铆钉防护对其导电性能影响研究

苏佳文，李林波，刘泽

（航空工业直升机设计研究所，江西景德镇，333001）

关键字：直升机；电搭接；铆接；氧化防护

0 前言

随着目前直升机工业的发展，在直升机制造过程中电磁兼容问题越来越受到了人们的关注，为了给直升机各个部件提供良好的导电性，正确恰当的电搭接对于保障直升机的飞行安全变得尤为重要[1-3]。保持良好的电搭接能够有效的防止人员在空中和地面遭受电击伤害，为所有设备提供相同的基准电位，降低飞机上有着不同电位差的导电部件间因重复接触而产生的感应干扰，防止静电电荷积聚、通过提供低阻抗通路降低雷电危害，避免产生机械故障或由电弧引起的失火，降低电晕放电效应的影响，确保良好的屏蔽，通过低阻抗通路接地防止辐射、使天线获得良好的配重。本文针根据在现场铆接过程中对铆钉HB6231半圆头钉和HB6315埋头钉做电搭接时，对于是否需要去除铆钉其表面氧化防护层进行试验探究，根据试验结果分析讨论，铆钉氧化防护层对其导电性能的影响。

1 电搭接类型

通常电搭接设计主要是为了让飞机各个部件、设备、附件与基本结构之间形成了一个稳定的低阻抗的通路，使得整体结构构成一个低阻抗的等电位体。目前电搭接可以分为两种直接搭接和间接搭接[4-5]。

直接搭接是两个裸金属或者导电性好的金属特定部位表面直接接触，导体之间直接建立起良好的通路，直接搭接一般通过焊接工艺在结合处建立起一种熔接的金属搭接，其次利用紧固件结构（螺栓、铆钉等）在搭接表面保持较大的接触面积和贴合程度来获得通电的连续性。

其中铆接搭接属于紧固件结构搭接的一种，铆接搭接主要用来实现结构件之间的搭接，主要导电机理如表1所示，半圆头钉和埋头钉2种铆钉电搭接所形成的通路，对于实心半圆头铆钉来说导电路径主要经过铆钉轴，对于实心埋头钉来说导电路径主要经过铆钉轴和锥形钉头，通过铆钉的传导，实现了两种材料的电搭接，两种材料可代表需要搭接的金属部件、碳纤维复合材料或者带有铜网的玻璃纤维复合材料。

表1 -2种铆钉搭接

间接搭接是需要通过采用搭接带或者其他辅助导体把两种需要搭接的材料相互连接，使用搭接线搭接时，应注意不要产生任何妨碍。搭接线应尽可能短，不要形成回路，以免产生寄生电容效应。如图1所示，间接搭接这种方式适用于天线（或灯）座和支承结构都是导电材料时的装配，装配时在结构件一边用0.11mm直径蒙乃尔铜-镍合金扁平编制密封条进行搭接，它首先有效地保护了天线支撑表面。确保支撑面上的天线/结构导电性均匀分布，使高频段达到良好的电搭接，天线座上达到良好的密封性。

图1 天线支座搭接

2 试验过程

通过以上关于电搭接的介绍，对于铆接搭接我们可以看出，铆钉是电传导其中的一部分，铆钉的电阻会影响电搭接效果，所以铆钉的氧化防护层对于铆钉电阻的影响关系到了其铆接过程中电搭接效果。如表2所示，电搭接搭接类型等级分为4个等级，每个等级的接触电阻也不同，为了验证HB6231和HB6315的铆钉的表面氧化防护层能否对其导电性能等级产生影响，进行了实验探究。

表2 搭接类型等级

2.1 试验材料及设备

本文所用铆钉材质为铝钉HB6231半圆头钉和HB6315埋头钉[6]。具体数据如表3所示。

表3 材料标准

试验件为小板50mm×20mm×2mm（长×宽×厚），材质为铝合金，如图2所示，对试验件按相应标准做防护并喷漆。

图2 试验件

测量设备：电阻测量仪

电阻测量仪：可应用于飞机制造阶段，以及现场维护测试中飞机接触测试点，通过手握式测试探头，精确测量试验件各个测试点之间的电阻值，量程分别为0-20mΩ，0-2000mΩ，如图3所示。

图3 电阻测量仪

2.2 试验内容

试验步骤具体如下：

对于HB6231半圆头钉:

(1）将5个试验件分别用“未打磨去除防护层”和“打磨去除防护层”的HB6231实心钉铆接起来，形成试验组件，如图4所示。

图4 试验件组件

(2）如图5所示，在整个试验组件件上选取5个测量点，分别为a,b,c,d,e，并打磨掉各个测量点漆层防护，以便电阻测量仪的探头能够接触到试验组件测量电阻值。

图5 测试试验

(3）通过电阻测量仪，测量a-c,b-c,c-d,d-e和a-e各个测量点间的电阻值，分别记做R1、R2、R3、R4、R。

对于HB6315实心埋头钉:则需重复上述试验步骤，可以得到“未打磨去除防护层”和“打磨去除防护层”的试验组件各个测量点间R1、R2、R3、R4、R的电阻值。

3 结果与分析

对于4组试验件，如图6所示，通过电阻测量仪的探针接触各个测量点，当电阻测量仪屏幕显示的电阻不发生波动时，可以得到R1、R2、R3、R4、R各个测量点的电阻值，并进行记录。

图6 -4组试验件

将测量的电阻值R1、R2、R3、R4,整理可以得到图7，如图7所示，通过图中可以看出，2种铆钉未打磨氧化防护层的电阻值要比打磨掉氧化防护层的电阻值稍高一点，但是并没有影响其搭接等级。

图7 两种铆钉的电阻值

为了进一步说明其铆钉氧化防护对其铆钉导电性能影响不大，统计了整个试验组件的电阻R和单一铆钉状态的平均值,其中平均值,可以得到表4-单一铆钉和试验组件的状态。

表4 单一铆钉和试验组件状态

通过表4中的数据可以看出对于HB6231半圆头钉和HB6315埋头钉的单个铆钉状态有无氧化防护层对于其导电性能的影响并不大，HB6231半圆头钉的未打磨去除防护层的阻抗仅仅比打磨去除防护层的铆钉大于0.005 mΩ，HB6315埋头钉的未打磨去除防护层的阻抗仅仅比打磨去除防护层的铆钉大于0.0075 mΩ几乎可以忽略不计，且两种铆钉的试验组件整体的电阻变化也不大，所以HB6231半圆头钉和HB6315埋头钉的表面氧化防护层对其导电性能基本上无影响，并不会影响其电搭接等级。

4 结论

针对某型直升机在铆接过程中，对于铆钉做电搭接时，根据技术文件规定需要对铆钉进行了去除氧化防护层处理之后在进行铆接，为探究铆钉防护对其导电性能的影响，进行了铆钉防护对其导电性影响试验，通过试验可以得到如下结论：

（1）对于HB6231半圆头钉和HB6315埋头钉，表面氧化防护层对其铆钉的导电性能影响的并不大，几乎可以忽略不计，并不会影响电搭接等级。

（2）通过试验验证了目前车间所实施的工程技术文件有需要优化改进的地方，可以取消该项工序，可以减轻铆接工人工作量，提高了生产效率，同时也避免了在打磨铆钉表面防护层时损伤铆钉本体。