《復(fù)合材料的維修》

復(fù)合材料的維修凌云集團(tuán)技術(shù)處楊宗邦2021/10/10星期日1第一章復(fù)合材料修理的預(yù)備知識第一節(jié)概述

復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用中經(jīng)常出現(xiàn)損傷，損傷的原因很多，而且很難避免，這就要求飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中要充分考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可修復(fù)性，并提供優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的修理技術(shù)。

2021/10/10星期日2大多數(shù)修理都是在飛機(jī)定期檢查（定檢）時進(jìn)行的，但也有特殊緊急情況。為此，可將修理分為兩種類型：

臨時性修理和永久性修理臨時性修理也叫外廠緊急修理，這種情況切實(shí)可行的辦法是采用金屬補(bǔ)片機(jī)械連接。

永久性修理業(yè)叫返廠修理（或內(nèi)廠修理），一般在飛機(jī)定檢時進(jìn)行，當(dāng)損傷比較嚴(yán)重時，應(yīng)將可拆卸的部件送到復(fù)合材料維修中心進(jìn)行修理。2021/10/10星期日3第二節(jié)修理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則所有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別是易受到損傷的部件，在設(shè)計(jì)時就應(yīng)考慮到可修理性、修理技術(shù)的可行性、有效性和經(jīng)濟(jì)性。同時，應(yīng)使修理后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度恢復(fù)盡可能的高，重量增加盡可能的小，還應(yīng)恢復(fù)原結(jié)構(gòu)的功能，保持原結(jié)構(gòu)的光滑完整。為此，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮下列修理的設(shè)計(jì)原則：2021/10/10星期日4（1）易損部位應(yīng)留有修理通道，即提供足夠的檢查空間和使用鉆孔、鉚接工具的空間。（2）易損部位復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的連接盡可能采用螺接，以便受損后易于拆卸修理和更換（3）易損部位應(yīng)考慮修理余量，以保證修理時擴(kuò)孔、加開連接螺栓孔后仍有足夠的強(qiáng)度。（4）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上安裝金屬接頭等其他零件時應(yīng)盡可能采用螺接，而不采用膠接，以利于拆卸，方便維修。2021/10/10星期日5（5）組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的修理一般比整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件要容易得多，因此在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的前提下，復(fù)合材料構(gòu)件盡可能采用組合結(jié)構(gòu)形式，如圖1-1所示。（6）應(yīng)按各部位剛度和強(qiáng)度的重要性，將部件劃分若干個區(qū)域。圖1-1整體件與組合件2021/10/10星期日6第三節(jié)復(fù)合材料的損傷及分類

復(fù)合材料在使用過程中始終保持完好無損、性能不變是不可能的，很多人為因素和自然因素都會造成復(fù)合材料的各種損傷。常見的損傷形式有：（1）表面損傷：這種損傷主要傷及材料的表面或近表面，如擦傷、劃傷、凹陷、氣泡和分層等。（2）沖擊損傷：大到與跑道上的車輛、設(shè)施相撞，小到與跑道上飛起的石子、砂礫，空中飛來的冰雹、小鳥及工作人員失落的工具等相撞所造成的損傷2021/10/10星期日7（3）分層：如層壓板分層，面板與蜂窩芯分層等。（4）脫膠：如膠接面脫膠，層壓板脫膠及面板與蜂窩芯之間脫膠等。（5）慢性長期損傷：如疲勞裂紋等。（6）滲水、吸潮損傷。（7）制造過程產(chǎn)生的損傷，如氣孔等。2021/10/10星期日8根據(jù)損傷的程度和損傷的部位的重要性，可將復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損傷分為三大類：許可（允許）的損傷可修理的損傷不可修理的損傷2021/10/10星期日9第四節(jié)修理區(qū)域的劃分和修理容限的規(guī)定一、修理區(qū)域的劃分

飛機(jī)結(jié)構(gòu)各部分對強(qiáng)度和剛度要求的重要程度是不同的，對可修理性及修理方法的要求自然也不相同。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)階段根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、強(qiáng)度和剛度的要求，對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行分區(qū)，各分區(qū)應(yīng)具有不同的可以接受的損傷程度及相應(yīng)的修理技術(shù)。目前國內(nèi)設(shè)計(jì)人員還缺乏這方面的知識，可參考國外的經(jīng)驗(yàn)。2021/10/10星期日10現(xiàn)舉一例供參考：

圖1-2是空客公司A310飛機(jī)碳纖維復(fù)合材料減速板修理區(qū)域的劃分圖。該圖將減速板分為6個區(qū)域，每個區(qū)域采用不同的修理方法。圖1-3提供了每個區(qū)域可接收的損傷程度和可采用的修理方法，并給出了各種修理方法下的壽命。（本例雖是減速板肋間損傷修理實(shí)例，但其原則對其他部件也適用）2021/10/10星期日11

2021/10/10星期日122021/10/10星期日13二、修理容限的規(guī)定

修理容限是指修與不修、能修與不能修的界限。影響其修理容限的因素很多，如不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的材料體系、不同類型的飛機(jī)都有不同的規(guī)定。首先要根據(jù)缺陷和損傷的類型，檢測出其大小和范圍，根據(jù)指定的生產(chǎn)和使用中允許的缺陷和損傷標(biāo)準(zhǔn)，來確定修與不修的界限。這里的關(guān)鍵是缺陷和損傷許用標(biāo)準(zhǔn)的確定。

通常，每種結(jié)構(gòu)都有其自身特有的損傷包容能力。如F-18的修理指南規(guī)定：2021/10/10星期日14壓痕深度小于0.4mm分層直徑小于13.0mm開膠直徑小于19.0mm可不修理，照常使用。經(jīng)驗(yàn)表明，大多數(shù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)都能包容損傷當(dāng)量直徑小于20mm的各類損傷。

當(dāng)缺陷和損傷大大超過了一定得量值時，結(jié)構(gòu)修理難于達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求或在經(jīng)濟(jì)上已不合算，只好報(bào)更換構(gòu)件。如波音公司規(guī)定：缺陷和損傷的范圍大于構(gòu)件面積的15%時報(bào)廢不再修理。F-18規(guī)定蜂窩結(jié)構(gòu)分層2021/10/10星期日15直徑大于50mm，開膠直徑75mm，層壓板分層直徑大于75mm時，報(bào)廢不再修理。

對于重要的復(fù)合材料構(gòu)件，有專門的技術(shù)文件控制損傷的大小，該文件與設(shè)計(jì)圖紙配套使用，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。但一般還是由《結(jié)構(gòu)修理手冊》提供。2021/10/10星期日16第五節(jié)復(fù)合材料修理的分類

從不同的角度，復(fù)合材料的修理方法不同，主要有如下幾種分類方法：1.根據(jù)修理區(qū)域加不加補(bǔ)片分為兩類（1）非補(bǔ)片式修理

在修理區(qū)域不加任何補(bǔ)片材料，主要用于修理小的損傷和缺陷，修理工藝簡單，一般都能在外場條件下短時間內(nèi)完成修理工作。該修理方法主要有下列幾種情況：2021/10/10星期日17樹脂注射法

該方法主要用于修理層壓板中小的分層、脫膠及結(jié)構(gòu)連接處的空隙等。將配置好的樹脂在一定壓力下注入損傷部位，并給損傷部位加熱固化。如果損傷部位不在結(jié)構(gòu)的邊緣，還需開注射孔?；旌衔锾畛浞?/p>

該法與樹脂注射法類似，用樹脂與短切纖維的混合物取代樹脂。這種方法可修理蜂窩蒙皮和芯子的損傷，還可修理連接孔的磨損及擴(kuò)張。熱處理法2021/10/10星期日18

本方法主要用于除濕、干燥劑及去除蜂窩結(jié)構(gòu)中的潮氣。表面涂層法

表面涂層法是密封、恢復(fù)表面保護(hù)層，起裝飾、防雷擊、防靜電等作用，主要用于表面損傷的修理。

抽釘法

采用抽釘鉚接并加密封劑密封的方法，主要用于修理層壓板內(nèi)部的分層、脫膠。2021/10/10星期日19（2）補(bǔ)片式修理方法

本方法適用于修理較大的損傷和缺陷，修理工藝比較復(fù)雜。根據(jù)補(bǔ)片材料、補(bǔ)片的結(jié)構(gòu)形式及修理工藝，又可將補(bǔ)片修理分為以下幾類：外搭接補(bǔ)片膠接法

該法可以修理2mm厚的較薄層壓板或蒙皮，在外場條件下這種方法較容易實(shí)現(xiàn)，且強(qiáng)度可恢復(fù)到70%～100%，故該方法應(yīng)用比較廣泛?！a(bǔ)片的材料有如下幾種：2021/10/10星期日20——復(fù)合材料單向帶，一般與母體材料鋪層相同；——復(fù)合材料織物；——金屬材料，一般為鈦或鋁板，用膠粘劑粘貼在一起。▲膠接工藝有以下幾種：——預(yù)固化：先將補(bǔ)片預(yù)固化，后再與母體材料膠接；——共固化：即濕鋪貼或預(yù)浸料熱膠接法。濕鋪貼是在母體材料（被修理件）上進(jìn)行鋪貼，為了彌補(bǔ)修理層固化壓力偏低給強(qiáng)度帶來的損失，在修理層的最外面通常要覆蓋面1～4層附加鋪層。2021/10/10星期日21

預(yù)浸料熱膠接法與濕鋪貼法基本相同，所不同的是在鋪貼預(yù)浸料之前先鋪一層膠膜，且要求加熱固化，修理后的部件強(qiáng)度恢復(fù)要比濕法鋪貼高得多。外搭接補(bǔ)片螺接法

本方法適用于厚層壓板（8～25mm）的修理，補(bǔ)片材料一般為金屬材料，如鈦、鋁等，修理工藝簡單，不需要特別的專業(yè)人員和太多的修理設(shè)備，故非常適用于外場緊急修理。2021/10/10星期日22嵌入式補(bǔ)片修理（不含蜂窩芯修補(bǔ)）

該方法適用于修理含穿透性或半穿透性損傷較厚的零部件。修理時需要去掉一部分母體材料，便制成斜面或臺階面，工藝較復(fù)雜，耗時較多，一般在永久性修理時采用，效果較好。

接頭形式有兩種：斜削式和階梯式。

補(bǔ)片材料一般為復(fù)合材料單向帶，鋪層結(jié)構(gòu)與母體相同，固化形式也有兩種：預(yù)固化和共固化。2021/10/10星期日232.根據(jù)損傷程度和性能要求分為四種類型（1）臨時性修理（暫時性修理）這種修理主要針對許可損傷或有時間限制的許可損傷進(jìn)行修理或?qū)嵤┍Ｗo(hù)性措施?？捎媒Y(jié)構(gòu)性材料或非結(jié)構(gòu)性材料，能滿足強(qiáng)度要求，并含有裝飾性的目的，但受時間和飛行起落次數(shù)的限制，在修理時限結(jié)束時，這種修理必須被去除和代替。這種修理也叫“C級臨時性修理”。2021/10/10星期日24（2）過渡性修理

這種修理主要針對有時間限制的許可損傷和可修理的損傷，因不具備永久性修理的條件而進(jìn)行的過渡性修理。該修理要求恢復(fù)部件的強(qiáng)度，但不能恢復(fù)部件的耐久性，它有不同于原始部件的檢查間隔和檢查方法，最終也要被永久性修理所取代。這種修理也叫“B級過渡性修理”。（3）永久性修理

該修理能在飛機(jī)壽命期限內(nèi)，恢復(fù)并保持飛機(jī)結(jié)2021/10/10星期日25構(gòu)完整性（即要求強(qiáng)度也要求耐久性）的修理方法。一般可在飛機(jī)“C”檢完成，其檢查時間和檢查間隔與原始部件相同，這種修理也叫“A級損傷允限修理”。（4）更換部件

損傷嚴(yán)重，無法用修理來恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的完整性，即使能修理，但經(jīng)濟(jì)不合算，故更換零部件是唯一的辦法。2021/10/10星期日26么么么么方面Sds絕對是假的272021/10/10星期日第二章修理程序

雖說復(fù)合材料的修理分類很多，但其具體修理方法主要就是濕鋪貼法和預(yù)浸料法（其中有少量的機(jī)械法，如鉚接、螺接等）其修理的大體程序基本相似。

第一節(jié)修理程序

具有代表性的較全面的修理程序如下：——材料識別——標(biāo)明損傷區(qū)域2021/10/10星期日28——切除損傷材料（如蒙皮、蜂窩芯等）——切口（坡形或臺階形）打磨或去除表面層——干燥修理區(qū)域——清潔修理區(qū)域——安裝新蜂窩芯（如果損壞了）——固化蜂窩芯（如果損壞了）——鋪貼修理層——檢查修理結(jié)果——封嚴(yán)修理區(qū)域2021/10/10星期日29——重新噴涂面漆

此外，除去上述主要程序外還有一些附加作用，如對于濕鋪層修理有：▲調(diào)配樹脂膠▲發(fā)泡膠帶粘接蜂窩芯▲浸布對于預(yù)浸料修理有：▲使用發(fā)泡膠膠條▲用膠膜粘接鋪層2021/10/10星期日30第三章各種損傷的修理第一節(jié)表面損傷的修理

常見的表面損傷包括表面1.5mm左右深的凹陷、起皺、劃傷、氣泡或分層，其中以表面劃傷最為常見。表面劃傷對部件強(qiáng)度的影響見圖3-1所示。

表面損傷的修理方法：——用樹脂填充劃傷、刻痕，固化后磨平、涂漆；——用混合物（相當(dāng)于膩?zhàn)樱┨畛浯瞪澈蟮膿p傷區(qū)；2021/10/10星期日31圖3-1表面劃傷對拉伸強(qiáng)度的影響2021/10/10星期日32——用清潔劑清洗凹陷區(qū)，后用膠黏劑填充，固化后去除多余物，如需補(bǔ)漆再涂刷底漆面漆；——將冷樹脂注射到氣泡或分層區(qū)，室溫固化。該法只適用于﹤25mm的損傷區(qū)。固化時可用重物或夾緊法對構(gòu)件施加壓力。第二節(jié)分層的修理

構(gòu)件邊緣是最易出現(xiàn)損傷的區(qū)域。邊緣開膠和分層可采用樹脂注射法或混合物填充法進(jìn)行修理，固化時要施加壓力。該法已廣泛用于碳纖維復(fù)合材料的邊2021/10/10星期日33緣分層修理。層壓板內(nèi)的分層可采用抽釘法修理。見圖3-2圖3-2分層修理2021/10/10星期日34第三節(jié)沖擊損傷的臨時性修理

臨時性修理大多在外場進(jìn)行，需要的設(shè)備、條件簡單，并可在短時間內(nèi)完成。這種修理一般壽命較短，應(yīng)在其限定壽命內(nèi)由永久性修理取代。圖3-3是不同部位和不同程度的蒙皮損傷修理，該修理只能保證1000fh壽命。

臨時性修理也可使用膠接方法修理，但有相關(guān)尺寸的要求，如圖3-4所示。2021/10/10星期日35圖3-3蒙皮損傷的臨時性修理（a）僅用于蒙皮損傷修理2021/10/10星期日36圖3-3蒙皮損傷的臨時性修理（b）肋緣條蒙皮損傷修理2021/10/10星期日37圖3-4碳纖維復(fù)合材料蒙皮臨時性膠接修理2021/10/10星期日38第四節(jié)沖擊損傷的永久性修理

永久性修理的目標(biāo)是恢復(fù)復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性?？刹捎猛獯罱友a(bǔ)片膠接或螺接法，也可采用嵌入式修理方法。具體要根據(jù)損傷的部位、程度及構(gòu)件的類型來決定。一、蒙皮/肋結(jié)構(gòu)的修理1.一般采用外搭接復(fù)合材料補(bǔ)片膠接或螺接方法。典型的修理方案如圖3-5和圖3-6。2021/10/10星期日39如在兩肋之間出現(xiàn)較大面積損傷，補(bǔ)片除膠接外還應(yīng)使用埋頭抽釘鉚接，進(jìn)一步強(qiáng)化修理強(qiáng)度。見圖3-6。圖3-5小面積蒙皮的永久性修理2021/10/10星期日40圖3-6大面積蒙皮損傷永久性修理2021/10/10星期日412.膠粘劑填充或填充加補(bǔ)片蒙皮損傷不超過一個鋪層的厚度

采用膠粘劑填充固化，打磨平整，再涂漆的方法。如圖3-7所示。圖3-7不超過一個鋪層深度蒙皮損傷永久性修理2021/10/10星期日42蒙皮損傷不超過三個鋪層的厚度

這種情況，除用膠粘劑填充固化外，還。需在表面覆蓋一外鋪層，再恢復(fù)表面涂層。見圖3-8。圖3-8不超過三個鋪層厚度的永久性修理2021/10/10星期日43蒙皮損傷超過三個鋪層厚度的埋頭修理

這種情況可用室溫固化濕鋪層或預(yù)浸料熱補(bǔ)的方法。詳見圖3-9。圖3-9濕鋪層或熱補(bǔ)法埋頭永久性修理2021/10/10星期日44二、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的修理

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是容易出現(xiàn)損傷的構(gòu)件。由于該結(jié)構(gòu)的面板較薄與蜂窩夾層有明顯的膠接界面，故常易發(fā)生面板分層、板芯脫膠及面板損傷和蜂窩塌陷等毛病。