一种基于三维增材的主承力部件修复方法与流程

本申请属于金属件维修技术领域，特别涉及一种基于三维增材的主承力部件修复方法。

背景技术：

飞机机体主承力构件由于所承受载荷大，易出现疲劳裂纹，一旦破坏将直接危及飞行安全。这类构件结构复杂、施工通路狭小，同时还常处于燃油环境中，对裂纹的修复手段限制较为苛刻。传统的螺栓连接补强和胶接补强修理方式，或搅拌摩擦焊均难以胜任。

为此，需要一种能够有效对主承力部件进行修复的方法。

技术实现要素：

本申请的目的是提供了一种基于三维增材的主承力部件修复方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种基于三维增材的主承力部件修复方法，其特征在于，所述修复方法包括：

根据主承力部件的材料确定喷涂构型，所述喷涂构型包括喷涂用的材料类型及将喷涂用的材料带到预定速度的气体类型；

根据主承力部件的受载情况确定所喷涂的厚度及垂直于裂纹的长度范围，其中，所述喷涂的厚度通过如下公式确定：

所述喷涂的长度范围通过如下公式确定：

式中，δ喷涂为喷涂增材的厚度，δ单侧喷涂为单侧喷涂增材的厚度，δ原始为原始构件的厚度，σ原始为原构件最大工作应力，σb喷涂体为喷涂体的拉伸强度，σ结合为喷涂体与原构件结合后的最大工作应力，l喷涂为喷涂体垂直裂纹的长度，k为载荷修正系数，m为受载系数；

最后，根据确定的喷涂厚度及长度范围对主承力部件的裂纹区域进行喷涂。

在本申请优选实施方案中，所述材料类型与所述主承力部件的材料属于相同的材料系列。

在本申请优选实施方案中，所述气体类型为轻于空气且不易燃的氮气。

在本申请优选实施方案中，载荷修正系数k的取值如下：

当应力比为-1时k取0.28，应力比为0.1时k取0.45，应力比为0.5时k取0.59。

在本申请优选实施方案中，所述受载系数m取4～6。

在本申请优选实施方案中，在对主承力部件的裂纹区域进行喷涂过程中，对非喷涂区域进行防护。

在本申请优选实施方案中，所述防护方式包括：采用耐高温的双面胶带，粘接于喷涂区域周围。

在本申请优选实施方案中，在对主承力部件的裂纹区域进行喷涂过程中，增加喷涂区域的表面粗糙度，以提高喷涂材料的附着力。

在本申请优选实施方案中，所述增加表面粗糙度的方法包括：对喷涂区域进行吹砂处理。

本申请提供的基于三维增材的主承力部件修复方法具有不损伤原结构，且能够在狭小空间施工、不受零件形状限制的特点，结合强度高，环境适应性强等突出优势，可取代传统修理技术。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的主承力构件修复方法示意图。

图2为本申请的主承力构件修复方法后修复结构示意图。

图中，1-主承力构件的基体，2-上侧喷涂体，3-下侧喷涂体，4-裂纹。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了解决背景技术中所存在的问题，本申请提出了一种基于三维增材的主承力构件修复方法，该修复方法基于射流原理，通过高压气体带动喷涂粒子形成高速粒子射流，与待修复构件碰撞发生剧烈的塑性变形，在待修复构件表面形成沉积层(即喷涂体)。

如图1和图2所示，本申请的基于三维增材的主承力部件修复方法包括如下步骤：

s1、制定增材修复的修复方案

根据主承力部件的材料性质、结构特点、受载情况等制定修复方案，其中主承力构件的材料是关键，通过主承力构件的材料确定喷涂构型。其中，喷涂构型包括喷涂用的材料类型及将喷涂用的材料带到预定速度的气体类型。

在本申请中，喷涂所用的材料类型需与主承力部件的材料属于相同或相近。另外，在喷涂中所使用气体的类型最好为较轻的气体，例如轻于空气且不易燃的氮气为最佳。

例如，2024型粉末加氦气的喷涂构型可适用于2系铝合主承力金构件的修复，7075型粉末加氦气的喷涂构型适用于7系铝合金主承力构件的修复。需要说明的是，2024型和7075型均为高强铝(硬铝)合金粉末，与待修复的主承力结构强度接近。

在以下实施例的喷涂体计算中，以7系铝合金主承力构件为例，配合7075型粉末和氮气的喷涂构型。

s2、根据主承力部件的受载情况确定喷涂体(沉积层)的厚度及垂直于裂纹的长度范围，其中，所述喷涂的厚度通过如下公式确定：

所述喷涂的长度范围通过如下公式确定：

式中，δ喷涂为喷涂增材的厚度，δ单侧喷涂为单侧喷涂增材的厚度，δ原始为原始构件的厚度，σ原始为原构件最大工作应力，σb喷涂体为喷涂体的拉伸强度，σ结合为喷涂体与原构件结合后的最大工作应力，l喷涂为喷涂体垂直裂纹的长度，k为载荷修正系数，m为受载系数。

在本申请中，载荷修正系数k的取值如下：当应力比为-1时k取0.28，应力比为0.1时k取0.45，应力比为0.5时k取0.59。

在本申请中，受载系数m根据受载情况一般取4～6。

在上述实施例中，已知待修复的主承力构件的最大工作应力为170mpa，应力比为-1，厚度为10mm；7075型粉末形成的喷涂体的拉伸强度为220mpa，按上述公式可得到增材修理的喷涂体的厚度：

由于修复前的主承力构件可进行双面喷涂，因此确定的单侧喷涂厚度为9mm(不低于喷涂总厚度的一半)。

需要说明的是，在本申请中，单层或单侧的喷涂体的最大厚度不宜超过12mm。

已知7075型粉末形成的喷涂体的结合强度在60mpa以上，按上述公式可得到增材修理的喷涂体的长度范围：

因此，确定的喷涂体垂直裂纹的长度范围取整后为40mm。

s3、最后，根据上述过程中确定的喷涂厚度及长度范围对主承力部件的裂纹区域进行喷涂。

其中，上述喷涂过程包括如下步骤：

3.1)使用耐高温(不低于300摄氏度)的双面胶带对非喷涂区域进行防护，只保留喷涂区域，双面胶带的非粘结面可以吸附喷涂过程中飞溅的粉末。

3.2)对喷涂区域进行吹砂，例如可以采用刚玉砂进行喷砂处理，吹砂范围应大于喷涂区域或喷涂范围，喷枪移动应平稳，吹砂后应露出基体的金属光泽。

喷砂处理可以去除待修复零件表面阳极化层并增加表面粗糙度。

3.3)喷涂作业只能在环境湿度不大于60％的条件下实施。实施过程中，实时监测基体温度，避免超过基体的许用温度。本实施例中的7系铝合金构件在修复过程中的基体温度上限不超过120。

3.4)喷涂结束后应自然失效不小于24h才能实施机械补加工作业。使用气动打磨工具将喷涂体打磨至9mm。使用400目砂纸手动打磨边角整形并抛光。打磨结束后去除双面胶带并清洗修理区域。上述工作结束后使用阿洛丁对喷涂体表面进行氧化处理并刷涂底漆。

本申请的基于三维增材的主承力部件修复方法可以满足金属的主承力构件的裂纹、腐蚀、磨损、划伤等不同类型损伤的修复，特别适用于铝合金制的主承力构件；并且修复不受待修理构件形状限制，可满足异性件的修复需求；喷涂体的可设计性强，可根据待修理构件的需求设计喷涂体的厚度、形状等。本申请能够完全抑制裂纹类损伤的扩展，对腐蚀、磨损、划伤等损伤也具有良好的修复效果。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。