胶接和胶接结构装配

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第三节 胶粘剂
一、胶粘剂的组分 二、结构胶粘剂的类型和性能
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一、胶粘剂的组分
胶粘剂
结构胶粘剂 非结构胶粘剂
是否“承载”？
（飞机用）胶粘剂的要求
1、在使用温度范围内，满足剪切强度、剪切疲劳强度、剥离 或不均匀扯离强度、持久强度。
2、良好的耐介质、耐冷热交变、耐湿热老化、耐大气老化等 性能。
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胶粘剂的组分
（1）粘料； （2）固化剂； （3）填料； （4）稀释剂和溶剂。
粘料（基料）：是胶粘剂具有所要求的基本性能的主要成分。
固化剂：促进胶粘剂的固化。
填料：减少胶层收缩和调节胶粘剂与被粘物之间弹性系数的 差别。改善胶粘剂的性能（提高弹性系数、冲击韧性、 耐热性、减少收缩率等。）
稀释剂：能降低胶粘剂粘度的易流动液体。改善胶粘剂的工 艺性能，降低胶粘剂，从而延长胶粘剂的使用期。
（１）、古代人类、天然胶粘剂：木汁、血胶、骨胶、石灰、 松脂和沥青等；
（２）、20世纪，合成高分子材料的出现，胶粘剂工业获得了 迅速发展；
（３）、20世纪40年代后，胶接机理研究获得了迅速的发展 胶接的三大理论：吸附理论、静电理论、扩散理论。
（４）、 20世纪60年代后，建立并逐步完善了：化学键理论 、弱界面层理论、机械结合理论、胶粘剂流变学理论。
方法 放置代替胶膜厚度的垫片。
2、胶接面的贴合程度 零件间的装配间隙的均匀（毛刺）
3、胶接厚度 胶接厚度应当薄而均匀，001—0.25mm，最好在0.1mm 以下。
二、胶接表面的准备
１、表面处理的必要性
２、表面处理的程序和方法
（１）、脱脂除油处理 （２）、机械处理 （３）、化学处理 （４）、漂洗和干燥
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１、表面处理的必要性
胶接连接的成败的因素 胶粘剂、被粘表面的处理、胶接工艺、接头设计等。
形成优良胶接的基本条件
浸润性（接触角）、 胶接界面的分子间作用力。
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零件表面的清洁度和表面状态对胶接质量（强度、耐久 性）有决定性影响。
表面处理的目的
除去表面污物、改变表面粗造度、改变表面化学性质、 提高表面防腐能力等。
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二、胶粘剂的应用
航空航天工业中，全世界采用胶接结构的飞机有100多种。 Ｂ－58重型超声速轰炸机，胶接壁板面积占80％（其中蜂窝夹 层结构占90％，胶用量超过400kg，可取代约50万只铆钉。
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胶膜2500m 密封胶450kg
三、飞机金属胶接结构件的分类
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四、胶接结构典型的型式
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五、胶接技术的特点
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剪切
均匀扯离（拉伸）
胶接强度的强弱依此为：
不均匀扯离（劈裂）
剥离
提高胶接强度的方法：
1、加大胶接面积；
2、提高边缘零件的刚度；
3、采用补铆少量铆钉或点焊。
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六、胶接接头的结构形式
１、四种受力形式的胶接特性：
剪切强度高、耐疲劳强度高破坏安全性能好； 均匀扯离（拉伸）、剪切、不均匀扯离（劈裂）、剥离依此降 低。
大时，受载时不产生挠曲变形，
拉伸
拉应力分布比较均匀；
当被粘零件较薄或集中力 偏心时，拉应力分布不均匀， 易造成胶缝破坏；
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２.剪切
剪切的特征： 外力作用线平行胶缝。
剪切
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剪切是胶接接头 最好的受力形式，胶 接强度最高。
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拉应力 剪应力
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搭接长度与承载能力的关系 增加搭接长度，接头所能承受的破坏载荷有所提高，但增 到一定长度后，承载能力很难提高。
现代飞机制造的3大连接技术
胶接
机械连接 （铆接、螺接）
焊接
第三节 胶接
第一节 概述 第二节 胶接原理 第三节 胶粘剂 第四节 影响胶接强度的因素
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第一节 概述
一、胶接技术发展简史 二、胶粘剂的应用 三、飞机金属胶接结构件的分类 四、胶接结构典型的型式 五、胶接技术的特点
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一、胶接技术发展简史
不等、不受装配件厚度（厚度差）的影响、多层； （2）、表面平滑、良好的气动力性能
铆钉头凸起、点焊的凹陷、局部变形 （3）、良好的密封性
气密座舱、整体油箱等； （4）、胶接接头耐环境能力强
胶层对金属防腐、绝缘、防电化学防腐；
（5）、胶接构件有效地减轻了重量 受力均匀，可采用薄壁结构 Ｆ-86Ｄ机减速板铆接改为胶接，重量12.5kg—＞8kg 某型机机身胶接，重量减轻15%、费用节约用粮25%－30% 某预警飞机雷达罩，重量减轻20%
２、热压罐
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３、加热炉（烘箱）
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二、胶接工艺装备 １、固化模胎
２、铣切模胎
３、装配与检验型架（夹具）
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１、固化模胎
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３、装配与检验型架（夹具）
（1）、不含加温胶接固化的装配与检验型架（夹具） （2）、含加温胶接固化工作内容的装配型架（夹具） （3）、检验型架（夹具）
（2）、使用温度较高 一般在50度，耐高温胶粘剂可长期150－250度，或短期
350－400度。
（3）、接头性能的重复性差、使用寿命有限 （4）、胶接接头强度受影响的因素多
对材料、工艺条件和环境应力极为敏感。
第二节 胶接原理
一、胶接理论的现状 二、胶接接头的构成 三、粘附力和粘接机理 四、内聚力和胶粘剂的固化 五、胶接接头的内应力 六、胶接接头的应力分布 七、胶接接头的结构型式 八、飞机上胶接接头的常见形式
接触角
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四、内聚力和胶粘剂的固化
内聚力 胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。
胶粘剂的固化
胶粘剂（液体）在浸润被粘物表面后，必须通过适当的方法 使它变成固体的过程。
固化的必要性
（１）、胶粘剂本身产生足够强的内聚力；
（２）、承受载荷。
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胶粘剂固化的方法 1、冷凝或溶剂的挥发 “热塑性高分子化合物”（加热会熔融） 通过冷凝或溶剂的挥发物理变化完成固化。
内聚力 胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。
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粘附力
胶粘剂与被粘表面上不同分子间的作用力。
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两种破坏情况： “内聚破坏” 内聚力＜粘附力 胶层或胶粘剂层破坏
“粘附破坏” 内聚力＞粘附力
界面层破坏
三、粘附力和粘接机理
1、粘附力的形成 2、胶接的几种理论 3、提高粘附力的必要条件
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1、粘附力的形成
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三、涂胶和烘干
底胶 在处理好后的结构表面应及时涂一层薄薄的底胶。
底胶的作用 在保护表面、防止环境污染和湿气吸附，延长存放时间等。
零件涂底胶后，在规定的时间内涂胶。 （关键是胶层的厚度）
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四、装配
在胶接模具或夹具中组装、定位、夹紧。
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加温加压固化
五、固化
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六、常用胶接的工艺方案
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一、胶接理论的现状
胶接过程——复杂的物理化学过程
影响胶接强度的因素
1、胶粘剂的性质； 2、被粘材料表面的胶接特性； 3、接头设计、接头成型工艺； 4、周围环境应力等。
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直接影响
胶接强度 测试结果
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需理论解释的问题
材料的化学结构
定量关系
胶接特性
无圆满解释
二、胶接接头的构成
胶接 通过胶粘剂的作用把被粘物连接在一起，形成胶接接头。
一、预装配
目的
为了检查零件间的协调关系和胶接面的贴合程度，并进行 必要的修配，达到装配准确度要求。
影响因素
1、零件间的协调关系；
2、胶接面的贴合程度；
3、胶接厚度。
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1、零件间的协调关系
零件间的装配间隙 金属与金属面之间间隙：0.15—0.25mm，一般为0.2mm 蒙皮与蜂窝芯子间隙：0.1mm 芯子比相邻的金属件高出：0.05—0.2mm
铆接的缺点
（１）、钉孔对材料的削弱引起应力集中，使疲劳强度降低； （２）、结构重量增加； （３）、劳动量大、噪音大； （４）、零件阳极化膜因钉孔而受到破坏； （５）、孔边的裂纹会引起腐蚀，等等。
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胶接的优点 ——几乎克服了铆接的缺点
（1）、胶接适用的材料范围广 可连接不同材料（金属－金属、金属－非金属）、厚度
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第五节 铝蜂窝夹层结构的制造
一、蜂窝夹芯（层）结构简介
蜂窝夹层结构的概念、特点、应用、分类
二、铝蜂窝夹层结构的制造
１、蜂窝夹芯的制造
（1）、铝箔表面处理 （2）、铝箔涂胶（纵条、横条涂胶） （3）、铝箔的叠合和固化 （4）、夹芯的拉伸成形和加工
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（2）、静电理论
静电理论解释： 两种不同的高分子化合物表面紧密接触时，会产生双电
层（象电容器的两个极片一样），而产生静电引力。
缺陷 不能解释导电胶也能很好地结合。
（静电理论认为，在胶接接头中存在双电层，胶接力主要来自 双电层的静电引力。）
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（3）、扩散理论
扩散理论解释： 胶粘剂和被粘物分子通过互相扩散而形成牢固的胶接头。
（6）、能提高接头的疲劳寿命 胶均匀分布、不会产生局部应力集中、疲劳裂纹扩展速度慢。
（7）、胶接工艺简单 易自动化、成本低，1000kg胶粘剂可节约5000kg金属连接
材料，节省5000－10000个工时。
胶接的缺点
（1）、粘接强度较低 胶粘剂的主材料一般是高分子材料，粘接强度较低（不
适于承受剥离载荷）远不如金属材料；
搭接宽度与承载能力的关系 增加宽度长度，承载能力直线上升。
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搭接长厚比宽度与承载能力的关系（承剪情况）
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３、不均匀扯离（劈裂）
胶接强度较低。
受力特征： 边缘处形成劈裂力，较复 杂，受载端缝表现为拉应 力，有较大的应力集中。
如：机翼与翼肋、长桁的连接
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不均匀扯离
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４、剥离现象
胶接强度最低。 受力特征： 边缘处形成外张力，应力非常集中。
粘附力的形成 包括胶粘剂与被粘表面之间物理的、化学的、机械的作用。
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2、胶接的几种理论
胶接的几种理论：吸附理论、静电理论、扩散理论、化学结合 理论、机械结合理论。
（1）、吸附理论 （2）、静电理论 （3）、扩散理论
（4）、化学结合理论
（5）、机械结合理论
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（1）、吸附理论
形成胶接连接的阶段
第四节 影响胶接强度的因素
一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响 二、影响胶缝强度的主要工艺因素
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一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响
胶接接头四种受力形式 １、均匀扯离（拉伸） ２、剪切 ３、不均匀扯离（劈裂） ４、剥离
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１.均匀扯离（拉伸）
拉伸的特征： 外力作用线垂直胶缝。
当被粘零件较厚或刚度较
第一阶段：胶粘剂中的高分子由于分子热运动而向与被粘表 面靠近；
第一阶段：是“吸附”，当胶粘剂与被粘物分子间距缩小到 足
够小时，分子间引力便发生作用，因而产生吸附。 吸附理论解释：吸附力是极性分子间具有更大的分子间吸力。
（吸附理论认为，胶接作用是胶粘分子与被粘分子在界面层上 相互吸附而产生的，胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用 的结果，而物理吸附则是胶接作用的普遍性原因。）
表面处理的必要性
（１）被粘材料表面的吸附特性 （２）被粘零件加工成形中的污染物 （３）被粘表面的不平度 （４）难粘材料
２、表面处理的程序和方法
（１）、脱脂除油处理 （２）、机械处理 （３）、化学处理 （４）、漂洗和干燥
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（４）、漂洗和干燥
胶接前都应进行漂洗与干燥。 漂洗时，先自来水、后去离子水。 干燥时，晾干；或冷、热风吹干；或烘箱烘干；或用丙酮或酒 精等擦干。 在飞机结构的粘接中，为了提高接头的寿命，经常使用磷酸阳 极化表面处理方法。
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典型胶接工艺过程
预装配
胶接表面的准备
装配 固化
涂胶和烘干
第四节 胶接设备
一、加温加压设备
１、压力机（或热压机） ２、、热压罐 ３、加热炉（烘箱）
二、胶接工艺装备
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一、加温加压设备
１、压力机（或热压机） ２、、热压罐 ３、加热炉（烘箱）
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１、压力机（或热压机）
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2、加温、加压 “热固性高分子化合物”
通过化学反应，聚合成不熔化也不溶解的、具有一定 机械强度的固体高分子结构物质。
五、胶接接头的内应力
影响
胶接接头内应力
胶接强度 耐久性
内应力的来源
（１）、胶粘剂固化过程中，由于体积收缩造成的收缩应力； （２）、胶粘剂和被粘物的热膨胀系数不同，在温度变化时产
生热应力。
（１）、对接接头；
（２）、搭接接头；
２、典型胶接接头的形式： （３）、槽接接头； （４）、管材接接头；
（５）、角接接头；
（６）、Ｔ形接接头；
（a７）、平面胶接
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二、影响胶缝强度的主要工艺因素 一、预装配 二、胶接表面的准备 三、涂胶和烘干 四、装配 五、固化
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（4）、化学结合理论
化学结合理论解释： 胶粘剂和被粘物通过化学反应而达到良好的结合。
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（5）、机械结合理论
胶粘剂（液态）渗入被粘物表面的缝隙或凹陷处，固化 后，在界面区产生齿合或镶嵌连接。
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3、提高粘附力的必要条件
胶粘剂整个表面的良好接触，充分浸润，接触角，固、液 体分子间吸引力