航空復合材料結構修補技術與運用

◎趙月

航空復合材料結構的修補與傳統金屬材料修補存在較大的差異，對復合材料損壞部位進行科學修補，是保證航空設備穩定運行的基礎。比較常用的修補技術主要有兩種，一種是機械連接修補，一種是膠接修補。在實際開展中這項工作時，需要結合復合材料結構的實際需要，選擇適合的修補方法，同時還需要掌握每種修補方法的具體操作流程，保證修補過程的規范化操作，以此提升修補技術的應用效果。

一、常見的航空復合材料結構修補技術

1.機械連接修補技術。

機械連接修補，主要是將損壞部位連接和鉚接在一起，保證整體的穩固性。對于結構破損的外表面，會使用螺栓或者鉚釘將修補片進行固定，將損壞部位連接在一起，確?？梢猿惺芟鄳奢d，同時也能保證設備整體的應用性能，這種結構修補技術比較常用，在操作上比較方便，應用優勢較為明顯。機械連接修補技術在應用過程中，沒有較多的要求，施工流程比較快，修補質量也可以得到保障。但是，這種修補技術在應用過程中還需要重視以下幾個方面的內容：（1）要保證補片的質量，尺寸大小、厚度要進行有效控制；（2）對緊固件的材質和類型進行合理選擇。確定好緊固件的位置；（3）連接的過程中要實現科學打孔，保證打孔技術的有效性；（4）注重緊固件的安裝配置，并將其保存在合理位置。

2.膠接修補技術。

這類修補技術在應用過程中，是利用膠來固定補片，實現對航空復合材料結構的有效修復，保證設備結構的應用功能。膠接修補方法在應用之后，損壞部位可以進行科學調整及。對于修補部位，也可以直接挖除重新進行填充修補，主要有貼補和挖補兩種修補方法。

首先，要對損壞部位進行貼補修補，將補片貼到損壞部位，并利用膠將補片固定。貼補修補方法的應用范圍有限，一般在平面結構損壞部位比較常用，或者對整體結構沒有太大影響的部位。貼補的補片種類有很多，可以選擇鋁、鈦、不銹鋼等材質的補片，也可以選擇復合材料。在選擇外部貼片的過程中，盡量選擇與設備結構一致的材料。膠接修補法在操作上比較簡單，但是無法實現對結構外形的有效修復。

其次，對損壞部位進行挖補修補，這種方式是對損壞部位進行徹底清理，將損壞部位完全切除，然后使用新材料進行填充。材料填充方法有很多，主要有斜接填充和階梯填充。斜接填充法在應用期間，需要對設備結構損壞部位進行多次修整，讓損壞部位的截面處于斜面狀態，再利用材料對修補位置進行填充，這種修補方法可以保證填充材料整體的均勻性，應用效果比較好，即使在進行厚層合板進行修補的過程中，也不會受厚度因素的影響，保證修補位置的光潔、平整。挖補修補方法在應用期間，對操作人員的技術水平有著較高要求，與貼補修補方法相比，整體的施工難度比較大，而且需要花費較長的時間。這種修補方法在專門的修理廠家比較常見；階梯修補與斜接修補法比較相似，就是將損壞部位的截面處修整成階梯形狀，在填充新材料。這種修補法方法需要工作人員具有一定的技術水平，同時，也要使用專門的設備、工具，而修補的關鍵難度在于臺階的修整，需要技術和耐心并存，因為需要對于沒有受損的材料進行清除，所以需要更多的風險，而階梯修補在開始前首先需要對修補位置進行打磨，直到整個位置形成一個個寬度均勻的臺階，深達損壞位置即可。

3.其他修補技術。

目前工業還發展出更多新型的修補，即如電子束固化修補、光固化修補以及微波修復等等。而這些修復法則往往具有較快的修補效率，但是材料獲得能量的方法存在差異性，例如微波修補，則主要采用的是一種特殊的“膠接”方法，即在損壞地方加入微波吸收劑，然后強化該位置的磁導率，然后以特定的微波施加設備對修補位置導入微波，最終使其在較短的周期產生全新的、高強度的修復面，最終完成損傷的修補。

二、修補技術有效運用

復合材料結構的修補技術主要可以運用在航天領域，即如：某廠生產的直升機由于生產流程出現操作失誤，進而導致材料受損，即材料蒙皮呈穿透裂傷，傷痕呈現梯形，長度約合16mm，同時與兩邊距離為83mm，如果根據受損問題以及特征，則可以選擇膠接方法進行修復，而補片選擇主要是要求其外觀平坦，具有較強的粘結性，同時材料本身質量較小，所以采用3236/T300預浸料最為合適，即可保證對于復合材料結構的修復效果。另外，直升機本身對氣動外形具有較高的要求，這些都需要通過修補流程的細化進行管控，諸如采用貼補法，就可以將這種不利的影響降至最低，詳細的三個修補步驟如下。

首先，根據結構表面進行判斷，找出損壞區域，同時標明切除的位置以及坐標，以金剛石掏芯，找出相應的盲孔，然后以圖紙為標準算出相應的深度，最后再將計算的深入減去0.11～0.12mm，得出實際的深度，另外如果掏盲孔存在一定難度，則可以采用掏芯鉆頭確定盲孔位置。另外，修補位置需要以金剛石作為切割材料完成擴孔打磨，最后在對其表面進行完整加工，即需要保證加工表面的傾斜程度復合要求；其次，是對損傷區域進行修補，可把膠膜、預浸料及其擋板放置于修補位置上，然后預浸圈根據損壞位置的特征進行調整，本次修補采用的補片直徑為66mm，纖維方向保持在-45°；最后是成型操作，即基于室溫進行真空抽取，壓強約為0.09MPa左右，同時配合每分鐘1.5℃的升溫速率將溫度提高至80℃，并且保留此溫度1.5h，最后再將溫度提升至120℃保持2h，再讓其自然降溫。

結語：保證航空設備應用期間的安全穩定，是航空行業發展期間的重要內容。設備在應用期間，會受到多方面因素的影響，材料會受到一定的損傷，長期應用過程中，則無法保證設備的安全性，對設備的整體運作也會造成較大影響。這就需要根據航空設備結構的實際情況，采用針對性的修補技術進行修復。在實際進行修補的過程中，要保證整個流程的規范性，在保證修補質量的基礎上，提升整體的美觀性。