金屬結(jié)構(gòu)件損傷的復(fù)合材料修理研究

馮百?gòu)?qiáng)

摘要：金屬結(jié)構(gòu)件損傷的復(fù)合材料修理技術(shù)是一種具有較高經(jīng)濟(jì)性的修理方法，介紹了金屬結(jié)構(gòu)件損傷的檢測(cè)方法和修理工藝的技術(shù)要點(diǎn)，具體內(nèi)容包括：損傷范圍的確定、復(fù)合材料補(bǔ)片材料的選擇和設(shè)計(jì)、膠黏劑的選擇、補(bǔ)片的鋪層設(shè)計(jì)、固化制度的確定等，上述研究發(fā)現(xiàn)技術(shù)要點(diǎn)的控制是獲得良好修理效果的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：金屬結(jié)構(gòu)件;復(fù)合材料補(bǔ)片;膠接修理

設(shè)計(jì)制造不合理、維修保養(yǎng)不到位、疲勞與應(yīng)力腐蝕等各種因素的作用常會(huì)造成飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生穿孔、分層、破裂等損傷，這些損傷如不及時(shí)修理，將會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的飛機(jī)金屬損傷結(jié)構(gòu)件修理方法是采用機(jī)械連接或者金屬補(bǔ)強(qiáng)板膠接修理，這類修理方法會(huì)由于緊固件而增加重量而且會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)力集中區(qū)，減少金屬結(jié)構(gòu)件的使用壽命。為了滿足現(xiàn)代飛機(jī)對(duì)于材料高強(qiáng)輕質(zhì)的要求，采用復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修理技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的修理方法。復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修理技術(shù)是集材料科學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科為一體的綜合性應(yīng)用技術(shù)，該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用工作一直是復(fù)合材料設(shè)計(jì)與飛機(jī)維修者關(guān)注的熱點(diǎn)與努力的方向。

1 金屬結(jié)構(gòu)件的常見(jiàn)損傷確定

1.1 金屬結(jié)構(gòu)件的損傷類型

損傷通常是在加工和使用過(guò)程中產(chǎn)生的，損傷主要有表面劃傷、裂紋、雷擊損傷、孔邊損傷和沖擊損傷等。理論上講，以上損傷都可以被修理。

1.2 金屬結(jié)構(gòu)件損傷的檢測(cè)方法

在對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行修理之前，必須對(duì)其損傷情況進(jìn)行檢查評(píng)估。目前用于金屬結(jié)構(gòu)件損傷檢測(cè)方法主要有目視檢測(cè)法、敲擊法、超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等檢測(cè)方法。

目視檢測(cè)法是最基本的檢測(cè)方法，主要是利用肉眼或者放大鏡、內(nèi)窺鏡等進(jìn)行目視檢查，主要可以判斷表面比較明顯的裂紋、凹坑或者穿孔等，對(duì)于非常微小的或者內(nèi)部的缺陷很難通過(guò)目視法檢測(cè)出來(lái)。敲擊法是采用專用的敲擊錘輕輕敲擊被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面，通過(guò)辨聽(tīng)敲擊聲音的變化來(lái)確定損傷，但仍是一種比較粗糙的檢驗(yàn)方法。如果對(duì)于較微小或者內(nèi)部的缺陷，必須通過(guò)無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行檢查，一般使用超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)及滲透檢測(cè)法。超聲檢測(cè)方法穿透能力強(qiáng)、靈敏度高，可檢測(cè)結(jié)構(gòu)件中的氣孔、熔合不良、裂紋和夾雜等缺陷，但對(duì)于裂紋缺陷，超聲檢測(cè)只能檢測(cè)垂直于聲束方向的裂紋。射線檢測(cè)對(duì)體積型缺陷如氣孔、夾雜等較易檢出，檢測(cè)面積型缺陷如裂紋、未熔合等缺陷需注意射線的方向性。滲透檢測(cè)技術(shù)適用于表面較光滑的表面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)。因此，需要根據(jù)損傷的類型選取合適的檢測(cè)方法確定具體的損傷范圍。

2復(fù)合材料補(bǔ)片修理工藝實(shí)施

2.1 確定損傷范圍通過(guò)目視檢測(cè)、敲擊檢測(cè)及超聲檢測(cè)等無(wú)損檢測(cè)確定金屬構(gòu)件的損傷程度及損傷范圍，損傷確定后，在金屬構(gòu)件上用記號(hào)筆進(jìn)行標(biāo)記，便于后期準(zhǔn)確進(jìn)行補(bǔ)片貼補(bǔ)修理。

2.2鋪放補(bǔ)片材料及膠膜首先根據(jù)修補(bǔ)部位的要求進(jìn)行下料即對(duì)于補(bǔ)片及膠膜進(jìn)行裁剪，接著在待修理部位均勻貼敷合適的膠膜，將手工剪裁的復(fù)合材料預(yù)浸料補(bǔ)片鋪放在膠層區(qū)，其余復(fù)合材料預(yù)浸料補(bǔ)片按鋪層設(shè)計(jì)要求鋪貼，每鋪貼 2 ～ 3 層預(yù)浸料補(bǔ)片，采用電熨斗控制適當(dāng)溫度擠壓鋪層，趕走層與層之間的氣泡，而后在鋪設(shè)一層玻璃纖維預(yù)浸料作為加強(qiáng)層，在最外層再鋪一層膠膜。

2.3真空袋封裝復(fù)合材料補(bǔ)片鋪層完畢后，進(jìn)行真空袋封裝并放置加熱元件準(zhǔn)備固化。修理區(qū)鋪設(shè)有孔隔離膜、熱電偶、吸膠層、無(wú)孔分離膜、電熱毯、表面透氣布、真空袋，同時(shí)安裝抽真空吸氣管完成封裝。

2.4 固化固化制度包括固化的溫度、時(shí)間及壓力。根據(jù)預(yù)浸料補(bǔ)片及膠黏劑的固化要求設(shè)計(jì)合理的固化制度。

為了消除高溫固化過(guò)程中預(yù)浸料和膠黏劑可能出現(xiàn)的暴聚現(xiàn)象，一般采用階梯式固化。

2.5整修處理完成固化后，拆除真空袋及加熱元件，對(duì)于修理區(qū)邊緣進(jìn)行打磨修整，并完成噴漆等后處理工作。

3 金屬結(jié)構(gòu)件復(fù)合材料補(bǔ)片修理的質(zhì)量檢測(cè)

金屬結(jié)構(gòu)件損傷修理結(jié)束，一般首先采用目視法和敲擊法對(duì)于粘接修復(fù)質(zhì)量進(jìn)行初步質(zhì)量檢查，如若沒(méi)有明顯的脫膠、孔隙等缺陷，隨后采用超聲等無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)于修理質(zhì)量進(jìn)行進(jìn)一步檢查，根據(jù)無(wú)損檢測(cè)的結(jié)果最終確定修復(fù)的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

金屬結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料補(bǔ)片修補(bǔ)技術(shù)是一項(xiàng)涉及多學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)修理技術(shù)，其中補(bǔ)片材料的選擇、結(jié)構(gòu)膠粘劑的選擇、復(fù)合材料補(bǔ)片鋪層設(shè)計(jì)、固化制度確定都是關(guān)鍵的工藝因素。為了獲得良好修理效果，關(guān)鍵工藝因素的控制是至關(guān)重要的。

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