CN116748795A - 飞机用金属材料表面损伤修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，包括如下步骤：步骤一、损伤清除，清除金属损伤区域内的损伤结构，对胶接面进行打磨和清理；步骤二、补片加工；步骤三、对粘贴胶液进行配制，配制后的胶水在硬化前涂覆在待修复金属的胶接面上；步骤四、在步骤二准备的补片表面涂刷胶液，将补片粘贴在待修复金属的胶接面上；步骤五、封装，对已粘贴补片进行真空封装；步骤六、在21℃～25℃条件下固化，固化后去除封装材料，对补片边界进行修整打磨，完成修补。该修复方法采用纤维复合材料对飞机用金属材料的表面损伤部位进行快速修复，以达到恢复结构的使用功能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料修补领域，特别涉及一种飞机用金属材料表面损伤修复方法。
背景技术
某型飞机铝合金结构件，如机身壁板、机翼壁板、翼梁、货舱地板、飞机油箱等部位，选材多为熔焊焊接性较差的2XXX、7XXX等系列铝合金材料，在定检维修过程中，结构损伤主要有腐蚀、裂纹、断裂、缺口和破孔等几种形式。这些结构损伤在服役过程中因外部冲击以及交变载荷作用下会产生应力集中，损伤持续扩张，造成结构件力学性能下降。为恢复结构的完整性，延长服役时间，需要对损伤部位进行及时合理的修复。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，采用纤维复合材料对飞机用金属材料的表面损伤部位进行快速修复，以达到恢复结构的使用功能的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，包括如下步骤：
步骤一、损伤清除，清除金属损伤区域内的损伤结构，对胶接面进行打磨和清理；
步骤二、补片加工；
步骤三、对粘贴胶液进行配制，配制后的胶水在硬化前涂覆在待修复金属的胶接面上；
步骤四、在步骤二准备的补片表面涂刷胶液，将补片粘贴在待修复金属的胶接面上；
步骤五、封装，对已粘贴补片进行真空封装；
步骤六、在21℃～25℃条件下固化，固化后去除封装材料，对补片边界进行修整打磨，完成修补。
优选的方案中，所述步骤一中，在对金属损伤区域进行清除前，先对对金属损伤区域附近的表面漆层打磨，并对损伤区域附近的脏污进行清理，然后进行损伤检测与评估，并绘制损伤边界及维修边界，以损伤区的切割轮廓线为基准，等距外延20mm～30mm绘制维修边界的轮廓线。
优选的方案中，所述步骤一中，对胶接面进行打磨和清理后，非维修区域铺贴带胶脱模布。
优选的方案中，所述步骤二中，所述补片包括玻璃布和碳布，玻璃布和碳布依据维修边界外延5mm～10mm下料，要求0°纤维方向与航向一致。
优选的方案中，所述步骤三中，粘贴胶液为SY-49胶粘剂或SY-37胶粘剂，SY-49胶粘剂的甲、乙组分按质量比5:2进行配制，SY-37胶粘剂的甲、乙组分按质量比10:9的比例进行配制。
优选的方案中，所述步骤四中，先在玻璃布表面均布涂刷胶液，并将玻璃布铺放在待胶接区域第一层，铺完后用压辊赶尽气泡压实玻璃布，使其与修理表面完全贴合；然后铺放碳布，在碳布表面均匀涂刷胶液，并将裁剪好的碳布依次铺放在玻璃布上层，要求逐层铺贴、逐层检查。
优选的方案中，所述玻璃布和碳布的涂胶量为280g/m2～340g/m2。
优选的方案中，所述步骤五中，对已粘贴补片进行真空封装操作如下：在补片上方铺放一层有孔隔离膜，要求有孔隔离膜超过修理区域，再依次铺放透气毡和真空袋膜，真空袋膜周边贴密封腻子，然后对真空袋膜进行抽真空压实。
本发明提供的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，借助于胶粘剂的黏附作用将高强度纤维增强复合材料补片粘贴到缺陷或者损伤金属结构表面，以加强受损部件，最大程度地恢复载荷传递特性，以达到恢复结构的使用功能和延长结构使用寿命的目的。复合材料修理主要靠的是胶接，所以能够不受到结构种类和几何形状的限制，无论损伤区域是厚是薄、是大是小，都可以进行复合材料胶接修理，特别适合于结构可达性不好或者拆卸不方便的结构损伤修理。通过复合材料胶接修理方式对损伤金属结构进行修理，当损伤结构受到外载荷作用时，结构载荷通过胶层传递到复合材料补片区，分担部分载荷，从而使损伤结构的承载能力得以恢复，起到修理作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的工艺流程图；
图2为损伤边界及维修边界绘制示意图；
具体实施方式
如图1所示，一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，包括如下步骤：
步骤一、损伤区域表面清理，对金属损伤区域附近的表面漆层打磨，并对损伤区域附近的脏污进行清理。具体的，将金属损伤区域附近的表面漆层打磨干净。用吸尘器清理损伤区域及附近区域所有粉尘、脏污或其他污染物。用脱脂棉纱布或棉抹布蘸取丙酮或乙酸乙酯将金属损伤区域附近的脏污清洗干净。
损伤检测与评估，对损伤区域进行损伤检测与评估，并绘制损伤边界及维修边界，如图2所示，以损伤区的切割轮廓线为基准，等距外延20mm～30mm绘制维修边界的轮廓线。
损伤清除，沿绘制的维修边界进行切除，清除金属损伤区域内的损伤结构，包括腐蚀、缺口等损伤，检查切口区域，确保所有待去除的损伤去除干净。依次使用150#、240#干磨砂纸光滑切口的边缘。对胶接面进行打磨和清理，用150#～240#干磨砂纸打磨待胶接面，用吸尘器清理待胶接区域及附近区域内的所有粉尘、脏污或其他污染物。用脱脂棉纱布或棉抹布蘸取丙酮或乙酸乙酯将待胶接区域及附近区域的脏污擦拭至清洁无污物。非维修区域铺贴带胶脱模布A005，方便后续步骤涂胶时，防止将粘贴胶液涂覆在非维修区域。
步骤二、补片加工，所述补片包括玻璃布和碳布，玻璃布选用SW280，碳布选用T300碳布，玻璃布和碳布依据维修边界轮廓外延5mm～10mm下料，要求0°纤维方向与航向一致，可为圆形、椭圆形或矩形，见图2。
补片厚度按照修补刚度比s为1～1.2设计，
s＝EpatchTpatch/EplateTplate；
式中：E为材料弹性模量，T为材料厚度，patch代表补片，plate代表被修补铝合金板。
步骤三、对粘贴胶液进行配制，配制后的胶水在硬化前涂覆在待修复金属材料的胶接面上。粘贴胶液为SY-49胶粘剂或SY-37胶粘剂，剪切强度和剥离强度较高，温度在21℃～25℃、压力0.05MPa～0.3MPa条件下固化，属于室温固化体系。
SY-49胶粘剂的甲、乙组分按质量比5:2进行配制，SY-37胶粘剂的甲、乙组分按质量比10:9的比例进行配制，按照比例称量后混合充分、搅拌至颜色均一，并确保在操作期(未硬化前)内完成加压。
步骤四、在步骤二准备的补片表面涂刷胶液，用刮刀或刷子均匀涂胶，胶液应完全覆盖胶接面。
将补片粘贴在待修复金属的胶接面上，先在玻璃布表面均布涂刷胶液，涂胶量为280g/m2～340g/m2，并将裁剪好的玻璃布铺放在待胶接区域第一层，铺完后用压辊赶尽气泡压实玻璃布，使其与修理表面完全贴合。然后铺放碳布，在碳布表面均匀涂刷胶液，涂胶量为280g/m2～340g/m2，并将裁剪好的碳布依次铺放在玻璃布上层，碳布设置若干层，具体根据需要修补的金属材料的厚度以及材质确定，要求逐层铺贴、逐层检查，每一层都应铺贴准确并保持平整，用压辊使其与前一铺层完全贴合，不得“架桥”、“打褶”和“带入杂物”，不允许存在缺胶、少胶等现象。
步骤五、封装，对已粘贴补片进行真空封装。在补片上方铺放一层有孔隔离膜，要求有孔隔离膜超过修理区域一定距离，再依次铺放透气毡和真空袋膜，真空袋膜周边贴密封腻子，然后对真空袋膜进行抽真空压实，要求真空度不低于-0.090MPa。真空袋膜上制孔，通过真空嘴连接真空管路到空压机上抽真空，通过抽真空的方式将补片压实，将层与层之间的空气排出。抽真空过程中检查有无泄露，如有泄露需重新进行密封，要求真空封装无渗漏。
步骤六、在21℃～25℃条件下固化，若温度达不到，需借助电热毯或热补仪加热。固化后去除封装材料和带胶脱模布，对补片边界进行修整打磨，分别用180#号360#砂纸打磨补片蒙皮外缘至维修边界，打磨外表面至光滑平整。用吸尘器清理维修区域及附近区域所有粉尘或脏污。用脱脂棉纱布或棉抹布蘸取丙酮或乙酸乙酯将维修区域附近的脏污清洗干净。
质量检测：用目视检查、敲击法检测及超声检测检验修补后是否存在脱粘，修理区域外表面光滑平整，修理区与未修补区圆滑过渡；修补区域无杂质，纤维无明显断裂，无明显贫胶和富胶现象，完成修补。
金属结构损伤采用纤维复合材料修复，借助于胶粘剂的黏附作用将高强度纤维增强复合材料补片粘贴到缺陷或者损伤金属结构表面，以加强受损部件，最大程度地恢复载荷传递特性，以达到恢复结构的使用功能和延长结构使用寿命的目的。
复合材料胶接修理金属结构，其优点是结构增重小、可设计性强、有良好的抗疲劳性、良好的抗震性能、良好的抗腐蚀性、适用范围广等，复合材料修理主要靠的是胶接，所以能够不受到结构种类和几何形状的限制，无论损伤区域是厚是薄、是大是小，都可以进行复合材料胶接修理，特别适合于结构可达性不好或者拆卸不方便的结构损伤修理。
通过复合材料胶接修理方式对损伤金属结构进行修理，当损伤结构受到外载荷作用时，结构载荷通过胶层传递到复合材料补片区，分担部分载荷，从而使损伤结构的承载能力得以恢复，起到修理作用。采用本发明的修复方法对某型飞机金属损伤结构进行修复后，实现飞机金属结构损伤的原位修理或离位后快速修理，降低修理成本30％，缩短修理周期。
Claims (8)
1.一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、损伤清除，清除金属损伤区域内的损伤结构，对胶接面进行打磨和清理；
步骤二、补片加工；
步骤三、对粘贴胶液进行配制，配制后的胶水在硬化前涂覆在待修复金属的胶接面上；
步骤四、在步骤二准备的补片表面涂刷胶液，将补片粘贴在待修复金属的胶接面上；
步骤五、封装，对已粘贴补片进行真空封装；
步骤六、在21℃～25℃条件下固化，固化后去除封装材料，对补片边界进行修整打磨，完成修补。
2.根据权利要求1所述的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，所述步骤一中，在对金属损伤区域进行清除前，先对对金属损伤区域附近的表面漆层打磨，并对损伤区域附近的脏污进行清理，然后进行损伤检测与评估，并绘制损伤边界及维修边界，以损伤区的切割轮廓线为基准，等距外延20 mm~30 mm绘制维修边界的轮廓线。
3.根据权利要求1所述的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，所述步骤一中，对胶接面进行打磨和清理后，非维修区域铺贴带胶脱模布。
4.根据权利要求1所述的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，所述步骤二中，所述补片包括玻璃布和碳布，玻璃布和碳布依据维修边界外延5 mm~10 mm下料，要求0°纤维方向与航向一致。
5.根据权利要求1所述的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，所述步骤三中，粘贴胶液为SY-49胶粘剂或SY-37胶粘剂，SY-49胶粘剂的甲、乙组分按质量比5:2进行配制，SY-37胶粘剂的甲、乙组分按质量比10:9的比例进行配制。
6.根据权利要求4所述的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，所述步骤四中，先在玻璃布表面均布涂刷胶液，并将玻璃布铺放在待胶接区域第一层，铺完后用压辊赶尽气泡压实玻璃布，使其与修理表面完全贴合；然后铺放碳布，在碳布表面均匀涂刷胶液，并将裁剪好的碳布依次铺放在玻璃布上层，要求逐层铺贴、逐层检查。
7.根据权利要求6所述的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，所述玻璃布和碳布的涂胶量为280 g/m2～340 g/m2。
8.根据权利要求1所述的一种飞机用金属材料表面损伤修复方法，其特征在于，所述步骤五中，对已粘贴补片进行真空封装操作如下：在补片上方铺放一层有孔隔离膜，要求有孔隔离膜超过修理区域，再依次铺放透气毡和真空袋膜，真空袋膜周边贴密封腻子，然后对真空袋膜进行抽真空压实。
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