实现复合材料快速固化粘接的加热方法及桁架装配方法与流程

本发明属于航空航天领域，尤其涉及实现飞行器复合材料快速固化粘接的加热方法及复合材料桁架装配的加热固化方法。

背景技术：

复合材料在航空航天领域有广泛的应用，鉴于复合材料本身的特性，不同于金属普遍所采用机械连接、焊接的连接方式，复合材料与金属或复合材料接头主要通过胶黏剂粘接组成，主要在各种复合材料桁架、舱体等组合件上有广泛的应用。对于复合材料胶接有如下优点：(1)无钻孔引起的应力集中，基本层压板强度不下降；(2)零件数目少，结构轻，连接效率高；(3)抗疲劳、密封、减振及绝缘安全性好；(4)能获得光滑的气动外形；(5)不同材料连接无电偶腐蚀问题。胶接连接也有缺点：(1)缺少可靠的无损检测方法，胶接质量控制比较困难；(2)胶接强度分散性大，剥离强度较低，难以传递大的载荷；(3)胶接性能受湿、热、腐蚀介质等环境影响大，存在一定老化的问题；(4)接件之间配合公差要求严格，需要加温加压固化设备，修补较困难；(5)胶接是永久连接，胶接后不可拆卸。传统上加热固化所采用的设备有烘箱，主要缺点有：1、一般加温设备升温速度慢，效率低，尤其是大型烘箱，升温过程长达几十分钟，甚至是1个小时以上，而且升高温度受烘箱材料耐温性能、烘箱结构气密性影响较大，很难或无法实现较高温度。2、加热设备体积大小一定，对于产品形状大小不固定的成型件，如果没有多个烘箱，将导致成型困难，并降低经济效益，尤其对于大型复合材料桁架结构的加热固化，如果使用烘箱加热，需要制作一个相应尺寸的大型移动烘箱，成本高昂，效率较低。3、外场作业、临时修补场合，加热设备一般不会随时携带，导致无法作业。

在解决以上问题过程中，曾经使用热水袋加热方法实现粘胶固化，对于小型零件、室外温度为常温较为方便，但对于大型零件粘接、温度在零下十几度时，本身热水袋没有足够大的形状，而且室外温度过低，热水袋降温很快，无法实现恒温控制。

综合分析胶接的特点，以及传统加热固化方法的缺点，胶接工艺的好坏对粘接质量影响非常大，如果用加热设备加热，对于大型桁架结构等，工艺较为复杂，成本较高，甚至无法实现。而对于大型桁架结构、场外作业、紧急修补情况下，既能保证粘接质量，又能方便操作，一种可快速固化的复合材料粘接加热方法是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，特别是解决现有技术中桁架装配工装位移无法调节的问题以及降低重复加工工装成本，提高工装利用重复性。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种实现复合材料快速固化粘接的加热方法，所述加热方法是使用如下加热装置实现的，所述加热装置包括加热带、温控仪、热电偶测温探头及电源线，电源线与温控仪连接，热电偶测温探头与温控仪的输入接头连接，温控仪的输出接头与加热带连接，其中热电偶测温探头测量实时固化温度并反馈给温控仪，所述温控仪根据实时固化温度与预设温度值的偏差输出加热参数给加热带，所述加热方法包括：

刷胶：按复合材料管的顺序刷胶，并在金属接头内部涂胶，待用；

粘接定位：将金属接头在桁架安装工装上定位，然后将刷胶后的复合材料管插入金属接头并定位；

安装加热装置；将加热带缠绕在金属接头外表面，热电偶测温探头插入加热带与金属接头之间，

设置温度：通电后调试温控仪，设置恒定温度和加温时间；

固化完成：根据工艺要求，达到规定温度以及规定时间后，拆掉加热装置，完成固化过程。

其中，安装加热装置时，将加热带按照顺时针或逆时针缠绕并保持一定间距不重叠。

优选的，使热电偶测温探头紧密接触加热带与金属接头，用高温胶带固定防止热电偶测温探头滑移、掉落。

优选的，将多个所述加热装置分别安装在桁架的不同金属接头处。

优选的，在使用加热带前，对温控仪进行温度校准。

优选的，所述加热带内设置有电阻丝，或者所述加热带为电热硅橡胶带。

优选的，所述恒定温度为90℃，所述加温时间为1.5小时。

此外，本发明还提供一种复合材料桁架装配的加热固化方法，采用如上所述的加热方法，其中将多个加热装置分别安装在桁架的不同金属接头处。

本发明的优点在于：与先前技术相比，本发明中一种可快速固化的复合材料粘接加热方法优点在于：

(1)加热升温速度快，比常规加热方法快一倍，而且最高温度可升至200°，具有较大的工作范围，能实现恒温控制功能，温度控制较精确，能够达到±3°；

(2)加热均匀，工艺可靠，通过力学性能测试，粘胶剪切强度能达到规定的力学性能要求；

(3)降低加热成本，提高粘接效率，一个加热带成本在几十或几百元不等，而一套加热设备至少在数千元以上；

(4)对于大型桁架粘接固化，可以几个、甚至几十个加热带同时使用，通过预固化后，整体结构初步固化成型，然后将桁架从工装移动烘箱第二次加热，避免了移动烘箱加热引起的工装变形而导致的结构装配误差；

(5)加热带体积小，便于携带，相对于运输烘箱来说，降低了运输成本；

(6)操作简便，只需几分钟就可实现加热准备工作。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了可快速固化的复合材料粘接加热方法流程图；

图2示出了在复合材料管与金属接头或复合材料接头粘接固化的实施例一；

图3示出了在复合材料管与金属接头或复合材料接头粘接固化的实施例二。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，由图2、3可知，本发明实现复合材料快速固化粘接的加热方法所采用的加热装置2由加热及恒温装置系统组成，包括电源线201、温控仪202、热电偶测温探头203、电热硅橡胶带204(以下简称加热带)。加热带204内部有电阻丝，加热带易于缠绕，能够根据桁架的结构件外形特点进行缠绕，实现加温功能，加热均匀、快速。热电偶测温探头实现固化表面的实时温度测量，通过反馈到温控仪202，以实现恒温控制。温控仪202，通过温度设定，实现恒温控制功能，保证固化工艺质量。如图2所示，根据连接结构形状、大小，以及工艺特点，选用不同长度、宽度的加热带。

如图1所示，使用上述加热装置可快速固化的复合材料粘接加热方法的优选操作流程如下：

(1)刷胶

将各复合材料管按复合材料管101、复合材料管102、复合材料管103的顺序依次刷胶，涂胶要均匀，在金属接头104内部涂胶，并待用。刷胶量要根据刷胶面积确定，避免胶黏剂过多。

(2)粘接定位

将金属接头104在工装上定位，然后将复合材料管101刷胶后插入金属接头104并定位，依次将复合材料管101、102插入金属接头104安装接口，对管件进行定位，防止因胶黏剂未干，管件在接头内部移动位置。

(3)缠绕

将加热硅胶带204缠绕在金属接头外表面，加热带间距离适中，不要重叠，以防温度过高烧毁加热带。按照顺时针或逆时针缠绕，尽可能保证将加热带在金属表面覆盖。

(4)安装热电偶

将热电偶探头203插入加热带204与金属接头104之间，应保证接触紧密，可用高温胶带固定，防止探头滑移、掉落，导致测温错误而导致的实际加温过高，进而影响工艺质量。

(5)通电

将电源线201连接到电源通电，保证接头连接良好。不同加热带的功率不同，使用多个加热带时，一定要计算加热带的总功率，以防电路过载，造成安全事故。

(6)设置温度

通电后，调试温控器202，设置恒定温度K和加温时间T。一般每个加热带在使用前，都要对温控仪进行温度校准。可以通过电子温度计对通电后的加热带进行温度测量，并于温控仪显示的温度进行对比，如果误差较大，要对温控仪进行标定。

(7)固化完成

根据不同的工艺要求，达到规定温度K，以及规定时间T后，拆掉加热装置，完成固化过程。最好在断电后放置一段时间再拆除，由于加热带温度较高，此时接触加热带可能会烫伤操作人员。

上述方法适用范围包括：复合材料与复合材料接头粘接、复合材料与金属接头粘接，该方法能够起到恒温控制、加热均匀、快速加热的作用，且结构简单、方便快捷，便于使用、拆卸、更换，准备条件少，便于大规模使用等特点。

上述加热方法可以应用于大型复合材料桁架装配加热固化中，即将加热带缠绕在金属接头或复合材料接头外表面，安装热电偶探头，调试温度控制仪，开始整体加热预固化或最终固化，从而获得桁架的结构件。如图2所示，上述桁架的结构件为粘接结构件，由复合材料管101、102、103，以及金属接头104组成，金属接头为多通结构件。当然根据实际应用要求，可以选择不同数量的复合材料管。

在实施例2中，如图3所示，装配复合材料桁架中的复合材料管为碳纤维管，碳纤维桁架结构包括隔框管401、402，主管403组成，连接接头为铝制接头404，采用中温固化环氧树脂型胶黏剂粘接，胶黏剂固化温度为90°，预固化保温时间1.5h。该可快速固化的复合材料粘接加热方法加热流程如实施例1中所示。对于大型复合材料桁架结构的粘接固化，首先对所有隔框管401、402，主管403以及金属接头404进行刷胶，粘接过程后，桁架整体需要在工装上精确定位。所述实施例2中，根据结构形状、尺寸大小、接头数量，确定加热带的布置位置，缠绕方式，尽可能减少加热带数量，降低电耗。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。