少了一片墊圈,螺帽就從孔裡穿過去:華航 120 號班機在那霸起火,止動塊組件的螺帽外徑 0.408 吋,比它該擋住的孔還小

墊圈看起來是組件裡最不起眼的零件,常被當成分散壓力、保護表面的配角;但在某些組件裡,它承擔的是讓零件留在原位的角色。2007 年 8 月 20 日,華航 120 號班機(波音 737-800,B18616)降落沖繩那霸機場,停妥後右翼漏出的燃油起火,機上 165 人全數逃出、無人傷亡,飛機燒毀。日本運輸安全委員會(JTSB)的調查報告把起點追到右翼縫翼一支主滑軌末端的止動塊組件,而那組零件裡,螺帽直徑實測 0.408 吋,比它應該擋住的止動塊孔 0.414 吋還小,在螺帽與那個孔之間跨住孔口的,是一片墊圈。這篇照報告把它當成一個扣件堆疊來讀:八個零件怎麼排、為什麼少一片墊圈螺帽就穿得過去、沒有墊圈時扭矩扳手為什麼仍可能到值、那片墊圈在哪一次作業掉的,以及報告怎麼評這個設計。閱讀約 9 分鐘。

螺栓、墊圈、兩個開孔的六角塊、襯套與小螺帽沿同一條軸線分解排開;第二個六角塊與螺帽之間空著,原本該在那裡的墊圈以紅色畫在下方、傾斜脫落(示意)。

漏油的破孔,在油箱裡的一個鋁罐上

先把事故經過講到扣件出場為止。依報告的時間紀錄,飛機 10:26:52 落在 18 號跑道,右翼最內側的 5 號縫翼(slat)在 10:27:49 開始收起、10:28:09 收妥, 10:31:57 停在 41 號停機位,約 10:32:53 右發動機後方起火。燃油紀錄的左右差也支持落地後才漏油的推定:落地時右翼油箱比左翼多 10 磅,停妥時反而少了 70 磅。

縫翼收放時,兩支彎曲的主滑軌(main track)跟著前後移動。縫翼完全收起時,主滑軌的後端要穿過機翼前樑的開口往後退,而前樑就是油箱的前壁, 所以每支主滑軌後面都有一個伸進油箱裡的罐子,報告稱為 track can(本頁譯為滑軌罐);這次受損的那一個是鋁合金,長 220 mm、最高 80 mm、最寬 65 mm。 主滑軌末端裝著一組止動塊組件(downstop assembly),縫翼伸到最前面時,靠它頂住固定在機翼前緣的另一個止動塊,讓縫翼停住。

事故兩天後的 8 月 22 日,調查人員在 5 號縫翼內側主滑軌的滑軌罐底面找到破孔:距後端約 60 到 100 mm,含裂紋最長 41 mm、最寬 23 mm,痕跡是從裡面往外推出來的。 一組以螺帽為前端的零件從破孔突進油箱。報告的推論鏈分成幾個確定程度。「止動塊組件從主滑軌脫落、掉進滑軌罐,收縫翼時被主滑軌壓向罐底,螺帽那一端刺穿罐底」,報告用的是最確定的等級「認められる」(認定); 破孔形成於那霸落地後的滑行期間、漏出的燃油在停機後碰到右發動機的高溫部位起火,用的是低一階的「推定される」(推定,不能斷定但幾乎可以確定)。

所以這是一組螺栓與螺帽從主滑軌掉下來的事故。回收時螺帽仍裝在螺栓上,不是螺帽先從螺栓轉出來掉落;螺帽側的墊圈與止動塊則是分開找到的。螺帽還在、組件卻掉了,要先看這組零件怎麼排。

八個零件裡,螺帽比孔小,跨住孔口的是墊圈

報告 2.17.3 節寫明,止動塊組件由 6 種、8 個零件組成,從螺栓頭那一側依序是:螺栓、墊圈、止動塊、襯套(sleeve)、定位件(stop location)、止動塊、墊圈、螺帽。 止動塊是六角形,螺栓孔偏心,轉不同角度可以三段調整縫翼停住的位置;襯套兩端讓兩個止動塊保持同一個角度,定位件則讓止動塊相對主滑軌不轉動。

日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)量了回收的零件。把跟「穿不穿得過」有關的幾個尺寸排在一起:

止動塊組件螺帽側的關鍵尺寸(JTSB AA2009-7,2.16.1、付図 9。單位吋,括號內毫米為本站換算)
零件與部位實測規格
螺帽直徑0.408(約 10.4)0.386–0.420
螺帽側止動塊的孔(定位部,最窄處)0.414(約 10.5)0.410–0.420
主滑軌的孔0.433(約 11.0)0.4395 ± 0.0025
螺帽側墊圈外徑0.625(約 15.9)0.620–0.640
螺帽側墊圈內徑/厚度0.256/0.1030.250–0.270/0.100

換句話說,螺帽比螺帽側止動塊孔的最窄處小 0.006 吋(約 0.15 mm),止動塊孔又比主滑軌的孔小。在螺帽這一側,跨住孔口、讓螺帽能頂住止動塊與襯套的,是外徑 0.625 吋的墊圈。 報告也算了規格值:螺帽如果做到規格上限,會比止動塊孔的最窄處大 0.000 到 0.010 吋,所以照規格比也可能穿得過;回收的實物則實際試過,確認穿得過去。

用一個假設的情境想就清楚了。假設一顆螺帽的六角對邊大於 10.5 mm,拿它去壓一個 10.5 mm 的孔,它自己就跨得住孔口;如果螺帽的外形本身比孔還小, 它自己就擋不住這個孔,只能靠墊圈。這組零件的螺帽屬於後者。報告以「直徑」記錄螺帽尺寸,本頁不推論它的外形細節,只用報告的數字:0.408 比 0.414 小。

報告在 JAXA 調查結果(2.16.1 ⑦)中寫道:沒有墊圈時,從螺帽外徑、止動塊內徑與主滑軌孔徑的關係來看,即使螺帽還鎖在螺栓上,螺帽側的止動塊也會從組件脫出, 接著整組從主滑軌脫落。報告 3.9 節把順序寫成三步:螺帽側墊圈缺了,螺帽側止動塊脫出,組件從主滑軌脫落。這三步用的是「推定される」(不能斷定,但幾乎可以確定)。

兩組螺栓堆疊剖面上下並排:上方螺帽與板之間有一片大墊圈;下方少了墊圈,較小的螺帽已穿進板上的孔,孔緣以紅色標示。
上:有墊圈時,墊圈比孔大,螺帽壓得住。下:少了墊圈,比孔小的螺帽穿進孔裡(依 JTSB 報告 2.16.1 的尺寸關係繪製的示意,零件形狀與比例未照實物)。

沒有墊圈,扭矩扳手為什麼還會到值

這裡會冒出一個疑問:如果少了墊圈,鎖螺帽的時候不會發現嗎?報告的答案是,扭矩扳手可能照樣到值。

回收時,螺栓頭座面到螺帽座面的距離是 1.242 吋(約 31.5 mm),螺帽的位置比組件正常裝在主滑軌上時更靠外。報告 3.8 節列了兩種可能: 一是當時就鎖到這個位置為止;二是當時有鎖到扭矩,之後在運用中鬆到這個位置。對第二種,報告補了一句關鍵的機制: 沒有墊圈時鎖螺帽,螺帽不會頂到止動塊與襯套,而是一路鎖到螺栓的牙端,日文原文是「セットされたトルクで締めたようになる」,看起來就像用設定扭矩鎖好了。

報告只說螺帽會移到螺栓的牙端、呈現看似以設定扭矩鎖緊的狀態,沒有說明牙端的阻力是怎麼來的,也沒有記載扳手的型式。以下是本站的工程解讀:扭矩扳手讀到的是轉動阻力, 讀值本身不能分辨阻力是來自零件被夾緊,還是螺帽走到了牙的盡頭,所以單靠扭矩讀值,不能確認零件是否齊全、是否照預期被夾住。 回收時鎖緊方向量到的扭矩是 26.55 in-lb(約 3.0 N·m);台灣飛安會(ASC)在附於報告的意見書裡建議補充,那是組件脫落後、不在夾緊狀態下量到的殘留扭矩。

兩種可能報告沒有判定是哪一種,本頁也不判定。依作業口述,扳手設在 70 in-lb;作業紀錄未記載異常。本站據此的提醒是:在這組零件上,這兩項資料不足以單獨證明墊圈當時仍在原位。 扭矩與夾緊力之間的關係,本站另有一篇扭矩鎖到規定值,夾緊力卻不一定對。

報告推定,墊圈是在「防止螺帽鬆脫」的那一次作業掉的

報告推定,這片墊圈是飛機製造時就裝上的。它是什麼時候不見的?報告推定的答案帶著一點反諷:在一次為了防止螺帽鬆脫而做的作業裡。

事情要從更早說起。依製造商的資料,到 2005 年 12 月為止,止動塊組件已經有 2 件螺帽脫落的報告,其中 1 件就是 5 號縫翼內側滑軌罐漏油: 鬆掉的螺帽掉進滑軌罐,被主滑軌推著刺破罐子。波音因此在 2005 年 12 月 15 日發出服務信函(Service Letter)737-SL-57-084, 建議找適當的維修機會把螺帽拆下,在螺栓牙上塗防鬆劑,換一顆新螺帽,以 50 到 80 in-lb(約 5.6 到 9.0 N·m)鎖緊。

華航依據修訂版 737-SL-57-084-A(2006 年 3 月 28 日,作業內容未改)編寫工程指令(EO),在 2007 年 7 月 6 日、桃園 C 檢期間對 5 號縫翼內側這一支滑軌做了這項作業,作業紀錄未記載異常;其他主滑軌沒有收到作業指示。 台灣民航局調查、依技師與監督者口述整理的作業經過如下:技師把扭矩扳手設在 70 in-lb(指定 50 到 80);工卡上沒有寫,但他和助手先拆下滑軌前端,讓主滑軌能動,才把止動塊組件對到檢修孔(access hole); 助手固定螺栓頭,技師拆下舊螺帽,在螺栓與新螺帽上刷防鬆劑,裝上新螺帽鎖到 70 in-lb;整組沒有拆下來。檢修孔很小,作業中看不到止動塊組件。 日文報告記載的口述是:作業結束後沒有再注意墊圈,也沒察覺有沒有東西掉下去。技師也沒有向監督者報告作業時必須拆下滑軌前端,並表示不記得完工後有沒有鬆動或間隙。技師在工卡上蓋章簽名交給監督者;作業區域已經復原,監督者檢查工卡之後蓋章簽名。

回收的那片墊圈在主滑軌穿過前樑的開口正下方找到,形狀正常,一面有約螺帽大小的接觸痕,另一面有約襯套端面大小的接觸痕。這些使用痕跡支持它曾經裝在組件上,但不能證明 7 月 6 日作業之後它仍在原位。 製造商沒有機體組裝後拆裝這組零件的紀錄,華航除了這次換螺帽也沒有其他作業紀錄,所以報告 3.10 節推定(推定される):出廠時裝上的墊圈, 就是在 7 月 6 日那次防鬆作業中掉的。從作業到事故大約一個半月。

報告 3.11 節認為很可能(考えられる)是這樣:組件裝在不好作業的位置,拆裝螺帽只能靠手摸,容易在作業中掉零件。 它也提到服務信函本身的問題:建議作業那一段沒有寫明要做哪幾支滑軌,緊接的前一段又提到 5 號縫翼;Background 段其實寫了其他位置的主滑軌也可能受影響,但報告認為不細讀可能誤以為只做 5 號。 2007 年 7 月 10 日的修訂版 084-B,刪掉了提到 5 號縫翼的那段與「拆下螺帽」的指示,比華航這次作業晚 4 天;修訂的理由報告沒有說明。報告的判斷是,製造商在寫一份要求拆螺帽的服務信函時,就應該評估作業的困難度; 航空公司收到信函、寫自己的工卡時,也應該自己評估,並檢討是否需要寫明慎重作業、作業後確認零件狀態等具體指示。

一片墊圈缺落,組件就留不住:報告怎麼評這個設計

作業出錯是一回事,出錯之後會不會出事是另一回事。回到前面的尺寸表:在螺帽側,螺帽比孔小,跨住孔口的是墊圈,這個尺寸關係讓墊圈一旦缺落,組件就無法靠螺帽留在原位。

報告 3.12 節寫道,這個事故讓人看清楚:螺帽側墊圈缺落時,止動塊與組件可能依序脫落,並可能造成滑軌罐破孔、漏油,進而起火; 因此報告認為很可能(考えられる)這是一個「墊圈缺落時無法防止組件脫落」的設計。到了第 4 節〈原因〉,日文正本把這個設計寫成組件脫落的促成因素(関与した),用的是「推定される」。 墊圈為什麼會掉,原因段的等級低一階(考えられる):作業位置難作業,波音的服務信函與華航的工卡都沒有對此給予足夠注意,作業者與檢查者也沒有向發布作業指示的人回報作業困難。

台灣飛安會附在報告後的意見書說得更直接。它建議把設計因素改寫成「缺乏 fail-safe(失效安全)設計,無法防止單一墊圈掉落造成的災難性後果」, 並主張收到服務信函的航空公司並不知道,這組止動塊沒有提供獨立的鎖定裝置(did not provide separate locking devices)。這是 ASC 的意見,JTSB 正文沒有照這個字句改寫。

事故後的動作很快。美國聯邦航空總署在 2007 年 8 月 25 日發出緊急適航指令 AD2007-18-51,要求美國運航的 737-600、700、700C、800、900、900ER 全面檢查止動塊組件,並寫明每一支(each)滑軌都要做; 台灣民航局 8 月 24 日(CAA-2007-08-010)、日本航空局 8 月 23 日(TCD-7152-2007)也各自發出檢查指令。波音變更了止動塊組件的設計,2008 年 8 月起用在新造機, 並在 2008 年 12 月 15 日發出服務通告 SB737-57A1302,指示既有機換裝新設計的硬體。新設計長什麼樣子,報告沒有描述,本頁也不推測。

從扣件這一側帶得走的四件事

以下是本站的讀法,不是報告寫給扣件使用者的建議。報告的兩條勸告,一條請美國聯邦航空總署督導波音,在編寫服務信函等維修指示時界定作業範圍、評估包括可及性在內的作業條件;另一條請台灣民航局督導華航,在規劃與執行維修作業時確認範圍、評估條件,並落實防止作業失誤的措施。

  1. 先確認墊圈在這個接頭裡,是不是螺帽或螺栓頭與孔口之間唯一的承接。如果螺帽或螺栓頭本身就比它壓住的孔小,墊圈就不是配角,而是讓零件留在原位的那一件。墊圈的三個尺寸(內徑、外徑、厚度)怎麼讀,見華司規格怎麼看。
  2. 扭矩到值,不等於零件都在。依報告列出的一種情況,少一片墊圈時螺帽可能一路鎖到牙端,看起來像鎖到設定扭矩。要補這一點,需要依構造與可及性訂出確認零件在位的方法;堆疊高度、牙露出量、零件數都是可以評估的候選項目,再鎖一次則確認不了。
  3. 防鬆作業本身,也是一次拆裝零件的機會。這組零件出事前已經有螺帽脫落的報告,對策是拆螺帽、塗防鬆劑、換新螺帽;這件事是在看不到的位置做的,報告推定墊圈就在這一步掉了。螺紋膠擋的是哪一種鬆,見螺絲膠解決的是哪一種鬆。
  4. 墊圈能不能跟著螺帽或螺栓一起走,是設計可以處理的事。本站另一篇談過工廠預先裝好墊圈的組合螺絲:墊片為什麼要在工廠就裝上去。這是一般性的對照,波音的新設計是不是這種做法,報告沒有寫。

這頁不能說的

報告是事故調查,不是追究責任的文件;本頁轉述報告的安全分析,不自行判定任何個人的過失或法律責任。螺帽停在偏外位置的兩種可能,報告沒有判定是哪一種,本頁也不判定。 這次作業是否屬於華航規定的雙重檢查項目(RII),報告沒有明寫,本頁不寫。螺帽型號 BACN10YR4CM 是哪一種防鬆型式、那片 12.55 mg 的金屬片從哪裡來,報告都沒有說明。 波音新設計的內容報告沒有描述;各國指令本頁只依報告的摘要整理,沒有另外核對指令全文與報告出版後的修訂。報告另外詳述了消防、管制與疏散,不在本篇扣件分析的範圍。 吋與毫米、in-lb 與 N·m 的換算是本站計算;「六角對邊大於 10.5 mm 的螺帽」是假設的情境,不是這組零件的規格。

這一篇不屬於六步中的任何一步。它橫跨各步,或者發生在組裝之後。導致它的那些決定是在哪裡做的,見指定一顆螺絲,那篇寫的是順序,以及為什麼順序做反了是重工。

常見問題

華航 120 號班機在那霸起火,跟螺絲有什麼關係?

日本運輸安全委員會的報告認定,漏油的破孔是右翼 5 號縫翼內側主滑軌末端的止動塊組件(原本由螺栓、墊圈、止動塊、襯套、定位件、螺帽等 8 個零件構成)脫落後掉進滑軌罐,收縫翼時被主滑軌壓向罐底刺穿造成的。組件脫落的起點,報告推定是螺帽側的墊圈在一次防鬆作業中掉了。

少一片墊圈,螺帽為什麼會從孔裡穿過去?

因為這顆螺帽比它壓住的孔還小。報告的實測是螺帽直徑 0.408 吋、螺帽側止動塊孔最窄處 0.414 吋、主滑軌孔 0.433 吋,螺帽側墊圈外徑 0.625 吋。在螺帽側,跨住孔口的是墊圈;報告指出沒有它時,即使螺帽還在螺栓上,螺帽側止動塊也會脫出,組件從主滑軌脫落。回收的實物有實際試過,螺帽穿得過止動塊。

少了墊圈,鎖的時候扭矩扳手一定會發現嗎?

不一定。報告 3.8 節在其中一種可能情況下指出,沒有墊圈時鎖螺帽,螺帽不會頂到止動塊與襯套,而會一路鎖到螺栓的牙端,看起來就像用設定扭矩鎖好了;報告沒有判定本案是哪一種情況。本站據此提醒,扭矩讀值不能單獨確認墊圈在位。依作業口述,這次作業的扭矩扳手設在 70 in-lb,作業紀錄未記載異常。

事故之後,這個設計改了嗎?

改了。報告記載波音變更了止動塊組件的設計,2008 年 8 月起用在新造機,並以 2008 年 12 月 15 日的服務通告 SB737-57A1302 指示既有機換裝新設計的硬體;美國、台灣、日本的航空主管機關在 2007 年 8 月就各自發出檢查指令。新設計的具體內容,報告沒有描述。

參考資料

本頁對照 JTSB 報告的日文正本與英文譯本;英文版序言寫明只有日文版是正本、兩版有出入時以日文為準,本頁的確定程度用語(認められる、推定される、考えられる)照日文正本。尺寸來自 2.16.1(主滑軌孔為 2.16.1(2))與付図 9-1、9-2,作業經過來自 2.13.1(台灣民航局調查的技師與監督者口述;可及性另見 2.13.4 的 ASC 試做),服務信函沿革來自 2.17.4。吋與毫米、in-lb 與 N·m 的換算是本站計算。台灣飛安會的意見是附在報告第 7 章、對草稿的修訂建議,不是 JTSB 的結論。扭矩讀值與阻力來源的說明是本站的工程解讀。「從扣件這一側帶得走的四件事」是本站的讀法,不是報告的勸告。

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如果您的組件裡有墊圈承擔「比孔大」的角色,詢價時請一併告訴我們孔徑、螺帽或螺栓頭的尺寸,以及墊圈需不需要和螺絲預先組在一起,我們依這些條件提供選項。組件能不能在少一個零件時仍然留在原位,需要由負責設計的工程師判斷。

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