BR0108968B1 - método para unir componentes compósitos e sistema para consertar componentes compósitos e para unir componentes. - Google Patents

método para unir componentes compósitos e sistema para consertar componentes compósitos e para unir componentes. Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA UNIR COMPONENTES COMPÓSITOS E SISTEMA PARA CON- SERTAR COMPONENTES COMPÓSITOS E PARA UNIR COMPONEN- TES".
A presente invenção refere-se a sistemas de produção e conser- to para componentes feitos de material, tal como metais e compósitos. Em- bora a presente invenção seja aplicável para uso na indústria aeronáutica e a invenção será descrita com relação ao pedido, será observado também que a presente invenção tem aplicação geral na indústria.
Estruturas modernas de avião podem ser construídas a partir de uma variedade de diferentes materiais. Materiais comumente usados inclu- em alumínio e outros metais, embora materiais compósitos também estejam agora sendo usados para produzir vários componentes de avião.
A natureza de pressão elevada da produção do componente de avião requer o uso de métodos de produção especializados. Além disso, e- quipamento especializado é requerido para consertar tais estruturas, ou componentes, de avião. A presente invenção refere-se a um sistema para consertar, unir e produzir compósitos e componentes de material. Embora a presente invenção seja descrita em relação a seu uso na indústria aeronáu- tica, a invenção também é aplicável em outras aplicações.
O termo "compósito" é comumente usado na indústria para iden- tificar componentes produzidos impregnando-se um material fibroso com uma resina termoplástica, ou de termocura, para formar laminados ou cama- das.
Os compósitos são bastante usados na indústria de aeroespaço para proporcionar componentes de avião, tais como fuselagens, asas e pa- Ihetas de cauda, portas etc. Isso é porque os componentes compósitos têm o atributo físico de ser relativamente leve, tendo, ao mesmo tempo, elevada resistência estrutural em comparação com os metais. Tais componentes compósitos são, tipicamente, de uma construção intercalada tendo um nú- cleo de colméia coberto por uma pele interna e externa.
É possível consertar orifícios passando, pelo menos parcial e to- talmente, através de tais componentes compósitos. A abordagem geral é remover a parte danificada do avião e consertar o orifício usando-se uma manta elétrica com um saco a vácuo. Um "pré-impregnado" formado de uma camada de material fibroso impregnado com resina não-curada é colocado sobre a área a ser consertada. O cobertor elétrico aplica calor à área para curar o "pré-impregnado". O saco a vácuo mantém a manta elétrica na posi- ção sobre a área de conserto, enquanto, ao mesmo tempo, aplica uma força de compactação ao pré-impregnado.
Os consertos usando-se essa abordagem não são, porém, satis- fatórios. Isso é porque a inconsistência do calor proporcionado pela manta elétrica leva à falta de confiabilidade na cura. Além disso, o uso de compac- tação de saco a vácuo não é muito eficaz para remover o ar do pré- impregnado, de modo que a área consertada não é, necessariamente, isenta de vácuo.
A abordagem atual na fabricação de componentes compósitos é pelo uso de autoclave para cura. Isso limita o tamanho máximo dos compo- nentes compósitos que podem ser produzidos por essa abordagem a um tamanho prático máximo de autoclave. Portanto, embora seja possível usar os componentes compósitos na produção da fuselagem do avião, tais como aviões militares, de caça, até agora foi praticamente muito difícil fabricar a fuselagem de aviões grandes, tais como aviões de passageiro, de transpor- te, comercial usando componentes compósitos por causa da restrição de tamanho e custo de grandes autoclaves. A fuselagem precisaria ser compos- ta por um número de seções separadas de fuselagem que, subseqüente- mente, precisariam ser unidas. Os componentes compósitos produzidos u- sando-se o método de autoclave são, além disso, totalmente curados. Isso leva a um desempenho de ligação secundário se dois componentes total- mente curados são, subseqüentemente, unidos. Tal ligação secundária não é tão forte como uma ligação onde a área de união e as partes são totalmen- te curadas ao mesmo tempo. Os compósitos unidos desse modo tendem a deslaminar na ligação secundária e cair.
O método de autoclave também é usado produzindo-se compo- nentes feitos de metal onde várias seções de metal precisam ser unidas u- sando-se adesivos. Novamente, o tamanho do componente de metal que pode ser produzido usando-se esse método é limitado pelo tamanho da au- toclave. Além disso, também há o risco de distorção produzido no compo- nente de metal unido por causa da necessidade de aquecer e esfriar o com- ponente inteiro.
Seria vantajoso poder proporcionar um sistema aperfeiçoado pa- ra consertar os componentes de avião feitos de material compósito, metal ou outros materiais.
Também seria vantajoso poder produzir através da ligação e da formação de componentes de avião feitos de material compósito, ou outros materiais, sem a necessidade de autoclave no processo de produção.
Portanto, um primeiro objeto da presente invenção é proporcio- nar um método e um aparelho aperfeiçoados para consertar um componente compósito.
Com isso em mente, de acordo com um aspecto da presente in- venção, é proporcionado um método para consertar um componente compó- sito tendo uma área danificada, incluindo: colocar uma camada compósita sobre a área danificada; localizar pelo menos uma câmara de pressão sobre a área danificada, a câmara de pressão incluindo uma face de apoio deslo- cável; circular o fluido a uma temperatura e pressão elevada através da câ- mara de pressão para daí comprimir a camada entre a face de apoio da câ- mara de pressão e do compósito e elevar a sua temperatura para efetuar a cura da camada.
A camada compósita pode ser um laminado padrão compreen- dendo camadas de material fibroso ao qual a resina de cura é aplicada. De modo alternativo, a camada compósita pode ser um pré-impregnado que foi pré-impregnado com resina de cura.
A face de apoio pode ser proporcionada por uma membrana re- silientemente deformável, formada de um material de folha resilientemente deformável. Por exemplo, borracha tal como silicone ou borrachas de tempe- ratura equivalente, elevada, ou plásticos, poderiam ser utilizados. A vantagem de ter uma câmara de pressão usando-se uma membrana resilientemente deformável é que leva em consideração varia- ções na espessura da camada compósita, enquanto, ao mesmo tempo, pro- porciona uma pressão uniforme através da camada. Isso promove a expul- são de ar da camada e a expulsão da resina excedente. A área consertada resultante pode, portanto, ter alguma bolha de ar, ou nenhuma, proporcio- nando um conserto aperfeiçoado.
O uso de fluido circulante, como água ou óleo, para agir como o mecanismo de aquecimento, proporciona mais transferência de calor para a camada. Uma rápida transferência de calor pode ocorrer através da face de apoio da câmara de pressão. Além disso, a circulação do fluido aquecido permite uma temperatura mais uniforme para todas as áreas da camada compósita, com áreas tanto mais finas, quanto mais grossas da camada sendo aquecida na mesma temperatura geral e energia térmica.
Alternativamente, a face de apoio poderia ser proporcionada por uma face de molde rígido suportado em relação de flutuação com o resto da câmara de pressão. Por exemplo, a face do molde pode ser suportada por um flange periférico, resilientemente deformável, ou flexível, interconectando a face do molde ao resto da câmara de pressão.
O método inclui, ainda preferivelmente, variar, de forma cíclica, a pressão dentro da câmara de pressão. Isso resulta em ondas de pressão vibratória sendo aplicadas à face de apoio que coloca a camada compósita em ambiente vibratório e age para ainda facilitar a remoção de ar da cama- da. O resultado é a área de conserto tendo uma resina relativamente unifor- me para a proporção de fibra com poucas bolhas de ar, ou nenhuma, na camada compósita curada.
No caso onde a face de apoio é uma membrana resilientemente deformável, uma placa reguladora de pressão ou, para ser ainda mais preci- so, no contorno de superfície um molde separado pode ser posicionado en- tre a face de apoio da câmara de pressão e a camada. Durante o procedi- mento de conserto, a camada compósita pode ser intercalada entre a placa reguladora de pressão e o componente compósito. Essa placa reguladora de pressão, ou molde, pode ser dimensionada para proporcionar uma superfície que se amolda à forma da superfície do componente compósito, uma vez consertado. Tal placa reguladora de pressão pode ser usada quando é ne- cessário garantir um aplainamento aerodinâmico desse componente. Onde as ondas de pressão de vibração são utilizadas, as ondas de pressão podem ajudar a compactar a camada e consolidar a camada na forma da placa re- guladora de pressão quando na posição sobre a camada.
O uso da face de apoio tendo uma face de molde rígido flutuante também trabalha da mesma maneira que a placa reguladora de pressão, com a face do molde proporcionando a superfície para moldar o componente compósito.
O método acima notado pode ser usado tanto quando o compo- nente compósito foi vincado e quando o componente compósito foi perfurado completamente através daí. Porém, no último caso, pode ser necessária a provisão de uma tira inicial no lado do furo oposto ao lado que vai ser con- sertado. Isso impede a perda da resina, e assim por diante, a área danifica- da quando o componente compósito está sendo consertado. Portanto, uma vez que a tira é aplicada no lado oposto do furo, o método de acordo com a presente invenção pode ser usado para consertar a área danificada do com- ponente compósito. Alternativamente, a tira pode ser aplicada ao mesmo tempo que a camada do compósito. Um número de seqüências de conserto diferentes podem, portanto, ser usados: a) colocar uma tira inicial em um lado da área danificada, e consertar o lado oposto da área danificada usan- do-se o método e aparelho de acordo com a presente invenção; b) consertar cada lado da área danificada usando-se o método e o aparelho de acordo com a presente invenção; ou c) simultaneamente consertar ambos os lados da área danificada usando-se o método e aparelho de acordo com a presen- te invenção.
O método de conserto preferido é colocar o molde, ou placa re- guladora de pressão no revestimento externo da parte do compósito e com- pactar a parte, a partir de sua face traseira, de modo que nenhuma imperfei- ção na espessura seja refletida na face traseira. Também pode ser preferível proporcionar uma segunda fonte de pressão para eqülibrar a pressão aplicada à área danificada a ser conserta- da. Um segundo recipiente de pressão pode ser colocado no lado oposto da área danificada do componente compósito e oposto à primeira câmara de pressão, com a área danificada sendo localizada entre as primeira e segun- da câmaras de pressão. A segunda câmara de pressão também pode ter uma face de apoio. A face de apoio da segunda câmara de pressão pode ser uma membrana resilientemente deformável. De modo alternativo, a face de apoio pode ter uma face flutuante, relativamente rígida, para se amoldar à forma da parte do compósito que está sendo consertada.
Durante o conserto do componente compósito, a segunda câma- ra de pressão pode aplicar uma força igual e oposta no componente compó- sito relativo à força aplicada pela primeira câmara de pressão, à medida que as primeira e segunda câmaras possam estar na área danificada do compó- sito.
Embora a estrutura da câmara de pressão precise ser de uma construção com elevada resistência e à prova de vazamento, o uso da pres- são de balanceamento permite que as faces de apoio opostas das câmaras de pressão suportem elevadas forças e pressões enquanto, ao mesmo tem- po, é de construção relativamente leve. As faces de apoio podem, portanto, ser aquecidas e esfriadas rapidamente com uso reduzido e perda de energia de calor. A energia total de calor para efetuar essa cura e o tempo de cura podem, portanto, ser minimizados.
É claro que a segunda câmara de pressão pode agir para curar uma camada de compósito que proporciona a tira para a área danificada na superfície oposta do componente compósito.
Porém, deve ser observado que a provisão da pressão de ba- lanceamento não é crítica para a presente invenção e o método pode ainda operar sem essa força de balanço como a pressão e, assim, a força aplicada ao componente compósito pela câmara de pressão pode ser relativamente baixa.
Também deve ser observado que um método similar também poderia ser usado para consertar um componente de metal que usa uma tira de metal em lugar de uma camada compósita.
Portanto, de acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para consertar um componente de metal tendo uma área danificada, incluindo colocar uma tira de metal com material adesi- vo sobre a área danificada; colocar pelo menos uma câmara de pressão so- bre a área danificada, a câmara de pressão incluindo uma face de apoio deslocável; circular fluido a uma temperatura e pressão elevadas através da câmara de pressão para comprimir e formar tira de metal entre a face de apoio da câmara de pressão e o componente de metal e elevar a temperatu- ra para efetuar a compressão, a moldagem e a ligação da tira de metal. A provisão de um vácuo sobre o componente que está sendo consertado du- rante o processo também pode ser útil.
As vantagens de se usar o método de conserto para componen- tes de metal são as mesmas do que quando o método de conserto é usado em componentes compósitos. Em particular, o uso de um fluido de circula- ção a uma temperatura e pressão elevadas através da câmara de pressão ajuda a garantir uma pressão relativamente uniforme na tira de metal e uma distribuição relativamente uniforme da temperatura através da tira. Isso pode ser facilitado pela face de apoio da câmara de pressão sendo proporcionada por uma membrana resilientemente deformável.
Além disso, a pressão pode ser ciclicamente variante dentro da câmara de pressão. Isso ajuda a remover bolhas de ar do material adesivo entre a tira de metal e o componente de metal, de modo tal que os vazios de ar na ligação resultante sejam minimizados.
Além disso, como acontece com o conserto de componentes compósitos, pode ser possível usar uma placa reguladora de pressão, a tira de metal sendo intercalada entre a placa caul e o componente de metal. Po- rém, é preferível que a superfície do componente de metal sobre o qual a tira de metal é aplicada tenha um recesso, ou reentrância até a profundidade da tira de metal se uma placa for usada no conserto. Isso ajuda a garantir um acabamento mais plano na área consertada. De acordo com outro aspecto da presente invenção, é propor- cionado um aparelho para consertar uma área danificada em um componen- te, incluindo: pelo menos uma câmara de pressão tendo uma face de apoio deslocável; meios de circulação de fluido para circular fluido a uma tempera- tura e pressão elevadas através de pelo menos uma câmara de pressão; meios de localização para localizar pelo menos uma câmara de pressão so- bre a área danificada com a face de apoio da câmara de pressão localizada adjacente à área danificada.
A câmara de pressão pode incluir um alojamento, com a face de apoio deslocável sendo proporcionada em um lado do alojamento. A face de apoio deslocável pode ser uma membrana resilientemente deformável, ou pode ser proporcionada por uma face de molde rígido flutuante, conforme previamente descrito. O alojamento pode ser conformado para se conformar geralmente com a forma do compósito, ou metal componente, a ser conser- tado. Por exemplo, o alojamento pode ser geralmente de forma arqueada quando visto em seção transversal para corresponder à forma geral de uma face curvada de um painel de fuselagem.
Alternativamente, o alojamento pode ter a forma de "U" em se- ção transversal para permitir o conserto da extremidade de uma asa ou pa- Iheta de cauda. Outras formas podem ser projetadas. Deve-se notar que o alojamento não precisa seguir exatamente a forma do compósito, ou compo- nente de metal, porque a face de apoio deve ter uma "flexibilidade" suficiente para se encaixar à forma do componente.
Alternativamente, o alojamento da câmara de pressão pode ser articulado em um ou mais pontos para permitir que o alojamento seja ajusta- do para se conformar, de forma mais próxima, ao compósito, ou componente de metal.
Nas disposições acima, a membrana resilientemente conformá- vel pode ser diretamente fixada ao alojamento para moldar a câmara de pressão. Porém, é alternativamente projetado que a face resilientemente deformável seja proporcionada por um saco interno, flexível, inflável, supor- tado pelo alojamento. O meio de circulação de fluido pode incluir uma bomba de fluido para circular fluido através das linhas de suprimento de fluido para e da câ- mara de pressão, e pelo menos um reservatório de fluido para conter fluido para ser circulado.
O fluido pode ser pressurizado comprimindo-se gás comprimido suprido ao reservatório de fluido. Uma fonte de gás comprimido pode se co- municar através de uma linha de gás com o reservatório de fluido. Uma série de reservatórios de fluido pode ser proporcionada, cada uma contendo fluido a temperaturas diferentes. Isso permite uma rápida mudança na temperatura do fluido que circula através da câmara de pressão à medida que o fluido pode ser regulador de pressão de diferentes reservatórios de fluido que de- pendem da temperatura requerida para o fluido. Um maior controle do pro- cesso de cura pode, portanto, ser obtido para aquecer rapidamente o com- pósito para curar a temperatura, e em seguida rapidamente resfriar o Iami- nado consertado, e as proximidades do mesmo, sem deixar manchas quen- tes reguladoras de pressão, ou seja, sem deixar distorções. Alternativamen- te, poderia ser empregada uma fonte de fluido com um aquecedor para a - quecer o fluido e um permutador térmico para esfriar o fluido à medida que o ciclo é completado.
O aparelho pode ainda incluir meios de vibração, ou impacto, pa- ra variar ciclicamente a pressão dentro da câmara de pressão. De acordo com uma possível disposição, a câmara de pressão pode incluir um vibrador sônico, ou ultrassônico, aí fixado para vibrar a câmara de pressão e colocar a camada de compósito em um ambiente vibrante. Alternativamente, pode ser obtida vibração por uma válvula interruptora usada para interromper, pe- riodicamente, o fluxo de fluido através da câmara de pressão, criando, aí, um efeito de onda de pressão comumente conhecida como "martelo de água". Um modo alternativo de se obter o efeito de pressão é por meio de um dis- positivo de impacto cíclico. Isso pode incluir, por exemplo, um dispositivo do tipo "martelo pneumático" ou "pistola de rebite" que aplica uma força de im- pacto cíclico no próprio molde rígido, ou uma placa suspensa dentro do flui- do da câmara de pressão na estrutura da câmara de pressão. Outros meios para produzir variações cíclicas, ou efeitos de onda de pressão na pressão dentro da câmara de pressão também são considerados.
O aparelho pode incluir duas câmaras de pressão que podem ser proporcionadas para pressões balanceadas a serem aplicadas na área danificada. O meio de colocação pode, portanto, respectivamente colocar as câmaras de pressão nos lados opostos da área danificada.
O aparelho pode ser usado in situ, em um avião, sem a necessi- dade de separar o componente a ser consertado do avião. Os meios de co- locação podem, portanto, ser selecionados para este fim. Por exemplo, al- mofadas de vácuo podem ser usadas para colocar a câmara de pressão so- bre a área danificada. Além disso, vácuo pode ser empregado na própria tira para manter o aparelho em posição, compactar a tira e ainda ajudar na re- moção de ar do conserto.
Alternativamente, linhas podem prender a câmara de pressão na seção do avião a ser consertado. Também é considerada que uma estrutura de apoio livre, separada, pode ser proporcionada para suportar o aparelho.
A vantagem do conserto in-situ é que o compósito, ou compo- nentes de metal, podem ser consertados no avião na pista do aeródromo sem a remoção e conseqüente perda de tempo requerida para consertá-lo fora do avião.
O método de conserto, de acordo com a presente invenção, po- de ser prontamente adaptado para a produção de partes do componente compósito.
Portanto, um segundo objeto da presente invenção é proporcio- nar um método e aparelho aperfeiçoados para unir os componentes compó- sitos.
Com isso em mente, de acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para unir componentes compósitos, incluindo: colocar dois componentes compósitos separados em relação ad- jacente, para daí proporcionar uma área de união entre eles; aplicar um ma- terial de união incluindo pelo menos resina de cura para a área de união: colocar pelo menos uma câmara de pressão sobre a área de união, a câma- ra de pressão incluindo uma face de apoio deslocável; circular fluido a uma temperatura e pressão elevadas através da câmara de pressão para daí comprimir a área de união com a face de apoio deslocável da câmara de pressão e elevar sua temperatura para efetuar a cura da área de união.
Os componentes compósitos podem incluir extremidades locali- zadas em uma relação adjacente para proporcionar a área de união entre eles. Os dois componentes de compósito, uma vez unidos, podem, então, formar um único painel contínuo.
De modo alternativo, a extremidade de um de tais componentes pode ser colocada adjacente à face de outro tal componente, por exemplo, uma união de ângulo reto. As áreas de canto definidas pelos dois compo- nentes compósitos podem, então, ser a área de união. O componente com- pósito que se estende da face do outro componente poderia, por exemplo, ser uma aresta de suporte em um painel interno de uma estrutura de avião, ou parte do componente.
O material de união pode ser um laminado, ou pré-impregnado, que não é curado e pode ser fundido ou curado em posição através da área de união. Porém, outros materiais de união podem ser usados. Por exemplo, folhas termoplásticas podem ser forçadas pela pressão e fundidas por calor na posição na área de união. Alternativamente, uma abordagem de molde de transferência de resina pode ser usada, com a resina sendo puxada para a área de união sob vácuo para molhar e unir os componentes. Também é considerado que uma abordagem de moldagem por injeção de resina seja usada onde é usada fibra seca para manter a carga, e a resina é bombeada sob pressão para molhar a área de união.
A face de apoio deslocável da câmara de pressão pode ser pro- porcionada por uma face de molde rígido suportado em relação de flutuação ao resto da câmara de pressão. Por exemplo, um flange resilientemente de- formável pode interconectar a face de molde rígido ao resto da câmara de pressão. A face de molde rígido pode proporcionar um perfil para moldar a superfície da camada do compósito.
A face do molde tem uma superfície que atua para formar a su- perfície da área de união. Por exemplo, onde os componentes compósitos estão sendo unidos para formar um painel contínuo, a face do molde pode garantir que a área de união tenha a mesma superfície aerodinamicamente plana como o resto da superfície de cada parte de componente compósito.
Porém, também é possível que a câmara de pressão tenha uma membrana resilientemente deformável para aplicar pressão à área de união. Uma placa reguladora de pressão, ou posicionada de modo separado e um molde precisamente alinhado podem ser usados entre a membrana e a área de união se uma forma precisa e plana for requerida para a área de união.
O problema de ligações secundárias pode ser superado se as extremidades dos componentes compósitos para produzir um painel contí- nuo são deixadas sem cura, ou apenas parcialmente curadas. Isso não é logo possível quando são usadas autoclaves para fabricar os componentes compósitos porque a taxa e temperatura de cura não podem ser prontamen- te controlados por todo o componente.
Se for usada uma autoclave para efetuar a ligação "co-cura", en- tão as partes precisam ser colocadas na posição correta usando-se um ga- barito, ou outros dispositivos. O gabarito, juntamente com as peças, preci- sam ser transportados para permitir que seja movido para a autoclave. Isso significa que há possibilidade de um mau alinhamento e distorção subse- qüentes das partes que estão sendo mantidas pelo gabarito. Por meio de comparação, na presente invenção, o gabarito e/ou os dispositivos podem ser permanentemente fixados a uma superfície sólida, tal como chão concre- to, uma vez que não é necessário para o gabarito se mover. Portanto, as partes podem ser colocadas em alinhamento preciso, sem a necessidade de qualquer movimento subseqüente do gabarito. Isso leva à obtenção de tole- râncias mais finas de fabricação.
No pedido de patente australiana no. 697678, cujos detalhes es- tão aqui incorporados por referência, é descrito um método para a fabricação de componentes compósitos que podem permitir a variação na taxa de cura do componente. Isso pode ser obtido no método descrito controlando-se a temperatura e o fluxo de circulação sendo usados para curar o componente. Portanto, é possível curar totalmente o componente, exceto para as extremi- dades que podem permanecer não-curadas, ou apenas parcialmente cura- das. Quando os componentes de compósito fabricados desse modo são uni- dos de acordo com a presente invenção, a área de união resultante não é uma ligação secundária. Isso é porque as extremidades de cada componen- te que está sendo unido são totalmente curadas, ao mesmo tempo em que o material de união que resulta em uma ligação mecânica e química total.
Uma pressão de balanceamento também pode ser proporciona- da no lado oposto da área de união por uma segunda câmara de pressão. A segunda câmara de pressão pode incluir uma face de apoio na forma de uma membrana resilientemente deformável para engatar a área de união.
A provisão de câmaras de pressão em cada lado da área de u- nião que aplicam forças opostas e de balanceamento irá facilitar a distorção da área de união.
Quando cada câmara de pressão é colocada na área de união, o fluido a uma pressão e temperatura elevadas podem ser circulados através daí do mesmo modo que o descrito para o método e aparelho de conserto. Da mesma forma, a pressão também pode ser ciclicamente variada para proporcionar uma onda de pressão vibratória à face de apoio e, subseqüen- temente, à área de união.
Também é possível obter um aquecimento ou esfriamento dife- rencial da parte que está sendo fabricada. Isso pode ser obtido por meio de câmaras de fluido suplementares proporcionadas, por exemplo, por sacos de fluido, lâminas ou tubos separados, colocados adjacente, ou integral com a face de apoio. O fluido pode ser circulado através da câmara de fluido su- plementar a uma temperatura diferente da câmara de pressão. As áreas da peça adjacente à câmara de fluido suplementar podem, portanto, ser cura- dos a uma taxa diferente relativa ao resto da parte. Isso pode ser usado para permitir que as extremidades da peça permaneçam não-curadas, ou parci- almente curadas. E também permite que as áreas específicas dentro do cor- po da parte a ser parcialmente curada para permitir uma subseqüente liga- ção dos componentes daquela área. O método acima descrito também pode ser aplicável para a liga- ção de componentes de metal separados, incluindo colocar dois componen- tes de metal separados em relação adjacente, para daí proporcionar uma área de ligação entre eles; aplicar um material de ligação incluindo pelo me- nos uma seção de metal e um adesivo à área de ligação; colocar pelo me- nos uma câmara de pressão sobre a área danificada, a câmara de pressão incluindo uma face de apoio deslocável; circular fluido a uma temperatura e pressão elevadas através da câmara de pressão para comprimir a área de ligação com a face de apoio da câmara de pressão e elevar sua temperatura para efetuar a ligação da área de ligação.
Onde os dois componentes de metal estão sendo ligados em um único painel contínuo, então a seção de metal pode ter uma seção de tira de metal. Porém, onde a extremidade do componente de metal que está sendo ligado e a um ângulo à face de outro componente, então duas seções de ângulo de metal podem ser proporcionados, um colocado em cada canto definido entre os dois componentes.
De acordo com outro aspecto da presente invenção, é propor- cionado um aparelho para unir componentes, incluindo: pelo menos uma câmara de pressão tendo uma face de apoio deslocável; meio de localização para localizar a câmara de pressão sobre uma área de união proporcionada localizando-se dois componentes separados em relação adjacente; e meios de circulação de fluido para circular fluido e uma pressão e temperatura ele- vadas para comprimir e efetuar a cura, ou ligação, da área de união.
O aparelho pode, ainda, incluir uma câmara de pressão, o meio de colocação colocando a câmara de pressão no lado oposto da área de união para proporcionar uma pressão de balanceamento para a outra câma- ra de pressão.
A face de apoio de uma das câmaras de pressão pode estar em forma de uma face de molde rígida flutuante, onde a face de apoio da outra câmara de pressão pode ser resilientemente deformável.
O meio de circulação de fluido pode ser similar ao do aparelho de conserto anteriormente descrito. Além disso, os meios de vibração, ou impacto, podem ser incluídos para variar ciclicamente a pressão, ou produzir um efeito de onda de pressão dentro da câmara de pressão como no apare- lho para conserto.
A câmara de pressão pode incluir um alojamento reto alongado, com a face de apoio proporcionada em um seu lado. Tal câmara de pressão é usada para áreas de união retas entre componentes adjacentes.
A câmara de pressa poderia, alternativamente, ter um alojamen- to anular com a face de apoio proporcionada em sua periferia interna ou ex- terna. Tal câmara de pressão pode ser usada para unir as seções de fusela- gem para avião ou seções no casco de barcos, submarinos ou outras gran- des estruturas.
O método e aparelho de acordo com a presente invenção podem ser usados para unir seções de uma fuselagem inteira de um avião, forma- das de um número de compósitos separados, ou painéis de metal. A inven- ção proposta é, naturalmente, também aplicada para produzir outras estrutu- ras grandes a partir de componentes de compósito, ou componentes de me- tal que não podem ser prontamente construídos em uma peça.
A presente invenção também pode ser adaptada para ligar se- ções de metal, tais como seções de "cobertura superior" e seções em "T"para painéis de metal e as seções com as quais um versado na técnica poderia estar familiarizado. As seções de cobertura superior são usadas pa- ra suportar e reforçar painéis de metal de uma armação de avião e são nor- malmente presas ao painel de metal usando rebites. Gabaritos elaborados são requeridos para manter o painel e as seções de cobertura superior em posição antes da fixação. De modo alternativo, as seções de cobertura supe- rior são ligadas ao painel de metal usando adesivo dentro de uma autoclave. Porém, descobriu-se que as seções superiores tendem a "retrair" devido a elevadas pressões aplicadas a elas dentro da autoclave.
Portanto, outro objeto da invenção é proporcionar um método e aparelho para proporcionar um método e aparelho aperfeiçoados para ligar uma cobertura superior e outras seções a um painel de metal.
Com isso em mente, de acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para ligar uma seção a um painel de metal, a seção tendo uma parte central e partes opostas de flange lateral, o método incluindo colocar a seção adjacente ao painel de metal com sua par- te de flange imediatamente adjacente ao painel de metal, com material ade- sivo sendo aplicado entre o painel de metal e as partes de flange, colocando uma câmara de pressão respectiva sobre cada parte de flange, cada câmara de pressão incluindo uma face de apoio deslocável; circulando fluido a uma temperatura e pressão elevadas através de cada câmara de pressão para daí comprimir as partes de flange com as faces de apoio deslocáveis da res- pectiva câmara de pressão e elevando sua temperatura para efetuar a liga- ção das partes de flange ao painel de metal.
A temperatura e pressão dentro de cada câmara de pressão po- dem ser as mesmas. Isso minimiza a possibilidade de distorção para a se- ção. A vibração de pressão também pode ser proporcionada pelas câmaras de pressão, conforme descrito anteriormente.
O lado oposto do painel de metal pode ficar em gabarito de su- porte. Alternativamente, o lado oposto do painel de metal pode ser suportado em um molde flutuante semelhante ao mostrado na patente australiana 697678.
Uma pressão oposta que equilibra a pressão pode ser aplicada às partes de flange pelo gabarito, ou molde flutuante. Mais particularmente, a pressão de equilíbrio pode ser proporcionada por outro par de câmaras de pressão semelhante à pressão aplicada às partes de flange. Também é pos- sível para as câmaras de pressão opostas aplicar uma pressão diretamente à face oposta do metal sem a necessidade de um gabarito ou molde flutuan- te intermediário.
A seção pode ser uma seção de cobertura superior tendo uma parte de canal central, ou outra seção com a qual um versado na técnica se sentiria familiarizado. De modo alternativo, a seção pode ser uma seção em "T" tendo uma parte de teia central.
De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é proporciona- do um aparelho para ligar uma seção a um painel de metal, a seção tendo uma parte central e partes de flange de lado opostas, o aparelho incluindo: um par de câmaras de pressão alongadas colocadas em uma relação para- lela espaçada, cada câmara de pressão tendo uma face de apoio deslocá- vel; a seção central da seção sendo localizável entre as câmaras de pres- são, com a face de apoio de cada câmara de pressão sendo respectivamen- te localizáveis sobre uma parte da seção e os meios de circulação de fluido para circular fluido a uma pressão e temperatura elevadas através de cada câmara de pressão para comprimir e efetuar a ligação das partes do flange ao painel de metal.
O aparelho pode ser moldado de um alojamento alongado rígido tendo um canal central dimensionado para aí acomodar uma parte central da seção, e canais laterais opostos proporcionando as paredes das duas câma- ras de pressão. A face de apoio de cada câmara de pressão pode ser pro- porcionada por uma membrana resilientemente deformável.
O meio de circulação de fluido pode se comunicar, ao mesmo tempo, com ambas as câmaras de pressão, de modo que a temperatura e pressão em cada câmara de pressão podem ser a mesma.
O alojamento pode ser plano, ou curvado, dependendo da forma projetada do painel de metal e seção com a qual coopera.
Um par de aparelhos opostos, de acordo com a presente inven- ção, pode ser proporcionado, o painel de metal e as seções sendo localizá- veis entre os dois aparelhos durante o processo de ligação. Os dois apare- lhos podem ter uma curva de cooperação, de modo que o painel possa ser mantido entre eles, de modo curvo, para corresponder ao perfil final do pai- nel de metal. Portanto, o aparelho pode atuar como um gabarito para o pai- nel.
A presente invenção também é aplicável para a produção de compósitos de metal, tal como painéis de metal em forma de colméia forma- dos a partir de camadas ligadas de metal.
Portanto, de acordo com um quarto aspecto da presente inven- ção, é proporcionado um método para produzir um componente de metal compósito, incluindo: colocar o material de metal compósito juntamente com o material adesivo entre eles entre as câmaras de pressão opostas, cada câmara de pressão tendo uma face de apoio deslocável; circular fluido a uma temperatura e pressão elevadas através de cada câmara de pressão para daí curvar, moldar e comprimir o material de metal compósito entre as faces de apoio opostas e elevar a temperatura do metal de material compó- sito para efetuar a ligação do material adesivo para o metal.
Um tecido de respiradouro de ar pode ser colocado entre cada face de apoio e o material compósito para facilitar a liberação de ar entre eles.
Uma face de apoio pode estar em forma de placa de pressão flu- tuante que pode ser plana, ou pode ser proporcionada com uma superfície curvada em perfil. Alternativamente, a face de apoio pode ser proporcionada por um molde flutuante. A face de apoio oposta pode ser proporcionada por uma membrana resilientemente deformável.
O método pode incluir, ainda, a aplicação de variações de pres- são cíclica dentro de cada câmara de pressão para ajudar a moldar/curvar o compósito de metal para o perfil desejado de configuração.
O compósito de metal pode, por exemplo, incluir um núcleo de colméia de metal, com revestimentos de metal sendo proporcionados em suas faces opostas. Um material adesivo pode ser proporcionado entre cada revestimento de metal e o núcleo de colméia central. Cada revestimento de metal pode incluir uma pluralidade de orifícios de sangria para permitir que o adesivo e o ar excedentes sejam liberados do compósito.
De modo alternativo, o compósito de metal pode incluir uma plu- ralidade de camadas de folha de metal entre as quais são proporcionadas folhas de material adesivo, o método ligando e moldando as folhas de metal no perfil desejado. As folhas de metal podem incluir perfurações para permi- tir a liberação de ar e de material adesivo. O vácuo pode ajudar na consoli- dação do material empilhado. Porém, isso não é necessário para o processo operar.
Será conveniente descrever, ainda, a invenção com referência aos desenhos em anexo que ilustram as modalidades preferidas da presente invenção. Outras modalidades são possíveis e, conseqüentemente, a parti- cularidade dos desenhos em anexo não deve ser entendida como suplan- tando a generalidade da descrição precedente da invenção.
Nos desenhos:
A figura 1 é uma vista esquemática que mostra uma primeira modalidade preferida do método de acordo com a presente invenção, usado para consertar um componente compósito.
A figura 2 é uma vista esquemática que mostra uma segunda modalidade preferida do método de acordo com a presente invenção usado para consertar um componente compósito;
A figura 3 é uma vista esquemática que mostra uma terceira modalidade preferida do método de acordo com a presente invenção, usado para consertar um componente compósito;
A figura 4 é uma vista esquemática que mostra o circuito de cir- culação de fluido para o aparelho de acordo com a presente invenção;
A figura 5 é uma vista esquemática de uma disposição preferida para unir as seções de fuselagem de um avião de acordo com uma quarta modalidade exemplificativa da presente invenção;
As figuras 6 a e b são vistas esquemáticas que mostram a se- qüência de construção de uma asa de avião de acordo com a presente in- venção;
A figura 7 é uma vista em seção transversal de uma junta lateral de painéis compostos usando o método de acordo com uma quinta modali- dade preferida da presente invenção;
A figura 8 é uma vista em seção transversal da junta lateral da figura 7, quando completada;
A figura 9 é uma vista em seção transversal de uma junta lateral de painéis de metal, de acordo com uma sexta modalidade preferida da pre- sente invenção;
A figura 10 é uma vista em seção transversal da junta lateral da figura 9, quando completada;
A figura 11 é uma vista em seção transversal de uma junta late- ral completada usando o método e aparelho mostrado na figura 9;
A figura 12 é uma vista esquemática, em seção transversal, mostrando a seqüência de ligação de uma seção de cobertura superior de um painel de metal de acordo com a 17a modalidade preferida da presente invenção;
A figura 13 é uma vista esquemática, em seção transversal, mostrando a ligação de uma seção de cobertura superior a um painel de me- tal de acordo com uma oitava modalidade preferida da presente invenção;
A figura 14 é uma vista esquemática, em seção transversal, mostrando a ligação de uma seção de cobertura superior de um painel de metal de acordo com uma nona modalidade preferida da presente invenção;
A figura 15 é uma vista esquemática lateral do aparelho, mostra- da na figura 14, usada para ligar uma seção de cobertura superior a um pai- nel curvo;
A figura 16 é uma vista esquemática, em seção transversal, de uma 10a modalidade preferida da presente invenção usada para produzir um painel de metal compósito tendo um núcleo de colméia de metal;
A figura 17 é uma vista esquemática, em seção transversal, do painel produzido pelo método mostrado na figura 16;
A figura 18 é uma vista esquemática, em seção transversal, de uma 11a modalidade preferida da presente invenção usada para produzir um painel compósito de metal formado de camadas de folha de metal; e
A figura 19 é uma vista, em seção transversal, do painel produ- zido pelo método mostrado na figura 18.
O sistema de conserto de componente compósito, o sistema de união de componente compósito, o sistema de união de componente de me- tal e o sistema de produção de painel de metal de compósito utilizam as mesmas características comuns. Portanto, a seguinte descrição refere-se a todos os sistemas, a menos que de outra forma especificado. Também se deve notar que as características correspondentes em diferentes modalida- des da invenção são geralmente proporcionadas do mesmo número de refe- rência para fins de clareza. Com referência inicialmente à figura 1, é mostrada uma seção transversal parcial de um componente compósito 1 tendo uma área danifica- da 2 que será consertada. Uma primeira câmara de pressão 3 é proporcio- nada em um lado da área danificada 2, com uma câmara de pressão 4 sen- do colocada no lado oposto da parte compósita 1 adjacente à área danifica- da 2.
Deve-se observar que onde a presente invenção é usada para unir dois componentes de metal compósitos 1, então a área de união seria colocada entre as primeira e segunda câmaras de pressão 3, 4. Portanto, a descrição dessa e de outras modalidades da invenção também são aplicá- veis para o método de união. A primeira câmara de pressão 3 inclui uma fa- ce de apoio deslocável 5 em forma de uma membrana resilientemente re- formável 5. Essa membrana parece ser feita de borracha, tal como silicone, ou outros plásticos ou materiais de temperatura elevada. A segunda câmara de pressão 4 inclui, similarmente, uma face de apoio deslocável 6 em forma de membrana resilientemente deformável. Uma camada compósita 7, for- mada de camadas de material laminado impregnado de resina de cura é co- locada em um lado do componente compósito 1 para abarcar a área danifi- cada 2 (ou a área de união). Essa camada compósita 7 age como uma "tira" para o conserto. O dano na forma de um vão 9 proporcionado no revesti- mento 10 da parte compósita está no lado oposto da camada compósita 7 que proporciona a tira. Uma camada de compósito de conserto 8 é colocada sobre o vão 9 antes do processo de conserto. Essa outra camada de com- pósito 8 também é impregnada com resina curada. Deve-se notar que o componente compósito 1 é formado de um intercalamento de dois revesti- mentos externos 10, 11 entre os quais é proporcionado um núcleo de mate- rial em forma de colméia 12. A camada de compósito de conserto 8 inclui material suficiente tanto para cobrir o vão 8 quanto para encher qualquer cavidade proporcionada dentro do núcleo 12 do componente compósito 1.
Durante a operação do método de acordo com a presente inven- ção, as faces de apoio 5, 6 de cada recipiente de pressão 3, 4 são forçadas contra os respectivos lados opostos da área danificada 2. Fluido e pressão, a uma temperatura elevada, é, então, circulado através de cada câmara de pressão 3, 4 para daí comprimir as respectivas camadas compósitas 7, 8 e efetuar a cura da resina dentro de cada camada. Uma dobra de desgarra- mento e um pano respiradouro (não-mostrado) também podem ser coloca- dos entre as camadas 7, 8 para ajudar na separação da face de apoio 6, 5 de cada recipiente de pressão a partir da camada 7, 8, assim como para permitir a remoção da resina de cura excedente daí.
A figura 2 mostra uma disposição similar à figura 1, exceto pelo fato de que uma placa reguladora de pressão, ou molde apropriado 15 é proporcionado entre a face de apoio 5 da primeira câmara de pressão 3 e a camada compósito de conserto 8. A placa reguladora de pressão 15 pode ser feita de metal relativamente suave, o qual pode ser pré-formado na for- ma desejada do componente compósito 1, quando consertado. A placa regu- ladora de pressão 15 irá garantir que a superfície 10 do componente compó- sito consertado 1 tenha a forma desejada quando consertado. Isso é impor- tante onde se requer que a superfície do componente 10 seja plana, por e- xemplo, em aplicações de avião ou barco e a câmara de pressão possa, en- tão, trabalhar de modo mais eficaz para compactar a parte à forma desejada contra o molde rígido. À medida que o molde é, ou pode ser, separado para o recipiente de pressão, ele pode ser posicionado primeiramente de forma apropriada e rígida em uma estrutura para manter a parte em alinhamento preciso antes de serem aplicados calor e pressão pelos recipientes de pres- são para curar a parte. Assim, isso garante o alinhamento mais preciso pos- sível do molde, da parte e, então, do componente curado.
A figura 3 mostra outra modalidade possível da presente inven- ção que também é similar à disposição mostrada nas figuras 1 e 2. A dife- rença principal é que a primeira câmara de pressão 3 tem uma face de apoio 15 em forma de uma face de molde flutuante 17 unida por um flange resilien- temente deformável 18 ao resto da câmara de pressão 3. A face de molde flutuante 17 é relativamente rígida e age do mesmo modo que a placa regu- ladora de pressão/molde 15 da figura 2, garantindo que o componente com- pósito 1 tenha o perfil requerido e seja plano. Em todas as disposições acima, uma onda de pressão que varia ciclicamente é proporcionada no fluido dentro tanto da primeira, quanto da segunda câmara 3, 4 durante o procedimento de conserto (ou união) para facilitar a remoção de ar das camadas compósitas 7, 8. Além disso, o uso de câmaras de pressão proporciona uma força balanceada no componente compósito 1.
A figura 4 mostra os vários componentes do sistema de circula- ção de fluido 20 da primeira câmara de pressão 3. Deve-se também notar que o sistema de circulação de fluido 20 também é conectado à segunda câmara de pressão 4, embora isso não seja mostrado na figura 4.
Esse sistema 20 inclui três reservatórios de fluido 21, 22, 23 con- tendo fluido em diferentes temperaturas. Portanto, o fluido na temperatura mais elevada é mantido no primeiro reservatório de fluido 21, fluido a uma temperatura intermediária é mantido no segundo reservatório de fluido 22, enquanto fluido frio 23 é contido no terceiro reservatório de fluido 23. Cada um desses reservatórios de fluido 21, 22, 23 são pressurizados por ar com- primido de uma fonte de ar comprimido 24. O ar comprimido é distribuído através de uma linha de ar comprimido 25 para um conduto 26 que interco- necta os volumes superiores do primeiro e segundo reservatórios de fluido21, 22. Um conduto similar 27 interconecta o volume superior do segundo e terceiro reservatórios 22, 23. A mesma pressão de ar é, portanto, aplicada ao fluido em cada um dos reservatórios. Uma linha de suprimento de fluido28 supre fluido à câmara de pressão 3, e uma linha de retorno de fluido 29 retorna o fluido a partir da câmara de pressão 3 de volta para os reservató- rios de fluido. Uma bomba de fluido 30 é proporcionada no lado do vácuo da câmara de pressão 3.
Um vibrador 31 é conectado à câmara de pressão 3. Esse vibra- dor 31 induz as ondas de pressão que variam ciclicamente dentro da câmara de pressão 3 para, portanto, colocar as camadas de compósito 7, 8 em um ambiente vibratório. Isso age para facilitar a remoção de bolhas de ar de dentro das camadas e para laminar nas camadas de compósito 7, 8. Isso pode ser ainda facilitado por um equilíbrio das forças de vibração da parte superior e inferior e ou com a freqüência equilibrada, de modo que as vibra- ções superior e inferior ocorram exatamente no mesmo momento e freqüên- cia e amplitude. Caso não seja seguida essa abordagem, então apenas uma fonte de vibração é prática, e isso deve emanar do lado da membrana flexí- vel oposto à superfície precisa a ser criada ou formada.
A figura 5 mostra a presente invenção adaptada para unir as se- ções de fuselagem 50 para um avião. Essas seções de fuselagem 50 podem ser formadas de uma série de painéis compósitos unidos pelo método de acordo com a presente invenção. Duas seções de fuselagem 50, cada uma tendo uma seção transversal circular, são suportadas em um gabarito e uni- das para proporcionar, entre elas, uma área de união. A primeira câmara de pressão 3 é em forma de um anel anular segmentado, com a face de apoio 5 da primeira câmara de pressão 3 sendo colocada em sua periferia interna. A câmara de pressão também pode compreender um saco separado, ou bexi- ga inflável, que pode ser posicionada separadamente na estrutura de supor- te. A primeira câmara de pressão 3 circula totalmente as seções de fusela- gem 50. A segunda câmara 4 é colocada dentro dos confins da seção de fuselagem 50. Essa segunda câmara de pressão 4 também está na forma de um anel anular tendo uma face de apoio 6 proporcionada em sua outra peri- feria. Essa disposição de fuselagem opera, de outra forma, em um modo idêntico aos métodos, anteriormente descritos, de conserto e união.
A figura 6 a e b mostra a seqüência de construção de uma asa de avião 52, de acordo com a presente invenção. A asa 52 é construída co- locando-se, inicialmente, um revestimento supreior de asa 54 dentro de um molde (não-mostrado) que define o perfil do revestimento da asa superior 54. A parte de revestimento de asa superior da asa 52 é construído primei- ramente por causa das cargas mais elevadas aplicadas na parte superior da asa 52 durante o vôo. Longarinas de asas 55, 56 são unidas ao revestimento de asa superior 54 usando-se uniões 60 pelo método de acordo com a pre- sente invenção. Esse método será subseqüentemente descrito em maiores detalhes. O revestimento da asa inferior 53, enquanto é preferivelmente reti- do no molde, é, então, colocado sobre o resto da asa 52 e unido às Iongari- nas de asa 55, 56 por outras uniões 62 produzidas de acordo com a presen- te invenção. O material de união 64 para produzir a união 62 é, então, inici- almente preso aos lados opostos da parte superior de cada Iongarina de asa 55, 56 antes de o revestimento da asa inferior 53 ter sido colocado na parte superior. Bexigas 66, 68, são colocadas no oco dentro da asa 52 para pro- porcionar as câmaras de pressão, de acordo com a presente invenção. Flui- do pressurizado, aquecido, é circulado através das bexigas 66, 68 para completar a ligação das uniões 60, 62 das Iongarinas de asa 55, 56 aos re- vestimentos de asa 52, 53. Isso pode ser acompanhado pela pressurização, ao mesmo tempo e pressão de fluido nos moldes superior e inferior, para minimizar as forças de distorção nos moldes. As bexigas 66, 68 podem ser subseqüentemente removidas da asa 52 através de orifícios de acesso após a união ter sido formada.
As bexigas 66, 68 podem encher todo o volume dentro da asa 52 entre as Iongarinas de asa 55, 56, conforme mostrado na figura 6A. Po- rém, também pode ser visto que bexigas/tubos menores, ou outras câmaras de fluido, são usados, suportados por um gabarito, dentro de tal volume. Os gabaritos seguram a câmara de fluido adjacente à área a ser unida. Por e- xemplo, câmaras de fluido alongadas podem ser colocadas por meio de um gabarito colocado dentro do volume da Iongarina da asa adjacente a cada uma das uniões 60, 62. O uso de tal disposição permite que as câmaras de fluido sejam prontamente removidas da asa 52 após o uso. O revestimento de asa 52, 53 as Iongarinas de asa 55, 56 podem ser feitos de material com- pósito. A figura 7 mostra o método e aparelho para unir os componentes compósitos em uma junta lateral do tipo mostrado nas figuras 6 a e b. Esse método de união também tem aplicação industrial e será, portanto, descrito para tais aplicações.
A figura 7 mostra um painel compósito 70, suportado em um ga- barito 72. De modo alternativo, é possível suportar o painel compósito 70 em um molde flutuante do tipo descrito na patente australiana 697678. Um se- gundo componente compósito 74 pode ser unido ao primeiro painel compósi- to 70 aplicando-se uma união compósita a cada um dos cantos definidos entre os painéis compósitos 70, 74.
O aparelho 75, de acordo com a presente invenção, inclui um a - Iojamento alongado 76 que se estende ao longo do comprimento da junta, o alojamento 76 suporta uma membrana resilientemente deformável 78 para daí definir uma câmara de pressão 80. Uma câmara de pressão similar 80 é proporcionada no lado oposto do painel 74, de modo que a pressão aplicada ao painel 74 seja balanceada durante a cura da junta. Isso garante que não haja movimento do painel 74 enquanto a pressão está sendo aí aplicada. Portanto, será observado que uma das câmaras de pressão 80 poderia ser substituída por um gabarito colocado no lado oposto do painel 74 para a ou- tra câmara de pressão 80.
A união compósita 90 é preparada aplicando-se, inicialmente, um friso de resina 82 no canto para manter o painel lateral 74 em posição. Esse friso de resina 82 também proporciona uma curva sobre a qual as ca- madas de pano molhado de resina, ou pano pré-impregnado 84 pode ser colocado. Essa curva minimiza a possibilidade de serem formadas rugas na união compósita final. Sobre o pano, ou folhas, pré-impregnadas de tecido seco molhado com resina 84 é proporcionada uma dobra de desgarramento, ou pano liberável 86. Finalmente, um pano de respiradouro 88 é proporcio- nado sobre um pano liberável. O objetivo da dobra de desgarramento 86 e do pano respiradouro 88 foi previamente discutido e não será repetido aqui. Uma vez que as câmaras de pressão 80 são localizadas sobre as várias camadas, fluido em elevadas temperaturas e sob pressão é passado através das câmaras de pressão 80 para daí aquecer e comprimir o material de uni- ão. Além disso, a pressão é ciclicamente variada dentro de cada câmara de pressão. Tendo ambas as câmaras de pressão 80 sido supridas a partir da mesma fonte de fluido, isso equilibra as pressões através do painel lateral 74 e não há força que atua para deslocar o painel 74.
O material de união pode, portanto, ser aquecido pelo aparelho de acordo com a presente invenção.
A união compósita final 90 é mostrada na figura 8, a qual mostra a união 90 compactada contra o canto proporcionado entre o painel compó- sito 70, 74. As várias camadas de pré-impregnado podem ser colocadas de modo tal que a união compósita 90 é mais grossa no canto onde as tensões são maiores do que nas extremidades periféricas da união 90, onde tem menos tensão.
O método e aparelho de acordo com a presente invenção tam- bém podem ser usados para unir componentes de metal. O aparelho 75 u- sado para unir componentes de metal é idêntico ao aparelho usado para unir componentes compósitos, conforme mostrado na figura 7. Os mesmos nú- meros de referência são, portanto, usados para características correspon- dentes. A diferença principal são os materiais diferentes usados para pro- porcionar uma junta lateral entre dois painéis de metal 92, 94. O material de união inclui uma placa de ângulo de metal 96, com material adesivo sendo proporcionado entre a placa de ângulo 96 e os painéis 92, 94. Um tecido respiradouro 88 é proporcionado sobre a placa de ângulo de metal 90 para permitir a liberação de quaisquer bolhas de ar presas no material adesivo. As câmaras de pressão 80 agem para ligar a placa de ângulo de metal 96 aos painéis 92, 94 para daí completar a junta. A junta final é mostrada na figura 10, com a placa de ângulo de metal 96 sendo ligada, com adesivo, aos painéis 92, 94. Esse método de ligação da placa de ângulo 96 tem mais energia e consume menos tempo do que os métodos convencionais que iri- am requerer que o conjunto completo seja colocado dentro de uma autocla- ve para curar o adesivo. A necessidade de aquecer e, subseqüentemente, resfriar todo o conjunto também pode levar ao potencial de distorção na uni- ão, ou componente de metal.
O método para formar uma junta entre os componentes de me- tal, conforme mostrado na figura 9, também pode ser usado para ligar uma disposição como a mostrada na figura 11. Tais disposições são formadas de painéis em forma de colméia, ou outros painéis compósitos onde a extremi- dade periférica do painel 98 é estreitada para baixo, para proporcionar uma seção fina 100 em torno de sua periferia. Uma placa de ângulo de metal 96 é aplicada à área de união entre a extremidade periférica 100 dos painéis. Também deve-se observar que uma junta composta, conforme mostrado na figura 10, também poderia ser usada para unir os painéis.
Outra forma de construção usada na indústria de aviação são os painéis de metal reforçados com cobertura superior "T", ou outras seções. Essas seções são, atualmente, geralmente colocadas como rebite no painel de metal. O processo de fabricação requer gabaritos elaborados para manter os painéis e seções em posição enquanto os orifícios são perfurados e os rebites instalados. Esse processo pode consumir muito tempo. Porém, a presente invenção pode permitir que tais seções de cobertura superior seja rapidamente presa a um painel de metal. A figura 12 mostra, da esquerda para a direita, as várias etapas envolvidas para prender a seção de cobertu- ra superior 102 a uma painel de metal 104. O painel de metal 104 pode ser suportado em um gabarito 106, ou um molde flutuante do tipo mostrado na patente australiana 697678.
A seção de cobertura superior 102 inclui uma parte de canal central 106 e partes de flange periférico oposto 108. O aparelho 109, de a- cordo com a presente invenção, inclui um alojamento alongado 110 que tem uma parte de canal central 112 de tamanho suficiente para acomodar a parte de canal central 107 da seção de cobertura superior 106, e canais de lados opostos 115, cada canal lateral suportando uma membrana resilientemente deformável 117. Uma câmara de pressão 118 é, portanto, proporcionada dentro de cada um dos canais laterais 115.
Um adesivo 119 é colocado entre o painel de metal 114 e as partes de flange 108 da seção de cobertura superior 102, conforme mostra- do à extrema esquerda da figura 12. A seção de cobertura superior 102 é colocada contra a placa de metal 104, com as duas câmaras de pressão 118 sendo respectivamente aplicadas sobre as partes de flange 108. A circula- ção do fluido aquecido sob pressão cura o adesivo 119, de modo tal que a seção de cobertura superior 102 pode ser ligada ao painel de metal 104. Pe- lo fato de não ser aplicada pressão na parte de canal central 107 da seção de cobertura superior 102, não há distorção da seção superior 102 durante o processo de cura.
A seção de cobertura superior 102 é mostrada à extrema direita da figura 12.
A figura 13 mostra uma variação do método mostrado na figura 12, onde o aparelho correspondente 109 é proporcionado em lados opostos do gabarito 106 para equilibrar a pressão aplicada pelas câmaras de pres- são 118 nas partes de flange da seção de cobertura superior 102.
A figura 14 é outra variação do método da figura 13, exceto que o gabarito 106 foi removido. Isso é porque as câmaras de pressão opostas 118 proporciona em uma força de equilíbrio no painel de metal 106, elimi- nando a necessidade de um gabarito para suportar o painel de metal. Além disso, o alojamento 110 do aparelho 109 pode ser curvado para seguir a curvatura geral e o perfil da seção de cobertura superior e, assim, formar o painel de metal 106 para a seção de cobertura superior quando, por exem- plo, molda a parte da fuselagem de um avião. Alojamentos curvados opostos 110 podem ser proporcionados em lados opostos de um painel de metal, de modo que, assim como age como um gabarito para manter o painel de metal em posição, permitem que a seção de cobertura superior 102 seja aí fixada e, assim, o painel de metal à seção de cobertura superior. Essa disposição, que é esquematicamente mostrado na figura 15, elimina a necessidade de elaborar gabaritos para manter o painel de metal 104 em sua forma curva requerida, enquanto as seções de cobertura superior 102 estão sendo pre- sas aí.
Também é possível usar a presente invenção para produzir os painéis compósitos de metal. Com referência à figura 16, os vários compo- nentes do painel a ser produzido é colocado entre as duas câmaras de pres- são (não-mostrada), de acordo com a presente invenção. Uma das câmaras de pressão inclui uma placa de pressão flutuante 120, as outras câmaras de pressão incluindo uma bexiga flexível 122. Os componentes do painel a ser construído incluem um núcleo de painel de colméia central 124 colocado entre os dois revestimentos de metal 126. O painel completado 121 é mos- trado na figura 17. Material adesivo é vaporizado, ou aplicado, no revesti- mento de metal 126 e o método, de acordo com a presente invenção, atua para ligar o revestimento de metal ao núcleo em forma de colméia 124. Um pano com respiradouro 127 também é proporcionado entre a bexiga flexível e um dos revestimentos de metal 126 para permitir que escape ar daí. Além disso, o método de acordo com a presente invenção pode agir para moldar o painel de metal 121 na forma requerida. Por exemplo, o painel 121 mostrado na figura 17 foi moldado em uma curva complexa. Isso é ajudado variando- se, ciclicamente, a pressão dentro das câmaras de pressão durante o pro- cesso de moldagem. Os revestimentos de metal 126 são proporcionados com perfurações para permitir que o ar seja liberado de dentro do núcleo do painel 121 durante o processo de moldagem. O método de acordo com a presente invenção também pode se estreitar e ligar as extremidades periféri- cas do revestimento de metal 126.
Um procedimento similar pode ser usado para produzir um pai- nel compósito 130 moldado de camadas de folha de metal perfurado 132 entre as quais são proporcionadas camadas de adesivo 134. Os painéis de metal podem ser perfurados com orifícios múltiplos 133, conforme mostrado na figura 20. A camada adesiva pode incluir trajetos 136 para liberar ar daí e ser de construção firme, ou construção resiliente, à temperatura ambiente para garantir que a liberação de ar ocorra durante a compactação e molda- gem dos painéis de metal. Uma vez que a compactação e moldagem estão completas, as partes são aquecidas e os adesivos fundidos para ligar os re- vestimentos para formar um painel. Além disso, um material de reforço, tal como kevlar, também pode ser usado com a camada adesiva 134.
Também é possível usar o método e processo da invenção, de acordo com a presente invenção, para proporcionar os outros procedimentos de fabricação, tais como a super deformação plástica de metais, tais como folhas de alumínio. A temperaturas de cerca de 250 graus Celsius, tal mate- rial pode ser prontamente deformável. Isso pode ser obtido colocando-se uma folha a ser deformada entre câmaras de pressão opostas e circulando fluido a, ou acima da temperatura acima mencionada, enquanto também proporciona efeito de onda, ou uma variação de pressão cíclica no fluido de circulação. Deve-se notar que os tipos diferentes de metal podem ser em- pregados para várias camadas do painel de metal, por exemplo, o revesti- mento externo pode ser titânio fino para resistir à corrosão e erosão e as camadas internas podem ser alumínio lítio para contribuir para a leveza e facilidade de construção.

Claims (16)

1. Método para unir componentes compósitos incluindo as eta- pas de: localizar partes de dois componentes compósitos separados (50,52, 53, 55, 56, 70, 74) em relação adjacente para proporcionar uma área de união entre os mesmos; aplicar um material de união (64, 82) incluindo pelo menos resi- na de cura para a área de união: localizar pelo menos uma câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) sobre a área de união, a câmara de pressão incluindo uma face de apoio deslocável (5, 6); e circular fluido a uma temperatura e pressão elevadas através da câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) para comprimir a área de união com a face de apoio deslocável (5, 6) da câmara de pressão e elevar sua tempera- tura para efetuar a cura da área de união; caracterizado pelo fato de que cada componente compósito (50, 52, 53, 55, 56, 70, 74) é substancialmente curado inteiramente, com cada parte localizada dentro da área de união sendo não-curada ou parcial- mente curada.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de variar ciclicamente a pressão dentro da(s) câ- mara(s) de pressão (3, 4, 66, 68, 80).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a face de apoio deslocável (5, 6) é proporcionada por uma membrana resilientemente deformável formada de um material de folha resi- Iientemente deformável.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a face de apoio deslocável (5, 6) é proporcionada por um saco inflável flexível separado.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de localizar uma segunda câmara de pressão (4,68, 80) tendo uma face de apoio deslocável (6) em um lado oposto da área de união ou de ligação.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a pressão de fluido em cada câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) é pelo menos substancialmente idêntica.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de localizar os componentes (50, 52, 53, 55, 56, 70, 74) a serem unidos em alinhamento usando pelo menos um gabarito (72) fixo, a pelo menos uma câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) sendo móvel para colocar sobre a área de união.
8. Sistema para consertar componentes compósitos e para unir componentes e uma pluralidade de componentes (50, 52, 53, 55, 56, 70, 74) a serem unidos incluindo: pelo menos uma câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) proporcio- nada com uma face de apoio deslocável (5, 6); meios de localização (76) para localizar a câmara de pressão (3,4) sobre uma área de união proporcionada pelo posicionamento de dois componentes separados (50, 52, 53, 55, 56, 70, 74) em relação adjacente; sistema de circulação de fluido (20) para circular fluido a uma pressão e temperatura elevadas através da pelo menos uma câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) para comprimir e efetuar a cura ou ligação da área de união; caracterizado pelo fato de que ainda inclui: uma bomba de fluido (30) para circular fluido através das linhas de suprimento de fluido (28) para a câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80), e pelo menos um reservatório de fluido (21,22,23) para conter o fluido a ser circulado; uma fonte de gás comprimido (24) comunicando com o reserva- tório de fluido (21,22,23) para pressurizar o fluido; e meios de vibração (31) para variar ciclicamente a pressão ou e- feito de onda de pressão dentro da câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pe- lo fato de que a face de apoio deslocável (5,6) é proporcionada por uma face de molde rígida suportada em relação flutuante ao restante da câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80).
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda inclui uma pluralidade de reservatórios de fluido (21,22,23), cada reservatório contendo fluido a temperaturas diferentes.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os meios de vibração (31) incluem um vibrador fixado à câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80).
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda inclui meios de vibração na forma de uma válvula de interrupção para interromper periodicamente o fluxo de fluido para a câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80).
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os meios de vibração incluem um dispositivo de impacto cíclico para aplicar uma força de impacto cíclica à câmara de pressão (3, 4,66, 68, 80) ou fluido que circula na mesma.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda inclui pelo menos um gabarito (72) fixo para localizar os componentes (50, 52, 53, 55, 56, 70, 74) a serem unidos em alinhamento, os meios de localização permitindo que pelo menos uma câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) seja móvel para localização sobre a área de união.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda inclui duas câmaras de pressão (3, 4, 66, 68, 80) tendo uma face de apoio deslocável que pode ser localizada em lados opos- tos da área de união ou de ligação.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda inclui pelo menos uma câmara de fluido suplementar colocada adjacente a, ou integral com a face de apoio (5, 6), em que o fluido pode ser circulado através da câmara de fluido suplementar a uma tempera- tura diferente para o fluido na câmara de pressão (3, 4, 66, 68, 80) para pro- porcionar o aquecimento/resfriamento diferenciado.
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