CN116061473A - 一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法 - Google Patents

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宣善勇
符彬
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Abstract

本发明涉及复合材料结构表面处理技术领域，具体为一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，包括以下步骤：步骤(一)根据所需处理的部件结构及要求选择手持或自动作业；步骤(二)对所需处理的部件结构进行清洁；步骤(三)连接并激活等离子处理系统，进行参数设置；步骤(四)使用等离子处理系统对所需处理的部件结构实施表面处理；步骤(五)进行后续胶接修理或使用真空袋封装，密封保存。本发明能够在常压下便捷地完成结构表面处理，小型化等离子体喷枪能够在常温常压下产生连续的等离子流，可实现手持或自动控制完成表面处理作业，实现了机上原位结构修理，解决了现有技术难以应用于大部件及机上原位表面处理的问题。

Description

一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法
技术领域
本发明涉及复合材料结构表面处理技术领域，具体为一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法。
背景技术
胶接修理是一种飞机复合材料结构常用的修理方法，可适用于层压板及夹层结构，修理过程中表面处理是必不可少的步骤，可增强复合材料表面的结合强度。传统的人工打磨处理方法受人为因素如打磨力度、方向、范围、次数等影响，质量不均，易对基体产生不必要的额外损伤，同时易产生粉尘污染，危害人员健康，且仅适用于简单形面。等离子表面处理可以避免人为因素以及基体损伤对产品质量的影响，还可以消除粉尘污染，提高工作环境质量，减少粉尘防护成本，并且对处理结构形面无要求，可实现狭小位置、孔洞等复杂形面处理。
中国发明专利CN110938225A(公开日为2020年3月31日)公开了一种纤维增强复合材料等离子体表面改性工艺方法，步骤包括调节等离子体装置处理参数、表面处理等。与现有技术相比，该发明提供了用于飞机复合材料结构等离子体表面改性工艺方法，通过将复合材料置入射流等离子体处理装置中，进行等离子体处理，改善其表面性能，提高胶接界面的结合强度，缺点是该方法仅适用于可放入其装置内的小尺寸部件表面处理，不适用于大部件及机上原位修理时的表面处理。
因此，针对复合材料机上原位修理时表面处理的要求，需要提出一种新的等离子表面处理方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法。适用于复杂形面处理，可依据实际损伤位置及结构状况等选择采用手持或自动控制处理，完成复合材料结构表面处理作业，提高其结合强度及修理效果。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，包括以下步骤：
步骤(一)根据所需处理的部件结构及要求选择手持或自动作业：若所需处理的部件结构为狭窄部件及复杂型面部件则选择手持，若所需处理的部件结构为平整部件，则选择自动作业；
步骤(二)对所需处理的部件结构进行清洁：吹风清理或清洁布擦除清理；
步骤(三)连接并激活等离子处理系统，进行参数设置，参数包括气体、激发功率、气体流速、喷枪尺寸、移动速率；
步骤(四)使用等离子处理系统对所需处理的部件结构实施表面处理；
步骤(五)进行后续胶接修理或使用真空袋封装，密封保存。
优选的，步骤(二)中具体清洁过程如下：
测定待处理区域范围并使用防护胶带做出标识，然后使用清洁布蘸取丙酮擦拭清洁该区域，使用风机吹风清理并干燥。
优选的，步骤(三)中等离子处理系统包括自动移动控制架、设置在所述自动移动控制架上的等离子体喷枪、通过微波传输线与所述等离子体喷枪连接的激励源及控制系统、通过通气管与所述等离子体喷枪连接的气源。
优选的，所述自动移动控制架上设置有真空吸盘。
优选的，所述等离子体喷枪上设置有喷枪导气孔以及可拆卸手柄，所述喷枪导气孔与所述通气管连接。
优选的，所述气源为空气压缩机、小风扇或氩气瓶。
优选的，步骤(三)中参数设置具体包括：气体选择空气或氩气、激发功率为20W氩气或230W空气、气体流速为4.5L/min、喷枪尺寸为10mm、移动速率为10mm2/s。
优选的，步骤(四)中表面处理具体如下：
自动移动控制架通过真空吸盘吸附在待处理结构上，手持等离子体喷枪或通过自动移动控制架按照设定参数对待处理结构表面进行喷扫处理，一般使用等离子体喷枪喷枪口产生的等离子体焰的焰尖进行喷扫，待处理结构表面距等离子体焰的焰尖0-5mm，完成结构表面处理。
优选的，步骤(五)中在85KPa以上的真空度下密封保存，并在12h内实施后续修理。
本发明的有益效果是：
本发明通过提供一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，能够在常压下便捷地完成结构表面处理，小型化等离子体喷枪能够在常温常压下产生连续的等离子流，可实现手持或自动控制完成表面处理作业，实现了机上原位结构修理，解决了现有技术难以应用于大部件及机上原位表面处理的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明等离子表面处理作业示意图。
图中：1、激励源及控制系统；2、微波传输线；3、气源；4、通气管；5、等离子体喷枪；6、喷枪导气孔；7、可拆卸手柄；8、自动移动控制架；9、真空吸盘；10、待处理结构；11、等离子体焰。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，包括以下步骤：
步骤(一)处理方法确定：根据所需处理的部件结构及要求选择手持或自动作业。在自动移动控制系统可方便地固定在部件结构上时可选用自动作业方式，如较平整的大部件等结构，若无法方便地固定，则可采用手持作业方式进行表面处理，如处于空间较为狭窄的部件及复杂形面部件。
步骤(二)对所需处理的部件结构进行清洁：等离子体处理本身具有清洁功能，但如存在较大颗粒的污染物需吹风清理或清洁布擦除清理。具体清洁方法如下：测定待处理区域范围并使用防护胶带做出标识，然后使用清洁布蘸取丙酮擦拭清洁该区域，使用风机吹风清理并干燥。
步骤(三)连接并激活等离子处理系统，进行参数设置，参数包括气体、激发功率、气体流速、喷枪尺寸、移动速率。
具体的，如图1所示，等离子处理系统包括激励源及控制系统1、微波传输线2、气源3、通气管4、等离子体喷枪5、喷枪导气孔6、可拆卸手柄7、自动移动控制架8、真空吸盘9。
所述激励源及控制系统1中的激励源为微波源，所述激励源及控制系统1通过所述微波传输线2与所述等离子体喷枪5连接，所述激励源及控制系统1为所述等离子体喷枪5提供微波能，并控制激发功率频率等参数；所述气源3为空气压缩机、小风扇或氩气瓶，通过所述通气管4以及喷枪导气孔6与所述等离子体喷枪5连接，为所述等离子体喷枪5提供空气或氩气，并控制气体流速。所述等离子体喷枪5设置在所述自动移动控制架8上，所述等离子体喷枪5通过微波能激发气体产生等离子体焰11，用于实施表面处理。所述可拆卸手柄7设置在所述等离子体喷枪5上，用于手持处理作业时握持。所述自动移动控制架8用于自动控制表面处理，其夹持头可固定等离子体喷枪5来控制移动，可实现X、Y、Z三坐标方向移动及速度调节，实现自动控制表面处理作业。所述真空吸盘9位于所述自动移动控制架8的底部，用于将所述自动移动控制架8固定在待处理结构10上。
进一步地，参数设置具体包括：气体选择空气或氩气、激发功率为20W氩气或230W空气、气体流速为4.5L/min、喷枪尺寸为10mm、移动速率为10mm2/s。
步骤(四)使用等离子处理系统对所需处理的部件结构实施表面处理：
自动移动控制架8通过真空吸盘9吸附在待处理结构10上，手持等离子体喷枪5或通过自动移动控制架8按照设定参数对待处理结构10表面进行喷扫处理，一般使用等离子体喷枪5喷枪口产生的等离子体焰11的焰尖进行喷扫，待处理结构10表面距等离子体焰11的焰尖0-5mm，完成结构表面处理。
步骤(五)按照修理需要开展后续损伤胶接修理。如无法立即实施胶接修理，需在处理表面上铺敷一层干净隔离膜，然后使用真空袋封装，在85KPa以上的真空度下密封保存，并在12h内实施后续修理。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(一)根据所需处理的部件结构及要求选择手持或自动作业：若所需处理的部件结构为狭窄部件及复杂型面部件则选择手持，若所需处理的部件结构为平整部件，则选择自动作业；
步骤(二)对所需处理的部件结构进行清洁：吹风清理或清洁布擦除清理；
步骤(三)连接并激活等离子处理系统，进行参数设置，参数包括气体、激发功率、气体流速、喷枪尺寸、移动速率；
步骤(四)使用等离子处理系统对所需处理的部件结构实施表面处理；
步骤(五)进行后续胶接修理或使用真空袋封装，密封保存。
2.根据权利要求1所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：步骤(二)中具体清洁过程如下：
测定待处理区域范围并使用防护胶带做出标识，然后使用清洁布蘸取丙酮擦拭清洁该区域，使用风机吹风清理并干燥。
3.根据权利要求1所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：步骤(三)中等离子处理系统包括自动移动控制架(8)、设置在所述自动移动控制架(8)上的等离子体喷枪(5)、通过微波传输线(2)与所述等离子体喷枪(5)连接的激励源及控制系统(1)、通过通气管(4)与所述等离子体喷枪(5)连接的气源(3)。
4.根据权利要求3所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：所述自动移动控制架(8)上设置有真空吸盘(9)。
5.根据权利要求3所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：所述等离子体喷枪(5)上设置有喷枪导气孔(6)以及可拆卸手柄(7)，所述喷枪导气孔(6)与所述通气管(4)连接。
6.根据权利要求3所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：所述气源(3)为空气压缩机、小风扇或氩气瓶。
7.根据权利要求1所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：步骤(三)中参数设置具体包括：气体选择空气或氩气、激发功率为20W氩气或230W空气、气体流速为4.5L/min、喷枪尺寸为10mm、移动速率为10mm2/s。
8.根据权利要求1所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：步骤(四)中表面处理具体如下：
自动移动控制架(8)通过真空吸盘(9)吸附在待处理结构(10)上，手持等离子体喷枪(5)或通过自动移动控制架(8)按照设定参数对待处理结构(10)表面进行喷扫处理，一般使用等离子体喷枪(5)喷枪口产生的等离子体焰(11)的焰尖进行喷扫，待处理结构(10)表面距等离子体焰(11)的焰尖0-5mm，完成结构表面处理。
9.根据权利要求1所述的一种用于机上复合材料胶接修理的表面等离子处理方法，其特征在于：步骤(五)中在85KPa以上的真空度下密封保存，并在12h内实施后续修理。
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