钉等。下面以结构修理中经常使用的高锁螺栓为主要参考对象，结合垫片的作用和特点进行分析介绍。

1.1长度调节

工程应用中，可能会出现高锁螺栓的有效夹紧长度大于部件或材料厚度的情况，从而导致紧固件无法按手册要求正确配合安装。此时可以将垫片套装在高锁螺栓上来缩短其有效夹紧长度，实现正确的配合安装，这种垫片称为长度调节垫片。

1.2防腐

当高锁螺栓与部件在材料上不相匹配，存在电位差时，有可能发生腐蚀。此时可以使用垫片隔离高锁螺栓和部件，或通过腐蚀牺牲垫片来实现对结构的保护，这种垫片称为防腐垫片。

1.3圆角应力释放

安装凸头高锁螺栓时，必须释放或消除钉头与钉杆过渡区域因孔边缘利角产生的应力集中，可以通过对部件上的孔进行倒角处理或安装上表面带有倒角的垫片来消除应力。带有倒角的垫片可以实现紧固件与孔之间的均匀过渡，避免应力集中，称为圆角应力释放垫片。

1.4角度调节

一般，标准螺母底面与侧面的夹角为90°，如果在斜面上安装此类螺母，就必须使用垫片对结合面进行角度调节以完成贴合无缝隙安装。这类垫片成对出现，凹凸配合使用，称为角度调节垫片。

1.5空腔替代

螺母空腔的目的是为了调节紧固件安装长度的范围，同时防止螺纹与螺杆的啮合，以更好的实现紧固件之间配合。空腔替代就是利用垫片的厚度特征帮助没有空腔区域的紧固件组合形成空腔后完成安装，此类垫片称为空腔替代垫片。

1.6载荷分散

垫片的载荷分散作用一般体现在复合材料结构的紧固件安装上。垫片的安装可以加大紧固件与部件之间的承压面积，使接触区域的应力得到一定程度的分散，从而提高结构耐久性。

1.7防松

起到防松作用的是自锁垫片，通过垫片本身形状固有的挠性变形对连接件施以反向作用力从而实现防松作用。这种垫片一般使用在不适合使用自锁螺帽或开口销的非关键结构部位以及客舱内饰部件上。

2.飞机维修中垫片的选择

以结构修理手册（SRM）为参考依据，以实例说明垫片的选择依据。需要在厚度为0.25英寸，材料为17-7PHCRES的部件上安装件号为BACB30MY6K5（Hex-Drive Bolt）和BACC30M6（Collar）的紧固件配合。

（1）通过查询波音BACC30M紧固件生产标准，确定该件号Collar的原始材料为2024铝合金。

（2）根据上述说明可知，需要安装紧固件的部件材料为17-7PH CRES，这是一种耐腐蚀的钢质材料。

（3）由于部件与紧固件的材料有较大差异，在外界环境的作用下易出现腐蚀，为了保护结构，根据表格要求，应强制使用防腐蚀垫片。

（4）根据具体情况选择使用空腔替代垫片和长度调节垫片。

如果安装件号为BACC30M6的螺母，查询波音生产标准，确定其带有空腔，因此不需要安装空腔替代垫片。如果安装件号为BACN10JC的螺母，查询确定该螺母没有空腔，安装时需要使用空腔替代垫片。使用空腔替代垫片时，对于直径在5/32～3/8英寸之间的高锁螺栓，最多可以使用两个0.063英寸厚的空腔替代垫片，同时要求安装完毕的高锁螺栓的末端斜角必须完全伸出螺母的末端，如没有完全伸出，则应使用一个0.063英寸和一个0.032英寸厚度的垫片。如果末端斜角还是没有完全伸出，则只能使用一个0.063英寸厚度的垫片。仅对于直径为5/32英寸的高锁螺栓允许使用两个0.032英寸厚度的垫片来代替一个0.063英寸厚度的垫片。如需使用多个厚度不同的垫片，则应将较厚的垫片放置在靠近结构的位置。虽然空腔替代垫片同时可以起到长度调节、防腐作用，但仍不能与长度调节、防腐、圆角应力释放垫片相混淆。空腔替代垫片可以配合长度调节、防腐、圆角应力释放类型垫片共同使用。

（5）按需选择使用圆角应力释放垫片。如果已经对安装孔进行了倒角处理，就不需要安装圆角应力释放垫片，否则必须使用。圆角应力释放最多可以使用一个厚度为0.063英寸的垫片，且安放在凸头高锁螺栓的钉头下，并应确保其具有应力释放或划窝特征的一面紧贴紧固件底部。

（6）按需选择使用角度调节垫片。如果是斜面安装紧固件则需要角度调节垫片，该垫片凹凸成对配合使用，对于直杆高锁螺栓其角度调节范围一般可达到8°。通过以上步骤，完成了垫片的选择，但需要特别注意的是，当安装承受张力的紧固件配合时，如果需要使用垫片则必须选择钢材质垫片；当紧固件配合中只有一方是张力紧固件时，如果需要使用垫片，在没有腐蚀控制因素时，则可以选择使用铝合金材质垫片。但是过多使用垫片会引起偏心现象而导致紧固件松动，每个紧固件上垫片总的使用数量为长度调节、防腐型垫片、圆角应力释放垫片（三项垫片总数量是2个，其中对于防腐以及长度调节垫片最多可以使用两个且总的厚度不能超过0.063英寸）外加所需的空腔替代垫片数量。

3.结论

垫片在飞机维修、结构修理改装中几乎是不可缺少的，因外观、材质、镀层、厚度等原因导致其作用不尽相同，不合适的选择可能会导致部件腐蚀、耐久性降低、抗疲劳性能降低等一系列结构问题。因此，应当明确垫片的作用，依据手册文件及使用目的来选择正确的垫片，以满足安装要求并保证结构的安全性。

随着飞机制造高新技术的综合应用，飞机维修逐渐由过去以单一的机械故障维修为主转向机电、电子乃至数字等多种高技术维修上来，故障表象出现了多样性、关联性和复杂性，维修难度也随之提高，因此，对故障根源的精确判断就显得格外重要，引入高新技术维修方式将不可避免。高新技术维修方法是借助于机载及地面的高新技术手段、计算机技术、数字技术、新材料、新工艺新设备。如：空客A320的CFDS（中央故障显示系统），A330、A340、A380的OMS（机载维护系统），波音B777飞机的CMCS （中央维护系统），另外，还有远程诊断系统等，对整个飞机系统状态进行连续的性能趋势监控，以实现更加精准的预防性维修，从而达到飞机安全、经济、高效运行的目的。 [科]

【参考文献】

[1]B737-CL/NG结构修理手册（SRM51-40-02）[Z].Boeing.

[2]波音材料及工艺规范BAC5004[Z].Boeing.