一种金属结构破孔损伤复合材料粘接修理方法与流程

本发明属于金属结构损伤修复领域，具体地说一种金属结构破孔损伤复合材料粘接修理方法。

背景技术：

在航空航天、海洋工程、交通运输、建筑、桥梁、水利工程等领域中，常常会遇到金属结构由于腐蚀、疲劳、磨损或人为因素等原因而发生损伤的现象。结构发生损伤后，结构完整性遭到破坏、强度降低、承载能力下降。如果不及时修理，结构损伤将会进一步恶化直至完全失效，这就可能引发安全事故，造成经济损伤。因此，及时地修理损伤结构，恢复损伤结构固有可靠性意义重大。如果损伤较为严重，难以在现场修复到固有可靠性的结构损伤，也可以通过适当的修理方法，将其恢复到能够执行基本任务的状态，减少或避免损失。比如，对飞机、船舶、车辆等可以经过临时性的修理后，自行回到修理条件较完善的修理基地，以便完成进一步的修理。

金属结构破孔损伤是十分常见的一种结构损伤形式。目前常用的修理方法是采用铆接、螺接等机械修理方法或者焊接修理方法。铆接、螺接修理需要在原有结构上钻孔，这样势必造成结构的二次损伤，而且修理施工需要一定的空间。为了获得施工空间就需要拆卸结构或开工艺孔，这样修理施工的时间就会延长。焊接修理则要求结构带电，这就会限制了其应用。而且焊接后由于热影响可能导致结构刚度的下降。复合材料粘接修理不仅可以恢复结构强度而且可以很好地解决上述问题。

复合材料粘接修理是将复合材料层压板补片粘接到金属损伤结构上，起到恢复结构强度的作用。复合材料粘接修理金属损伤结构相对于传统的机械连接修理具有避免二次损伤、减缓应力集中，提高耐腐蚀和耐疲劳性能，重量增加少，可设计性强等突出优点。因此，复合材料粘接修理方法在金属结构损伤修理中的应用越来越多。但是，对于结构破孔损伤，特别是破孔尺寸比较大的损伤，只粘接复合材料层压板补片，不填充破孔的话，破孔损伤处的刚度就难以满足要求。本专利就是提供一种填充破孔的复合材料粘接修理方法，涉及应急修理和平时修理。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种金属结构破孔损伤复合材料粘接修理方法。

为达成上述目标，本发明提出一种金属结构破孔损伤复合材料粘接修理方法，本修理方法适用于所有的金属结构破孔损伤修理，采用发泡材料或添加填料加强的发泡材料填充破孔，然后粘接复合材料层压板补片。

可选地，所述复合材料层压板补片，选自固化好的复合材料层压板，或采用湿铺法，逐层铺设，固化后，最终得到复合材料层压板补片。

可选地，对于已经固化好的复合材料层压板，将其修整成各边带有适当倒角的八边形，并需要对粘接表面进行打磨，清洁、干燥，然后粘接到金属结构损伤处，完成固化。

可选地，对于湿铺法，要用调配好的树脂将裁剪好的纤维布浸透，然后逐层铺设，并按照选定的工艺固化；此处的纤维布是玻璃纤维布，或碳纤维布；纤维布的形状是八边形、圆角矩形或者圆形、椭圆形；每相邻两层之间的尺寸在四周都相差5mm-15mm，铺设的层数根据金属损伤具体情况确定；铺层的顺序是按照补片铺层的尺寸从大到小，或者是从小到大。

可选地，所述复合材料补片的固化采用热补仪原位固化，或者将损伤结构拆卸下来，采用热压罐或电热烘箱和真空泵完成固化。

可选地，具体步骤包括如下：

1)对破孔损伤进行处理，采用切割或锉削的方法，将破孔修整成规则的形状；对于紧急情况下的应急抢修，无需对损伤进行切割修整，直接进入步骤2)；

2)对破孔周围需要粘接的区域进行表面处理；

3)破孔填充：首先裁剪适当尺寸的一块玻璃纤维布，将玻璃纤维布制作成网兜状放入破孔内，网兜底部距离破孔结构面板4-6cm，具体视结构空间而定；网兜四周翻边后粘接到破孔周边，粘接后就获得了口径和破孔一致，固定在结构破孔损伤处的一个类似网兜的东西；

4)玻璃纤维布粘接固化后，选择硬质泡沫发泡材料，喷入网兜，填充破孔，充满玻璃纤维布制成的网兜；

5)填充泡沫固化后，打磨修整破孔处泡沫材料，使其和金属结构面平齐，以便于实施粘接修理；修整后，开始粘接复合材料层压板补片。

6)完成复合材料补片的固化后，进行打磨修整，并恢复结构表面防护层。

可选地，步骤2)中，具体步骤包括除油污、打磨、喷砂、涂偶联剂。

可选地，步骤4)中，填充用的泡沫是单纯的泡沫材料，如聚氨酯硬质泡沫，或者根据需要添加颗粒、片状或短切纤维等增强材料，加强泡沫材料。

可选地，步骤4)中，为了使硬质泡沫发泡膨胀，更好地将破孔填充结实，在填充破孔时，选用盖板将破孔压实，待硬质泡沫完成发泡并硬化后，取下盖板。

可选地，为了方便取下盖板，所述盖板选择聚四氟乙烯材质盖板或者是涂刷了脱模剂的金属板。

本发明的一种金属结构破孔损伤复合材料粘接修理方法，与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明针对结构破孔损伤处填充发泡材料，结合粘结复合材料层压板补片，进行应急修理和平时修理，不仅具有能够避免二次损伤、减缓应力集中，提高耐腐蚀和耐疲劳性能，重量增加少，可设计性强等突出优点，针对破孔尺寸比较大的损伤，还能够满足破孔损伤处的刚度要求。

附图说明

附图1是本发明泡沫填充破孔的结构图；

附图2是本发明固化好的复合材料层压板补片修整后的形状结构图；

附图3是本发明纤维布裁剪的形状结构图；

附图4是本发明复合材料补片铺层从大到小铺设的结构图；

附图5是本发明复合材料补片铺层从小到大铺设的结构图。

附图中各标记表示：

1、破孔损伤，2、发泡材料，3、网兜，4、复合材料层压板补片。

具体实施方式

下面结合附图1-5，对本发明的一种金属结构破孔损伤复合材料粘接修理方法作以下详细说明。

本发明的一种金属结构破孔损伤复合材料粘接修理方法，适用于所有的金属结构破孔损伤1修理，采用发泡材料2(或添加填料加强的发泡材料)填充破孔，然后粘接复合材料层压板补片4。复合材料层压板补片4，可以是固化好的复合材料层压板，也可以采用湿铺法，逐层铺设，固化后，最终得到复合材料层压板补片4。

具体步骤如下：

1)对破孔损伤1进行处理，采用切割或锉削的方法，将破孔修整成规则的形状。对于紧急情况下的应急抢修，可以不对损伤进行切割修整，直接采用泡沫填充。

2)对破孔周围需要粘接的区域进行表面处理，步骤包括除油污、打磨、喷砂、涂偶联剂。

3)破孔填充。首先裁剪适当尺寸的一块玻璃纤维布，将玻璃纤维布制作成网兜3状放入破孔内，网兜3底部距离破孔结构面板大约5cm左右，可以视结构空间而定。网兜3四周翻边后粘接到破孔周边，为了使网兜3边缘不发生褶皱，可以适当裁剪后再粘接。粘接后就获得了口径和破孔一致，固定在结构破孔损伤1处的一个类似网兜3的东西，如图1所示。

4)玻璃纤维布粘接固化后，选择硬质泡沫发泡材料2，比如聚氨酯硬质泡沫，喷入网兜3，填充破孔，充满玻璃纤维布制成的网兜3。为了使泡沫发泡膨胀，更好地将破孔填充结实，可以选用盖板将破孔压实，待泡沫完成发泡并硬化后，取下盖板。为了方便取下盖板，可以选择聚四氟乙烯材质盖板或者是涂刷了脱模剂的金属板。填充用的泡沫可以是单纯的泡沫材料，也可以根据需要添加颗粒、片状或短切纤维等增强材料，加强泡沫材料。

5)填充泡沫固化后，打磨修整破孔处泡沫材料，使其和金属结构面平齐，以便于实施粘接修理。修整后，开始粘接复合材料层压板补片4。复合材料层压板补片4可以采用固化好的层压板，也可以采用湿铺法，逐层铺设。对于已经固化好的层压板，一般将其修整成如图2所示的各边带有适当倒角的八边形，并需要对粘接表面进行打磨，清洁、干燥，然后粘接到金属结构损伤处，完成固化。对于湿铺法，则要用调配好的树脂将裁剪好的纤维布浸透，然后逐层铺设，并按照选定的工艺固化。此处的纤维布可以是玻璃纤维布，也可以是碳纤维布。纤维布的形状可以是八边形，也可以是圆角矩形或者圆形、椭圆形，如图3所示。每相邻两层之间的尺寸在四周都应该相差5mm-15mm，铺设的层数根据金属损伤具体情况确定。铺层的顺序可以是按照补片铺层的尺寸从大到小，如图4所示，，也可以是从小到大如图5所示。

6)完成复合材料补片的固化后，进行打磨修整，并恢复结构表面防护层。复合材料的固化可以采用热补仪原位固化，也可以将损伤结构拆卸下来，采用热压罐或电热烘箱和真空泵完成固化。