復(fù)合材料組合件脫粘缺陷分析及消除

劉立彬

摘要：超聲檢測是復(fù)合材料內(nèi)部缺陷檢測最有效的方式，利用超聲檢測對復(fù)合材料組合件脫粘缺陷進行分析;結(jié)合生產(chǎn)過程，分析脫粘缺陷產(chǎn)生的原因;進而通過質(zhì)量控制與質(zhì)量改進方式，減少組合件脫粘缺陷。

關(guān)鍵字：脫粘;組合件;缺陷

中圖分類號：TQ050.4⁺3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0111-03

1序言

先進復(fù)合材料具有重量輕、比強度高、比剛度高、可設(shè)計性強、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好以及便于大面積整體成形等優(yōu)點，在同等結(jié)構(gòu)情況下比金屬結(jié)構(gòu)節(jié)省重量20%左右，大大提高了燃油效率，改善了飛機整體性能。故在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計制造領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段，無損檢測中超聲檢測是判定復(fù)合材料內(nèi)部質(zhì)量問題最有效的方式。本文針對公司某型機復(fù)合材料組合件中常出現(xiàn)的脫粘缺陷，分析組合件其脫粘缺陷產(chǎn)生的原因，通過一系列質(zhì)量控制與質(zhì)量改進措施，減少或者消除脫粘缺陷。

2脫粘缺陷超聲信號分析

脫粘缺陷主要存在于復(fù)合材料制件的板芯區(qū)域及板板膠接區(qū)域。其中板芯區(qū)域缺陷只能通過噴水穿透法檢測，難以通過接觸式脈沖反射法進行檢測;而板板膠接區(qū)域脫粘可通過噴水穿透法及接觸式脈沖反射法檢測。且脫粘缺陷相對于夾雜缺陷來說，缺陷形狀不規(guī)則，如圖1所示。

2.1板芯區(qū)域脫粘缺陷

板芯區(qū)域脫粘缺陷超聲檢測特點：

（1）通過噴水穿透法形成的C掃描圖像，脫粘區(qū)域的超聲信號明顯低于良好區(qū)域的超聲信號;

（2）通過敲擊判定缺陷，脫粘區(qū)域與良好區(qū)域敲擊發(fā)出聲音區(qū)別較大。

2.2板板膠接區(qū)域脫粘缺陷

板板膠接區(qū)域脫粘缺陷超聲檢測特點：

（1）通過噴水穿透法形成的C掃描圖像，脫粘區(qū)域的超聲信號明顯低于良好區(qū)域的超聲信號，門檻值一般需在10dB以上;

（2）接觸式脈沖反射法檢測該脫粘缺陷的超聲信號為層間波升高，底波降低甚至消失。

3脫粘缺陷原因分析

某機型復(fù)合材料組合件脫粘缺陷分布于板芯區(qū)域，以及板板膠接區(qū)域。該機型每架機此組合件零件為16個，平均每架機板芯脫粘及板板脫粘缺陷達(dá)到5個。由于脫粘缺陷的存在，減緩了生產(chǎn)速率，也引起了客戶的不滿。

3.1組合件板芯脫粘缺陷原因分析

該組合件通過SY-14M30級（厚度0.3mm）膠膜將次級零件蒙皮與蜂窩芯粘接到一起，由于某種原因?qū)е履z接區(qū)域未完全膠接到一起，故產(chǎn)生了板芯脫粘缺陷。該缺陷產(chǎn)生原因如下：

（1）膠膜有缺陷;

（2）加壓設(shè)備、抽真空設(shè)備存在問題;

（3）操作人員技能低，經(jīng)驗不足，未仔細(xì)清理帶咬接區(qū)域;

（4）膠接夾具局部超差;

（5）次級零件間隙超差;

（6）組件局部壓力不足;

（7）組件局部外形變化劇烈。

3.2組合件板板脫粘缺陷原因分析

該組合件通過SY-14M20級（厚度0.2mm）膠膜將次級零件上下蒙皮粘接到一起，由于某種原因?qū)е聝蓚€次級零件膠接區(qū)域未粘接到一起，故產(chǎn)生了板板脫粘缺陷。而產(chǎn)生板板膠接脫粘缺陷原因有：

（1）膠膜有缺陷;

（2）加壓設(shè)備、抽真空設(shè)備存在問題;

（3）操作人員技能低，經(jīng)驗不足，未仔細(xì)清理帶膠接區(qū)域;

（4）蜂窩芯銑切方案不合理;

（5）蜂窩芯局部變形;

（6）蜂窩芯局部超差;

（7）次級零件間隙超差;

（8）組件局部壓力不足;

（9）組件局部外形變化劇烈。

4組合件脫粘缺陷因素識別和分析

4.1板芯脫粘缺陷分析

通過板芯脫粘缺陷魚刺圖分析，造成缺陷的主要原因3點：

（1）蜂窩芯的銑切方案不合理，專用銑具出現(xiàn)變形，導(dǎo)致銑切完畢后，蜂窩芯型面局部超差;

（2）板芯膠接區(qū)域組件型面局部變化劇烈，固化過程中，此處固化壓力不足;

（3）外部碰撞導(dǎo)致脫粘。

4.2板板脫粘缺陷分析

通過板板脫粘缺陷魚刺圖原因分析，造成該缺陷的主要原因有2點：

（1）膠接夾具局部超差，導(dǎo)致次級零件局部間隙不符合要求;

（2）板板膠接區(qū)域組件型面變化劇烈，固化過程中，此處固化壓力不足。

5組合件質(zhì)量控制及改進措施

5.1質(zhì)量控制

為保證鋪貼、制袋的可靠性和一致性，在制造指令中詳細(xì)規(guī)定了鋪貼的順序，冷抽壓實的位置，壓實的真空度要求及時間。同時，在產(chǎn)品的制造過程中，保證實際操作流程符合工藝要求。操作指令中對真空袋的制作方式，輔助材料的使用種類，熱電偶的位置，真空嘴的位置等都以附圖的形式加以明確。

5.2改進措施

（1）返修工裝

對該復(fù)合材料組合件膠接夾具工裝進行了協(xié)調(diào)檢查，并針對易發(fā)生膠接區(qū)域脫粘缺陷的部位，進行加密測量。依據(jù)測量結(jié)果，對型面超差處進行返修。

（2）提升固化壓力

針對組合件外形局部變化劇烈，壓力不足的問題，將組合件的固化壓力由0.20MPa±0.035MPa，提升為0.22MPa±0.035MPa。通過提升整體固化壓力，保證外形局部變化劇烈出壓力滿足膠接要求。

（3）改進工藝方法

針對尾緣處易出現(xiàn)脫粘缺陷的問題，優(yōu)化泡沫膠的填充范圍，由35mm改為約30mm，并且將鋪貼區(qū)域向蜂窩芯方向移動約5mm，將部分泡沫膠放置在蜂窩芯上表面。

針對尾緣處易出現(xiàn)脫粘缺陷的問題，制袋時，在此處放置1層airpad（未固化），起到均勻傳到壓力的作用。

將板板膠接區(qū)域膠膜（SY-14M 20級）層數(shù)從l層增加到2層，消除局部間隙問題及由于膠膜強度不夠造成的脫粘問題。

（4）改進蜂窩芯銑切方案

針對蜂窩芯在銑切過程中頻繁出現(xiàn)型面超差的問題，數(shù)控技術(shù)人員重新制定蜂窩芯銑切方案，并申請新的銑切夾具。在蜂窩芯撕裂或缺失時，要求操作人員填泡沫膠來避免板芯區(qū)域脫粘缺陷的產(chǎn)生。

（5）清洗膠接區(qū)域

對次級零件膠接區(qū)域以及工裝膠接區(qū)域清理干凈，并形成互檢模式，杜絕出現(xiàn)組合件夾雜、脫粘類缺陷。

5.3人員培訓(xùn)

5.3.1編制培訓(xùn)大綱

編制詳細(xì)的培訓(xùn)大綱要求，對于操作技能低、經(jīng)驗不足的操作人員以及新進廠的操作人員嚴(yán)格按照培訓(xùn)大綱要求進行培訓(xùn)并考核，只有通過考核的操作人員才能進行正式產(chǎn)品的制造生產(chǎn)。

5.3.2培訓(xùn)考核驗證

要求所有操作人員進行培訓(xùn)考核驗證，通過考核驗證的人員授予印章，進行實際操作。培訓(xùn)考核驗證是指操作人員對于同類型零件只有連續(xù)操作并合格3個批次后，即為考核通過。對于無法通過培訓(xùn)考核驗證的操作人員，只能在有印章的人員監(jiān)督下進行操作，不允許單獨操作，直到通過培訓(xùn)考核驗證才能獨立進行操作。

5.4改進結(jié)果

通過上述質(zhì)量控制、質(zhì)量改進措施及建立相應(yīng)的人員培訓(xùn)考核機制的實施，取得了以下效果：

（1）通過兩架機的改進后，將每架機脫粘缺陷從5個減少為0.5個;

（2）某型機每架機組合件的交付周期從2個月縮短為1.5個月;

（3）隨著拒收單數(shù)量下降，人員技能水平的提高，報廢產(chǎn)品數(shù)量逐漸減少，有效的節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了用戶滿意度。

6結(jié)論

本文通過超聲檢測技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)某型機復(fù)合材料組合件板芯及板板脫粘缺陷，利用質(zhì)量控制與質(zhì)量改進的理論知識，通過分析脫粘缺陷產(chǎn)生的原因，制定相應(yīng)質(zhì)量改進措施，減少了每架機脫粘缺陷數(shù)量，縮短了生產(chǎn)交付周期。