山東太古飛機(jī)工程有限公司 周廣洲

在2008年，媒體曾報道波音公司的737飛機(jī)上有成千上萬的托板螺帽因缺少防腐涂層而必須更換，波音正面臨著新飛機(jī)返廠的挑戰(zhàn)。波音公司解釋說不符合規(guī)定的托板螺帽安裝在了過去15個月內(nèi)已經(jīng)交付的飛機(jī)上，根據(jù)生產(chǎn)計劃判斷大約30%的托板螺帽需要更換，每架飛機(jī)大約涉及3000～4000個，具體數(shù)量根據(jù)737機(jī)型不同而會有所變化。隨后，波音公司又證實3款寬體飛機(jī) 747、767和777也面臨著類似737因質(zhì)量控制而導(dǎo)致的生產(chǎn)程序中斷的問題。

這個事件是因為托板螺帽涂層問題導(dǎo)致的飛機(jī)返廠，對波音的生產(chǎn)影響很大。托板螺帽涂層的主要目的是防腐，涂層的缺失大大增加了部件后續(xù)出現(xiàn)腐蝕的潛在可能性。盡管這不是一個直接涉及飛行安全的問題，但對結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性卻有著不可估量的危害作用，這也是波音要求新飛機(jī)返廠并更換托板螺帽的主要原因。目前，隨著737CL飛機(jī)的老齡化，托板螺帽引發(fā)的腐蝕問題也越來越多，本文就托板螺帽的應(yīng)用做深入研究。

1 構(gòu)型介紹

托板螺帽是一種能將螺母提前安裝在飛機(jī)部件上，而在安裝螺絲或螺栓時不需再用工具固定螺母的緊固件，通常由自鎖螺母和支撐螺母的托板組成。如果螺母和托板是一體的，稱其為固定式托板螺帽；如果螺母是卡裝在托板上的，則稱其為浮動式托板螺帽。托板螺帽的托板上共有1大2小3個孔，其中大孔用于后續(xù)螺絲的安裝，2個直徑為2.38mm的小安裝孔用于在部件上安裝托板螺帽。如果按照托板螺帽上的2個小安裝孔的分布位置，其可以分為雙邊、單邊和三角式3種類型，雙邊式指的是托板螺帽的2個安裝小孔在螺絲孔的兩側(cè)，3個孔的中心連線為直線；單邊式指2個安裝小孔排列在螺絲孔同側(cè)，3個孔的中心連線也為直線；而三角式是指兩個安裝小孔排列在螺絲孔下方，3個孔中心連線呈現(xiàn)三角形，維修過程中應(yīng)根據(jù)維修文件要求或?qū)嶋H的可安裝空間選擇合適構(gòu)型的托板螺帽（圖1）。

圖1 托板螺帽構(gòu)型Fig.1 Con figuration of nut plate

由于托板螺帽的使用區(qū)域、環(huán)境不一樣，因此其構(gòu)型、尺寸、材料和鍍層有很多種，具體信息需要通過查詢緊固件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)來獲得。例如波音737-300貨艙里常用的托板螺帽件號是BACN10JR3F，通過查詢其生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)可知該托板螺帽為雙邊浮動式，螺紋標(biāo)準(zhǔn)為1900-32UNJF-3B，鋼質(zhì)材料，涂層為鎘鍍層，件號最后的字母F指螺母為浮動式，同時可以得到緊固件安裝孔的尺寸、間距等一系列技術(shù)數(shù)據(jù)。

2 托板螺帽的安裝

托板螺帽一般位于封閉區(qū)域，作為盲螺母使用，通常使用鉚釘或拉釘安裝在飛機(jī)部件上，其承受的剪切力約在862～1103MPa之間。在安裝托板螺帽時應(yīng)當(dāng)注意整體流程的完整性，從最大程度上避免有可能導(dǎo)致腐蝕的因素。

參考維修資料并結(jié)合多年的實際維修經(jīng)驗，建議的安裝步驟如下。

（1）在部件上正確定位托板螺帽的螺絲孔和小安裝孔位置，檢查并確定托板螺帽的安裝小孔不能與結(jié)構(gòu)出現(xiàn)干涉。

（2）在部件上鉆出托板螺帽的螺絲孔，并使用托板螺帽鉆孔夾具鉆出安裝小孔。注意要根據(jù)托板螺帽的構(gòu)型、尺寸選擇正確的鉆孔夾具，該夾具可以購買或自制（圖2）。

圖2 雙邊式托板螺帽鉆孔夾具Fig.2 Jig for two lug type nut plate

（3）按需對孔進(jìn)行劃窩，施加防腐層、漆層等涂層。

（4）使用允許的清潔劑徹底清潔部件表面，并確保緊固件孔內(nèi)的清潔。

（5）仔細(xì)檢查托板螺帽構(gòu)型、鍍層的完整性，盡量不要使用破損的托板螺帽，也不要在托板螺帽上涂抹額外的潤滑劑或防腐材料。對于鍍鎘的托板螺帽，鎘鍍層的輕微脫落或裂紋不會影響到其保護(hù)性，可以采用底漆或其他保護(hù)劑對稍有破損的鍍層進(jìn)行保護(hù)。

（6）對于需要濕安裝的托板螺帽，要使用合適的工具將密封膠均勻涂抹到托板螺帽或部件表面（如果部件表面容易接近）。確保部件和托板螺帽上的緊固件孔不會被密封膠堵塞，密封膠不會影響到浮動式托板螺帽的螺母活動性，以防止影響后續(xù)螺絲或螺栓的安裝。注意不要使用波音B-1/2類密封膠，此類密封膠固化時間太短，影響安裝。

（7）使用定位銷固定并夾緊托板螺帽后安裝鉚釘或拉釘。安裝鉚釘時要特別注意，不要因為使用頂鐵而在鉚釘?shù)撞跨咁^成形的過程中碰傷托板螺帽，必要時可以使用紙膠帶進(jìn)行隔離保護(hù)。

注意當(dāng)使用鉚釘安裝件號為BACN10FM、BACN10LK、BACN10YF以及類似設(shè)計的環(huán)套式托板螺帽時，鉚釘鐓頭的成形高度應(yīng)當(dāng)高出托板螺帽安裝孔環(huán)套至少0.025cm。安裝時應(yīng)小心不要破壞托板螺帽的活動性（圖3）。

（8）安裝完成后檢查托板螺帽和部件，確保二者貼合沒有間隙，螺絲孔內(nèi)不要有過多密封膠。

另外，除了使用鉚釘或拉釘安裝托板螺帽外，還有一種安裝方式就是點焊。當(dāng)采用點焊連接托板螺帽時，為了以后能使用鉆孔的方式拆除該托板螺帽，必須控制好焊點及焊接過程，并允許在后期維護(hù)中使用帶孔鉚接的托板螺帽更換原焊接托板螺帽。

圖3 環(huán)套式托板螺帽的安裝Fig.3 Installation of eyelet-type nut plate

在定檢維護(hù)時，拆除接近蓋板后應(yīng)當(dāng)對相關(guān)區(qū)域的托板螺帽進(jìn)行詳細(xì)目視檢查，這是因為浮動式的托板螺帽的螺母在長時間使用后，由于振動、腐蝕等原因而存在脫落的可能性。對于安裝托板螺帽的位置，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行詳細(xì)檢查以確保沒有腐蝕發(fā)生，如果的確需要在鋁合金結(jié)構(gòu)上清除腐蝕，應(yīng)先將干涉的托板螺帽拆除，以便完全去除腐蝕并防止打磨工具碰傷托板螺帽，避免脫落的鋼質(zhì)碎屑引起鋁合金材料的后續(xù)腐蝕。

3 腐蝕分析

飛機(jī)結(jié)構(gòu)大多為鋁合金材料，而托板螺帽多為鋼質(zhì)，二者之間因為電位差等原因存在產(chǎn)生電偶腐蝕的潛在可能性。由于鋁合金腐蝕電位較低，容易被腐蝕，因此在托板螺帽上施加一層鍍層，比如隔鍍層。通過鍍層對部件及緊固件進(jìn)行有效隔離形成致密、不透氣、不透液體的氧化膜。但是，當(dāng)鍍層被破壞時，在腐蝕環(huán)境下鋁合金部件和托板螺帽之間就會形成原電池，從而造成鋁合金部件的腐蝕，嚴(yán)重情況下可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)部件的大修或更換（圖4）。

托板螺帽常用的涂層有鎘鍍層和銀鍍層。鍍鎘層成本較低、柔軟，屬于犧牲性陽極鍍層，對鋼具有較高保護(hù)能力。由于鎘的熔化溫度約為316℃，所以帶有鎘鍍層的托板螺帽使用溫度一般不能超過232℃，否則鎘元素會滲透到部件中引起基體材料的脆化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。銀鍍層成本較高，在高溫下具有很好的潤滑性，可以抵抗托板螺帽和結(jié)構(gòu)件之間的咬焊或燒蝕，銀鍍層的托板螺帽使用溫度一般不能超過482℃（某些情況下最高可達(dá)871℃），否則就會引起鍍層的失效。

考慮到材料腐蝕問題，應(yīng)當(dāng)注意帶有鎘鍍層的螺母不能和鈦合金或鈦合金材料緊固件配合使用，而帶有銀鍍層的托板螺帽在超過316℃的區(qū)域不能和鈦合金或鈦合金材料緊固件配合使用，同時銀鍍層的托板螺帽不能和帶有銀鍍層的螺絲或螺栓配合使用。

圖4 貨艙托板螺帽區(qū)域嚴(yán)重腐蝕Fig.4 Severe corrosion around nut plate in cargo bay

隨著波音737飛機(jī)的老齡化，各種結(jié)構(gòu)問題也越來越多，其中比較明顯的就是腐蝕問題。腐蝕多區(qū)域、大面積出現(xiàn)，造成結(jié)構(gòu)部件抗疲勞性能明顯降低，最后就會導(dǎo)致部件失效，飛機(jī)停場，結(jié)構(gòu)大修。盡管導(dǎo)致飛機(jī)腐蝕的原因有很多，但是不能小覷托板螺帽造成的影響。托板螺帽數(shù)量多、分布廣，基本遍布飛機(jī)的每個區(qū)域，其一旦發(fā)生腐蝕，隱蔽性比較強(qiáng)，帶來的危害可能是巨大的。因此，托板螺帽的腐蝕問題應(yīng)當(dāng)尤為重視，在定檢過程中應(yīng)多側(cè)重檢查，對發(fā)現(xiàn)的腐蝕一定要進(jìn)行徹底的清除，如果發(fā)現(xiàn)托板螺帽腐蝕嚴(yán)重就應(yīng)直接將其更換。

4 結(jié)束語

托板螺帽的確是一種很小的緊固件，承受的載荷也不是非常大。但是就定檢維護(hù)的經(jīng)驗來看，其引起的貨艙、客艙、機(jī)翼內(nèi)部件的腐蝕不計其數(shù)，本公司也曾因為托板螺帽造成的腐蝕問題多次修理、更換過貨艙地板梁、縫翼橫梁等部件。

無論任何時候，托板螺帽的選取及安裝都應(yīng)以現(xiàn)行有效的參考資料要求為準(zhǔn)，安裝前一定要仔細(xì)檢查其完整性，盡量不要使用破損的托板螺帽；部件上鉆完孔后一定要對孔或劃窩處進(jìn)行防腐及漆層處理；在更換或修理部件時盡量將舊的托板螺帽一并更換，這樣做雖然會增加一些成本但是卻會更好地預(yù)防后續(xù)腐蝕的產(chǎn)生，如果必須使用舊的托板螺帽，需對其進(jìn)行徹底清潔，并做好防腐保護(hù)。

應(yīng)當(dāng)重視托板螺帽的使用，采用正確的安裝方式和合理的控制措施，從多源頭、最大程度上減少結(jié)構(gòu)腐蝕問題的發(fā)生。