航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)與運(yùn)用

◎趙月

航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)與傳統(tǒng)金屬材料修補(bǔ)存在較大的差異，對(duì)復(fù)合材料損壞部位進(jìn)行科學(xué)修補(bǔ)，是保證航空設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。比較常用的修補(bǔ)技術(shù)主要有兩種，一種是機(jī)械連接修補(bǔ)，一種是膠接修補(bǔ)。在實(shí)際開展中這項(xiàng)工作時(shí)，需要結(jié)合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的實(shí)際需要，選擇適合的修補(bǔ)方法，同時(shí)還需要掌握每種修補(bǔ)方法的具體操作流程，保證修補(bǔ)過程的規(guī)范化操作，以此提升修補(bǔ)技術(shù)的應(yīng)用效果。

一、常見的航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)

1.機(jī)械連接修補(bǔ)技術(shù)。

機(jī)械連接修補(bǔ)，主要是將損壞部位連接和鉚接在一起，保證整體的穩(wěn)固性。對(duì)于結(jié)構(gòu)破損的外表面，會(huì)使用螺栓或者鉚釘將修補(bǔ)片進(jìn)行固定，將損壞部位連接在一起，確?？梢猿惺芟鄳?yīng)荷載，同時(shí)也能保證設(shè)備整體的應(yīng)用性能，這種結(jié)構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)比較常用，在操作上比較方便，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯。機(jī)械連接修補(bǔ)技術(shù)在應(yīng)用過程中，沒有較多的要求，施工流程比較快，修補(bǔ)質(zhì)量也可以得到保障。但是，這種修補(bǔ)技術(shù)在應(yīng)用過程中還需要重視以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）要保證補(bǔ)片的質(zhì)量，尺寸大小、厚度要進(jìn)行有效控制；（2）對(duì)緊固件的材質(zhì)和類型進(jìn)行合理選擇。確定好緊固件的位置；（3）連接的過程中要實(shí)現(xiàn)科學(xué)打孔，保證打孔技術(shù)的有效性；（4）注重緊固件的安裝配置，并將其保存在合理位置。

2.膠接修補(bǔ)技術(shù)。

這類修補(bǔ)技術(shù)在應(yīng)用過程中，是利用膠來固定補(bǔ)片，實(shí)現(xiàn)對(duì)航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有效修復(fù)，保證設(shè)備結(jié)構(gòu)的應(yīng)用功能。膠接修補(bǔ)方法在應(yīng)用之后，損壞部位可以進(jìn)行科學(xué)調(diào)整及。對(duì)于修補(bǔ)部位，也可以直接挖除重新進(jìn)行填充修補(bǔ)，主要有貼補(bǔ)和挖補(bǔ)兩種修補(bǔ)方法。

首先，要對(duì)損壞部位進(jìn)行貼補(bǔ)修補(bǔ)，將補(bǔ)片貼到損壞部位，并利用膠將補(bǔ)片固定。貼補(bǔ)修補(bǔ)方法的應(yīng)用范圍有限，一般在平面結(jié)構(gòu)損壞部位比較常用，或者對(duì)整體結(jié)構(gòu)沒有太大影響的部位。貼補(bǔ)的補(bǔ)片種類有很多，可以選擇鋁、鈦、不銹鋼等材質(zhì)的補(bǔ)片，也可以選擇復(fù)合材料。在選擇外部貼片的過程中，盡量選擇與設(shè)備結(jié)構(gòu)一致的材料。膠接修補(bǔ)法在操作上比較簡(jiǎn)單，但是無法實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)外形的有效修復(fù)。

其次，對(duì)損壞部位進(jìn)行挖補(bǔ)修補(bǔ)，這種方式是對(duì)損壞部位進(jìn)行徹底清理，將損壞部位完全切除，然后使用新材料進(jìn)行填充。材料填充方法有很多，主要有斜接填充和階梯填充。斜接填充法在應(yīng)用期間，需要對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)損壞部位進(jìn)行多次修整，讓損壞部位的截面處于斜面狀態(tài)，再利用材料對(duì)修補(bǔ)位置進(jìn)行填充，這種修補(bǔ)方法可以保證填充材料整體的均勻性，應(yīng)用效果比較好，即使在進(jìn)行厚層合板進(jìn)行修補(bǔ)的過程中，也不會(huì)受厚度因素的影響，保證修補(bǔ)位置的光潔、平整。挖補(bǔ)修補(bǔ)方法在應(yīng)用期間，對(duì)操作人員的技術(shù)水平有著較高要求，與貼補(bǔ)修補(bǔ)方法相比，整體的施工難度比較大，而且需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。這種修補(bǔ)方法在專門的修理廠家比較常見；階梯修補(bǔ)與斜接修補(bǔ)法比較相似，就是將損壞部位的截面處修整成階梯形狀，在填充新材料。這種修補(bǔ)法方法需要工作人員具有一定的技術(shù)水平，同時(shí)，也要使用專門的設(shè)備、工具，而修補(bǔ)的關(guān)鍵難度在于臺(tái)階的修整，需要技術(shù)和耐心并存，因?yàn)樾枰獙?duì)于沒有受損的材料進(jìn)行清除，所以需要更多的風(fēng)險(xiǎn)，而階梯修補(bǔ)在開始前首先需要對(duì)修補(bǔ)位置進(jìn)行打磨，直到整個(gè)位置形成一個(gè)個(gè)寬度均勻的臺(tái)階，深達(dá)損壞位置即可。

3.其他修補(bǔ)技術(shù)。

目前工業(yè)還發(fā)展出更多新型的修補(bǔ)，即如電子束固化修補(bǔ)、光固化修補(bǔ)以及微波修復(fù)等等。而這些修復(fù)法則往往具有較快的修補(bǔ)效率，但是材料獲得能量的方法存在差異性，例如微波修補(bǔ)，則主要采用的是一種特殊的“膠接”方法，即在損壞地方加入微波吸收劑，然后強(qiáng)化該位置的磁導(dǎo)率，然后以特定的微波施加設(shè)備對(duì)修補(bǔ)位置導(dǎo)入微波，最終使其在較短的周期產(chǎn)生全新的、高強(qiáng)度的修復(fù)面，最終完成損傷的修補(bǔ)。

二、修補(bǔ)技術(shù)有效運(yùn)用

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)技術(shù)主要可以運(yùn)用在航天領(lǐng)域，即如：某廠生產(chǎn)的直升機(jī)由于生產(chǎn)流程出現(xiàn)操作失誤，進(jìn)而導(dǎo)致材料受損，即材料蒙皮呈穿透裂傷，傷痕呈現(xiàn)梯形，長(zhǎng)度約合16mm，同時(shí)與兩邊距離為83mm，如果根據(jù)受損問題以及特征，則可以選擇膠接方法進(jìn)行修復(fù)，而補(bǔ)片選擇主要是要求其外觀平坦，具有較強(qiáng)的粘結(jié)性，同時(shí)材料本身質(zhì)量較小，所以采用3236/T300預(yù)浸料最為合適，即可保證對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修復(fù)效果。另外，直升機(jī)本身對(duì)氣動(dòng)外形具有較高的要求，這些都需要通過修補(bǔ)流程的細(xì)化進(jìn)行管控，諸如采用貼補(bǔ)法，就可以將這種不利的影響降至最低，詳細(xì)的三個(gè)修補(bǔ)步驟如下。

首先，根據(jù)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行判斷，找出損壞區(qū)域，同時(shí)標(biāo)明切除的位置以及坐標(biāo)，以金剛石掏芯，找出相應(yīng)的盲孔，然后以圖紙為標(biāo)準(zhǔn)算出相應(yīng)的深度，最后再將計(jì)算的深入減去0.11～0.12mm，得出實(shí)際的深度，另外如果掏盲孔存在一定難度，則可以采用掏芯鉆頭確定盲孔位置。另外，修補(bǔ)位置需要以金剛石作為切割材料完成擴(kuò)孔打磨，最后在對(duì)其表面進(jìn)行完整加工，即需要保證加工表面的傾斜程度復(fù)合要求；其次，是對(duì)損傷區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)，可把膠膜、預(yù)浸料及其擋板放置于修補(bǔ)位置上，然后預(yù)浸圈根據(jù)損壞位置的特征進(jìn)行調(diào)整，本次修補(bǔ)采用的補(bǔ)片直徑為66mm，纖維方向保持在-45°；最后是成型操作，即基于室溫進(jìn)行真空抽取，壓強(qiáng)約為0.09MPa左右，同時(shí)配合每分鐘1.5℃的升溫速率將溫度提高至80℃，并且保留此溫度1.5h，最后再將溫度提升至120℃保持2h，再讓其自然降溫。

結(jié)語(yǔ)：保證航空設(shè)備應(yīng)用期間的安全穩(wěn)定，是航空行業(yè)發(fā)展期間的重要內(nèi)容。設(shè)備在應(yīng)用期間，會(huì)受到多方面因素的影響，材料會(huì)受到一定的損傷，長(zhǎng)期應(yīng)用過程中，則無法保證設(shè)備的安全性，對(duì)設(shè)備的整體運(yùn)作也會(huì)造成較大影響。這就需要根據(jù)航空設(shè)備結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，采用針對(duì)性的修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。在實(shí)際進(jìn)行修補(bǔ)的過程中，要保證整個(gè)流程的規(guī)范性，在保證修補(bǔ)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升整體的美觀性。