Алюминиевые заклепки

Ниже представлены выдержки из практического руководства для американских авиационных механиков по применению алюминиевых заклепок при ремонте самолетов. Начинающим это будет полезно для первого ознакомления с алюминиевыми заклепками, знатоки-профессионалы могут сравнить американскую практику с отечественной, в том числе, при ремонте алюминиевых лодок и катеров.

Алюминиевые заклепки «под молоток»

Заклепки со сплошным стержнем – заклепки под молоток – являются обычным типом заклепок, которые применяют в самолетных конструкциях. Эти заклепки являются самым старым и самым надежным из всех типов крепежа. Они также широко применяются и при строительстве и ремонте маломерных речных и морских судов, таких как моторные алюминиевые лодки и катера.

Преимуществами заклепок являются относительно низкая стоимость, а также меньшая трудоемкость по сравнению с винтами и гайками. Кроме того, для установки заклепок можно применять автоматические высокопроизводительные инструменты и оборудование.

Заклепки предназначены работать на срез, поэтому их не применяют для соединения толстых материалов или если скрепляемые материала подвергаются растягивающим нагрузкам. Дело в том, что прочность заклепок при растяжении обычно является весьма низкой по сравнению с их прочностью на срез. Чем больше общая толщина соединяемых листов, тем труднее хорошо соединить их с помощью заклепок.

Клепаные соединения в принципе не являются герметичными, если при клепке не применять специальные герметики или прокладки. Поскольку заклепки ставятся «на постоянно», то для того, чтобы их снять их высверливают, что является довольно трудной задачей.

Сущность заклепки как крепежа

До установки заклепка состоит из гладкого цилиндрического стержня с заводской головкой на одном конце. Чтобы соединить вместе два или более листов металла, заклепку помещают в отверстие диаметром немного больше, чем диаметр самой заклепки. После того, как заклепка установлена в это заранее просверленное отверстие, ее задний конец осаживают или деформирует одним из нескольких способов, от клепки ручным молотком до пневматических клепочных инструментов. В результате этих действий стержень заклепки расширяется до диаметра примерно в полтора раза больше исходного. Так образуется вторая головка заклепки, которая прочно держит вместе соединяемые материалы.

Головка алюминиевой заклепки

Сплошные заклепки могут иметь различные формы головок, однако так называемая универсальная головка и потайная головка с конусом 100° являются самыми распространенными, по крайней мере, в американских самолетных конструкциях.

Заклепки с универсальной головкой были специально разработаны для самолетостроения для замены как заклепок с обычной полукруглой головкой, так и заклепок с низкой полукруглой головкой («brazier head»).

tipy-golovok-zaklepokРисунок 1 – Головки американских алюминиевых заклепок

Угол потайной головки может меняться от 60° до 120°, но угол 100° был принят как стандартный, так как такая головка с одной стороны, обеспечивает необходимую прочность (на разрыв и срез), а, с другой, минимально выступает из поверхности конструкции. Эту заклепку применяют там, где требуется аэродинамическая гладкость поверхности, например, на высокоскоростных самолетах.

Алюминиевые сплавы для заклепок

Обычно алюминиевые заклепки изготавливают из таких алюминиевых сплавов, как 2017-Т4, 2024-Т4, 2117-Т4, 7050 и 5056.

Отечественным аналогом сплава 2017 является сплав Д1, сплава 2024 – сплав Д16, сплава 2117 – сплав Д18. Алюминиевый сплав 5056 не имеет полного аналога, но близок сплаву АМг5. Алюминиевый сплав 7050 также имеет полного аналога, но относится к сплавам типа В94.

Для ремонта самолетов наиболее часто применяют заклепки из алюминиевого сплава 2117 (отечественный аналог – сплав Д18), так их можно устанавливать в состоянии поставки.

Некоторые «заклепочные» алюминиевые сплавы, например 2024-Т4 (Д16) являются слишком твердыми, чтобы применять их прямо в состоянии поставки, и должны подвергаться закалке перед тем, как их  устанавливать. Закалка заключается в нагреве до температуры около 500 °С и охлаждение в воде. Эти заклепки применяют в так называемом свежезакаленном состоянии. Поэтому обычно эти заклепки закаливают и хранят в холодильнике, чтобы задержать их упрочнение старением. Их достают из холодильника непосредственно перед установкой. Все это создает неудобства для производства и поэтому большинство заклепок из сплава 2024 заменили на заклепки из сплава 7050, которые можно устанавливать прямо в состоянии поставки.

Размеры алюминиевых заклепок

Тип головки, размер и прочность при выборе заклепки зависит от таких факторов, как вид нагрузок, которые воздействуют в месте заклепки, типа и толщины материала, который склепывают и расположение заклепки в самолете. Заклепки с потайной головкой применяют там, где требуется аэродинамическая гладкость поверхности. Универсальные головки могут применяться в большинстве других мест.

Размер (или диаметр) заклепки выбирают в соответствии с общей толщиной склепываемых листов. Если слишком толстую заклепку применить к тонкому материалу, то усилие, которое возникает при установке заклепки, приведет к нежелательному вспучиванию вокруг головки заклепки. С другой стороны, если слишком маленькую заклепку применить для толстого материала, то ее прочность на срез будет недостаточной, чтобы нести нагрузку в месте этого соединения.

Общим правилом при выборе диаметра заклепки является следующее: диаметр заклепки должен быть, по крайней мере, в 2,5-3 раза больше толщины самого толстого из соединяемых листов. При ремонте самолетов наиболее часто применяют заклепки диаметром от 2,5 до 9,5 мм (от 3/32 до 3/8 дюйма). Заклепки диаметром меньше 2,5 мм никогда не применяют для конструкционных элементов, которые несут нагрузку.

Другим способом определения размеров заклепок, который можно применять, является такой: умножить толщину обшивки на 3 и взять следующие по размеру заклепки. Например, если толщина обшивки составляет 1,0 мм, то 1,0×3=3,0 мм. Поэтому нужно брать заклепку со следующим после 3,0 мм диаметром, то есть 3,2 мм.

Как правило, применяют заклепки из того же или близкого алюминиевого сплава, что и у материала, который будут склепывать. Например, применяют заклепки из сплавов 1100 (АД) и 3003 (АМц) для деталей из сплавов 1100 и 3003 и заклепки из сплава 2117 (Д18) для деталей из сплавов 2017 (Д1) и 2024 (Д16).

Контроль качества установки заклепок

Размер заклепанной головки является визуальным критерием для контроля правильной установки заклепки. Обычные требования к размерам отклепанной головки показаны на рисунке 2.

tipy-zaklepokРисунок 2 – Требования к размерам головок установленных алюминиевых заклепок (см. рисунок 4 по маркировке заклепок)

Проектирование установки алюминиевых заклепок

Установка заклепок начинается с уяснения следующих вопросов:

  • требуемое количество заклепок;
  • правильный размер и тип заклепок;
  • материал заклепок;
  • состояние материала заклепок и их прочность;
  • размер отверстий под заклепки;
  • расстояние между отверстиями;
  • расстояние между отверстиями и краем заплаты.

Все эти расстояния измеряются в диаметрах заклепки.

Длина заклепки

Чтобы определить общую длину заклепки, которую нужно установить, необходимо знать общую толщину соединяемых материалов, например, листов. Полная длина заклепки равна сумме общей толщины листов и длина стержня заклепки, которая необходима для формирования правильной головки заклепки. Эта часть длины заклепки составляет полтора диаметра заклепки (рисунок 2).

Прочность заклепки

При ремонте конструкционных элементов самолета или лодки прочность устанавливаемых заклепок имеет первоочередную важность. Если при ремонте применяются заклепки, которые имеют более низкую прочность, чем исходные, «родные», заклепки, то они должны большего диаметра, чтобы компенсировать эту «недостачу» прочности. Например, заклепки из сплава 2024-Т4 можно заменять на заклепки из сплавов 2117-Т4 или 2017-Т4 только, если при этом применяются заклепки на размер больше.

Заклепки из сплава 2117-Т4 применяют при общих ремонтных работах самолета, так как они не требуют предварительной термической обработки, являются весьма пластичными и в тоже время достаточно прочными. Кроме того, эти заклепки имеют высокую коррозионную стойкость при применении с большинством типов алюминиевых сплавов.

Прочность на срез различных заклепок

Прочность установленных американских заклепок на срез показана на рисунке 3.

prochnost-zaklepok-americaРисунок 3 — Типичные величины прочности на срез установленных заклепок
из различных алюминиевых сплавов

Американская маркировка заклепок

Прочность алюминиевой заклепки узнают по виду клейма на головке или отсутствию клейма (рисунок 4).

markirovka-zaklepok-americaРисунок 4 – Американская маркировка алюминиевых заклепок

Маркировка алюминиевых заклепок по ГОСТ 14803-85

Для сравнения на рисунке 5 приведена система маркировки алюминиевых заклепок по ГОСТ 14803-85.

markirovka-zaklepok-gostРисунок 5 – Маркировка алюминиевых заклепок по ГОСТ 14803-85

Источник: The Aviation Maintenance Technician Handbook—Airframe, 2012