趙連紅，劉成臣，何衛(wèi)平，王浩偉

（中國(guó)特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門 448035）

XM 系列聚硫密封劑由于較好的性能在飛行器上廣泛運(yùn)用，比如飛機(jī)結(jié)構(gòu)部位中鉚接、焊接和螺紋接頭、儀表等密封部位[1-2]，飛機(jī)結(jié)構(gòu)部位的密封設(shè)計(jì)往往與裝配形式、密封劑涂覆形式和密封形式有關(guān)[3-4]，如何通過(guò)選取正確的密封組合形式來(lái)提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性能是急需解決的一個(gè)問(wèn)題。在高濕高熱強(qiáng)紫外海洋環(huán)境下[5]，密封組合形式選用不當(dāng)往往造成飛機(jī)在首翻期之前就出現(xiàn)油箱滲油、氣密區(qū)泄漏等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重影響飛機(jī)出勤率的同時(shí)，給飛機(jī)飛行也帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患。為解決飛機(jī)結(jié)構(gòu)密封性能問(wèn)題，不少學(xué)者從密封劑性能[6-8]、密封劑工藝[9-12]以及密封劑老化研究方面作了研究，為密封劑有效性和可靠性找到了重要的評(píng)價(jià)方法。

文中針對(duì)飛機(jī)不同密封部位結(jié)構(gòu)及受載特點(diǎn)，從影響結(jié)構(gòu)密封性能的三個(gè)方面，即結(jié)構(gòu)密封形式、結(jié)構(gòu)裝配形式、結(jié)構(gòu)密封劑涂覆形式等，開展影響結(jié)構(gòu)密封性能的試驗(yàn)研究。目的在于提高飛機(jī)密封結(jié)構(gòu)密封性能，同時(shí)為工程技術(shù)人員在飛機(jī)結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)過(guò)程中提供參考和借鑒[13-15]。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)件

試驗(yàn)采用硫化密封劑 XM22，試驗(yàn)件為鉚接試樣，試驗(yàn)件尺寸為221 mm×70 mm×205 mm。其材料為常用的LY12-T4鋁合金材料，鉚釘牌號(hào)為HB6306-5。其表面處理采用硫酸陽(yáng)極，采用S06-1010H底漆涂層體系，見表1。按照密封劑施工工藝規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)范加工試驗(yàn)件，試驗(yàn)件如圖1所示。

表1 密封性能試驗(yàn)件清單

1.2 密封組合形式

開展密封性能試驗(yàn)，分別從密封形式、裝配形式、涂覆形式開展密封性能研究。其中，密封形式分為貼合面密封和未貼合面密封，裝配形式分為干涉裝配和濕裝配，涂覆形式分為部分涂覆和全涂覆。

1）貼合面密封指在結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)貼合面之間采用密封劑或者膠膜消除結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間縫隙，達(dá)到防止電解液積聚、預(yù)防和控制貼合面腐蝕的目的。

2）裝配形式。干涉裝配指連接結(jié)構(gòu)采用過(guò)盈配合安裝裝配的，具有自身密封作用；濕裝配指連接結(jié)構(gòu)采用間隙配合安裝的同時(shí)連接孔與緊固件之間采用密封劑密封。

3）涂覆形式。部分涂覆針對(duì)緊固件連接結(jié)構(gòu)形式采用密封劑封包處理，全涂覆指緊固件連接結(jié)構(gòu)表面全部采用密封劑密封。

結(jié)構(gòu)典型密封形式如圖2所示，密封性能試驗(yàn)件清單見表2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用主要設(shè)備為疲勞試驗(yàn)機(jī)，其量程為250 kN。設(shè)備指標(biāo)：載荷精度為示值的±0.5%，試驗(yàn)速度為(0.0005～500)mm/min，速度精度為±0.1%，位置精度為示值的±0.1%或者0.01 mm，位置顯示分辨率0.001 mm。

1.4 載荷大小

密封性能試驗(yàn)在（25±5）℃，RH為 30%～60%的條件下開展。試驗(yàn)的加載頻率 f=2 Hz，應(yīng)力比R=0.1，試驗(yàn)載荷最大名義應(yīng)力 σmax1=80 MPa，σmax2=200 MPa，采用等幅正弦波形式，加載次數(shù)均為20 000次。

1.5 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)件制備完畢后，對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行外觀檢測(cè)，剔除表面有損傷的試驗(yàn)件。按照按GJB 1997—1994《金屬材料軸向腐蝕疲勞試驗(yàn)方法》第5部分第5.4條試驗(yàn)程序開展密封性能試驗(yàn)，高應(yīng)力永久密封部位試驗(yàn)件的載荷大小為 σmax2，間隙裝配常拆卸密封部位試驗(yàn)件的載荷大小為 σmax1。試驗(yàn)件加載形式如圖 3所示，采用密封盒為試驗(yàn)件提供燃油浸泡環(huán)境，確保試驗(yàn)件在載荷試驗(yàn)過(guò)程中其密封部位始終浸泡在燃油中。按照加載要求完成試驗(yàn)后，清洗試驗(yàn)件表面油污，然后在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件溫度 15～35 ℃和相對(duì)濕度不高于50%的條件下干燥試驗(yàn)件24 h，放在干燥器皿中短期保存（不應(yīng)造成二次污染），等待檢驗(yàn)。檢查記錄試驗(yàn)件外表有無(wú)破壞損傷，主要對(duì)試驗(yàn)件對(duì)縫處、密封劑邊緣處等部位進(jìn)行檢查。解剖拆卸試驗(yàn)件，檢查試驗(yàn)件內(nèi)部密封部位有無(wú)滲油現(xiàn)象。

表2 密封性能試驗(yàn)件清單

2 結(jié)果與討論

2.1 涂覆形式對(duì)于密封性能影響

試驗(yàn)考察涂覆形式對(duì)于密封性能的影響，涂覆形式分為全涂覆和部分涂覆兩種形式，有40件全涂覆和40件部分涂覆。涂覆形式分別與裝配形式和密封形式組成8種結(jié)構(gòu)密封組合方式，見表2。經(jīng)過(guò)密封性能試驗(yàn)后，通過(guò)試驗(yàn)件外觀檢測(cè)，保持裝配形式和密封形式一致的情況下，分別比較全涂覆和部分涂覆對(duì)密封性能影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：在2種應(yīng)力水平作用下，采用部分涂覆、未貼合面密封、濕裝配的形式與采用全涂覆、未貼合面密封、濕裝配形式的對(duì)比，部分涂覆試驗(yàn)件均沒有出現(xiàn)密封膠邊緣剝離的情況，而全涂覆試驗(yàn)件中有6件密封劑邊緣出現(xiàn)剝離，程度較輕。剝離原因在于密封膠全涂覆易導(dǎo)致試驗(yàn)件密封部位膠膜厚薄不一致，致使試驗(yàn)件表面膠膜單位面積內(nèi)受載不均，從而導(dǎo)致密封膠膜發(fā)生剝離現(xiàn)象，如圖4所示。

2.2 裝配形式對(duì)于密封性能影響

裝配形式分為干涉裝配和濕裝配兩種，其中裝配形式分別與密封形式和涂覆形式組成8種組合形式。試驗(yàn)結(jié)束后保持密封形式和涂覆形式一致，分別比較干涉裝配和濕裝配對(duì)密封性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在高應(yīng)力水平下，采用部分涂覆、未貼合面密封、濕裝配組合形式中有 5件試驗(yàn)件在解剖后內(nèi)部密封部位出現(xiàn)滲漏。在低應(yīng)力水平下，試驗(yàn)件膠膜未出現(xiàn)破壞損傷和滲漏現(xiàn)象。分析其滲漏原因在于：試驗(yàn)件在高應(yīng)力水平下，鉚釘與試驗(yàn)件間隙內(nèi)密封膠受力變形大，導(dǎo)致鉚釘頭部密封膠變形剝離形成滲漏源，從而導(dǎo)致滲漏現(xiàn)象發(fā)生，如圖5所示。其余試驗(yàn)件完好，無(wú)損傷破壞和滲漏現(xiàn)象。

2.3 密封形式對(duì)于密封性能影響

密封形式分為貼合面密封和未貼合面密封兩種形式，其中貼合面密封分別與裝配形式、涂覆形式組成8種組合方式。試驗(yàn)結(jié)束后保持裝配形式和涂覆形式一致的情況下，分別對(duì)比貼合面密封和未貼合面密封對(duì)于密封性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在2種不同應(yīng)力水平作用下，未采用貼合面密封的試驗(yàn)件都有不同程度的密封膠剝離和滲漏現(xiàn)象，如圖6所示。采用貼合面密封的試驗(yàn)件中僅有2件出現(xiàn)密封膠膜剝離，無(wú)滲漏現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明貼合面密封能有效提高結(jié)構(gòu)的密封性能。

3 結(jié)論

文中從密封形式、涂覆形式和裝配形式等3個(gè)方面研究其對(duì)結(jié)構(gòu)密封性能的影響。其中涂覆形式分為全涂覆和部分涂覆；裝配形式分為干涉裝配和濕裝配2種形式；密封形式為貼合面密封和無(wú)貼合面密封。通過(guò)開展密封性能試驗(yàn)、后期試驗(yàn)件解剖檢測(cè)，得到以下結(jié)論。

1）選擇正確的密封組合形式，比如貼合面密封、濕裝配、部分涂覆的組合形式，不但密封性能好，而且對(duì)于飛機(jī)減重方面也具有較大幫助。未貼合面密封、濕裝配、全涂覆的組合形式，密封性能不好，同時(shí)也增加飛機(jī)質(zhì)量。選擇正確的密封組合形式對(duì)于提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)密封性能以及減輕飛機(jī)質(zhì)量有重要意義。

2）按照飛機(jī)結(jié)構(gòu)部位結(jié)構(gòu)及受載特點(diǎn)選擇不同結(jié)構(gòu)密封組合形式，在飛機(jī)應(yīng)力較高、不常拆的密封部位應(yīng)選擇貼合面密封、干涉裝配、部分涂覆的密封組合形式的密封性能較好。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求間隙裝配、常拆卸的密封部位選擇貼合面密封、濕裝配、部分涂覆的密封組合形式的密封性能較好。

3）選擇正確密封組合形式后，密封過(guò)程工藝質(zhì)量控制非常重要，特別是飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封膠施工工藝質(zhì)量達(dá)不到質(zhì)量要求，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)密封性能不好的主要原因。比如，密封膠厚薄不一致、密封劑固化質(zhì)量、密封膠封包不滿足要求等。做好密封工藝質(zhì)量控制對(duì)于提高結(jié)構(gòu)密封性能有重要意義。

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