某型飞机典型连接结构密封剂失效问题及改进方法

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某型飞机典型连接结构密封剂失效问题及改进

方法

海军飞机结构的腐蚀/损伤涉及多种类型、多种结构/部位，其中紧固件连接部位接触腐蚀和缝

隙腐蚀、防护层局部失效就是典型腐蚀失效形式之一。机械紧固连接件是飞机结构中典型的关

键性部件之一，其使用寿命直接影响结构的安全性和可靠性。特别是对于在海洋环境下服役的

飞机，长期遭受潮湿空气、海水和盐雾等恶劣环境的影响，在使用环境与载荷环境的交互或协

同作用下，疲劳裂纹往往从应力集中处萌生和扩展，从而导致结构的疲劳破坏。飞机连接结构

件的紧固件区域是易腐蚀部位，高空低温飞行时结构承受交变载荷，紧固件区域涂层体系易出

现开裂倾向，盐雾等腐蚀性气体或介质易侵入紧固件区域的缝隙导致腐蚀产生[1-5].严重的腐蚀

会大幅增加飞机的腐蚀维护费用[6-7].文中主要针对飞机典型连接结构的密封剂失效问题提出了

改进密封工艺和密封结构形式两种方案，并采用实验室加速环境谱进行试验验证研究，以获得

解决密封剂失效问题的途径，提高飞机的使用安全性，降低飞机的使用维护费用。

　 1　试验材料及试验方法

1.1 试验材料

按某型飞机典型结构及表面防护体系设计和制备典型连接试验件，如图 1 所示。试验件材料为

7B04 铝合金，尺寸为 380 mm×180 mm×3 mm,表面处理为硫酸阳极化和重铬酸盐填充，表面防

护体系为 2层TB06-9 底漆+1 层TS70-60 灰色磁漆。紧固件连接部位的防腐蚀密封设计方法

为：紧固件涂底漆湿装配，中间搭接板上进行表面处理+底漆+密封剂+面漆。

1.2 试验环境谱

以美国海军验证、评估飞机结构防护体系性能的加速试验环境谱为基础，参考国内飞机典型模

拟件加速试验环境谱编制方法[8-10],针对飞机的服役环境及使用模式特点，对基本试验环境谱

进行适当的剪裁，编制了加速试验环境谱，如图 2所示。加速试验环境谱含湿热、紫外、低气

压、热冲击、低温疲劳和盐雾试验 6个模块。不同典型模拟件的低温疲劳试验横幅载荷见表1.

2　失效状况及原因分析

典型连接试验件的密封设计形式为全局密封，密封剂固化时间为 48 h.典型连接件在实验室加速

环境下完成第 1个循环试验后，试验件的防护体系发生了开裂现象，如图 3所示。可以看到，

试验件的中间搭接板的紧固件周围产生多处裂纹，裂纹长度超过 10 mm,所有裂纹都起源于紧固

件周围，而非连接部位的涂层则无裂纹产生。

鉴于典型连接结构试验件的防护体系发生开裂现象，前期项目组对失效原因进行了分析，并开

展了防护体系中面漆的验证和结构形式及密封剂的验证，根据试验结果初步断定防护体系的开

裂受试验件结构形式、防护体系的类型和密封剂种类等因素的影响。剥开试验件表面局部开裂

涂层，采用三维体视显微镜对涂层体系下面的密封剂层进行微观检测，密封剂层的微观形貌如

图4所示。由图4可知，防护体系下的密封剂层开裂，因此可以初步断定试验件表面防护体系

的开裂是由于密封剂层的开裂引起。为了进一步确定防护体系失效的原因，提出了更改密封剂

种类和结构密封设计形式等改进方案[1].文中主要针对典型连接件密封剂失效的改进方案，采

用能模拟飞机实际服役环境的实验室加速环境谱进行试验验证研究，以获得解决密封剂失效问

题的途径，提高飞机的使用安全性。

　 3　改进措施及试验验证结果

3.1 密封工艺验证结果

密封工艺对密封质量起着非常重要的作用，密封时的温度、湿度、涂密封剂前的准备工作、清

洁工作和密封剂固化时间都会影响密封质量的好坏。针对连接结构涂层开裂现象，重新设计制

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某型飞机典型连接结构密封剂失效问题及改进方法海军飞机结构的腐蚀/损伤涉及多种类型、多种结构/部位，其中紧固件连接部位接触腐蚀和缝隙腐蚀、防护层局部失效就是典型腐蚀失效形式之一。机械紧固连接件是飞机结构中典型的关键性部件之一，其使用寿命直接影响结构的安全性和可靠性。特别是对于在海洋环境下服役的飞机，长期遭受潮湿空气、海水和盐雾等恶劣环境的影响，在使用环境与载荷环境的交互或协同作用下，疲劳裂纹往往从应力集中处萌生和扩展，从而导致结构的疲劳破坏。飞机连接结构件的紧固件区域是易腐蚀部位，高空低温飞行时结构承受交变载荷，紧固件区域涂层体系易出现开裂倾向，盐雾等腐蚀性气体或介质易侵入紧固件区域的缝隙导致腐...

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