第四章民用航空器维修技术

1第四章

民用航空器维修技术2主要内容失效分析技术无损检测方法修缮技术与工艺3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景象失效与缺点是两个不同的概念“失效〞(Failure)是事件“缺点〞(Fault)是形状失效包含以下三种情况完全不能继续服役，如断裂或变形。虽然还能运转，但已部分失去原有的功能。虽然能运转，发扬原有功能，但因受损伤而不能平安可靠地继续服役如一些受应力腐蚀而仍能继续发扬原有功能的零部件

4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，普通不会呵斥灾难性事故但塑性变形失效和蠕变变形失效有时也可呵斥灾难性事故，应引起充分注重5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普通是非灾难性的，用电镜察看断口时，四处可见韧窝断裂形貌，察看断口附近金相组织，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，甚至会呵斥机毁人亡的艰苦损失电镜察看断口时，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6腐蚀失效金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而呵斥的破坏，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、缝隙腐蚀等部分腐蚀和大部分均匀腐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〕变小磨损失效所呵斥的后果普通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失效分析判别失效的方式,查找失效缘由和机理,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任务包括两个方面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平安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普通包括三个阶段检测(detection)诊断(diagnosis)事后处置(prognosis)8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景象、参数和信息经过“诊断〞识别和确定产品失效的方式、过程、缘由、影响要素和机理经过“事后处置〞采取补救措施(对服役件)、预防措施(对新消费的产品)和其它技术的、管理的反响活动以到达预防、改装和再设计的目的9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10疲劳断裂失效分析在飞机、发动机及机载设备中，有许多零部件，如轴、齿轮、弹簧等，都是在交变应力下任务的，它们任务时所受的应力通常都低于资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，断裂是忽然发生的，具有很大的危险性，经常呵斥严重的事故疲劳断裂失效分析的内容分析判别零件的断裂失效能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来源等疲劳断裂失效分析的目的找出引起疲劳断裂确实切缘由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根据1112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，所以首先需求了解交变应力的特性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(或无规那么变化)的应力13在交变载荷下，金属接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画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,如下图，亦称为S-N曲线14研讨发现金属接受的愈大，那么断裂时应力交变的次数N愈少反之，愈小，那么N愈大。15疲劳断裂的影响要素应力集中的影响尺寸的影响温度的影响其它影响要素提高疲劳抗力的措施优化设计合理选材零件外表强化工艺外表热处置化学处置喷丸强化减少变形约束1617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、防护措施等要素严密相关是航空器最严重的损伤方式之一腐蚀不仅降低了飞机的运用寿命和平安可靠性而且危及飞行平安甚至导致严重的飞行事故和艰苦的经济损失例如，1981年8月台湾省一架波音737型飞机因机身构造产生严重晶间腐蚀，导致飞机在空中解体，呵斥一等事故。另外，在运用寿命期内，用于维修构造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，由于飞机构造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小时需求24美圆的维修费用。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18化学腐蚀是指金属外表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外表的原子与非电解质中的氧化剂发生氧化复原反响，构成腐蚀产物腐蚀过程中电子的传送是在金属与氧化剂之间直接进展的，因此没有电流产生。飞机在运用过程中，金属部件经常与其他介质接触，从而发生化学反响，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，其外表会因与空气中的氧发生氧化反响，从而在外表生成一层氧化膜。19电化学腐蚀是指金属外表与电解液发生电化学反响而引起的破坏。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+离子吸收复原成氢气。大多数情况下，飞机通常处在中性或碱性环境中。在该环境下，阳极区发生的仍是金属的氧化，在阴极区发生的是氧气的复原反响，总反响为:2M+2H2O+O2＝2M(OH)2常见飞机金属构件电化学腐蚀的另外一种类型是因电解质溶液中不同部位成份浓度的差别引起的。例如，在飞机蒙皮铆接部位，由于外表吸附作用，使缝隙较小部位处氧的浓度高于缝隙较大处，从而构成氧浓差电池，也加速了蒙皮铝合金的腐蚀。航空器常见腐蚀的种类及特点航空器腐蚀问题比较普遍机体构造、系统部件、发动机等都容易发生腐蚀航空器常见腐蚀的种类全面腐蚀部分腐蚀20在全部或大部分暴露的外表上发生的相对均匀的腐蚀其特点是金属外表遭到均匀的浸蚀，使零部件厚度均匀减小。部分腐蚀主要局限于微小区域中21部分腐蚀类型点腐蚀缝隙腐蚀电偶腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀磨损腐蚀应力腐蚀氢损伤腐蚀疲劳、22无损检测方法目视检测法目视检测法是指仅用人的眼睛或眼睛与一些辅助设备，对飞机构件外表做直接察看，发现构件外表损伤，并根据个人的技艺和技术规范对损伤做出判别和评价目视检测法可以借用的简单工具有：照明设备、放大镜、反光镜、丈量器具和内窥镜等在对飞机进展的维护任务中，目视检测法是最根本、最常用的检查方法。在对飞机进展其他的无损检测之前，对能目视到的部位，都应进展必要的目视检测法23飞行前绕飞机一周检查对机体外表的目视检测对机体外表腐蚀损伤的目视检测对飞机紧固件的目视检测对外表裂纹的目视检测对某些部件的内部进展目视检测2425超声波检测法超声波特性和超声波检测法的原理由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等景象，尤其是不能经过气体固体界面。假设金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷〔缺陷中有气体〕或夹杂，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射反射回来的超声波被探头接纳，经过仪器内部的电路处置，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形可以根据波形的变化特征判别缺陷在工件重的深度、位置和外形26超声波探测法的适用范围超声波检测法可用于金属、非金属、复合资料制件的损伤探测，既可以检测工件内部的缺陷，也可以检测工件外表的缺陷。可用来检测裂纹、分层、夹杂，气孔、疏松等缺陷，焊缝中的裂纹、气孔、未焊透等缺陷，复合资料的分层、脱胶等缺陷，还可以测定工件的厚度。优点：超声波对于检测外表或内部缺陷都是一种灵敏度很高的方法。检测运用的超声波对人体和环境无害，设备轻便，便于携带，可进展现场检测。局限性：不适用于外形复杂或外表粗糙工件的损伤探测；假设对工件中的缺陷作准确的定性、定量分析，需求有参考规范。27X射线检测法x射线的特性和x射线检测法的根本原理当x射线透过被检工件时，有缺陷的部位，如气孔、非金属夹渣等和无缺陷部位的基体资料对x射线的吸收才干不同以金属为例，缺陷部位所含空气、非金属夹杂物对x射线的吸收才干远远低于金属的吸收才干，这样，经过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度当用感光胶片来检测射线强度时，在内部有缺陷的部位就会在感光胶片上留下黑度较大的影像。2829x射线检测法的优缺陷优点①几乎适用于一切资料，而且对工件外形及外表情况均无特殊要求，适用于飞机上构造件的原位检查；②不但可检测出资料外表缺陷，还可以检查出资料内部缺陷；对目视可达性差或被其他构件覆盖的构造件，如蒙皮覆盖下的桁条、框、肋等，都可以用x射线检测法来检查损伤情况；③能直观显示缺陷影像，便于对缺陷进展定性、定量分析；④感光胶片能长期存档备查，便于分析事故缘由；⑤对被检工件无破坏、无污染。30局限性①射线在穿透物质的过程中因被吸收和散射而衰减，使得用它检测工件的厚度有一定的限制；②x射线检测设备一次性投资大，检测费用高；③射线对人体有损伤，检测人员应作特殊防护。31涡流检测法涡流检测法的根本原理涡流检测法是以电磁感应原理为根底的在检测线圈上通交变电流(即鼓励电流)，会在线圈的周围产生一个交变的磁场(初级磁场)，假设将线圈接近被检测的导电工件，工件内会感应出交变电流——涡流，并在工件及其周围产生一个附加的交变磁场(次级磁场)，见图。次级磁场与初级磁场方向相反，并会在线圈中感应电动势。这样，经过丈量线圈中电流变化量，就可以确定次级磁场的变化情况。假设试件外表(或近外表)有裂纹，势必使涡流的流动发生畸变，影响次级磁场，导致线圈中电流的变化，从而反响出工件中缺陷的情况。3233涡流检测方法独立检测法对比检测法34检测线圈放置方法穿过式线圈内经过式线圈放置式线圈图4-7检测时线圈和式样的相互位置关系(a)穿过式线圈；(b)内经过式线圈；(c)放置式线圈35涡流检测法的运用涡流检测法适用于检测导电资料制件的外表或近外表损伤，如裂纹、折叠、气孔、夹杂等的检测不适用于热处置的碳钢或合金钢等强磁性资料构件的损伤检测，由于强磁性资料不均匀的导电率会影响丈量结果涡流检测法设备简单、操作方便、本钱低，易于实现自动化操作，速度快，无需对检测外表做特殊清洁和预备任务，便于进展现场检测对导电资料制件外表或近外表的疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹有很高的灵敏度，特别适用于飞机构造中的铝合金构件。36磁粉检测法磁粉检测的根本原理当铁磁性工件被磁化后，假设工件外表或近外表存在缺陷，呵斥部分磁阻增大，磁力线在缺陷附近弯曲，呈绕行趋势溢出磁力线叫缺陷漏磁，构成缺陷漏磁场此漏磁场将吸引、聚集检测过程中施加在任务外表上的磁粉，构成缺陷显示37磁粉检验方法延续法在对工件充磁的同时，往工件上喷洒磁粉或磁悬浮液，并进展检查剩磁法利用工件充磁后的剩磁进展检查38磁粉检测方法的运用磁粉检测方法用于检测铁磁性资料工件外表或近外表的裂纹、夹杂等缺陷，但不能检测出缺陷的深度这种方法操作简单、速度快、灵敏度高，缺陷显示直观，能准确地确定缺陷大小、外形和位置飞机构造上的铁磁性工件外表或近外表的缺陷都可以用磁粉检测法来检测，检测结果直观而可靠磁粉检测法不适用于非铁磁性资料，而且在检查前必需对被检工件的外表进展清洗另外，检测后要对探伤工件进展退磁处置。39退磁处置假设对经过磁粉检测法探伤的工件不进展退磁处置，工件上的剩磁场会对工件以后的加工或任务带来不利影响剩磁会影响工件周围某些仪器和仪表的任务精度和功能；剩磁会吸附磁粉，呵斥工件的磨损；剩磁会吸附铁屑，破坏工件外表精度，并使刀具钝化；在工件需求电焊时，剩磁会引起电弧的偏吹和游离；会干扰以后的磁粉检测。由于以上这些缘由，进展磁粉检测后的工件普通都必需进展退磁处置40浸透检测法浸透检测方法的根本原理将溶有荧光染料或着色染料的浸透剂施加在工件的外表上，由于毛细作用，浸透剂可以渗入到外表各种类型的开口细小缺陷中去。去除附着在工件外表上多余的浸透剂，枯燥后，再在工件外表涂一层显像剂，缺陷中的浸透剂在毛细作用下，重新被吸附到工件外表上，从而显示出工件外表上的开口缺陷4142按照浸透检测法所运用的浸透剂中的溶质不同，可将浸透检测法分为着色检测法荧光检测法着色检测法运用的浸透剂含有红色染料，施加显像剂以后，重新被吸附到工件外表上的着色浸透剂在白光源下显示红色痕迹，构成颜色较深、艳丽、边缘不非常明晰的缺陷图像着色检测法不需求暗室和紫外线光源，操作简单、本钱低，但与荧光检测法相比，灵敏度较低浸透检测法的分类和特点43荧光检测法运用的浸透剂含有荧光物质。缺陷察看采用紫外线光源(也称黑光灯)。施加显像剂以后，重新被吸附到工件外表上的荧光浸透剂在紫外线照射下呈现出黄绿色荧光荧光检测法比着色检测法灵敏度高，适用于检测工件外表疲劳等细小裂纹但需求暗室和紫外线光源，本钱较高44浸透检测法的操作步骤1〕被检测工件外表的清洗。2〕浸透剂的施加和停留〔可采用浸、涂、喷、静电喷涂等方式施用浸透剂〕，浸透剂应在工件外表停留一定的时间，使浸透剂能渗入到工件外表的开口缺陷中去。3〕去除工件外表多余的浸透剂，可采用水洗、溶剂清洗、对后乳化检测应添加乳化工序后再清洗。4〕枯燥处置。可采用擦干、热风吹干或烘干安装进展枯燥处置。5〕施加显像剂。可采用浸渍、喷涂、喷粉等方法，假设采用湿显示剂还需加枯燥工序。6〕检测并评定显示。7〕检测后处置任务。45浸透检测法的运用浸透检测法，除了外表多孔性资料外，几乎可以用于各种金属、非金属资料以及磁性和非磁性资料的外表开口缺陷的检测特点是原理简单、操作容易，而且不受被检测工件的几何外形、尺寸大小的影响。一次操作，可同时检测出外表各种缺陷，缺陷显示直观，检测灵敏度高。这种方法的局限性是不能用于多孔资料，只能检测外表开口缺陷，不能测出缺陷的深度、内部的外形和大小，工件外表粗糙度对检测会产生影响。检测前后必需对被检工件外表进展彻底清洁。46修缮技术与工艺航空器是一种先进而复杂的综合安装，它集中了机械、电子、液压、化工、动力等许多领域的先进技术，所以无论是制造还是翻修，都要有先进的工艺，技术和手段对于翻修来说，虽然绝大部分的工艺和技术都要承袭制造的工艺和技术，但在某些情况下，为了杜绝反复缺点和缺陷，进一步改善和提高性能，确保运用平安，延伸运用寿命，就要采取相应的、与制造不同的方法和手段47铆接修缮铆接是属于一种不可装配的衔接方式它同其他衔接方式相比，工艺过程简单；衔接强度稳定可靠；检查和排除缺点容易；能顺应较复杂的构造及各种金属、非金属资料之间的衔接但也有不少缺陷，如既降低了构造强度，又添加了构造分量；铆接易产生变形；在较为复杂的装配件上不易实行机械化和自动化操作；手工劳开任务量大；消费效率低；劳动条件差等48构造修缮根本原那么坚持原有强度坚持原有的外形坚持最小分量翻修中常用的几种铆接方法普通铆接密封铆接特种铆接特种铆接：在构造主要受力、不开敞、封锁或要求密封的部位，采用不同于普通铆钉外形和铆接方法的环槽铆钉、高抗剪铆钉、螺纹空心铆钉、无头铆钉、冠头铆钉等的铆接。49焊接修缮焊接是将两个或两个以上的零件，在外界某种能量的作用下，借助于各零件接触部位的原子或分子间的相互结合力衔接成一个不可拆的整体的工艺过程焊接和铆接比较，具有省工、省料、构造分量轻的优点，所以焊接技术被广泛运用于航空工业制造部门翻修中也广泛用来修复航空器的各种零件。根据焊接过程中焊接部位金属所处的形状不同，焊接方法可分为熔焊压焊钎焊50熔焊是将接触部位的金属部分加热至熔化形状，参与或不参与熔融的填充金属而构成熔池，待熔池冷却凝固后，构成结实的焊缝。压焊是在焊接时施加一定的压力，促使接触处的金属相结合的焊接方法。施加压力时，被焊金属的接触处可以加热到塑性形状，也可以加热到熔化形状。钎焊是把比被焊金属熔点低的焊料金属加热到熔化，但被焊金属不熔化，熔化的焊料金属在被焊金属的间隙中凝固构成焊缝，从而到达相互结合的焊接方法。熔焊压焊钎焊51胶接修缮利用在联接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个胶接件衔接起来的工艺方法胶接不仅适用于同种资料，也适用于异种资料胶接工艺简便，不需求复杂的工艺设备，胶接操作不用在高温高压下进展，因此胶接件不易产生变形，接头应力分布均匀。在通常情况下，胶接接头具有良好的密封性、电绝缘性和耐腐蚀性由于胶接具有本人独特的优点和用途，各行各业都离不开它。在航空器的制造和翻修中也同样占有重要的位置52翻修中用胶接技术修复的零件和部位还是很多的，现列举如下：玻璃钢雷达罩部分损伤(外表擦伤、破损)和脱胶的修补橡胶软油箱的部分损伤和脱胶的修补电器胶木零件裂损的修补一些受力不大的镁合金支架的修补排除座舱的漏气排除整体油箱的渗漏座舱防弹玻璃和平安玻璃的修复机体外表部分外形的修整53热处置热处置是改动资料机械性能的一种有效方法常用来改善和提高零件的机械性能，以便发扬零件的最大效能；或者用作零件制造过程中的中间处置，以改善零件的加工性能所谓热处置就是将金属以一定的加热速率，加热到远低于熔点的某预定温度，并在此温度下保温一定时间，再已预订的冷却速率进展冷却的综合工艺过程。热处置工艺普通包括加热、保温、冷却三个过程54构造钢的热处置包括高温退火(完全退火)快速退火(不完全退火)低温退火(再结晶退火或高温回火)正火(正常化)淬火高频外表淬火等温淬火回火调质(定性处置)时效处置(时化、稳定处置或稳定回火)高温退火〔完全退火〕——将钢件加热到一定温度保温，然后以一定的速度或随炉缓慢冷却。其目的是为了消除加工内应力，防止开裂变形；降低钢的硬度和强度，提高韧性和塑性；改善切削加工性能；为淬火预备组织，减少淬火时的变形、开裂及过热倾向。55外表处置工艺外表腐蚀、磨损等是航空器经常出现的外表缺点和缺陷，普通可采用外表处置的方法来修复铝合金零件的阳极化处置镁合金零件的氧化处置钢零件的电镀铜制零件的镀锡、镀银金属和非金属资料零件的涂(喷)漆航空器中凡是用铝合金资料制造的零件〔除了用防锈铝制造的油箱，或需求有良好导电性能的零件〕普通都要进展阳极化处置以提高零件的防腐性能，或者作为公用的装饰覆盖层。翻修中还采用一种硬阳极化，由于它具有良好的耐磨性，故可用于易受磨损的零件。56喷丸强化技术喷丸强化是用高速度弹丸(玻璃丸或钢丸)撞击金属零件外表使之产生剩余压应力并构成细化亚晶粒的冷作硬化层，从而提高零件疲劳强度和抗应力腐蚀才干的一种工艺方法它具有效率高、本钱低、强化效果明显等特点，故在航空工业中得到愈来愈广泛的运用常用的喷丸强化工艺有干喷丸水喷丸旋板强化57喷丸强化技术飞机、发动机上采用喷丸强化工艺的零件种类很多，包括起落架气门摇臂活塞曲轴齿轮主副连杆金属螺旋浆活塞发动机机匣压气机叶片涡轮叶片等等58挤压强化技术挤压强化工艺是提高构造疲劳强度的一项非常有效的冷加工方法，它是用冷挤压的方法，有效地控制孔内或开口周围资料外表层的塑性变形，使孔或开口外表构成具有一定的剩余压应力的强化层，以此减弱外加交变载荷中的拉应力，从而提高了疲劳强度。实验结果阐明，经挤压强化的孔和开口，其疲劳寿命可延伸4—6倍。挤压强化技术已胜利地用于各种飞机的重要构件，如波音-707、-747飞机上关键部位孔都进展了强化，并且配备了专门用来挤压强化的拉拔枪；法国SA-321直升机旋翼接头上的螺栓孔和苏联的米格17、19、21飞机机翼大梁螺栓孔等，在修缮、制造过程中都进展了