复材零件修补方法探索
飞机复合材料的修理方法—复合材料结构修理方法
适用范围
在复合材料结构修理中，机械连接修理适用于被修理件较厚 且对气动外形要求不高的结构件以及外场快速修理。
根据连接紧固件的种类，机械连接修理可细分为螺接修理 和铆接修理。
修理主要考虑因素
01 补片的材料种类及厚度； 02 紧固件种类、数量； 03 紧固件排列方式； 04 正确的制孔工艺； 05 制孔对原结构强度造成的影响； 06 紧固件的装配与密封。
补片材料
• 补片材料可以是金属板或者复合材料预固化层合板。金属 板材料一般为钛合金板、不锈钢板或者铝合金板。
• 当铝合金板与碳纤维复合材料连接在一起时，需采取电偶 腐蚀防护措施。通常采用在铝合金板与碳纤维结构之间铺 一层玻璃纤维布或涂一层密封胶使它们隔开。
气动外形要求
对于飞机气动敏感区域的外部加强修理，一般需要采用埋头紧固件。 此时补片必须有足够的厚度，以便安装埋头紧固件。
时，修理材料要与固化温度要匹配
修理方法决定因素
复合材料结构修理是否采用热修理以及采用哪种温度，除了取决于损 伤结构原来采用何种固化温度制造外，还要考虑到损伤的程度、结构 种类以及修理方法。如果损伤范围较小或者临时性修理，可采用低于 原固化温度的固化温度修理。
某机型副翼层合 板修理方案
修理工作流程
➢ 封装是抽真空、加热固化前的必要工序。
冷修理
在室温下固化的修理又称为冷修理。冷修理一般应用于 受载不大或者次要复合材料构件修理。为了缩短树脂的 固化时间，有的时候冷修理也采用加热固化，但通常加 热温度不超过150oF。
冷修理一般不用在高应力区和主要结构件的修理上。
热修理
需要在一定温度下加热固化的修理又称为热修理 加热温度：200oF～230oF、250oF和350oF 200～230oF温度适用于采用湿铺层料的修理 250oF和350oF两种温度适用于采用预浸料的修理 复合材料主要结构一般采用热修理。采用热修理
复合材料的挖补修理
复合材料的挖补修理Composite materials are widely used in various industries due totheir lightweight, high strength, and corrosion resistance. However, these materials are susceptible to damage and may require patch repairs to maintain structural integrity. When it comes to patch repairs for composite materials, it is essential to consider the type of damage, the material being repaired, and the repair method used.复合材料由于其轻质、高强度和耐腐蚀性而被广泛应用于各个行业。
然而，这些材料容易受损，可能需要挖补修理来保持结构完整性。
当涉及到复合材料的挖补修理时，必须考虑损坏类型、被修复的材料以及所使用的修理方法。
There are several common types of damage that can occur in composite materials, including delamination, impact damage, and cracking. Delamination is a separation of layers within the composite material, which can weaken the overall structure. Impact damage, on the other hand, occurs when an external force causes a dent or puncture in the material. Cracking can also occur due to stress or age, leading to potential structural failure if not addressed.复合材料中可能发生的常见损坏类型包括分层、冲击损伤和开裂。
飞机复合材料修补技术的研究
飞机复合材料修补技术的研究摘要：随着通用飞机复合材料市场需求的扩大，所需的修补技术也日益受到广泛关注。
本文主要介绍了通用飞机复合材料的损伤形式、复合材料修补的原则、修补方法及修补技术在复合材料中典型应用，为后续通用飞机复合材料修补技术奠定了理论基础。
关键词：复合材料；修补原则；修补方法近年随着复合材料技术的成熟以及复合材料质轻、高强、结构功能一体化、设计制造一体化以及易于成大型制品等优点，使其复合材料在通用飞机上的用量也大幅攀升，这已成为通用飞机先进性的重要技术指标之一。
通用飞机用结构复合材料制品尺寸大、成本高，在生产、运输和服役期间难免会产生缺陷或损伤，若不能及时有效的修补，恢复原结构的使用性能，则只能降级使用甚至报废。
因此，探索复合材料的修补技术尤为重要。
一、复合材料的损伤形式复合材料的使用损伤主要是在使用过程中出现的高能量或低能量的冲击损伤。
常见的损伤形式有：（1）表面损伤：这种损伤主要伤及材料的表面或近表面，如擦伤、划伤、凹陷、气泡和分层等。
（2）冲击损伤：冲击损伤又分为高能量冲击和低能量冲击，子弹、发动机碎片、鸟撞等外来物冲击以及雷击等属于高能量冲击，通常产生穿透损伤，这些损伤均目视易检；维护设施的撞击，踩踏，螺钉、轮胎碎片以及冰雹的撞击等属于低能量冲击，这类冲击造成的损伤目视不一定能够检测到。
（3）分层：如层压板分层，面板与蜂窝芯分层等。
（4）脱胶：如胶接面脱胶，层压板脱胶及面板与蜂窝芯之间脱胶等。
（5）慢性长期损伤：如疲劳裂纹等。
（6）渗水、吸潮损伤等。
每个部件按其结构重要性不同分成不同的区域，根据不同区域的应力水平、由结构试验确定的安全系数以及结构的设计类型和几何形状，确定部件损伤的可接受水平：许可损伤、可修补损伤、不可修补损伤。
损伤评估一般按损伤程度确定、损伤结果评估、可接受损伤水平的确定等几个步骤进行。
二、通用飞机用复合材料修补的原则2.1 根据受力及影响飞机安全的严重程度，分析损伤容限及剩余强度，确定是否修补或报废；2.2 修复后零件的完整性达到结构可接受的水平，可满足结构设计和强度设计的要求。
复合材料结构修理-6.2 复合材料结构修理方法
冷修理
• 在室温下固化的修理又称为冷修理。冷修 理应用于受力不大、不重要的复合材料结 构修理。有的时候，冷修理也采用加热固 化，但通常加热温度不超过１５０F，加热 的主要目的是为了缩短树脂的固化时间。 注意，冷修理不能用在高应力区和主要结 构件的修理上。
热修理
• 非室温固化的加热固化修理又称为热修理。 通常加热的温度有２００～２３０F、２５ ０F和３５０F三种。其中２００～２３０F 温度适用于采用湿铺层料的修理，２５０F 和３５０F两种温度适用于采用预浸料的修 理。通常，复合材料主要结构都采用热修 理。热修理能够恢复原结构符合适航要求 的强度。采用热修理时，修理用的材料要 与所取固化的温度相适应。
5.机械连接修理
• 机械连接修理（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌ
是指在损伤结构表面采用螺栓或铆钉固定 一外部加强补片，使损伤结构遭到破坏的 载荷传递路线得以重新恢复的一种修理方 法。机械连接修理一般用于层合板的损伤 修理，加强补片与被连接件的结合面常用 同时涂胶黏剂胶接。
副翼复合材料层合板修理方案
修理工作流程
4. 胶接连接修理
• 复合材料结构修理多数采用胶接修理，胶接修理 适用于薄件或者较薄件的修理。广义的胶接连接 修理包括前面所述的铺层修理、注胶和填胶修理 等。这里介绍相对狭义的胶接连接修理。胶接连 接修理是指对一个构件因损坏断裂成两个部分或 者原来胶接连接的构件之间出现脱胶损伤，以特 定的连接形式，通过胶粘剂，使之连接成一体， 恢复其功能的修理方法。有的情况下，胶接修理 还需与机械连接修理一起对损伤实施修理。
第6章 飞机复合材料结构修理
6.2 复合材料结构修理方法
修理方法
• • • • 铺层修理 注胶与填胶修理 胶接修理和机械 连接修理
复合材料结构修理常用方法
复合材料结构修理常用方法1. 引言复合材料在航空、汽车、船舶等领域得到越来越广泛的应用，其优异的力学性能和低密度使得复合材料结构成为一些特殊领域的选择。
因为其特点，复合材料在受损后进行修理时需要特殊的考虑。
本文主要讨论在航空领域中的复合材料结构常见的修理方法。
2. 损伤评估和表征在进行复合材料结构修理之前，必须先进行损伤评估和表征。
在损伤表征中，要了解受损部位的尺寸、形状、深度、类型以及受损的程度等信息。
对于损伤的类型，包括裂纹、孔洞、烧穿等，需要进一步分析其性质和影响，以便确定后续修复方案。
3. 常见的修理方法3.1 外补丁法外补丁法是一种在结构中增加补丁的方法。
其主要步骤包括往受损区域周围贴上预制的复合材料片，使用胶水固定住，然后进行碳化处理，接着进行表层处理以及终端加工。
这种方法的优势在于处理时会对整个结构有较小的影响，同时成本和维护工作也较少。
但是在一些情况下，使用外补丁法可能会对结构的流线性产生一定的影响。
3.2 内补丁法内补丁法是一种在复合材料结构内部添加补丁的方法。
首先将受损区域周围挖去一定量的复合材料，并将补丁塞入然后对其进行胶接和热处理。
这种方法需要在深度困难区域内施工，因此通常需要使用专业设备。
在对结构产生影响时，内补丁法表现良好。
3.3 局部替换法局部替换法是一种把受损的结构部件替换为新的构件的方法。
这种方法会更改结构的刚度、质量等结构特征，也会对结构强度产生影响。
通常，该方法仅在不得不对结构进行深刻改变的情况下使用。
3.4 补丁替换法补丁替换法是一种将已损害的叶子或层替换为新的部件的方法。
这种方法通常会影响到结构的刚度，需要对结构进行重新设计。
4. 结论复合材料结构因其特性而得到广泛应用，对其损伤进行的修复需要考虑到结构的几何形状以及其深度和损伤类型。
本文介绍了外补丁法、内补丁法、局部替换法和补丁替换法等常见的修理方法，但根据具体情况仍然需要进行选择和评估。
在选择一种修理方法时，需考虑到其对结构特性的影响，既要保证了结构损伤得到有效修复，又不会对结构力学性能产生负面影响。
复合材料的定义以及修复的方法
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料按一定方式组合而成的新材料，具有综合性能优于单一材料的特点。
复合材料的修复方法可以根据具体情况选择，常见的修复方法包括：1. 补丁修复：将与原材料相似的复合材料片或布贴在损坏区域，使用胶水或树脂将其固定在一起。
2. 粘接修复：使用特殊的胶水或树脂将损坏的复合材料部分粘接在一起，使其恢复原有的结构和性能。
3. 层叠修复：在损坏区域的周围添加多层复合材料，以增加其强度和稳定性。
4. 纤维增强修复：在损坏区域附近添加纤维增强材料，如碳纤维或玻璃纤维，以增加复合材料的强度和耐久性。
5. 热压修复：使用热压机将损坏的复合材料部分与新的复合材料片压合在一起，通过热和压力使其粘接在一起。
6. 焊接修复：对于某些特殊的复合材料，可以使用适当的焊接方法将损坏的部分焊接在一起，使其恢复原有的结构和性能。
需要注意的是，复合材料的修复方法应根据具体情况和材料特性选择，并且修复后的材料可能会有一定的性能损失，因此修复后的复合材料应进行必要的测试和评估，以确保其安全可靠。
复合材料结构修理-6.2 复合材料结构修理方法汇编
注胶修理示意图
其他应用
• 注胶修理也适用于孔边分层和结构边缘部 位的分层、层板的气泡、脱粘等损伤的修 理。
修理步骤
（１）采用准确的无损检测技术，确定脱胶 或分层位置；
（２）在分层区按一定距离钻若干个树脂注 射孔和泄出孔，其深度应恰好到达分层或
脱胶层面； （３）向分层或脱胶区注入树脂，直至从泄
出孔溢出树脂； （４）施加一定压力，加温固化。
胶接方式
• 单搭接 • 双搭接 • 斜接 • 阶梯形搭接
胶接方式
适用范围
• 当被胶接件较薄时，可采用简单的单搭接 或双搭接形式。
• 当被胶接件较厚时，单搭接或双搭接存在 着较大的偏心力矩，宜采用阶梯搭接或斜 接，但工艺复杂，成本高。
胶接破坏模式
（１）被胶接件拉伸（或挤压）破坏 （２）胶层剪切破坏 （３）剥离破坏
第6章 飞机复合材料结构修理
6.2 复合材料结构修理方法
修理方法
• 铺层修理 • 注胶与填胶修理 • 胶接修理和机械 • 连接修理
1.填胶修理
• 填胶修理是将树脂胶或其他填料填充或灌 注到损伤区以恢复其结构完整性的一种修 理方法。
填充修理示例
适用范围
1. 主要应用于表面划痕、凹坑局部蜂窝芯损伤、蒙 皮位置错钻孔、孔尺寸过大等允许损伤的修理和 表面密封
（１）拉伸（或挤压）破坏
• 当被胶接件较薄，胶接强度足够时，被胶 接件易产生拉伸断裂或者挤压失稳破坏。
（２）胶层破坏。
（３）剥离破坏
• 当被胶接件厚度达到一定程度后，搭接长 度与板厚之比又不足够大时，在偏心力矩 的作用下，由于复合材料各铺层层间强度 低，将在接头端部发生剥离破坏（双搭接 也如此）。对于复合材料结构胶接接头来 说，这种破坏不像金属胶接接头那样容易 在胶层上产生剥离（劈开）破坏，而是层 合板在接头端部易产生分层破坏。
复合材料结构的损伤与修补问题研究
复合材料结构的损伤与修补问题研究摘要：近几年，复合材料逐渐为人们所熟知，与其相关的研究也变得更加具体和深入。
文章以复合材料为研究对象，先简单地介绍了复合材料结构常见的损伤形式，随后结合实际案例，围绕结构损伤的修补展开了研究，内容涉及修补原则、修补技术等方面，供相关人员参考。
关键词：复合材料结构；结构损伤；损伤修补前言：在耐腐蚀性、可设计性等方面具有突出表现的复合材料，现已在包括航空在内的诸多领域中，得到了广泛应用，所取得效果也十分突出，虽然复合材料出现腐蚀、开裂等情况的几率较低，但是，在实际应用的过程中，受到外界因素影响而导致结构出现损伤的情况始终存在，本文所研究课题的现实意义不言而喻。
1复合材料结构损伤形式在使用过程中，复合材料结构出现损伤的情况无法避免，常见损伤形式包括：其一，外来物冲击、高能量冲击带来的穿透损伤，还有难以通过目视进行检测的低能量冲击带来的损伤；其二，面板和蜂窝芯分层、层压板分层等分层损伤；其三，面板和蜂窝芯脱胶、层压板脱胶、胶接面脱胶等脱胶损伤；其四，以疲劳裂纹为代表的慢性长期损伤；其五，吸潮、渗水损伤。
2复合材料结构损伤修补2.1案例分析修补某复合材料结构损伤的步骤如下：首先，判断损伤处，标明需要切除的位置和坐标；其次，利用金刚石进行掏芯，确定盲孔位置及深度，将计算结果减去0.12mm，获得实际深度，如果相关人员在实践中发现掏盲孔难度较大，则可以视情况对掏芯钻头加以运用，尽快确定盲孔的位置；再次，修补损伤处，将胶膜、挡板和预浸料置于损伤处，参考损坏处特征，调整预浸圈，此次修补所采用补片的纤维方向为-45°，直径为65mm；最后，在室温环境下，通过真空抽取的方式，使修补处成型，完成损伤修补工作[1]。
2.2修补原则复合材料结构修补所遵循原则，可以被归纳为以下五个方面：第一，在修补过程中，预留为后期检查、加工等工作开展提供便利的修补通道；第二，重新设计频繁出现损伤的位置，例如，用可替换、可拆卸零件，对原有零件进行替代；第三，对损伤处修补余量加以考虑，例如，扩孔余量；第四，在条件允许的情况下，可以选择对组合构件加以应用，目的是降低损伤修补的难度；第五，尽量减少修补所需拆卸零件的数量，严格控制安装需要花费的时间，提高修补效率。
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复材零件修补方法探索
作者：武彬彬
来源：《科技风》2017年第07期
摘要：随着对飞机性能要求的不断提高，复合材料零件将更加广泛的应用于飞机的各个结构中。
已经迅速发展为继铝合金、钛合金之后的又一航空结构材料。
但是复合材料零件固然有很多优点，但是，复合材料零件的缺陷修补一直是制约复合材料零件发展的制约条件之一。
本文对复合材料零件在实际使用过程中常见的缺陷进行了分类分析，对修补方法进行了初步的研究，为其制定合适的修补方法，减少浪费，降低复合材料应用成本。
关键词：复合材料；缺陷；修补
复合材料零件加工制造过程不同于金属零件，在成型过程中，装配过程中，使用过程中均会出现不同的缺陷。
在生产实践中，即使是经过研究和试验制定的合理工艺，在结构件的制造过程还可能产生缺陷，引起质量问题，严重时还会导致整个结构件的报废，造成重大经济损失。
因此，研究复合材料，尤其是国产碳纤维复合材料结构件的缺陷分类及维修方法是目前迫切需要解决的问题。
随着我国飞机数量的增加和换代速度的加快，复合材料用量也越来越大，修补的重要性也就越来越凸显。
但是，国内在修补方面还是参考国外的一些文献和资料，照葫芦画瓢。
而且目前国内对复合材料零件的修补还是没有进行验证，产品设计对此领域还是持保守状态。
对复合材料结构提出的修补要求主要有：
①恢复结构的70%承载能力和使用功能，即恢复结构的基本完整性；
②修理后重量不能增加太多；
③尽量保证原结构外形。
一、缺陷类型
根据目前国内复合材料制件结构及形成时段状态，缺陷存在的类型可以分为以下几类：
①实体层压板缺陷类型：零件分层、贫胶、皱折、鼓包、分层、杂质、打磨过分或伤及纤维的损伤、边缘分层损伤等缺陷。
②针对复合材料蜂窝夹层件的缺陷类型：蜂窝芯格压缩、蜂窝芯凹陷、芯子与蒙皮分层等缺陷。
③针对复合材料部件装配中引起的缺陷类型：制孔缺陷、锪窝缺陷、铰孔缺陷（主要是表面分层，层数较少）、铆接时缺陷、螺接时缺陷、扭曲/变形等缺陷。
二、复合材料的修补过程主要环节
（一）修补目的
修补是为了恢复零件的完整性以达到结构上的可接受的水平，满足结构设计及强度设计的要求，在满足强度和使用的前提下，产品可以继续使用，减少产品报废，降低复材应用成本。
（二）修补材料
修补过程中尽量选用原零件本身的材料进行修补。
也有时会受到实际修补客观条件的限制，无法选择原零件的材料，也可选用强度满足设计要求的其他材料。
（三）修补设备与工具
修补过程中采用的主要设备和工具包括：修补仪、热压罐、烘箱等等，根据要求修理材料的状态和实际情况，在不同的条件下使用不同的固化方法。
三、返修方法
现有复合材料包括层压板和夹层结构的修补技术并无统一标准可循，修补方案均见诸于各个公司的内部技术资料中或处于在研之列，虽然有挖补修理、填充修理、贴补修理、注胶修补、封边修补、挖补和机械方法修补等类型，但从实用上分析依然是注胶法和挖补法比较切合实际。
根据不同类型的零件缺陷，相应的制定出了返修方案如下：
（一）表面缺陷的消除、填充和整形修整
（二）空腔和分层的注胶修理
（三）损伤孔/埋头孔的修理
（四）损伤蜂窝芯的去除
（五）层的去除
四、小结
目前国内复合材料的典型性损伤补方法已基本应用，但是还没有形成一定的标准及标准流程，在如何能过恢复修补后零件的100%特性方面还需要进一步研究修补方法，相信随着复合材料的应用越来越多，修补的重要性会越来越凸显，后续还需要进一步加快验证工作。