環向力原本不走鉚釘：阿羅哈航空 243 號班機的機身搭接設計上由膠層傳力，脫膠後力轉到三排沉頭鉚釘上，而 0.036 吋蒙皮上的沉頭孔底是一道刀口

24,000 呎，約 18 呎長的客艙頂部不見了

先把事故講到扣件出場為止。依 NTSB 報告（AAR-89/03），1988 年 4 月 28 日 13:46，阿羅哈航空一架波音 737-200（N73711）從夏威夷 Hilo 飛往 Honolulu， 在 24,000 呎發生爆炸性減壓與結構失效。機上有乘客 89 人、組員 6 人；一名空服員被吸出機外，推定死亡；乘客 7 人與空服員 1 人重傷。機組緊急下降，降落在茂宜島的 Kahului 機場。

這架飛機 1969 年製造，生產線號 152，事故時累計 89,680 個飛行循環（flight cycles，即起降次數）。報告也提醒，阿羅哈部分航線達不到最大壓差 7.5 psi，所以等效的全壓循環數明顯比這個數字少。 脫離的結構沒有找回來，起點是從留在機上的結構推回去的。NTSB 的結論是，機身最可能沿著左側 S-10L 搭接、從機身站位 BS 440 附近開始撕開。 兩個證據都指向同一排鉚釘：留在機上的 BS 520 處，S-10L 搭接至少七個相鄰鉚釘孔的兩側都有疲勞裂紋；一位乘客登機時，在 S-10L 搭接的上排鉚釘處看到一條縱向裂紋，事後才說出來。

報告的結論第 7、8 條把機制寫成兩句：失效起於 S-10L 搭接，機制是搭接上排鉚釘孔旁蒙皮的多處疲勞裂紋，加上止裂帶脫膠，使機身失去失效安全（fail-safe）的特性； 疲勞裂紋從沉頭鉚釘孔的刀口（knife edge）開始，刀口集中的應力「因為搭接脫膠，經由鉚釘傳遞」。要讀懂第 8 條的後半句，得先知道這道搭接原本是怎麼分工的。

這道搭接，設計上讓膠層傳力

依報告 1.6.2 節，事故位置所在的 43 段，上半部每片蒙皮由兩片 0.036 吋（約 0.91 mm）鋁板熱膠接後化學銑切而成，留下每 10 吋一道的環向止裂帶（tear strap）。 相鄰兩片蒙皮在縱向搭接：上面那片的邊緣疊在下面那片外側約 3 吋（約 76 mm），以三排鉚釘加上膠接結合，中排鉚釘同時把搭接固定在內側的長桁上。

生產線號 1 到 291 的飛機，搭接用的是冷膠接（cold bond）：浸了環氧樹脂的織布（scrim cloth）夾在兩片單層 0.036 吋蒙皮之間，再加三排沉頭鉚釘機械固定。 這種膠在室溫就會反應，要用乾冰溫度保存，裝配前才回溫。報告寫明這個設計的用意： 機身環向載荷（增壓造成的圓周方向載荷）「設計上經由膠接傳遞，而不是經由鉚釘」，所以可以用更輕、更薄的蒙皮，疲勞壽命也不打折（原文 intended to be transferred through the bonded joint, rather than through the rivets）。N73711 的線號是 152，在這個範圍內。

問題出在膠。報告引述波音工程師的說法：早期生產的清潔與蝕刻沒有提供一致的表面氧化層，scrim 上的冷凝水沒除乾淨、或在室溫放太久提早固化，都會讓膠接變差； 結果是隨機出現環境耐久性低、容易腐蝕、甚至有些區域根本沒黏上的膠接。進了水之後，腐蝕產物的累積、水的毛細滲入與凍融循環，又讓脫膠繼續擴大。 冷膠搭接在 1972 年停產；線號 292 起改成不膠接、接合面塗鉻酸鹽聚硫化物密封的鉚接搭接，外片在搭接處保留雙層，多出 0.036 吋。

波音的服務通告 737-53-1039 第 2 次修訂（1974 年 2 月 8 日，收在報告附錄 C）記載，七家業者在 30 架飛機上回報膠層劣化，累計飛時最低只有 3,000 小時的飛機上就已發現，範圍從小區塊到 6 呎以上； 多數情況要等腐蝕讓外皮鼓起、出現裂紋或扣件頭缺失，才能確認。膠一旦脫開，原本不負責主要傳力的鉚釘，就要接手。

膠一脫開，力就走到三排沉頭鉚釘，而孔底是一道刀口

報告引述波音工程師：搭接脫膠時，通過接頭的環向載荷改由機械固定兩片蒙皮的三排沉頭鉚釘承擔。因為膠接讓蒙皮可以只用單層， 頭部齊平的沉頭鉚釘，其錐孔穿過了外層 0.036 吋板的整個厚度，孔底形成刀口，集中應力；這些應力隨每次增壓循環反覆，最後在該處疲勞開裂。

刀口是怎麼來的，用一個假設的尺寸就看得出來。沉頭鉚釘的頭是一個錐，要埋平，板上就要先做出同樣深的錐孔。以報告所述 0.036 吋的外層板為例，假設錐孔深 0.04 吋（這個深度是假設值，不是報告提供的鉚釘尺寸）， 錐面會一路切到板的背面，孔壁沒有留下任何圓柱段，錐面與背面相交成一圈尖邊。板厚夠的時候，錐孔下方還有一段直孔壁可以承壓；板太薄，就只剩那圈尖邊。 這個幾何後果本站在板太薄，就咬不住螺紋了依標準談過，這裡多的是事故裡的實證。

裂紋出在哪一排，報告也講了理由。圓筒形機身的環向應力是縱向應力的兩倍，所以裂紋沿機身縱向、垂直於環向力擴展。外層蒙皮在搭接的上排孔受力最大，而且每個孔都有刀口，所以裂紋主要出在外片上排； 內層蒙皮受力最大的是下排孔，但內片的孔不做沉頭，比較不容易從那裡起裂。

板厚差多少才算夠？至少對這道搭接，波音 1974 年的服務通告第 2 次修訂給過一條界線。通告寫道，實驗室試驗顯示，最薄的 0.036 吋蒙皮，搭接若有大面積脫膠，理論疲勞壽命會降低， 原因是「扣件頭沉頭孔底部的尖邊」；較厚的蒙皮在同樣大面積脫膠時疲勞強度較高，因為沉頭孔底部的邊沒有那麼尖；外層蒙皮 0.056 吋以上的搭接，即使完全脫膠，疲勞壽命也令人滿意。下一句緊接著提醒，這些接頭仍會受到腐蝕損傷。 所以這一版通告的年度外部近距離目視疲勞檢查，針對外層蒙皮薄於 0.056 吋的搭接，從 30,000 個客艙增壓循環開始；已依指定方法重新鉚固的接頭，通告另有處理條件。 換句話說，在這種搭接上，外層蒙皮從 0.036 吋到 0.056 吋（多約 0.5 mm、約 1.56 倍，本站換算），波音對疲勞壽命的判斷就不同。這是通告對不同板厚的疲勞判斷，不能據此認定某個接頭只要加厚就已足夠，也不是沉頭扣件的通用厚度界線。

兩倍壽命的疲勞試驗沒出裂紋，NTSB 認為可能是因為膠黏得好

既然有這個弱點，認證時的疲勞試驗為什麼沒抓到？報告 1.17.2 節記載，737 沒有做整機疲勞試驗，而是用一段機身頂到底的半段（報告稱為 quonset hut）在全壓差下循環 150,000 次， 是 75,000 次經濟設計壽命目標的兩倍；試驗段沒有出現疲勞裂紋，也沒有脫膠。報告接著寫：疲勞評估沒有考慮脫膠的可能，也沒有考慮腐蝕對搭接強度的影響。

NTSB 的分析認為，試驗沒有產生疲勞裂紋，很可能是因為試驗件的搭接與止裂帶膠接一開始就品質良好。結論第 10 條說得更直接：試驗參數沒有考慮服役中搭接脫膠、腐蝕與疲勞裂紋的長期效應，所以試驗不能反映機隊的實際疲勞表現。 一個在試驗室裡成立的壽命，只對試驗件的狀態成立；試驗條件怎麼決定結果的意義，本站另有一篇「疲勞極限」是一個試驗約定。

報告也記錄了另一個對照。1986 年波音買下一架線號 90、約 59,000 個實際循環的 737，檢查時搭接與止裂帶的膠接都良好，再追加 70,000 次以上的試驗循環： 報告記為 79,000 次時首次發現 7 條蒙皮裂紋，89,000 次時一個 20 吋的格內約有 15 條，100,000 次時連成約 32 吋，到 100,673 次接近 40 吋，蒙皮翻開、受控洩壓。 試驗途中，波音在 89,000 次之後於 BS 760 與 BS 820 加裝了額外的帶，報告記載波音的說法是為了保全試驗件、不會改變疲勞試驗的結果；所以這裡只對照報告記載的行為，不把兩架飛機當成條件相同。 那架試驗機的裂紋最後照設計翻開了。243 號班機沒有，差別要回到止裂帶與那一排孔。

一排孔一起裂，失效安全就不靈了

737 機身的失效安全設計，是讓裂紋碰到每 10 吋一道的止裂帶時轉向，蒙皮像一片翼片翻開，壓力在可控的情況下洩掉。製造商的準則是機身要能承受 40 吋（約 1 公尺）的裂紋而不發生災難性失效。 報告寫明，這個準則沒有考慮長期服役後相鄰裂紋連通的情況，只做了當時「一般的」疲勞評估。

NTSB 用多處損傷（multiple site damage，MSD）描述這種狀態：沿一排鉚釘出現的多條疲勞裂紋。最壞的情況，是整排扣件孔的兩側都有目視看不見的小裂紋，可能在任何一條被看見之前就造成機身災難性失效。 止裂帶如果也脫膠，就失去加勁作用，裂紋可以像沒有止裂帶一樣跑下去。報告的結論是，S-10L 搭接上已經有足夠的疲勞裂紋或止裂帶脫膠（或兩者），讓設計預期的受控洩壓失效，多條小裂紋迅速連成一條。

小裂紋為什麼能連成一條，用假設的數字看最清楚。假設孔距 1 吋、孔徑 0.16 吋，每個孔兩側各有 0.1 吋的裂紋（都是假設值，報告沒有給孔距）， 兩孔之間原本 0.84 吋的材料只剩 0.64 吋；一整排孔都這樣時，整排剩下的截面一起變小，而不是只有一處變弱。附錄 J 收錄的 FAA 1986 年報告，就把 MSD 定義成相鄰扣件孔的裂紋多到可能引發淨截面降伏、或削弱失效安全能力的狀態， 並指出約 0.2 吋的小裂紋在營運中的飛機上可能很難找到。

事故飛機身上留下的證據，就是這個樣子。NTSB 材料實驗室切下的 S-4L 兩段樣本沿搭接長度方向各有 18 組鉚釘位置（每組跨上、中、下三排），上排幾乎每個孔旁的蒙皮都有疲勞裂紋，較長的在兩道止裂帶之間的中段； S-4L 的 BS 519 到 536 這一段連續 16 個上排孔有疲勞裂紋，單向最長 0.18 吋（約 4.6 mm），從沉頭孔的刀口量起，跨過孔的裂紋兩端距離最長 0.53 吋（約 13.5 mm，這個值包含中間的鉚釘孔）； 卡在右翼的 S-4R 碎片有一條 0.27 吋（約 6.9 mm），是全機最長的之一，整段冷膠搭接都已脫膠。波音對 7 條較大裂紋（S-4R 五條、S-10L 兩條）做疲勞紋計數，0.105 到 0.161 吋的裂紋估計長了 23,628 到 37,148 個循環（±20%）。

這些裂紋小到檢查本身也有門檻。事故後現場的渦電流檢查，只可靠地找到大於 0.08 吋（約 2.0 mm）的裂紋，而波音的非破壞檢查手冊寫的是可找到沉頭扣件頭下 0.040 吋以上的裂紋。 NTSB 用疲勞紋推算，1987 年 11 月依適航指令做檢查時，S-4R 五條最大裂紋約在 0.09 到 0.13 吋，已經在渦電流可偵測的範圍，應該被找到。 事故後 FAA 要求檢查並回報，18 家業者回報 49 項發現，其中 14 架有多處裂紋（六個以上相鄰扣件）。

終止措施：把上排沉頭鉚釘換成凸頭鉚釘

裂紋找到之後怎麼修，是這份報告裡最接近扣件選擇的一段。波音 1987 年 8 月 20 日的警示服務通告 737-53A1039 第 3 次修訂，修理指示寫的是修補裂紋， 並「把上排其餘的齊平搭接扣件全部換成加大的凸頭實心扣件」（replace all remaining upper row flush joint-fasteners with oversized protruding head solid fasteners）。 FAA 隨後發出的適航指令 AD 87-21-08（1987 年 11 月 2 日生效），相較於警示服務通告的搭接檢查範圍，把線號 1 到 291 的強制檢查位置限縮在 S-4 左右兩道搭接，期限是累計 30,000 次起降前或生效後 250 次起降內，以較晚者為準；發現裂紋時，要再做渦電流檢查並依通告修理。

阿羅哈依結構修理手冊修了 S-4R 的兩處裂紋，沒有把同一排其餘的沉頭鉚釘換掉。結論第 19 條把原因歸於適航指令的指示不夠明確。 NTSB 的分析認為，鑽掉原有鉚釘、換成凸頭鉚釘的終止措施，優於反覆檢查與補片，因為檢查本身就有無法消除的人為誤差；報告也寫明，NTSB 完全同意 FAA 以凸頭鉚釘為強制解法。 依報告 1.17.9 節，強制更換搭接上排鉚釘的 AD 89-09-03 在 1989 年 5 月 8 日生效。

這套終止措施不只換頭型。依報告收錄的通告，修理還包括修補裂紋、依指定方法檢查與擴孔，並確保止裂帶的功能；要換掉的「其餘上排扣件」限於出現裂紋的那一片蒙皮的搭接。 以下是本站的推論，報告沒有逐字寫出：凸頭扣件的頭坐在板面上，新做的孔不需要沉頭；但既有的沉頭孔能不能因此消除刀口與裂紋，取決於指定的擴孔與修理幾何，本頁不把整套修理的效果只歸因於頭型。 不過 NTSB 也提醒，上排換掉之後問題不一定結束：S-4R 樣本中排的許多孔也有疲勞裂紋，NTSB 擔心內層蒙皮的下排孔會成為下一個起裂位置，而那裡被外層蒙皮蓋住，從外面看不到，因此建議 FAA 為已改凸頭扣件的飛機建立持續檢查，涵蓋內外層蒙皮的中排與下排孔以及相鄰止裂帶的扣件孔，並訂出檢查方式、間隔與矯正措施（A-89-58）。

NTSB 的可能原因，與一位委員的不同意見

NTSB 認定的可能原因（probable cause）是：阿羅哈的維修計畫沒有偵測到嚴重的脫膠與疲勞損傷，最後導致 S-10L 搭接失效、機身上半部脫離。 促成因素有四項：阿羅哈管理階層沒有妥善督導維修人員；FAA 沒有妥善評估阿羅哈的維修計畫，也沒有評估其檢查與品管的缺失；FAA 沒有在 AD 87-21-08 中要求檢查波音警示服務通告建議的全部搭接； 以及早期冷膠搭接的生產問題造成膠接耐久性低、腐蝕與提早疲勞開裂之後，波音沒有提出、FAA 也沒有要求完整的終止措施。

委員 Joseph T. Nall 附上了部分同意、部分不同意的意見。他寫道，業界最好的工程師看過這家航空公司的紀錄、知道它的高循環運用，甚至檢查過它的幾架 737， 但沒有人（波音、阿羅哈、FAA 的主任維修督察都沒有）認出或預料到多處裂紋的嚴重性。他問，設計、檢查與維修這架飛機的人，以事故當時的知識，能不能合理預見事故即將發生？他的回答是不能。 他認為多數委員的可能原因寫得太窄，如果有「失效」，那是系統的失效；他寧可把可能原因寫成「未被偵測到的脫膠與疲勞裂紋」，把各方的制度與決策列為促成因素。

兩個版本的爭點，是該把「維修計畫沒有偵測到損傷」還是「未被偵測到的脫膠與疲勞裂紋本身」寫成可能原因。對物理機制，兩者沒有分歧：脫膠與疲勞裂紋讓 S-10L 搭接失效。

從扣件這一側帶得走的四件事

以下是本站的讀法，不是報告寫給一般扣件使用者的建議；報告的正式安全建議發給 FAA、阿羅哈航空與航空運輸協會。

1. 先問這個接頭的力，設計上走哪一條路。這道搭接假設膠層傳力，鉚釘在脫膠之後才變成主要傳力件，而那個「之後」的服役狀態，沒有被原始的認證疲勞評估充分涵蓋。如果接頭靠膠、摩擦或其他元件承擔主要載荷，那個假設失效時扣件與孔受不受得住，要另外問。接頭型態換了，承載方式就跟著換，本站在沒鎖緊的螺栓，是另一種接頭談過摩擦接頭與承壓接頭的差別。
2. 沉頭扣件放在比錐孔還薄的板上，孔的疲勞行為就變了。在這道搭接上，波音把界線放在外層蒙皮 0.056 吋；那是通告對這個接頭的疲勞判斷，不是可以搬到別處的數字。沉頭孔的角度與深度怎麼量、量不到什麼，見沉頭孔的角度，其實你量不到。
3. 一個孔裂了，同一排的其他孔經歷的是同樣的循環。警示服務通告要求換掉的，是出現裂紋那一片蒙皮搭接上排「其餘」全部的齊平扣件，不只裂了的那幾個；只修看得見的裂紋，看不見的鄰居還留在原地。這是本站從這個案例得到的一般性提醒，不是報告對其他接頭的判斷。
4. 頭型是可以改的設計參數。這個案例的終止措施，包括用加大的凸頭實心扣件取代沉頭鉚釘（另有裂紋修補與止裂帶修復），代價是外表面不再齊平。對要求齊平外觀、又只能用薄板的設計，是不是改用凸頭扣件或加厚局部，要由負責設計的工程師依自己的載荷判斷。

這頁不能說的

本頁沒有從報告確定事故位置原裝沉頭鉚釘的完整型號、頭部角度、頭高、沉頭深度與孔中心距；附錄 C 另列有修理用扣件的型號與加工資料，那不是原裝件的實測尺寸，本頁不混用。本頁沒有計算任何應力集中係數或強度。「錐孔深 0.04 吋」與「孔中心距 1 吋、孔徑 0.16 吋、每側 0.1 吋裂紋」都是為了說明機制的假設值。 0.056 吋的界線出自波音 1974 年服務通告對這種 737 搭接的疲勞判斷，本頁沒有讀到試驗本身的資料，也不把它推廣到其他接頭。凸頭扣件與刀口的關係，是本站的推論。 報告是掃描檔，本站以光學文字辨識讀全文，引用的數字以掃描原頁為準（報告印刷頁碼第 14、16、18、20、30、31、32、35、45、46、50、71、73、89、90 頁；PDF 頁碼約為印刷頁碼加 6）。英吋、呎與公制的換算是本站計算。 報告另外詳述了維修計畫、主管機關督導、檢查人員的人因問題、引擎控制鋼索腐蝕與緊急應變，不在本篇扣件分析的範圍；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。 線號 292 以後與現行 737 的搭接，本頁只寫報告提到的內容。

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

阿羅哈航空 243 號班機的機身為什麼會掀開？

NTSB 報告認定，失效起於左側 S-10L 機身搭接：搭接上排鉚釘孔旁的蒙皮有多處疲勞裂紋，止裂帶也已脫膠，多條小裂紋迅速連通，讓原本設計成受控翻開洩壓的機身失去失效安全特性，約 18 呎長的客艙頂部在 24,000 呎脫離。報告列為可能原因的是維修計畫沒有偵測到嚴重的脫膠與疲勞損傷。

沉頭鉚釘的「刀口」是什麼，為什麼裂紋從那裡開始？

沉頭鉚釘的頭是一個錐，要埋平就要在板上做出同樣深的錐孔。737 早期搭接的外層蒙皮只有 0.036 吋，報告引述波音工程師，沉頭錐穿過了整個板厚，孔底形成一圈尖邊（knife edge），集中應力；膠層脫開後環向力改由鉚釘傳遞，這圈尖邊上的應力隨每次增壓反覆，疲勞裂紋就從那裡長出。

同一型飛機，為什麼不是每一架都出問題？

報告記載，冷膠接只用在生產線號 1 到 291，而且早期膠接品質是隨機的，有的黏得好、有的根本沒黏上；波音 1974 年的服務通告寫明，疲勞裂紋的風險只存在於大面積脫膠的區域，外層蒙皮 0.056 吋以上的搭接即使完全脫膠疲勞壽命也令人滿意。這是該通告的敘述，不是疲勞裂紋的一般排除條件，通告也提醒這些接頭仍會受腐蝕損傷。報告也指出阿羅哈的飛機在嚴苛的腐蝕環境下運用、累積循環的速度比其他業者快。

後來是怎麼修的？

波音警示服務通告的修理指示，是修補裂紋、把出現裂紋那一片蒙皮搭接上排其餘的齊平扣件全部換成加大的凸頭實心扣件，並修復止裂帶的功能；FAA 的 AD 89-09-03 在 1989 年 5 月 8 日生效，強制更換搭接上排鉚釘。NTSB 完全同意以凸頭鉚釘為終止措施，同時建議對中排、下排與相鄰止裂帶的扣件孔建立持續檢查，因為內層蒙皮下排的裂紋會被外層蓋住、從外面看不到。

參考資料

• National Transportation Safety Board（1989）Aircraft Accident Report NTSB/AAR-89/03: Aloha Airlines, Flight 243, Boeing 737-200, N73711, near Maui, Hawaii, April 28, 1988
• 板太薄，就咬不住螺紋了
• 沒鎖緊的螺栓，是另一種接頭
• 沉頭孔的角度，其實你量不到
• 「疲勞極限」是一個試驗約定，不是一個承諾

事故經過與數字來自 NTSB 報告的摘要、1.3.2、1.6.1、1.6.2、1.16.2、1.16.3、1.17.2、1.17.3、1.17.9、2.2、2.3、2.4.1、2.5.1 節，結論第 7 到 10 條與第 19 條、可能原因、建議 A-89-58，以及 Nall 委員的意見書；0.056 吋的界線與 30 架飛機的劣化回報來自報告附錄 C 收錄的波音服務通告 737-53-1039 第 2 次修訂（1974 年 2 月 8 日）；MSD 的淨截面定義來自附錄 J 收錄的 FAA 1986 年報告。報告是掃描檔，本站以光學文字辨識讀全文，頁碼與數字以掃描原頁為準。英吋、呎與公制的換算、倍數是本站計算；錐孔深度與孔距的例子是假設值；凸頭扣件與刀口的關係是本站推論；「從扣件這一側帶得走的四件事」是本站的讀法，不是報告的建議。