托板螺帽在波音737CL飛機上的應(yīng)用

山東太古飛機工程有限公司 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，每架飛機大約涉及3000～4000個，具體數(shù)量根據(jù)737機型不同而會有所變化。隨后，波音公司又證實3款寬體飛機 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返廠并更換托板螺帽的主要原因。目前，隨著737CL飛機的老齡化，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)標準來獲得。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)標準可知該托板螺帽為雙邊浮動式，螺紋標準為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性，可以采用底漆或其他保護劑對稍有破損的鍍層進行保護。

（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行隔離保護。

注意當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

在定檢維護時，拆除接近蓋板后應(yīng)當對相關(guān)區(qū)域的托板螺帽進行詳細目視檢查，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)當進行詳細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行有效隔離形成致密、不透氣、不透液體的氧化膜。但是，當鍍層被破壞時，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871℃），否則就會引起鍍層的失效。

考慮到材料腐蝕問題，應(yīng)當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)域嚴重腐蝕Fig.4 Severe corrosion around nut plate in cargo bay

隨著波音737飛機的老齡化，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，飛機停場，結(jié)構(gòu)大修。盡管導(dǎo)致飛機腐蝕的原因有很多，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，基本遍布飛機的每個區(qū)域，其一旦發(fā)生腐蝕，隱蔽性比較強，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)的腐蝕一定要進行徹底的清除，如果發(fā)現(xiàn)托板螺帽腐蝕嚴重就應(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。但是就定檢維護的經(jīng)驗來看，其引起的貨艙、客艙、機翼內(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，安裝前一定要仔細檢查其完整性，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，需對其進行徹底清潔，并做好防腐保護。

應(yīng)當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。