復(fù)合材料零件局部返修技術(shù)研究

（沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限公司復(fù)合材料制造中心，沈陽(yáng) 110034）

引 言

隨著復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)及防護(hù)裝備等領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，先進(jìn)復(fù)合材料用于通用飛機(jī)結(jié)構(gòu)可以帶來(lái)減重、降低設(shè)計(jì)成本、抗疲勞耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，復(fù)材零件在成型、裝配及使用過(guò)程中易出現(xiàn)不同程度的缺陷，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。伴隨著復(fù)材零件在飛機(jī)上的占比增加，各類(lèi)復(fù)材零件的損傷及后期的維修也成為無(wú)法規(guī)避的難題。[1]

復(fù)合材料的修理方法有機(jī)械修理方法和膠接修理方法兩類(lèi)，機(jī)械修理方法因存在結(jié)構(gòu)增重較多、修理區(qū)域應(yīng)力較大、修理補(bǔ)片影響修復(fù)區(qū)域電性能等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用，因此，目前復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷主要采用膠接修補(bǔ)方法。[2]對(duì)于大型復(fù)合材料構(gòu)件，如飛機(jī)結(jié)構(gòu)、風(fēng)電葉片等，其維修經(jīng)常需要在外場(chǎng)條件下完成，受外場(chǎng)條件制約，固化工藝參數(shù)的控制存在一定難度，尤其在低溫環(huán)境下，固化問(wèn)題更是一個(gè)關(guān)鍵難題。[3]鑒于復(fù)材膠接修補(bǔ)需要考虛的問(wèn)題眾多，諸如已裝配完成的復(fù)雜環(huán)境，二次固化帶來(lái)的內(nèi)部應(yīng)力損傷，零件表防處理已完成等情況，復(fù)材零件應(yīng)當(dāng)且必須采用局部固化的方式進(jìn)行返修。

本文針對(duì)復(fù)合材料零件在裝配過(guò)程中出現(xiàn)的多處分層損傷進(jìn)行分析，擬采用局部固化的修補(bǔ)方式對(duì)復(fù)材零件進(jìn)行返修，并對(duì)不同的修補(bǔ)工藝方案進(jìn)行比對(duì)，分析其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

一、修補(bǔ)案例簡(jiǎn)介

本文涉及的待修補(bǔ)零件是某飛機(jī)復(fù)合材料中央翼盒桶段。中央翼盒作為重要的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件與外翼、機(jī)翼及機(jī)身相連，由前梁、后梁、內(nèi)部翼肋框架、上下壁板組成。機(jī)翼翼盒會(huì)被裝配在飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部的中央翼盒上組成牢固靈活的部件，承擔(dān)著起飛、巡航和著陸時(shí)的大部分重量和壓力，為主要承重結(jié)構(gòu)。中央翼盒后梁是“U型”蒙皮膠結(jié)“T型”長(zhǎng)桁的板梁結(jié)構(gòu)，在部段的裝配過(guò)程中對(duì)復(fù)材零件造成了損傷。

圖1 后梁缺陷分析示意圖

中央翼盒后梁在主體裝配完成，后續(xù)安裝鈦合金支架的過(guò)程中，由于操作失誤導(dǎo)致裝配孔邊緣出現(xiàn)分層損傷。由于該零件已完成了前期的整體裝配，無(wú)法對(duì)零件整體及諸多支架、緊固件等進(jìn)行拆除因此必須采取局部固化的方式進(jìn)行修補(bǔ)（見(jiàn)圖1）。

二、電熱毯中溫修補(bǔ)試驗(yàn)

根據(jù)情況，零件中心加熱區(qū)域內(nèi)最大溫差為1.75℃，最小溫差為1.2℃。根據(jù)要求：5℃的溫差是可接受的，因此該試驗(yàn)結(jié)果合格。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以確定中心加熱區(qū)域?yàn)橛行Ъ訜釁^(qū)域，可以作為熱補(bǔ)儀修補(bǔ)使用。

使用試驗(yàn)件進(jìn)行中溫局部固化的試驗(yàn)，整個(gè)固化過(guò)程歷時(shí)約2h，固化后的結(jié)果表面有些富樹(shù)脂，在顯微鏡下可以看到少量的孔隙存在。

三、常溫修補(bǔ)試驗(yàn)

1.真空檢測(cè)試驗(yàn)

該試驗(yàn)需要?dú)v時(shí)5d，抽真空不少于72h，真空泵長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行會(huì)因過(guò)熱而出現(xiàn)故障，因此需要使用其他方式進(jìn)行替代。擬采用裝配車(chē)間內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)帶過(guò)濾裝置的轉(zhuǎn)換接頭進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

由壓縮空氣轉(zhuǎn)換而來(lái)的抽真空裝置的真空度及穩(wěn)定性尚不明確，因此需要通過(guò)真空檢測(cè)試驗(yàn)來(lái)確定其參數(shù)性能。

2.常溫修補(bǔ)試驗(yàn)結(jié)果分析

使用試驗(yàn)件進(jìn)行常溫局部固化的試驗(yàn)，整個(gè)固化過(guò)程歷時(shí)5d。經(jīng)過(guò)目視檢查，表面無(wú)明顯缺陷，通過(guò)顯微鏡查看未見(jiàn)孔隙。

結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)于熱補(bǔ)儀電熱毯修補(bǔ)試驗(yàn)及常溫修補(bǔ)試驗(yàn)分別進(jìn)行了研究對(duì)比。

第一，針對(duì)使用熱補(bǔ)儀局部固化時(shí)的兩種修補(bǔ)方式即常溫修補(bǔ)和加溫修補(bǔ)進(jìn)行了對(duì)比，在修補(bǔ)效率及修補(bǔ)質(zhì)量上得出了明確的結(jié)論。

第二，此次待修補(bǔ)零件是已完成裝配的部段，屬于金屬零件與復(fù)材零件相連接區(qū)域，氣密性無(wú)法達(dá)到復(fù)材制造的要求。通過(guò)摸索密封方案，得出了最佳的密封方式。