钛铆钉断脱故障分析及针对性预防措施

康建中

摘 要： 针对某型飞机设备舱口盖上的钛铆钉频繁发生钉帽断脱故障，通过机理分析确定故障发生的原因，并制定针对性的预防措施。

关键词：钛铆钉；铆接方法；断口分析；超声波

0引言

某型飞机设备舱口盖上的钛铆钉频繁发生钛铆钉钉帽断脱故障。设备舱口盖位于飞机进气道前部，铆钉钉帽脱落后极易被吸入进气道内，铆钉钉帽一旦吸入进气道内将会打伤发动机叶片，严重影响飞行安全。

机理分析

1.1钛铆钉特点及铆接形式

钛铆钉铆接方法主要有热铆法、压铆法、锤铆法。由于钛铆钉硬度高、塑性差，在常溫下铆接难以形成镦头，且铆钉杆膨胀量小，易产生裂纹等，故宜采用热铆。

（1）热铆的优点是提高了钛铆钉塑性，容易成型，不易产生裂纹；缺点铆接时产生较高温度，受被铆接结构材料限制。

（2）压铆优点是钉杆变形均匀、效率高、外观质量好；缺点是受空间限制、钛铆钉铆接后容易产生应力裂纹。

（3）锤铆的铆接过程中对结构具有冲击作用，对较薄夹层结构易造成变形，钛铆钉铆接后容易产生应力裂纹。

雷达设备舱口盖为复合材料，由于复合材料加工温度不能满足热铆的要求，按照技术要求，雷达设备舱口盖上的铆钉采用压铆。

1.2断口分析情况

1.2.1体式观察

将1#、2#、3#铆钉沿裂纹打开，经丙酮超声清洗后在体式显微镜下观察断口形貌。1#铆钉的扩展裂纹起源于钉帽与钉杆的过渡区域，线源特征，如图2a箭头所示。

裂纹扩展楞线明显，部分断裂区上附着淡黄色物质。2#铆钉扩展裂纹同样起源于钉帽与钉杆的过渡区域，多线源特征，见图2b。部分断口已在拆卸过程中破坏。3#铆钉断口形貌与1#相似。但扩展楞线更加明显，有撕裂特征，见图2c。另外，3#铆钉的裂纹源区存在月牙状的的剪切区，疑似为墩制过程中产生，见图2d。

1.2.2断口微观观察

将断口较为典型的3#铆钉在扫描电镜下观察。在墩制过程中铆钉的钉杆与钉帽过渡区出现了月牙状的剪切裂纹，宽度约为0.4mm，剪切裂纹的边缘成为的后期断裂的线型源区。而后，裂纹向着钉帽上表面方向扩展，裂纹扩展区扩展楞线明显，微观下为类似解理形貌。整体来看，断口源区、扩展前期、扩展中期和扩展后期明显，表面其为疲劳断口。

1.3使用维护情况

1） 在正常使用过程中，蒙皮会受到负压吸力，该力会通过铆钉传递给锁钉，再通过锁钉、锁座传递到飞机主结构上。所以，铆钉受拉力，因载荷的不同，铆钉会承受非周期性的疲劳作用。

2） 在维护过程中，经常会对雷达设备舱口盖进行开启、闭合，因该口盖曲度比较大，会造成开关困难，操作时，会产生类冲击性的载荷，对铆钉造成初始缺陷或放大初始缺陷，加速了铆钉的断脱。

分析与结论

1） 宏微观的观察结果表明，失效铆钉的断口均起源于毛钉帽和钉杆的过渡区域，线源特征，断口源区和扩展区明显，扩展区扩展楞线明显，显微形貌为类解理特征，断口上无腐蚀特征。以上结果可以判定，铆钉的失效性质为疲劳断裂。

2） 在使用维护中铆钉会承受非周期性的疲劳作用，且由于口盖曲度比较大，会造成开关困难，会产生类冲击性的载荷，对铆钉造成初始缺陷或放大初始缺陷，加速了铆钉的断脱。

针对性预防措施

3.1研究制定钛铆钉探伤技术

通过制作钛铆钉裂纹故障典型样件，用于超声波检测的判据。对雷达口盖处的钛铆钉进行超声波无损检测，避免有缺陷的铆钉的漏检。

3.2维护方法的改进

在后续维护使用中，口盖开闭一定要轻开轻扣，通过维护方式的改进来延长铆钉的使用寿命。

【参考文献】

HB/Z 223.21-2003 复合材料的铆接.