通過式拋丸機噴丸強化飛機鋁合金構件

飛機蒙皮、梁等鋁合金重要結構件，在服役前通常采用通過式拋丸機噴丸處理，以提高構件的性能。由于受使用年限、外界環境等多方面的影響，鋁合金表面會出現不同程度的腐蝕產物、凹坑等缺陷。構件經維護處理后，表面的腐蝕產物、蝕坑等缺陷也難以      或復原，因此會降低構件本身的能力。針對這種狀況，分析鋁合金噴丸構件腐蝕前后的抗應力腐蝕、腐蝕疲勞性能變化，以及探討腐蝕后的噴丸構件表面是否需要再噴丸處理，會對鋁合金構件的維修具有很好的指導意義。
　　鋁合金會因腐蝕直接造成重大的災難性后果，以民用大型客機B747為例，1985年的日航空難、2002年的臺灣華航空難，分別造成524人、225人遇難，其原因分別為機身增壓艙端框應力腐蝕斷裂、飛機尾翼的腐蝕疲勞裂紋。另外，腐蝕也是航空器一種   主要的損傷形式，目前航空器用于腐蝕檢查及修理的費用超過總維護費用的25%；隨著服役時間的延長，飛機結構件的腐蝕損傷越來越突出，給飛行   帶來的隱患。
　　目前，鋁合金仍是民用航空器的主要材料，例如波音777飛機的機體結構中，鋁合金約占總重的70%。由于7075鋁合金是飛機蒙皮、翼梁、長析等主要受力構件的常用材料，為此，選用7075鋁合金并且在應力作用下，進行應力腐蝕及疲勞斷裂的規律分析，以便于航空構件選用合適的腐蝕預防及控制方法。
　　由于通過式拋丸機噴丸表面的殘余應力、組織能夠提高結構件的強度和能力，因此，飛機蒙皮、梁等關鍵構件投入使用前通常進行噴丸處理。在腐蝕環境中經過長期服役后，飛機構件會因表面出現的腐蝕凹坑等缺陷，導致噴丸效果的衰減、消退。腐蝕構件經維護處理后，表面的腐蝕凹坑難以填充復原，腐蝕產物也難以      ，因此會降低構件本身的結構強度和能力。針對這種狀況，腐蝕維護處理后的飛機構件可否再進行表面噴丸處理，以弱化腐蝕缺陷的影響，恢復構件原有的性能，會對飛機構件的維修方法具有很好的指導意義。
　　通過式拋丸機噴丸處理技術起源于上世紀20年代。1948年，   就已經頒發了SAEJ808a噴丸手冊。2014年9月，在德國Gosh：舉辦的第十二屆   噴丸會議，   了噴丸技術的交流和推廣應用。上世紀60年代，由于飛機構件因疲勞失效而斷裂的現象不斷發生，為此對飛機的一些重要構件進行噴丸處理，且成本較低，從而被廣泛應用于空客、波音、龐巴迪客機機翼等結構件的成形。目前   波音、普惠、通用電氣以及英國羅羅等航空企業均制定了一系列嚴格的噴丸工藝要求和技術規范。
　　從20世紀50年代開始，王仁智、李金魁等我國人員在噴丸處理技術各方面做了大量的研究工作。在國內航空應用，航空航天工業部分別在1981年、1988年發布了《航空零件噴丸通用說明書》(HB/Z26-81)，《航空材料噴丸手冊》。
　　2006年，噴丸技術被應用于國產ARJ21支線客機機翼的預應力整體壁板成形。西飛公司采用大直徑彈丸、以及超聲波噴丸方法，解決了超臨界、加厚蒙皮、高筋壁板的技術問題；利用陶瓷丸噴丸、旋片噴丸技術，分別解決了薄壁件變形、復雜半封閉區域的缺陷。
　　噴丸處理技術的機理主要分為如下兩個方面：
　　(1)殘余應力。表面未噴丸處理的構件，其疲勞源一般萌生于表面，在外載荷的作用下，當表層外加拉應力高于疲勞   ，易導致材料斷裂失效。噴丸后構件表層形成的殘余壓應力，會與外加載荷的應力結合形成實際合應力，使構件   大的合成拉應力出現在次表面。當表層合應力下降后低于材料的疲勞   時，表面層會對表層裂紋的萌生及擴展產生作用，從而提升了構件的和性能。
　　(2)組織。從微觀機理來說，材料未噴丸時，由于內部的位錯運動及晶?；?，容易在構件表面產生錯位并形成應力集中源；而材料噴丸后，表面噴丸區域會產生塑性變形層，導致位錯密度增多，晶格產生畸變，出現亞晶界和晶粒細化，在相同的應力條件下，與內部基體相比，表面噴丸層內的位錯   難以運動，因此能夠提高材料的和腐蝕性能。特別是高溫環境服役的零件，噴丸形成的殘余壓應力場容易松弛消失，這時組織會對疲勞性能的起著主要作用。