复材零件修补方法探索

复材零件修补方法探索

作者：武彬彬

来源：《科技风》2017年第07期

摘要：随着对飞机性能要求的不断提高，复合材料零件将更加广泛的应用于飞机的各个结构中。已经迅速发展为继铝合金、钛合金之后的又一航空结构材料。但是复合材料零件固然有很多优点，但是，复合材料零件的缺陷修补一直是制约复合材料零件发展的制约条件之一。本文对复合材料零件在实际使用过程中常见的缺陷进行了分类分析，对修补方法进行了初步的研究，为其制定合适的修补方法，减少浪费，降低复合材料应用成本。

关键词：复合材料；缺陷；修补

复合材料零件加工制造过程不同于金属零件，在成型过程中，装配过程中，使用过程中均会出现不同的缺陷。在生产实践中，即使是经过研究和试验制定的合理工艺，在结构件的制造过程还可能产生缺陷，引起质量问题，严重时还会导致整个结构件的报废，造成重大经济损失。因此，研究复合材料，尤其是国产碳纤维复合材料结构件的缺陷分类及维修方法是目前迫切需要解决的问题。

随着我国飞机数量的增加和换代速度的加快，复合材料用量也越来越大，修补的重要性也就越来越凸显。但是，国内在修补方面还是参考国外的一些文献和资料，照葫芦画瓢。而且目前国内对复合材料零件的修补还是没有进行验证，产品设计对此领域还是持保守状态。

对复合材料结构提出的修补要求主要有：

①恢复结构的70%承载能力和使用功能，即恢复结构的基本完整性；

②修理后重量不能增加太多；

③尽量保证原结构外形。

一、缺陷类型

根据目前国内复合材料制件结构及形成时段状态，缺陷存在的类型可以分为以下几类：

①实体层压板缺陷类型：零件分层、贫胶、皱折、鼓包、分层、杂质、打磨过分或伤及纤维的损伤、边缘分层损伤等缺陷。

②针对复合材料蜂窝夹层件的缺陷类型：蜂窝芯格压缩、蜂窝芯凹陷、芯子与蒙皮分层等缺陷。

③针对复合材料部件装配中引起的缺陷类型：制孔缺陷、锪窝缺陷、铰孔缺陷（主要是表面分层，层数较少）、铆接时缺陷、螺接时缺陷、扭曲/变形等缺陷。

二、复合材料的修补过程主要环节

（一）修补目的

修补是为了恢复零件的完整性以达到结构上的可接受的水平，满足结构设计及强度设计的要求，在满足强度和使用的前提下，产品可以继续使用，减少产品报废，降低复材应用成本。

（二）修补材料

修补过程中尽量选用原零件本身的材料进行修补。也有时会受到实际修补客观条件的限制，无法选择原零件的材料，也可选用强度满足设计要求的其他材料。

（三）修补设备与工具

修补过程中采用的主要设备和工具包括：修补仪、热压罐、烘箱等等，根据要求修理材料的状态和实际情况，在不同的条件下使用不同的固化方法。

三、返修方法

现有复合材料包括层压板和夹层结构的修补技术并无统一标准可循，修补方案均见诸于各个公司的内部技术资料中或处于在研之列，虽然有挖补修理、填充修理、贴补修理、注胶修补、封边修补、挖补和机械方法修补等类型，但从实用上分析依然是注胶法和挖补法比较切合实际。根据不同类型的零件缺陷，相应的制定出了返修方案如下：

（一）表面缺陷的消除、填充和整形修整

（二）空腔和分层的注胶修理

（三）损伤孔/埋头孔的修理

（四）损伤蜂窝芯的去除

（五）层的去除

四、小结

目前国内复合材料的典型性损伤补方法已基本应用，但是还没有形成一定的标准及标准流程，在如何能过恢复修补后零件的100%特性方面还需要进一步研究修补方法，相信随着复合材料的应用越来越多，修补的重要性会越来越凸显，后续还需要进一步加快验证工作。