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解析飞机复合材料修理全过程

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-10-25   来源:中国玻璃钢综合信息网   浏览次数:916  分享到: 分享到腾讯微博

飞机的复合材料修理:飞机复合材料通常被称为先进复合材料(Advanced Composite Material,ACM)。它使用高强度的纤维增强材料,嵌入在一种树脂基体里,以层或层片的形式叠加起来,形成层板,具有高强度,结实坚硬,能够减轻飞机结构重量,还具有抗腐蚀、破损安全性高等优点。

复合材料的修理工序也极其专业,涉及检查、去除修复损伤、打磨、清洁、制作浸布、铺层、粘接以及固化等众多复杂环节,其特点可用“精细”二字形容。

他们穿着白大褂、戴着口罩和细纱手套……远看你会以为这是一间手术室,其实这里是Ameco复合材料修理车间的洁净室。仅从工作场所上看,已能略猜出一二,复合材料的修理规格不一般。

近年来,复合材料作为飞机结构件的“新宠”,越来越多地被使用在飞机上,如飞机的整流罩、控制面、起落架舱门、大翼和安定面前后缘等部位。据悉,在波音787等一系列先进客机上,复合材料使用的比重甚至超过50%。但提及复合材料的修理,却鲜为人知。

其实,复合材料的修理过程很有意思,就像是为飞机表面做“外科手术”。但整个手术又涉及众多环节,每个环节都能展示出操作者的“十八般武艺”。

诊断:“病情损伤”靠耳朵

复合材料的特点是层面多,有点像“多层三明治”,中间夹层结构是蜂窝芯体,外面覆盖蒙皮,所有材料均由胶膜粘接。蒙皮也有多层,拿飞机大翼盖板来说,从里至外分别由三层碳纤维和一层玻璃纤维组成。

郭玉明是Ameco复合材料车间的一位年轻修理工,他常拿着专业敲击棒在一块襟翼盖板上轻轻敲击。他说,这个方法是为了查出那些从部件表面看不出来的“内伤”,比如开胶或脱层。

“这个地方声音清脆,说明它是完好区域,而这个地方声音沉闷、有点混沌,应该是有脱层。”据郭玉明讲,这份“练耳朵”的能力可不是随便谁都行的,需要多次实战磨炼和领悟。出师2年的郭玉明,当初为了练好这项本领,没少在部件上做“听音练耳”。此外,复合材料损伤的检查方法还有超声波、红外线热成像等。

去除损伤:完美“手术切割”工艺

去除复合材料损伤的工序很讲究。黄景森是Ameco复合材料车间的工艺工程师。据他介绍,切割一块盖板表面的损伤蒙皮,可以用切割片的边缘切去脱层部分。如果是蜂窝芯损坏,工作就会更复杂,要用切割片沿着损伤区域的蒙皮边沿切割。损伤深度不同,切割程度有别,之后再更换相同尺寸的新蜂窝芯。

黄景森说,复合材料的蒙皮和蜂窝都很薄,切割时还要将切口修理成光滑形状,边角应有0.5英寸或更大半径。切割时下手要沉稳,用力适度,如果过重会导致完好层面的无辜受损,过轻又不能完全除去受损面。这和手术切割是一个道理。

打磨:坡度处呈现色彩晕染的美

损伤处理后就是修补阶段,第一步是打磨。丁华是Ameco复合材料车间的资深专家,他选用了90度打磨机,上面安装了砂片。砂片飞速旋转,凡接触到的材料顿时化作粉尘飞扬,被防爆吸尘器收入囊中。为此,在现场作业时,工作人员必须佩戴口罩作业。

打磨范围通常要比受损区域大。丁华用很轻的力道在部件表面均匀摩擦。漆面和蒙皮逐渐褪去,打磨区也越来越薄,轻微凹陷,直至完工后呈现出一个圈状。此时蒙皮已完全去除,区域边界自然呈现出一定的坡率,由外至里倾斜。虽然肉眼很难分辨,用手指却能触摸到。打磨后的表面平整光滑,由于漆色磨掉,边界处的色彩晕染开来,非常之美。

修补:独创的“打补丁”艺术

打磨完成后,丁华将清洁干净的盖板送入洁净室“打补丁”,即将受损修复部位用新的复合材料铺层、粘接。他先用记号笔在盖板上画出区域边界,印到模板上,之后依照尺寸,制作“补丁”材料,也就是修理补片,方法是让树脂胶浸透纤维布。丁华像做布艺手工一样,用大裁剪刀将修理补片按模板剪成不同的形状。

在铺层前最重要的步骤就是清洁。洁净室里无尘,对温度、湿度要求也有规定,这些都为修理件的粘接、胶体固化提供了良好的条件。在铺层时,丁华将修理补片按照维修手册规定的纤维方向,按尺寸由小到大的顺序逐步覆盖,下面是碳纤维,最外层是玻璃纤维,当几层浸布铺好后,“补丁”也就打成了。

据丁华介绍,所有飞机部件中属雷达罩的铺层最复杂。因为表面有弧度,会留下褶皱和缝隙,这时全靠师傅的一双手,一寸一寸赶着布走,直到全部平整。有时一个看似不大的雷达罩损伤区,能累得师傅满头大汗。

真空美容:还原完美的状态

打完“补丁”后,Ameco修理车间的小师傅乔玮展示了他为“补丁”做真空美容的绝活儿。真空方法的目的是,为了向粘接面增加压力。乔玮制作真空袋的材料可谓丰富多样,他一边码放,一边强调顺序绝对不能乱。

乔玮先在铺层完毕的区域上覆盖一层有孔分离膜,之后铺一层吸胶布,以吸收多余的胶体,之后还要覆盖无孔分离膜和透气布。如果材料需要加温,还要放置电热毯和热电偶。最后,再用真空袋封严,将吸力器与抽真空仪器管路连接,启动后仅需2分钟,真空袋里的气体就被完全抽干,所有材料紧密地贴合在一起。

乔玮说,制作完真空袋还要进行真空压力测试,以测试真空袋的密封状况。在真空状态下,高温修理的方法需要持续3个小时,室温修理的方法需要24小时~48小时,这样胶状液体才能实现完全固化,材料的粘接效果也才能达到最坚固的状态。

从事复合材料修理的师傅都有一双灵巧的手,每个人都能熟练地完成全套复合材料的“手术”。这双手中握着“柳叶刀”的专业权威、严谨的工序和精湛的技术,既修复了飞机的损伤,也交付了一架架健康的飞机。
 

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