復(fù)材零件修補(bǔ)方法探索

武彬彬

摘 要： 隨著對(duì)飛機(jī)性能要求的不斷提高，復(fù)合材料零件將更加廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)中。已經(jīng)迅速發(fā)展為繼鋁合金、鈦合金之后的又一航空結(jié)構(gòu)材料。但是復(fù)合材料零件固然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是，復(fù)合材料零件的缺陷修補(bǔ)一直是制約復(fù)合材料零件發(fā)展的制約條件之一。本文對(duì)復(fù)合材料零件在實(shí)際使用過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷進(jìn)行了分類分析，對(duì)修補(bǔ)方法進(jìn)行了初步的研究，為其制定合適的修補(bǔ)方法，減少浪費(fèi)，降低復(fù)合材料應(yīng)用成本。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；缺陷；修補(bǔ)

復(fù)合材料零件加工制造過(guò)程不同于金屬零件，在成型過(guò)程中，裝配過(guò)程中，使用過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)不同的缺陷。在生產(chǎn)實(shí)踐中，即使是經(jīng)過(guò)研究和試驗(yàn)制定的合理工藝，在結(jié)構(gòu)件的制造過(guò)程還可能產(chǎn)生缺陷，引起質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)件的報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究復(fù)合材料，尤其是國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的缺陷分類及維修方法是目前迫切需要解決的問(wèn)題。

隨著我國(guó)飛機(jī)數(shù)量的增加和換代速度的加快，復(fù)合材料用量也越來(lái)越大，修補(bǔ)的重要性也就越來(lái)越凸顯。但是，國(guó)內(nèi)在修補(bǔ)方面還是參考國(guó)外的一些文獻(xiàn)和資料，照葫蘆畫(huà)瓢。而且目前國(guó)內(nèi)對(duì)復(fù)合材料零件的修補(bǔ)還是沒(méi)有進(jìn)行驗(yàn)證，產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)此領(lǐng)域還是持保守狀態(tài)。

對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)提出的修補(bǔ)要求主要有：

①恢復(fù)結(jié)構(gòu)的70%承載能力和使用功能，即恢復(fù)結(jié)構(gòu)的基本完整性；

②修理后重量不能增加太多；

③盡量保證原結(jié)構(gòu)外形。

一、缺陷類型

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)復(fù)合材料制件結(jié)構(gòu)及形成時(shí)段狀態(tài)，缺陷存在的類型可以分為以下幾類：

①實(shí)體層壓板缺陷類型：零件分層、貧膠、皺折、鼓包、分層、雜質(zhì)、打磨過(guò)分或傷及纖維的損傷、邊緣分層損傷等缺陷。

②針對(duì)復(fù)合材料蜂窩夾層件的缺陷類型：蜂窩芯格壓縮、蜂窩芯凹陷、芯子與蒙皮分層等缺陷。

③針對(duì)復(fù)合材料部件裝配中引起的缺陷類型：制孔缺陷、锪窩缺陷、鉸孔缺陷（主要是表面分層，層數(shù)較少）、鉚接時(shí)缺陷、螺接時(shí)缺陷、扭曲/變形等缺陷。

二、復(fù)合材料的修補(bǔ)過(guò)程主要環(huán)節(jié)

（一）修補(bǔ)目的

修補(bǔ)是為了恢復(fù)零件的完整性以達(dá)到結(jié)構(gòu)上的可接受的水平，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求，在滿足強(qiáng)度和使用的前提下，產(chǎn)品可以繼續(xù)使用，減少產(chǎn)品報(bào)廢，降低復(fù)材應(yīng)用成本。

（二）修補(bǔ)材料

修補(bǔ)過(guò)程中盡量選用原零件本身的材料進(jìn)行修補(bǔ)。也有時(shí)會(huì)受到實(shí)際修補(bǔ)客觀條件的限制，無(wú)法選擇原零件的材料，也可選用強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的其他材料。

（三）修補(bǔ)設(shè)備與工具

修補(bǔ)過(guò)程中采用的主要設(shè)備和工具包括：修補(bǔ)儀、熱壓罐、烘箱等等，根據(jù)要求修理材料的狀態(tài)和實(shí)際情況，在不同的條件下使用不同的固化方法。

三、返修方法

現(xiàn)有復(fù)合材料包括層壓板和夾層結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)技術(shù)并無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循，修補(bǔ)方案均見(jiàn)諸于各個(gè)公司的內(nèi)部技術(shù)資料中或處于在研之列，雖然有挖補(bǔ)修理、填充修理、貼補(bǔ)修理、注膠修補(bǔ)、封邊修補(bǔ)、挖補(bǔ)和機(jī)械方法修補(bǔ)等類型，但從實(shí)用上分析依然是注膠法和挖補(bǔ)法比較切合實(shí)際。根據(jù)不同類型的零件缺陷，相應(yīng)的制定出了返修方案如下：

（一）表面缺陷的消除、填充和整形修整

（二）空腔和分層的注膠修理

（三）損傷孔/埋頭孔的修理

（四）損傷蜂窩芯的去除

（五）層的去除

四、小結(jié)

目前國(guó)內(nèi)復(fù)合材料的典型性損傷補(bǔ)方法已基本應(yīng)用，但是還沒(méi)有形成一定的標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)流程，在如何能過(guò)恢復(fù)修補(bǔ)后零件的100%特性方面還需要進(jìn)一步研究修補(bǔ)方法，相信隨著復(fù)合材料的應(yīng)用越來(lái)越多，修補(bǔ)的重要性會(huì)越來(lái)越凸顯，后續(xù)還需要進(jìn)一步加快驗(yàn)證工作。