金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)膠接修理關(guān)鍵工藝

劉斌 徐天杰

（北京飛機(jī)維修工程有限公司，北京 100000）

1 概述

金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)既減輕了結(jié)構(gòu)重量，又可以保證足夠的強(qiáng)度，且具有吸能減震的性能，金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)是由上下兩層金屬蒙皮面板和中間的金屬蜂窩組成，通過膠粘劑膠接在一起，如圖1 所示。在民用飛機(jī)上使用廣泛，在襟翼后緣；擾流板；前緣縫翼；發(fā)動(dòng)機(jī)（進(jìn)氣道，反推）等一些重要部件都有金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的使用，如圖2 和圖3 所示。

圖1 金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)

圖2 鋁蒙皮/鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)位置圖（250 0F 制造的部件）

圖3 鋁蒙皮/鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)位置圖（350 0F 制造的部件）

不過，在長(zhǎng)時(shí)間的服役過程中，由于膠接膠層老化，意外的損傷，本身的制造工藝缺陷等。金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)部件都不可避免會(huì)出現(xiàn)脫粘等損傷。該類損傷往往通過切除損傷蒙皮，制作新的鋁制補(bǔ)片，膠接恢復(fù)蒙皮[1]。膠接相比于鉚接、螺栓連接等機(jī)械連接，具有連接效率高、避免了應(yīng)力集中等優(yōu)點(diǎn)。

2 金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)部件的膠接修理關(guān)鍵工藝

飛機(jī)制造商對(duì)金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)部件的膠接修理（如圖4）有嚴(yán)格的限制，例如對(duì)于737NG 系列飛機(jī)，膠接劑通常有膠糊和膠膜。膠糊修理僅適用于2 英寸范圍內(nèi)的損傷且為臨時(shí)修理，常不予考慮。使用膠膜修理有兩個(gè)尺寸的限制：64 平方英寸和200 平方英寸。

圖4 金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)粘接修理示意圖

金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷，如蒙皮與蜂窩芯的脫粘（圖5所示），在初始階段，蒙皮和蜂窩宏觀上是一體的，一般目視檢查很難發(fā)現(xiàn)，即使進(jìn)行敲擊檢查，經(jīng)驗(yàn)不豐富的機(jī)械員也不容易發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)這些隱形缺陷發(fā)展到目視可見時(shí)（蒙皮表面出現(xiàn)大面積鼓包），進(jìn)一步敲擊檢查確定損傷范圍，實(shí)際損傷面積往往超過64 平方英寸，甚至超過200 平方英寸。

圖5 某飛機(jī)后緣襟翼蒙皮與蜂窩芯的脫粘

64 平方英寸損傷以下可以使用常規(guī)的真空袋修理。真空袋加熱固化，制作真空袋，抽氣后形成負(fù)壓，保證粘接過程中的壓力，最大只有一個(gè)大氣壓的壓力。64 到200 平方英寸的損傷使用熱壓罐修理。膠接結(jié)構(gòu)用真空袋密封在模具上，置于熱壓罐中，利用熱壓罐提供的均勻溫度和壓力（可以達(dá)到十幾個(gè)大氣壓力）環(huán)境實(shí)現(xiàn)固化。如果64 到200 平方英寸的損傷仍然要使用真空袋修理，就需要做額外的工作以保證修理質(zhì)量，BMS5-121 定位布的使用和驗(yàn)證膜測(cè)試必不可少, 并且如果有更換蜂窩的步驟，更換蜂窩和恢復(fù)蒙皮就必須分開施工，不能同時(shí)固化完成。

2.1 驗(yàn)證膜測(cè)試

對(duì)于損傷面積超過64 平方英寸的修理，必須對(duì)膠接劑（膠膜）進(jìn)行檢查與厚度測(cè)量。膠接劑厚度對(duì)膠接強(qiáng)度有影響，膠接強(qiáng)度最初是隨著膠接劑厚度的增加而升高，之后隨膠層厚度的增加而急速下降[2]。保證膠接劑在固化后的厚度適當(dāng)，使膠接劑層形成良好的粘合力。只有通過驗(yàn)證膜測(cè)試，保證其厚度在0.002 英寸到0.020 英寸之間。

將膠膜放置在分離膜上,安裝真空袋并固化膠膜。固化時(shí)間可以僅為修理固化時(shí)用時(shí)的一半。測(cè)量固化后的膠膜厚度，達(dá)到要求厚度即可。驗(yàn)證膜測(cè)試通過，按照測(cè)試中使用的層數(shù)和大小的膠膜進(jìn)行修理。如果測(cè)試不合格，酌情增加或減少一層膠膜，重新固化并測(cè)量厚度，確保膠膜厚度達(dá)到要求并滿足測(cè)試要求。

驗(yàn)證膜測(cè)試工藝也是經(jīng)常被忽略的重要步驟。由于工作者僅憑自己的經(jīng)驗(yàn)，或者嫌工藝過程繁瑣，認(rèn)為大可不必。省掉該工藝步驟，雖然修理過后的敲擊檢查沒有任何問題，但是修理后的耐久性也就大打折扣。

2.2 表面處理

膠接質(zhì)量的控制是要保證膠接表面與膠接劑具有良好的結(jié)合性能，使修理補(bǔ)片可以有效的傳遞載荷，恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。膠接前表面處理狀態(tài)很大程度上決定了修復(fù)后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度[3]。表面處理可以得到高活化能的表面氧化層，以保證膠接質(zhì)量并提高抗腐蝕能力。

波音SRM 推薦使用磷酸陽(yáng)極化（PAA）表面處理，BOEGEL（AC-130）表面處理，氫氟酸- 阿洛?。℉F-Alodine）表面處理。磷酸陽(yáng)極化（PAA）表面處理有槽式磷酸陽(yáng)極化（Tank PAA）程序，非槽式磷酸陽(yáng)極化（PANTA）程序和磷酸局部陽(yáng)極化處理系統(tǒng)（PACS）程序。由于磷酸陽(yáng)極化（PAA）表面處理需要專門的設(shè)備和人員進(jìn)行操作，除了少數(shù)大修廠配有專門的人員和設(shè)備，大部分外場(chǎng)修理單位都沒有，實(shí)施起來較為不便，并且磷酸陽(yáng)極化對(duì)環(huán)境也有一定的污染，會(huì)排放大量的酸洗廢水。氫氟酸-阿洛?。℉F-Alodine）表面處理僅僅適用于臨時(shí)修理，并且修理范圍被限制得很小，只有2 英寸。如果處理不當(dāng)，殘留的HF 會(huì)造成蜂窩等腐蝕，并且對(duì)人體和環(huán)境有害。因此，磷酸陽(yáng)極化（PAA）表面處理和氫氟酸- 阿洛丁（HF-Alodine）表面處理都非首選。應(yīng)該首選無毒且對(duì)環(huán)境無污染的Boegel EP-II（AC-130）表面處理。

50 毫升的Boegel EP-II（AC-130）溶液大概可以處理200平方英尺的區(qū)域，按照此比例配制所需的溶液。配置好的溶液30 分鐘后才能發(fā)揮作用，有效期10 小時(shí)。充分打磨膠接區(qū)域，為了去除金屬氧化層，得到良好的表面處理狀態(tài)。如不立即進(jìn)行后續(xù)修理步驟，可用真空袋薄膜保護(hù)待膠接表面，超過24 小時(shí)，應(yīng)重新表面處理。

參照?qǐng)D6，圖7，徹底打磨待膠接表面和搭接區(qū)域表面，去除鋁表面的金屬氧化層。使打磨的處理表面對(duì)Boegel EP-II（AC-130）保持活性，與Boegel EP-II (AC-130)溶液間進(jìn)行充分的反應(yīng)。使用清潔、干燥的壓縮氮?dú)猓ɑ蚩諝猓┤コ蚰埩舴蹓m顆粒，施加Boegel EP-II（AC-130）溶液，使打磨表面完全浸透在溶液中至少2 分鐘。去除多余的Boegel EP-II（AC-130）溶液。處理后的表面在室溫下干燥至少60 分鐘，也可以使用烘箱、烤燈或不含油的壓縮空氣在不超過1600F（71℃）溫度下進(jìn)行干燥。

圖6 補(bǔ)片膠接面打磨示意圖

圖7 修理區(qū)域搭接表面打磨示意圖

2.3 定位布的使用

在超過64 平方英尺的修理中，需要使用定位布（BMS5-121），如圖8 所示。定位布可以提高固化過程中氣體的通過率，利于排出膠層中的空氣和其他揮發(fā)性物質(zhì)，減少固化后膠接界面的孔隙率，即減少了膠層內(nèi)的缺陷，使膠接層形成良好的粘合力。在小于64 平方英寸修理中，雖然沒有強(qiáng)制要求使用定位布，但是根據(jù)以往的修理經(jīng)驗(yàn)，仍然建議使用。

圖8 修理中定位布的使用示意圖

根據(jù)修理部件的制造溫度選用不同的修理材料（膠膜），再根據(jù)不同的修理材料（膠膜）選擇相適應(yīng)的固化溫度并固化。先將膠膜一側(cè)的隔離膜撕掉，與修理補(bǔ)片進(jìn)行貼合，如果貼不上，用熱風(fēng)槍輕輕吹熱一下，用刮片輕輕排除氣泡，使膠膜緊貼于補(bǔ)片。一般膠膜在裁剪時(shí)，會(huì)留出0.01 到0.1 英寸的余量，比補(bǔ)片大0.01 到0.1 英寸。在修理區(qū)域鋪放好BMS5-121 定位布，定位布要超過補(bǔ)片周圍0.5 英寸，再把準(zhǔn)備好的修理補(bǔ)片和膠膜安裝到位。

定位布也是很容易被工作者所忽略的。即使不使用定位布，修理過后的敲擊檢查可能沒有任何問題，但是修理后的耐久性也就大打折扣。沒有使用定位布的修理，在修理后的檢查中可能會(huì)出現(xiàn)局部脫粘的現(xiàn)象，因此不能忽視定位布的作用，在修理時(shí)，特別是大面積的修理中必須使用定位布。

3 結(jié)論

修理后的檢查只是針對(duì)修理后當(dāng)時(shí)狀態(tài)的一種檢查，修理后的耐久性才能檢驗(yàn)修理的質(zhì)量。表面處理，驗(yàn)證膜測(cè)試，定位布的使用都是修理中不可或缺的重要步驟，也常常被忽略和忽視的，任何不當(dāng)?shù)牟僮鞫伎赡茉斐煞倒ぁ３酥?，加?qiáng)復(fù)合材料技術(shù)人員的素質(zhì)培養(yǎng)，多總結(jié)工作中出現(xiàn)的問題，以改進(jìn)工作方法，提高修理水平和質(zhì)量，讓修理的質(zhì)量經(jīng)受著時(shí)間的考驗(yàn)。