金屬結(jié)構(gòu)件損傷的復合材料修理研究

馮百強

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

關鍵詞：金屬結(jié)構(gòu)件;復合材料補片;膠接修理

設計制造不合理、維修保養(yǎng)不到位、疲勞與應力腐蝕等各種因素的作用常會造成飛機金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生穿孔、分層、破裂等損傷，這些損傷如不及時修理，將會導致災難性事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的飛機金屬損傷結(jié)構(gòu)件修理方法是采用機械連接或者金屬補強板膠接修理，這類修理方法會由于緊固件而增加重量而且會產(chǎn)生新的應力集中區(qū)，減少金屬結(jié)構(gòu)件的使用壽命。為了滿足現(xiàn)代飛機對于材料高強輕質(zhì)的要求，采用復合材料補片膠接修理技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的修理方法。復合材料補片膠接修理技術(shù)是集材料科學、力學、物理學、化學等學科為一體的綜合性應用技術(shù)，該領域的研究和應用工作一直是復合材料設計與飛機維修者關注的熱點與努力的方向。

1 金屬結(jié)構(gòu)件的常見損傷確定

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)件損傷的檢測方法

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

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

2復合材料補片修理工藝實施

2.1 確定損傷范圍通過目視檢測、敲擊檢測及超聲檢測等無損檢測確定金屬構(gòu)件的損傷程度及損傷范圍，損傷確定后，在金屬構(gòu)件上用記號筆進行標記，便于后期準確進行補片貼補修理。

2.2鋪放補片材料及膠膜首先根據(jù)修補部位的要求進行下料即對于補片及膠膜進行裁剪，接著在待修理部位均勻貼敷合適的膠膜，將手工剪裁的復合材料預浸料補片鋪放在膠層區(qū)，其余復合材料預浸料補片按鋪層設計要求鋪貼，每鋪貼 2 ～ 3 層預浸料補片，采用電熨斗控制適當溫度擠壓鋪層，趕走層與層之間的氣泡，而后在鋪設一層玻璃纖維預浸料作為加強層，在最外層再鋪一層膠膜。

2.3真空袋封裝復合材料補片鋪層完畢后，進行真空袋封裝并放置加熱元件準備固化。修理區(qū)鋪設有孔隔離膜、熱電偶、吸膠層、無孔分離膜、電熱毯、表面透氣布、真空袋，同時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、時間及壓力。根據(jù)預浸料補片及膠黏劑的固化要求設計合理的固化制度。

為了消除高溫固化過程中預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，對于修理區(qū)邊緣進行打磨修整，并完成噴漆等后處理工作。

3 金屬結(jié)構(gòu)件復合材料補片修理的質(zhì)量檢測

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于粘接修復質(zhì)量進行初步質(zhì)量檢查，如若沒有明顯的脫膠、孔隙等缺陷，隨后采用超聲等無損檢測方法對于修理質(zhì)量進行進一步檢查，根據(jù)無損檢測的結(jié)果最終確定修復的效果。

4 結(jié)語

金屬結(jié)構(gòu)件的復合材料補片修補技術(shù)是一項涉及多學科領域的復雜的結(jié)構(gòu)修理技術(shù)，其中補片材料的選擇、結(jié)構(gòu)膠粘劑的選擇、復合材料補片鋪層設計、固化制度確定都是關鍵的工藝因素。為了獲得良好修理效果，關鍵工藝因素的控制是至關重要的。

參考文獻

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