復合材料組合件脫粘缺陷分析及消除

劉立彬

摘要：超聲檢測是復合材料內部缺陷檢測最有效的方式，利用超聲檢測對復合材料組合件脫粘缺陷進行分析;結合生產過程，分析脫粘缺陷產生的原因;進而通過質量控制與質量改進方式，減少組合件脫粘缺陷。

關鍵字：脫粘;組合件;缺陷

中圖分類號：TQ050.4⁺3文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0111-03

1序言

先進復合材料具有重量輕、比強度高、比剛度高、可設計性強、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、尺寸穩定性好以及便于大面積整體成形等優點，在同等結構情況下比金屬結構節省重量20%左右，大大提高了燃油效率，改善了飛機整體性能。故在飛機結構設計制造領域中被廣泛應用。現階段，無損檢測中超聲檢測是判定復合材料內部質量問題最有效的方式。本文針對公司某型機復合材料組合件中常出現的脫粘缺陷，分析組合件其脫粘缺陷產生的原因，通過一系列質量控制與質量改進措施，減少或者消除脫粘缺陷。

2脫粘缺陷超聲信號分析

脫粘缺陷主要存在于復合材料制件的板芯區域及板板膠接區域。其中板芯區域缺陷只能通過噴水穿透法檢測，難以通過接觸式脈沖反射法進行檢測;而板板膠接區域脫粘可通過噴水穿透法及接觸式脈沖反射法檢測。且脫粘缺陷相對于夾雜缺陷來說，缺陷形狀不規則，如圖1所示。

2.1板芯區域脫粘缺陷

板芯區域脫粘缺陷超聲檢測特點：

（1）通過噴水穿透法形成的C掃描圖像，脫粘區域的超聲信號明顯低于良好區域的超聲信號;

（2）通過敲擊判定缺陷，脫粘區域與良好區域敲擊發出聲音區別較大。

2.2板板膠接區域脫粘缺陷

板板膠接區域脫粘缺陷超聲檢測特點：

（1）通過噴水穿透法形成的C掃描圖像，脫粘區域的超聲信號明顯低于良好區域的超聲信號，門檻值一般需在10dB以上;

（2）接觸式脈沖反射法檢測該脫粘缺陷的超聲信號為層間波升高，底波降低甚至消失。

3脫粘缺陷原因分析

某機型復合材料組合件脫粘缺陷分布于板芯區域，以及板板膠接區域。該機型每架機此組合件零件為16個，平均每架機板芯脫粘及板板脫粘缺陷達到5個。由于脫粘缺陷的存在，減緩了生產速率，也引起了客戶的不滿。

3.1組合件板芯脫粘缺陷原因分析

該組合件通過SY-14M30級（厚度0.3mm）膠膜將次級零件蒙皮與蜂窩芯粘接到一起，由于某種原因導致膠接區域未完全膠接到一起，故產生了板芯脫粘缺陷。該缺陷產生原因如下：

（1）膠膜有缺陷;

（2）加壓設備、抽真空設備存在問題;

（3）操作人員技能低，經驗不足，未仔細清理帶咬接區域;

（4）膠接夾具局部超差;

（5）次級零件間隙超差;

（6）組件局部壓力不足;

（7）組件局部外形變化劇烈。

3.2組合件板板脫粘缺陷原因分析

該組合件通過SY-14M20級（厚度0.2mm）膠膜將次級零件上下蒙皮粘接到一起，由于某種原因導致兩個次級零件膠接區域未粘接到一起，故產生了板板脫粘缺陷。而產生板板膠接脫粘缺陷原因有：

（1）膠膜有缺陷;

（2）加壓設備、抽真空設備存在問題;

（3）操作人員技能低，經驗不足，未仔細清理帶膠接區域;

（4）蜂窩芯銑切方案不合理;

（5）蜂窩芯局部變形;

（6）蜂窩芯局部超差;

（7）次級零件間隙超差;

（8）組件局部壓力不足;

（9）組件局部外形變化劇烈。

4組合件脫粘缺陷因素識別和分析

4.1板芯脫粘缺陷分析

通過板芯脫粘缺陷魚刺圖分析，造成缺陷的主要原因3點：

（1）蜂窩芯的銑切方案不合理，專用銑具出現變形，導致銑切完畢后，蜂窩芯型面局部超差;

（2）板芯膠接區域組件型面局部變化劇烈，固化過程中，此處固化壓力不足;

（3）外部碰撞導致脫粘。

4.2板板脫粘缺陷分析

通過板板脫粘缺陷魚刺圖原因分析，造成該缺陷的主要原因有2點：

（1）膠接夾具局部超差，導致次級零件局部間隙不符合要求;

（2）板板膠接區域組件型面變化劇烈，固化過程中，此處固化壓力不足。

5組合件質量控制及改進措施

5.1質量控制

為保證鋪貼、制袋的可靠性和一致性，在制造指令中詳細規定了鋪貼的順序，冷抽壓實的位置，壓實的真空度要求及時間。同時，在產品的制造過程中，保證實際操作流程符合工藝要求。操作指令中對真空袋的制作方式，輔助材料的使用種類，熱電偶的位置，真空嘴的位置等都以附圖的形式加以明確。

5.2改進措施

（1）返修工裝

對該復合材料組合件膠接夾具工裝進行了協調檢查，并針對易發生膠接區域脫粘缺陷的部位，進行加密測量。依據測量結果，對型面超差處進行返修。

（2）提升固化壓力

針對組合件外形局部變化劇烈，壓力不足的問題，將組合件的固化壓力由0.20MPa±0.035MPa，提升為0.22MPa±0.035MPa。通過提升整體固化壓力，保證外形局部變化劇烈出壓力滿足膠接要求。

（3）改進工藝方法

針對尾緣處易出現脫粘缺陷的問題，優化泡沫膠的填充范圍，由35mm改為約30mm，并且將鋪貼區域向蜂窩芯方向移動約5mm，將部分泡沫膠放置在蜂窩芯上表面。

針對尾緣處易出現脫粘缺陷的問題，制袋時，在此處放置1層airpad（未固化），起到均勻傳到壓力的作用。

將板板膠接區域膠膜（SY-14M 20級）層數從l層增加到2層，消除局部間隙問題及由于膠膜強度不夠造成的脫粘問題。

（4）改進蜂窩芯銑切方案

針對蜂窩芯在銑切過程中頻繁出現型面超差的問題，數控技術人員重新制定蜂窩芯銑切方案，并申請新的銑切夾具。在蜂窩芯撕裂或缺失時，要求操作人員填泡沫膠來避免板芯區域脫粘缺陷的產生。

（5）清洗膠接區域

對次級零件膠接區域以及工裝膠接區域清理干凈，并形成互檢模式，杜絕出現組合件夾雜、脫粘類缺陷。

5.3人員培訓

5.3.1編制培訓大綱

編制詳細的培訓大綱要求，對于操作技能低、經驗不足的操作人員以及新進廠的操作人員嚴格按照培訓大綱要求進行培訓并考核，只有通過考核的操作人員才能進行正式產品的制造生產。

5.3.2培訓考核驗證

要求所有操作人員進行培訓考核驗證，通過考核驗證的人員授予印章，進行實際操作。培訓考核驗證是指操作人員對于同類型零件只有連續操作并合格3個批次后，即為考核通過。對于無法通過培訓考核驗證的操作人員，只能在有印章的人員監督下進行操作，不允許單獨操作，直到通過培訓考核驗證才能獨立進行操作。

5.4改進結果

通過上述質量控制、質量改進措施及建立相應的人員培訓考核機制的實施，取得了以下效果：

（1）通過兩架機的改進后，將每架機脫粘缺陷從5個減少為0.5個;

（2）某型機每架機組合件的交付周期從2個月縮短為1.5個月;

（3）隨著拒收單數量下降，人員技能水平的提高，報廢產品數量逐漸減少，有效的節約了生產成本，提高了用戶滿意度。

6結論

本文通過超聲檢測技術手段發現某型機復合材料組合件板芯及板板脫粘缺陷，利用質量控制與質量改進的理論知識，通過分析脫粘缺陷產生的原因，制定相應質量改進措施，減少了每架機脫粘缺陷數量，縮短了生產交付周期。