CN111284021B - 一种复合材料管件与金属件的胶接连接方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料管件与金属件的胶接连接方法，包括：(1)在复合材料管件内壁设置干态软胶，外壁抱箍弹性隔离膜；(2)在复合材料管件内壁和金属件插入段外壁涂胶；(3)将金属件插入复合材料管件中，直至干态软胶一部分变形嵌入复合材料管件内壁和金属件插入段外壁之间的缝隙，另一部分变形滑移至金属件端面；(4)待金属件完全插入后，拆下复合材料管件和金属件的连接处的弹性隔离膜，清除连接处的溢出胶，重新包上弹性隔离膜，直至胶接固化。本发明还公开了一种使用上述胶接连接方法的复合材料管件与金属件的胶接连接装置。本发明避免了复合材料管件的破坏，解决了胶接时无法加压的状况，提高了胶接连接工艺性能的可靠性。

Description

一种复合材料管件与金属件的胶接连接方法及其装置
技术领域
本发明涉及复合材料管件胶接连接技术领域，具体涉及一种复合材料管件与金属件的胶接连接方法及其装置。
背景技术
胶接连接技术是借助胶粘剂在固体表面上所产生的粘合力，将同种或不同种材料牢固地连接在一起的方法。
胶粘剂的主要功能是将被粘接材料连接在一起。粘接组件内的应力传递与传统的机械紧固相比，应力分布更均匀，而且粘接的组件结构比机械紧固，强度高、成本低、质量轻。而机械紧固和焊接结构的强度要受紧固件或焊点及其热感应区域的限制。
用胶粘剂粘接的组件外观平整光滑，功能特性不下降。这一点对结构型粘接尤为重要。如宇航工业中的结构件外观平整光滑度高，这样有利于减少阻力与摩擦，将摩擦升温降低到到最低程度。故直升机的旋翼片全部用胶粘剂组装。用胶粘剂粘接紧密配合的电子或电器元件也避免有凹凸点，从中获益丰厚。导航电器运用胶粘剂组装可得到平整而无结构干扰的外表面。由于粘接接头中应力分布十分均匀，可使被粘接物的强度和刚度全部得以体现，而且还可减轻质量，如宇航器采用胶粘剂组装消除了消极载荷，增大有效载荷，航程提高，运费降低。
如今，复合材料在生产生活中的应用日趋广泛。复合材料胶接连接是常用的连接手段，是复合材料结构中必不可少的关键环节。在特定的技术要求下，由于钻孔连接会切断纤维而降低复合材料性能，免钻孔的胶接连接则显得尤其重要。
胶接连接具有贴合紧密、强度高、耐腐蚀性能好、性能稳定等优点。但是目前复合材料的胶接连接仍存在以下缺陷：
1.胶接的胶层厚度不易控制，容易形成胶层厚度不均匀的现象；
2.复合材料管件在胶接时由于结构特性的限制而不易加压；
3.胶层厚度增大时，胶层易产生流胶、气泡等空腔缺陷，影响胶接性能。
4.胶层厚度增大时容易形成胶瘤，影响美观，且影响胶接性能。
公开号为CN 105666855 A的专利说明书公开了一种复合材料圆管的胶接连接结构，由复合材料圆管和与之采用胶接方式相连的金属部件组成，其中：在复合材料圆管的连接处设有若干个注胶口，在金属部件的连接处自左向右依次加工有安装第一环形密封圈的槽、胶槽、导胶槽和安装第二环形密封圈的槽。采用的胶接方式为真空辅助注胶，然后对注入的胶黏剂加压从而实现对胶层的加压。上述发明可大幅度减少复合材料胶接缺陷，可以消除胶瘤的产生，提高复合材料胶接连接的性能和可靠性。
公开号为US 3960394 A的专利说明书公开了一种管件连接体，两个管件连接后形成胶槽，与两个密封圈形成密封区域，胶槽的中间设有注胶口。上述发明同样可以防止固化过程中胶泄露或胶瘤的产生。
然而，上述专利技术都会对复合材料管件本身结构造成破坏，可能会降低复合材料管件的性能。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种复合材料管件与金属件的胶接连接方法，操作简便，避免复合材料管件的破坏，解决胶接时无法加压的状况，胶接连接后胶层饱满，有效减少或消除胶接层空隙，提高了胶接连接工艺性能的可靠性。
一种复合材料管件与金属件的胶接连接方法，包括：
(1)在复合材料管件内壁设置干态软胶，外壁抱箍弹性隔离膜；
(2)在复合材料管件内壁和金属件插入段外壁涂胶；
(3)将金属件插入复合材料管件中，直至干态软胶一部分变形嵌入复合材料管件内壁和金属件插入段外壁之间的缝隙，另一部分变形滑移至金属件端面；
(4)待金属件完全插入后，拆下复合材料管件和金属件的连接处的弹性隔离膜，清除连接处的溢出胶，重新包上弹性隔离膜，直至胶接固化。
所述的干态软胶可以采用复合材料成型时的密封用胶，具体可以为干态黄胶或干态黑胶。
优选地，所述的涂胶的胶层厚度大于复合材料管件内径与金属件插入段外径之差的二分之一，保证复合材料管件与金属件的胶接质量和牢固度，减少或消除胶接层空隙，且不会产生胶瘤，多余胶的溢出还可以减少装配阻尼。
优选地，所述的涂胶的胶层厚度为0.1～5mm。
上述方法一方面利用了金属件插入复合材料管件后的过程中，金属件挤压干态软胶，使干态软胶产生嵌入式形变，一部分变形嵌入复合材料管件内壁和金属件插入段外壁之间的缝隙，另一部分变形滑移至金属件端面，起到良好的密封作用；另一方面利用了弹性隔离膜的弹性卡紧作用，抱箍在复合材料管件和金属件的连接处，起到对胶加压的作用，进而使胶填充空隙，有效减少或消除胶接层空隙。
本发明还提供了一种使用上述复合材料管件与金属件的胶接连接方法的复合材料管件与金属件的胶接连接装置，包括复合材料管件、金属件、干态软胶和弹性隔离膜，所述的干态软胶设于复合材料管件内壁，弹性隔离膜抱箍于复合材料管件外壁。
为保证胶接质量以及涂胶的胶层厚度适宜，优选地，所述的复合材料管件的内径比金属件插入段的外径大0.2～10mm。
优选地，所述的干态软胶与复合材料管件连接端端口的距离比金属件插入段总长小8～10mm。此条件下，金属件在复合材料管件中插到底时，金属件会挤压干态软胶，使干态软胶发生嵌入式形变，一部分变形嵌入复合材料管件内壁和金属件插入段外壁之间的缝隙，另一部分变形滑移至金属件端面，起到良好的密封作用。
为了保证干态软胶在金属件的挤压下有部分能变形滑移至金属件端面，得到更好的密封效果，优选地，所述的干态软胶的轴向厚度为10～15mm。
由于通常情况下复合材料管件和金属件均为圆管，优选地，所述的干态软胶为圆环形，可与复合材料管件和金属件配合。更优选地，所述的干态软胶的径向宽度为0.2～10mm，使得干态软胶在金属件的挤压下能变形嵌入并填充满复合材料管件内壁和金属件插入段外壁之间的缝隙，保证良好的密封性和胶接质量。
优选地，所述的复合材料管件的内壁还设有定厚块，用于复合材料管件和金属件的定位，辅助金属件的中心轴在胶接连接时与复合材料管件的中心轴重合，使胶接的胶层厚度满足设计要求，保证胶接的胶层厚度均匀，提高胶接质量和牢固度。
优选地，所述的定厚块的厚度小于复合材料管件内径与金属件插入段外径之差的二分之一，以免金属件无法插入，也避免胶层无法覆盖定厚块而没有胶接作用。更优选地，所述的定厚块的厚度比复合材料管件内径与金属件插入段外径之差的二分之一小0.05～0.2mm。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
(1)所述的复合材料管件与金属件的胶接连接方法，操作简便，避免复合材料管件的破坏，解决胶接时无法加压的状况，胶接连接后胶层饱满，有效减少或消除胶接层空隙，提高了胶接连接工艺性能的可靠性。
(2)使用上述复合材料管件与金属件的胶接连接方法的复合材料管件与金属件的胶接连接装置，结构简单，所需部件易得，成本低，便于操作，胶接质量高，牢固度好。
附图说明
图1为实施例1的复合材料管件与金属件的胶接连接装置在胶接连接过程中的结构示意图；
图2为实施例1的复合材料管件与金属件的胶接连接装置在金属件完全插入后的结构示意图；
图3为实施例1的复合材料管件与金属件的胶接连接装置的干态黄胶在胶接连接前和金属件完全插入后的轴向剖面的结构示意图；
图4为实施例1的复合材料管件与金属件的胶接连接装置的弹性隔离膜在胶接连接前和金属件完全插入后的轴向剖面的结构示意图；
图中：2-金属件；3-胶空隙；4-干态黄胶；5-复合材料管件；6-弹性隔离膜；7-胶涂层；8-溢出胶；9-定厚块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，本发明的实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
如图1、2所示，复合材料管件与金属件的胶接连接装置包括复合材料圆管5、与复合材料圆管5配合的金属件2、干态黄胶4、弹性隔离膜6和定厚块9。
复合材料圆管5的内径比金属件2插入段的外径大4mm。
干态黄胶4为圆环形，径向宽度3mm，轴向厚度15mm，粘接于复合材料圆管5内壁，干态黄胶4与复合材料圆管5连接端端口的距离比金属件2插入段总长小8mm。
弹性隔离膜6紧密抱箍于复合材料圆管5外壁。
定厚块9厚度为1.95mm，设于复合材料圆管5内壁。
上述复合材料管件与金属件的胶接连接装置的胶接连接方法，包括：
(1)在复合材料圆管5内壁、内壁上的定厚块9以及金属件2外壁涂胶，涂胶的胶层厚度为2.1mm。
(2)在定厚块9的辅助下将金属件2插入复合材料圆管5中，如图1所示，一开始在复合材料圆管5和金属件2的连接处会存在胶空隙3，继续插入直至干态黄胶4发生嵌入式形变，一部分变形嵌入复合材料圆管5内壁和金属件2插入段外壁之间的缝隙，另一部分变形滑移至金属件2端面，起到良好的密封作用。
如图2所示，待金属件2完全插入后，胶涂层7厚度均匀，在复合材料圆管5和金属件2的连接处形成溢出胶8，胶空隙3消失，弹性隔离膜6由于胶的溢出自然膨胀，起到对胶的加压作用。
如图3所示，上述复合材料管件与金属件的胶接连接装置的干态黄胶4在金属件2完全插入后发生嵌入式形变。
如图4所示，上述复合材料管件与金属件的胶接连接装置的弹性隔离膜6在金属件2完全插入后由于胶的溢出自然膨胀。
(3)待金属件2完全插入后，拆下复合材料圆管5和金属件2的连接处的弹性隔离膜6，清除连接处的溢出胶8，重新包上弹性隔离膜6，直至胶接固化，完成复合材料圆管5与金属件2的胶接连接。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种复合材料管件与金属件的胶接连接方法，包括：
(1)在复合材料管件内壁设置圆环形的干态软胶，外壁抱箍弹性隔离膜；所述的干态软胶与复合材料管件连接端端口的距离比金属件插入段总长小8～10mm；所述的干态软胶的轴向厚度为10～15mm；所述的复合材料管件的内径比金属件插入段的外径大0.2～10mm；所述的干态软胶的径向宽度为0.2～10mm；
(2)在复合材料管件内壁和金属件插入段外壁涂胶；
(3)将金属件插入复合材料管件中，直至干态软胶一部分变形嵌入复合材料管件内壁和金属件插入段外壁之间的缝隙，另一部分变形滑移至金属件端面；
(4)待金属件完全插入后，拆下复合材料管件和金属件的连接处的弹性隔离膜，清除连接处的溢出胶，重新包上弹性隔离膜，直至胶接固化。
2.根据权利要求1所述的复合材料管件与金属件的胶接连接方法，其特征在于，所述的涂胶的胶层厚度大于复合材料管件内径与金属件插入段外径之差的二分之一。
3.一种使用权利要求1或2所述的复合材料管件与金属件的胶接连接方法的复合材料管件与金属件的胶接连接装置，其特征在于，包括复合材料管件、金属件、干态软胶和弹性隔离膜，所述的干态软胶设于复合材料管件内壁，弹性隔离膜抱箍于复合材料管件外壁。
4.根据权利要求3所述的复合材料管件与金属件的胶接连接装置，其特征在于，所述的复合材料管件的内壁还设有定厚块。
5.根据权利要求4所述的复合材料管件与金属件的胶接连接装置，其特征在于，所述的定厚块的厚度小于复合材料管件内径与金属件插入段外径之差的二分之一。
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