结构用的螺栓,非结构用的螺丝钉,确实都这么讲究。而且什么地方用什么螺钉,在 AIPC(飞机图解部件手册)都有非常详细的信息。所有事情都有例外,比如厨房卫生间边条的固定螺钉,但相对来说这些是无关紧要的。
一般飞机制造公司选用螺栓螺钉时,会用航空工业标准的产品。比如说美军标 MS,美航空标准 NAS 等。标准由相关的标准委员会根据研究、实验、使用结果确定。如果某标准件公司想把它的产品推向航空市场,那么它就得把它的产品送到第三方的认证机构作各种各样的实验,完全符合标准后才能用到飞机上。
波音公司的紧固件用它自己的标准:铆钉的件号开头是 BACR;螺栓的件号开头是 BACB;螺帽件号开头是 BACN……同样的,一家紧固件公司想在波音飞机用它的产品,也得到第三方的认证机构去认证,这个过程是要花费很多钱的。
铆钉
用来造飞机机身的材料,主要是密度低,强度高的铝合金。最常用的铝合金系列是铝铜合金系列 2XXX,代表合金是 2024,国内叫硬铝;和铝锌合金系列 7XXX,代表合金是 7075,国内叫超硬铝。
2024 抗拉伸性能好,所以用来做机身、大翼下半部蒙皮,7075 抗挤压性能好,所以用来做机身、大翼上半部蒙皮,以及龙骨梁、隔框、桁条(这三个就算是骨架了)。遗憾的是,这两种铝合金的可焊接性很差,只能是用铆接,而不是焊接了。
当然话也不能说死,有一种飞机的方向舵、升降舵尾端蒙皮,很薄的一层蒙皮,用一层很薄的衬里(有点像镶边、骨衬)加强,用的就是点焊,老技术了。
如果采用现代汽车行业的点焊工艺,是不是就得使用焊接性能非常好的钢板来造飞机啊?钢架结构的飞机是有的,不是主流。
飞机上有焊接的铝合金部件,是焊接性能和抗腐蚀性能很好的铝镁合金系列 5XXX,代表合金是 5056,典型部件是飞机外挂油箱和液力管。
飞机上用的紧固件的种类之多,一般人是难以想象的。一架飞机上的紧固件之多,也是一般人难以想象的。举例来说,一架波音 747-400 飞机,有 600 万多个零部件,其中半数是紧固件。

飞机上常用的 MS20426AD3 铆钉
简单地、挂一漏万地介绍一下飞机上的铆钉。凡是上飞机的部件,都是要经过标准认证的。有的是行业协会的标准,比如 AN(Army/Navy,陆军海军)标准;MS(Military Standard),NAS(National Aerospace Standard),等等, 也有飞机公司自己的标准,比如波音公司的标准,以 BAC 开头,铆钉标准是 BACR(Rivet);垫圈标准是 BACW(Washer);螺母标准是 BACN(Nut)等等。
单说这铆钉的标准件号里,包含的信息就不少。制造实心铆钉,要依据美国联邦规范 QQ-A-430。接下来,按照 MS 或 NAS 系统来标识铆钉。我们至少需要知道一颗铆钉的如下信息:

铆钉头的外形
1/铆钉头的形状
2/铆钉的材质
3/铆钉杆的直径
4/铆钉的长度

铆钉头部都有材质识别标志
举例:MS20470AD4-5
MS20=美军标紧固件 20 类
470=铆钉头的代码,universial head,扁圆头(从 AN 标准继承来的,AN 那里的件号是 AN470)
AD=铆钉材质的代码(材料是 2117 铜铝合金,含铜 2.6%,强度(strength)是 27,000psi)
4=铆钉杆的直径是 4/32=1/8 英寸,直径以 1/32 英寸进位。
5=铆钉杆的长度是 5/16 英寸,长度以 1/16 英寸进位。
AD 铆钉的铆钉头中央,有个小凹坑作为识别标志。

常见的铝铆钉的材质还有
2017(D):含铜 4%,强度 30,000psi,铆钉头标识是一个凸起的小圆点。
2024(DD):含铜 4.4%,强度 35,000psi。铆钉头标识是两道凸起的线。
2017 和 2024 铆钉又叫冰箱铆钉,需要热处理。小直径的 2017(D)铆钉不需要热处理,大直径的需要。所有的 2024(DD)铆钉都需要热处理。
DD 铆钉,从材料库领出来的时候,热处理状态是 T4,直接安装是打不动的。必须先在热处理炉里 930F-950F 温度范围保温 1 小时退火,然后再冷水中淬火,然后放到冰冷的一种酒精(Isopropyl alcohol)里,放到冰箱里,用时取出。从冰箱里取出后,必须在 20 分钟内安装好,否则铆钉枪就打不动了。能打动也会发生裂纹。打好的 DD 铆钉的热处理状态是 T31。
最近一次安装冰箱铆钉,持铆钉枪打铆钉的是个新手,没有经验,掌握不好力度,一颗铆钉打几次,结果发现有的铆钉出现裂纹,必须重新打。安装冰箱铆钉的要点就是力度合适,一气呵成,一次成功。

使用铆钉枪安装铆钉的过程
复合材料上也用铆钉,是特殊的铆钉,出于防腐蚀的考虑,材料只能是钛合金或莫奈合金。要粘接/铆接的复合材料板之间,仍然要涂树脂,或者封严胶(用什么怎么用严格遵守结构修理手册)。铆钉杆上涂封严胶,然后装入铆钉孔安装。复合材料铆钉安装有个特殊要求,就是不能用普通的冲击式铆枪,只能用挤压式的,复合材料怕冲击。

复合材料上使用普通铆钉会引发材料的损坏

必须使用特殊铆钉(右)

打铆钉的现场情景是这样的

着两张照片都是二战时期的,那时候的飞机外部还都是这种近似圆头的铆钉。现在的飞机讲究多了,刚出厂的飞机,机身外部一般都用平头铆钉,有些飞机也会在机身外部用到圆头铆钉,但都是在机身尾部气动影响不大的地方
这两张照片上的工人,都没有戴护耳。打铆钉会产生很大的声响。打 3/32、1/8 英寸小直径的铆钉,不带护耳也没啥。如果是打 5/32、3/16 英寸直径铆钉,特别是在封闭环境里,那最好是戴上了。当然,干活是干活,宣传是宣传,可能戴上护耳照相影响整体画面的美观。
2010 年我就遇到过这么一次,一架 B737-200 做非常大的修理,我和搭档打铆钉安装一块很大的加强片,位置是中部机身左侧蒙皮,搭档在外面打铆钉,我在里面拿顶铁。我当时全部老保用品穿戴整齐,一个摄影者就在我后面拍照。工间休息的时候,刚起身准备走,又请求我能不能配合他再照几张。那就配合一下吧,他要求我胳膊这个位置,身体那个位置,脸部这样,目光那样,……,嘿嘿,全都是干不了活的位置。
