专利名称：用于结构粘结连接的质量控制过程的制作方法
技术领域：
本发明包括在结构的制造领域中，其包括几个子部件(例如，由纤维或类似
材料的非连续加强材料和热固性树脂或类似材料的连续基体(matrix)形成的复 合材料的结构的子部件的共固化)的连接固结过程和/或几付部件的粘合连接 (例如，复合材料或金属材料结构的子部件的粘结)，本发明具体地包括在那些由 于安全问题需要对代表证明连接质量的所皿接的标准试件进行额外测试的技 术领域中。
背景技术：
基本结构中对于先进复合材料的大量弓l入已经成为结构优化的基本过程(在 ,重量和提高机械性能的基础上)，是设计和制造新一代飞行器的首要目标之
引入复合材料的主要优点之一是由于高度集成的结构元件能够在组装过程 中节约成本，所述结构元件一般包括蒙皮(skin)和在固化和/或粘结过程中皿 的加强或加固元件。
这些粘链接，与传统的铆擬接相比具有很多优点(组^31程中节省成本， 更轻质、更坚固、并具有更小的应力集中、防漏等)，但具有一个重大的缺陷 所述连接使用的材料和环境条件以及操作条件都必须一直控制得十分完美，并且 代表所艇接的测试件的制造和测试必需要保证戶腿测试件的质量。
制造和测试这些测试件的成本相当高，而且难以确保证测试件的结构和制造 割牛与代表的部件的结构和制造割牛相同，因此获得的结果仅仅是近似于所代表 的连接的实际状态。
因此，工处需要新的、不具有战缺陷的粘雜接质量控制过程，本发明 旨在满足该需要。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于使用代表粘M接的子部件中的一个的预制造设备为粘M接提供一种质量控制过程，该预制造设备在与代表粘合连接的割牛 對以的剝牛下粘结至'拐一个子部件上。
该目的ffiil用于结构的两个子部件的粘M接的质量控制过fi^实现，该过 程包括如下步骤
a)提供将被控制的制的材料的结构；
'D)提供至少一个预制造测试设备(1)，该设备代表结构的子部件中的一个;
c) 在与所述子部件的实际粘M,似的条件下，将所述至少一个预制造
测试设备(1)粘结到所述结构的另一个子部件(7)
d) 在所超少一个预制造设备(1)上执行至少一次机械测试，所述至少一
次机械测试允许评价所述粘M接的质量。定性结果(失效模式)和定量结果(失 效应力和应变)均被认为代表测试中的实际粘M接。
在本发明的优选实施例中，本发明的过程目标应用于由复合材料制成的结构。
在另一个4雄实施例中，本发明的过程目标应用于由金属材料审喊的结构。
本发明相对于^顿标准测试件的质量控制过程的优点在于本发明允许利用 置入代雜接的子部件中的一个预制造设劄戈替戶腿标准测试件的制造和测试， 所述子部件中的一个在与实际连接割牛类似的条件下粘结到另一个子部件。子部 件之间的连接质量由预制造设备与另一^T部件之间的连接质量表示，》31用 于在制3t31程之后立即现场执行的领赋中使所述预制造设备与所述另一个子部 件之间的连接的失效所必须的应力给出，这大大简化了所i^接的鉴定过程并减 小其成本。
以下将参照附图在示意性实施例的如下详细说明中公开本发明的其它特征 和优点。
图1示出了在根据本发明的质量控制过程中使用的设备1的具有部分咅晒的 正视图，该设备由将固定到将被测试的元件表面上的主体11和一次性头部
(disposable head) 12组成，该一次性头部包括用于通过易断颈部16连接的工具 的凹槽劍空体一在附图中，是具有六边^m面的用于方孔螺钉用扳手的圆柱形腔 体15。主体ll具有平坦表面，该表面成为与将被测试的元件的表面连接的连接 表面，可以包括或可以不包括在设备本身中的连接粘合剂13和可以包括或可以不包括在设备本身中的非粘合释放膜14 (聚四氟乙烯材料或类似材料)将施加该 表面上，并且所述表面部分地置于本发明的X豫设备1糊每被测试的元件的表面 之间；
图2示出了安装在将被观赋的元件17的表面上的设备1的等角投影图； 图3示出了与图2相同的视图，并且描绘了引入所述设备1的壳体15内的
工具18的杆部，通过工具18可以在设备上施加两种不同负荷，每种应力用箭头
部表示在设备的X寸称轴线上的扭矩19和应力20，该应力20在易断颈部16的
切口处具有相应的合成弯曲力矩；
图4示出了与图3相同的视图，并示意性地示出了沿设备1的对称轴施加的
扭矩19，该扭矩引起易断颈部16的断裂和一次性头部12的分离，这表示正确的
粘合连接。；
图5示出了与图3相同的视图，并示意性地示出了沿设备1的对称轴施加的 扭矩19，该扭矩弓胞设备l的主体ll的脱粘，这表示不良粘链接；
图6示出了与图4相同的视图，并示意性地示出了垂直于设备l的对称轴施 加的应力20，该应力将会产生在易断颈部16的切口处的合成弯曲力矩，导致易 断颈的断裂和一次性头部12的分离，这表示正确的粘合连接；
图7示出了与图5相同的视图，并示意性地示出了垂直于设备1的对称轴施 加的应力20，该应力将产生在易断颈部16的切口处的合成弯曲力矩，使设备的
主体11脱粘，这表示不良粘M接；
图8示出了在钩状或钥匙状形式的壳体22代替艾伦型六角形(Mentype
hexagonal)壳体15的情况下本发明的X^设备1的部分剖面的平面正视图。这 种新结构允许在设备l的X诉尔轴的方向上施加拉力；
图9示出了在工具23引入钩状或钥匙状形式的壳体22中的情况下具有工具 23的设备1的等角投影图。工具23利用平移移动24被弓l入头部12的腔体22， 并以沿辩由线的四分之一转25而被堵住；
图10示出了与图9相同的视图，并示意性地示出了施加的拉力26，所述拉 力导致易断颈部16的断裂和头部12的分离，这表示正确的粘M接；以及
图11示出了与图9相同的视图，并示意性地示出了施加的拉力26，所述拉 力导致设备1的主体11脱粘，这表示不良粘合连接。
具体实施方式
图1和2示出了在本发明的发明目的的优选实施例中使用的预帝鹏赋设备1 的具有部分剖面的前视图和等角投影图，该设备的作用是取代用于证明结构粘合 连接质量的标准测试件。设备1允许测试共同粘结连接(复合材料的预固化元件 和没有固化的复合材料元件之间的粘M接)和二次粘结连接(大致为复合材料 或固体金属的预固化元件和/或普通非金属元件之间的粘M接)的质量。
设备1由主体11和一次性头部12形成，主体11将固定到将被测试的元件
17的表面上， 一次性头部12通过易断颈部16连接。头部12包括用于将工具18 (例如，方孔螺钉头部用扳手)插入其内的凹槽或腔体15。
设备的主体11具有平坦表面，该表面将成为与将被测i式的元件17的表面连 接的连接表面，可以包括或可以不包括在设备本身中的连接粘合剂13，和可以包 括或可以不包括在设备1本身中的非粘合释方划莫14 (聚四氟乙烯材料，似材 料)将施加在所述表面上，并且戶，表面部分置于本发明的対象设备1和将被测 试的元件17的表面之间。
非粘合释测莫14具有多个作用控制粘合表面的面积，防止使连接弓艘变 化的粘合凸凹面的形成，以及在连接处产生切口效应。
设备l可以由金属材料、复合材料、塑性材料或上述卞才料中的几个制成。
对于设备1的单个结构，使用的粘合剂的类型及其应用条件影响其典型性质
a) 如果所述粘合齐赃供歐前设置在设备1中，并且如果戶诚粘合剂与典 型的粘链接的粘合剂不同，或者与其相同但不是同一批次的粘合剂，赫戶腿
粘合剂已经受到相同的储存割特B/或戶;M粘合剂在相同的割牛下应用，则测试结
果将表示所述粘合剂已经粘结在其上的元件的表面制备的质量。
b) 如果所述粘合剂在供应之后被设置，与典型的粘合连接的粘合剂相同， 从同一批次的粘合齐U抽出，已经受到相同的存储割牛且在相同的条件下应用，则 测试结果将表示表面制备的质量和洲顿的粘合齐啲条件。
在任何情况下，推荐在设备l中使用与下列粘合剂相同类型的粘合剂典型
的粘合连接中1顿的粘合剂，或者至少具有對以处理能力割特晰械性质且总是
具有大于设备1的易断颈部16的剪切强度和韧性的剪切强度和韧性的粘合剂。
设备1的结构允许进行三种可能测试
i) Mil在设备1的X寸称轴上施加扭矩19对粘合剂进行剪切强度测试。易断 颈部16的扭转强度被设定成在比为粘合连接失效而估计的扭矩略低的扭矩的情 况下所述设备断裂。如果利用简单的非测力工具施加扭矩19时，则该测试是定性的且将具有几个可能的结果
一如果设备1在易断颈部16处断裂(参见图4)，则连接的质量良好，并且 作为证明，主体保J辩战妾到结构元件。
—如果在易断颈部16没有损坏的情况下设备1与结构元件完全分开(参见 图5)，则考虑三种情况
1、 粘合失效粘合剂保持粘接到设备的表面上，这表明表面制备质量差， 并因此为不良连接。
2、 粘性失效粘合剂保持分布在结构元件表面和设备之间，这表明该粘合 剂的剪切强度低于所需的最小值。假设设备选择正确，这只能发生在结构b)中， 这表明粘合齐啲选择不好，^f占合齐啲顿，并因为为不良连接。
3、 由于结构元件的断裂或分层导致的失效，这表明粘合连接尺寸过大或在
表面制备之前或在制备期间的基质(substrate)的变质。
如果使用了测力工具，该测试将具有定量结果，所述定量结果将i^共连接的
实际强度的额外信息。
ii) 对粘合剂进行断裂韧度测试在设备1的对称轴上施加应力20。设备l 在易断颈部16处的弯曲强度被设定为在比为粘合连接失效估计的应力略低的应 力的情况下所述设备断裂。如果利用非测力工具施加应力20，贝顿赋是定性的且 将具有与剪切强度测试相同的可能结果。如果使用湖IJ力工具，该测i刻每具有定量 结果，戶腿定量结果将樹射妾头部的实际强度的额外信息。
iii) 拉力测试(参见图9、 lO和ll)。需要一4^于工具23使用的钩状或钥 匙状的腔体22，所述工具23允许在设备1上施加拉力16。该工具23利用平移 移动14被引入头部12的腔体22中，并以沿其轴线的四分之一转15而被堵住。 设备1在易断颈部16中的拉伸强度将被设定为在比为粘M接失效所估计的应 力略小的应力的情况下戶脱设备断裂。如果利用一剛力工具施力啦力26，则测试 将是定性的且将具有与剪切纟雖测i対胴的可能结果。如果4顿测力工具，领赋 将具有定量结果，所述定量结果将掛共连接的实际强度的额夕卜信息。
本发明的过禾歡豫會,利用与图1中所示方式不同的方式预帝隨的设备，尤 其是没有易断颈部16的设备来实现，虽然在这种情况下测力工具将是测试所必 须的。
包括在由下述权利要求限定的保护范围内的那些娜可以弓l入刚刚已经描 皿的ttil实施例中。
权利要求
1、一种用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过程，其特征在于，所述质量控制过程包括以下步骤a)提供将被控制的复合材料的结构；b)提供至少一个预制造测试设备(1)，所述至少一个预制造测试设备(1)代表所述结构的所述子部件中的一个；c)在与所述子部件的实际粘合连接的条件类似的条件下，将所述至少一个预制造测试设备(1)粘结到所述结构的另一个子部件(7)；d)在所述至少一个预制造测试设备(1)上执行至少一次机械测试，所述至少一次机械测试允许评价所述粘合连接的质量。
2、 如权利要求1所述的用于结构的两个子部件的粘M接的质量控制过程， 其特征在于，所述至少一次机械测试是以下测试中的一个剪切强度测试、断裂 韧度测试和拉力测试。
3、 如权禾腰求2所述的用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过程，其特征在于，通过将非测力工具施加到戶腐预制造测试设备(1)执行戶脱测试。
4、 如权禾腰求2所述的用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过程，其特征在于，M将测力工具施加到所述预制造测试设备(1)执行所述测试。
5 、如前述权利要求中任一项所述的用于结构的两个子部件的粘M接的质 量控制过程，其特征在于，戶脱预制造测试设备(1)包括主体(11)，所Mi体用于在其底部处粘结到所述结构的所述另一个子部件(17);头部(12)，所述头部具有用于工具(18、 23)的腔体(15、 22)，所述工具 允许将机械应力(19、 20、 26)传递给戶服预制造测试设备(1);颈部(16)，用于所,接主体(11)和戶，头部(12)，戶皿颈部的尺寸被 形成为当所述机械应力(19、 20、 26)达到预定大小时断裂。
6、 如权利要求5所述的用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过程， 其特征在于，所述预制造测试设备(1)的所述主体(11)、所述头部(12)和所 述颈部(16)都被构造为绕X^尔轴线旋转的主体。
7、 如权利要求6所述的用于结构的两个子部件的粘M接的质量控制过程， 其特征在于，戶腿机t鹏力题过戶臓工具(18)施加到所述测试设备(1)的扭矩(19)。
8、 如权利要求6所述的用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过程，其特征在于，戶脱机f赃力是M:戶;Mx具(is)施加到所述测试设备(i)的侧向应力(20)。
9、 如权利要求6所述的用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过程， 其特征在于，所述机械应力^1过戶;M工具(23)施加到所述测试设备(1)的 轴向应力(20)。
10、 如权利要求1-9中任一项所述的用于结构的两个子部件的粘合连接的质 量控制过程，其特征在于，戶腿子部件由金属材料制成。
11、 如权利要求1-9中任一项所述的用于结构的两个子部件的粘M接的质 量控制过程，其特征在于，所述子部件由复合材料制成。
12、 如权利要求11所述的用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过 程，其特征在于，所述结构是由纵梁加强的蒙皮形成的航空结构，所述测试设备 (1)代表鹏从梁。
13、 一种具有两付部件的粘链接的结构，其特征在于，戶脱结构巳经成 为如权利要求1所述的质量控制过程的Xm。
全文摘要
本发明涉及一种用于结构的两个子部件的粘合连接的质量控制过程，包括如下步骤a)提供将被控制的复合材料的结构；b)提供至少一个预制造测试设备(1)，所述至少一个预制造测试设备(1)代表所述结构的所述子部件中的一个；c)在与所述子部件的实际粘合连接类似的条件下，将所述至少一个预制造测试设备(1)粘结到所述结构的另一个子部件(7)；d)在所述至少一个预制造测试设备(1)上执行至少一次机械测试，所述至少一次机械测试允许评价所述粘合连接的质量。
文档编号G01N19/04GK101506642SQ200680055176
公开日2009年8月12日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者胡利安·桑切斯费尔南德斯, 若泽·曼奴埃尔·梅嫩德斯马丁 申请人:空客西班牙公司