通过式抛丸机喷丸强化飞机铝合金构件

飞机蒙皮、梁等铝合金重要结构件，在服役前通常采用通过式抛丸机喷丸处理，以提高构件的性能。由于受使用年限、外界环境等多方面的影响，铝合金表面会出现不同程度的腐蚀产物、凹坑等缺陷。构件经维护处理后，表面的腐蚀产物、蚀坑等缺陷也难以      或复原，因此会降低构件本身的能力。针对这种状况，分析铝合金喷丸构件腐蚀前后的抗应力腐蚀、腐蚀疲劳性能变化，以及探讨腐蚀后的喷丸构件表面是否需要再喷丸处理，会对铝合金构件的维修具有很好的指导意义。
　　铝合金会因腐蚀直接造成重大的灾难性后果，以民用大型客机B747为例，1985年的日航空难、2002年的台湾华航空难，分别造成524人、225人遇难，其原因分别为机身增压舱端框应力腐蚀断裂、飞机尾翼的腐蚀疲劳裂纹。另外，腐蚀也是航空器一种   主要的损伤形式，目前航空器用于腐蚀检查及修理的费用超过总维护费用的25%；随着服役时间的延长，飞机结构件的腐蚀损伤越来越突出，给飞行   带来的隐患。
　　目前，铝合金仍是民用航空器的主要材料，例如波音777飞机的机体结构中，铝合金约占总重的70%。由于7075铝合金是飞机蒙皮、翼梁、长析等主要受力构件的常用材料，为此，选用7075铝合金并且在应力作用下，进行应力腐蚀及疲劳断裂的规律分析，以便于航空构件选用合适的腐蚀预防及控制方法。
　　由于通过式抛丸机喷丸表面的残余应力、组织能够提高结构件的强度和能力，因此，飞机蒙皮、梁等关键构件投入使用前通常进行喷丸处理。在腐蚀环境中经过长期服役后，飞机构件会因表面出现的腐蚀凹坑等缺陷，导致喷丸效果的衰减、消退。腐蚀构件经维护处理后，表面的腐蚀凹坑难以填充复原，腐蚀产物也难以      ，因此会降低构件本身的结构强度和能力。针对这种状况，腐蚀维护处理后的飞机构件可否再进行表面喷丸处理，以弱化腐蚀缺陷的影响，恢复构件原有的性能，会对飞机构件的维修方法具有很好的指导意义。
　　通过式抛丸机喷丸处理技术起源于上世纪20年代。1948年，   就已经颁发了SAEJ808a喷丸手册。2014年9月，在德国Gosh：举办的第十二届   喷丸会议，   了喷丸技术的交流和推广应用。上世纪60年代，由于飞机构件因疲劳失效而断裂的现象不断发生，为此对飞机的一些重要构件进行喷丸处理，且成本较低，从而被广泛应用于空客、波音、庞巴迪客机机翼等结构件的成形。目前   波音、普惠、通用电气以及英国罗罗等航空企业均制定了一系列严格的喷丸工艺要求和技术规范。
　　从20世纪50年代开始，王仁智、李金魁等我国人员在喷丸处理技术各方面做了大量的研究工作。在国内航空应用，航空航天工业部分别在1981年、1988年发布了《航空零件喷丸通用说明书》(HB/Z26-81)，《航空材料喷丸手册》。
　　2006年，喷丸技术被应用于国产ARJ21支线客机机翼的预应力整体壁板成形。西飞公司采用大直径弹丸、以及超声波喷丸方法，解决了超临界、加厚蒙皮、高筋壁板的技术问题；利用陶瓷丸喷丸、旋片喷丸技术，分别解决了薄壁件变形、复杂半封闭区域的缺陷。
　　喷丸处理技术的机理主要分为如下两个方面：
　　(1)残余应力。表面未喷丸处理的构件，其疲劳源一般萌生于表面，在外载荷的作用下，当表层外加拉应力高于疲劳   ，易导致材料断裂失效。喷丸后构件表层形成的残余压应力，会与外加载荷的应力结合形成实际合应力，使构件   大的合成拉应力出现在次表面。当表层合应力下降后低于材料的疲劳   时，表面层会对表层裂纹的萌生及扩展产生作用，从而提升了构件的和性能。
　　(2)组织。从微观机理来说，材料未喷丸时，由于内部的位错运动及晶粒滑移，容易在构件表面产生错位并形成应力集中源；而材料喷丸后，表面喷丸区域会产生塑性变形层，导致位错密度增多，晶格产生畸变，出现亚晶界和晶粒细化，在相同的应力条件下，与内部基体相比，表面喷丸层内的位错   难以运动，因此能够提高材料的和腐蚀性能。特别是高温环境服役的零件，喷丸形成的残余压应力场容易松弛消失，这时组织会对疲劳性能的起着主要作用。