本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域，尤其涉及實(shí)現(xiàn)飛行器復(fù)合材料快速固化粘接的加熱方法及復(fù)合材料桁架裝配的加熱固化方法。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，鑒于復(fù)合材料本身的特性，不同于金屬普遍所采用機(jī)械連接、焊接的連接方式，復(fù)合材料與金屬或復(fù)合材料接頭主要通過(guò)膠黏劑粘接組成，主要在各種復(fù)合材料桁架、艙體等組合件上有廣泛的應(yīng)用。對(duì)于復(fù)合材料膠接有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)無(wú)鉆孔引起的應(yīng)力集中，基本層壓板強(qiáng)度不下降；(2)零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)輕，連接效率高；(3)抗疲勞、密封、減振及絕緣安全性好；(4)能獲得光滑的氣動(dòng)外形；(5)不同材料連接無(wú)電偶腐蝕問(wèn)題。膠接連接也有缺點(diǎn)：(1)缺少可靠的無(wú)損檢測(cè)方法，膠接質(zhì)量控制比較困難；(2)膠接強(qiáng)度分散性大，剝離強(qiáng)度較低，難以傳遞大的載荷；(3)膠接性能受濕、熱、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境影響大，存在一定老化的問(wèn)題；(4)接件之間配合公差要求嚴(yán)格，需要加溫加壓固化設(shè)備，修補(bǔ)較困難；(5)膠接是永久連接，膠接后不可拆卸。傳統(tǒng)上加熱固化所采用的設(shè)備有烘箱，主要缺點(diǎn)有：1、一般加溫設(shè)備升溫速度慢，效率低，尤其是大型烘箱，升溫過(guò)程長(zhǎng)達(dá)幾十分鐘，甚至是1個(gè)小時(shí)以上，而且升高溫度受烘箱材料耐溫性能、烘箱結(jié)構(gòu)氣密性影響較大，很難或無(wú)法實(shí)現(xiàn)較高溫度。2、加熱設(shè)備體積大小一定，對(duì)于產(chǎn)品形狀大小不固定的成型件，如果沒有多個(gè)烘箱，將導(dǎo)致成型困難，并降低經(jīng)濟(jì)效益，尤其對(duì)于大型復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)的加熱固化，如果使用烘箱加熱，需要制作一個(gè)相應(yīng)尺寸的大型移動(dòng)烘箱，成本高昂，效率較低。3、外場(chǎng)作業(yè)、臨時(shí)修補(bǔ)場(chǎng)合，加熱設(shè)備一般不會(huì)隨時(shí)攜帶，導(dǎo)致無(wú)法作業(yè)。

在解決以上問(wèn)題過(guò)程中，曾經(jīng)使用熱水袋加熱方法實(shí)現(xiàn)粘膠固化，對(duì)于小型零件、室外溫度為常溫較為方便，但對(duì)于大型零件粘接、溫度在零下十幾度時(shí)，本身熱水袋沒有足夠大的形狀，而且室外溫度過(guò)低，熱水袋降溫很快，無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒溫控制。

綜合分析膠接的特點(diǎn)，以及傳統(tǒng)加熱固化方法的缺點(diǎn)，膠接工藝的好壞對(duì)粘接質(zhì)量影響非常大，如果用加熱設(shè)備加熱，對(duì)于大型桁架結(jié)構(gòu)等，工藝較為復(fù)雜，成本較高，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于大型桁架結(jié)構(gòu)、場(chǎng)外作業(yè)、緊急修補(bǔ)情況下，既能保證粘接質(zhì)量，又能方便操作，一種可快速固化的復(fù)合材料粘接加熱方法是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，特別是解決現(xiàn)有技術(shù)中桁架裝配工裝位移無(wú)法調(diào)節(jié)的問(wèn)題以及降低重復(fù)加工工裝成本，提高工裝利用重復(fù)性。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料快速固化粘接的加熱方法，所述加熱方法是使用如下加熱裝置實(shí)現(xiàn)的，所述加熱裝置包括加熱帶、溫控儀、熱電偶測(cè)溫探頭及電源線，電源線與溫控儀連接，熱電偶測(cè)溫探頭與溫控儀的輸入接頭連接，溫控儀的輸出接頭與加熱帶連接，其中熱電偶測(cè)溫探頭測(cè)量實(shí)時(shí)固化溫度并反饋給溫控儀，所述溫控儀根據(jù)實(shí)時(shí)固化溫度與預(yù)設(shè)溫度值的偏差輸出加熱參數(shù)給加熱帶，所述加熱方法包括：

刷膠：按復(fù)合材料管的順序刷膠，并在金屬接頭內(nèi)部涂膠，待用；

粘接定位：將金屬接頭在桁架安裝工裝上定位，然后將刷膠后的復(fù)合材料管插入金屬接頭并定位；

安裝加熱裝置；將加熱帶纏繞在金屬接頭外表面，熱電偶測(cè)溫探頭插入加熱帶與金屬接頭之間，

設(shè)置溫度：通電后調(diào)試溫控儀，設(shè)置恒定溫度和加溫時(shí)間；

固化完成：根據(jù)工藝要求，達(dá)到規(guī)定溫度以及規(guī)定時(shí)間后，拆掉加熱裝置，完成固化過(guò)程。

其中，安裝加熱裝置時(shí)，將加熱帶按照順時(shí)針或逆時(shí)針纏繞并保持一定間距不重疊。

優(yōu)選的，使熱電偶測(cè)溫探頭緊密接觸加熱帶與金屬接頭，用高溫膠帶固定防止熱電偶測(cè)溫探頭滑移、掉落。

優(yōu)選的，將多個(gè)所述加熱裝置分別安裝在桁架的不同金屬接頭處。

優(yōu)選的，在使用加熱帶前，對(duì)溫控儀進(jìn)行溫度校準(zhǔn)。

優(yōu)選的，所述加熱帶內(nèi)設(shè)置有電阻絲，或者所述加熱帶為電熱硅橡膠帶。

優(yōu)選的，所述恒定溫度為90℃，所述加溫時(shí)間為1.5小時(shí)。

此外，本發(fā)明還提供一種復(fù)合材料桁架裝配的加熱固化方法，采用如上所述的加熱方法，其中將多個(gè)加熱裝置分別安裝在桁架的不同金屬接頭處。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：與先前技術(shù)相比，本發(fā)明中一種可快速固化的復(fù)合材料粘接加熱方法優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)加熱升溫速度快，比常規(guī)加熱方法快一倍，而且最高溫度可升至200°，具有較大的工作范圍，能實(shí)現(xiàn)恒溫控制功能，溫度控制較精確，能夠達(dá)到±3°；

(2)加熱均勻，工藝可靠，通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，粘膠剪切強(qiáng)度能達(dá)到規(guī)定的力學(xué)性能要求；

(3)降低加熱成本，提高粘接效率，一個(gè)加熱帶成本在幾十或幾百元不等，而一套加熱設(shè)備至少在數(shù)千元以上；

(4)對(duì)于大型桁架粘接固化，可以幾個(gè)、甚至幾十個(gè)加熱帶同時(shí)使用，通過(guò)預(yù)固化后，整體結(jié)構(gòu)初步固化成型，然后將桁架從工裝移動(dòng)烘箱第二次加熱，避免了移動(dòng)烘箱加熱引起的工裝變形而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裝配誤差；

(5)加熱帶體積小，便于攜帶，相對(duì)于運(yùn)輸烘箱來(lái)說(shuō)，降低了運(yùn)輸成本；

(6)操作簡(jiǎn)便，只需幾分鐘就可實(shí)現(xiàn)加熱準(zhǔn)備工作。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了可快速固化的復(fù)合材料粘接加熱方法流程圖；

圖2示出了在復(fù)合材料管與金屬接頭或復(fù)合材料接頭粘接固化的實(shí)施例一；

圖3示出了在復(fù)合材料管與金屬接頭或復(fù)合材料接頭粘接固化的實(shí)施例二。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，由圖2、3可知，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料快速固化粘接的加熱方法所采用的加熱裝置2由加熱及恒溫裝置系統(tǒng)組成，包括電源線201、溫控儀202、熱電偶測(cè)溫探頭203、電熱硅橡膠帶204(以下簡(jiǎn)稱加熱帶)。加熱帶204內(nèi)部有電阻絲，加熱帶易于纏繞，能夠根據(jù)桁架的結(jié)構(gòu)件外形特點(diǎn)進(jìn)行纏繞，實(shí)現(xiàn)加溫功能，加熱均勻、快速。熱電偶測(cè)溫探頭實(shí)現(xiàn)固化表面的實(shí)時(shí)溫度測(cè)量，通過(guò)反饋到溫控儀202，以實(shí)現(xiàn)恒溫控制。溫控儀202，通過(guò)溫度設(shè)定，實(shí)現(xiàn)恒溫控制功能，保證固化工藝質(zhì)量。如圖2所示，根據(jù)連接結(jié)構(gòu)形狀、大小，以及工藝特點(diǎn)，選用不同長(zhǎng)度、寬度的加熱帶。

如圖1所示，使用上述加熱裝置可快速固化的復(fù)合材料粘接加熱方法的優(yōu)選操作流程如下：

(1)刷膠

將各復(fù)合材料管按復(fù)合材料管101、復(fù)合材料管102、復(fù)合材料管103的順序依次刷膠，涂膠要均勻，在金屬接頭104內(nèi)部涂膠，并待用。刷膠量要根據(jù)刷膠面積確定，避免膠黏劑過(guò)多。

(2)粘接定位

將金屬接頭104在工裝上定位，然后將復(fù)合材料管101刷膠后插入金屬接頭104并定位，依次將復(fù)合材料管101、102插入金屬接頭104安裝接口，對(duì)管件進(jìn)行定位，防止因膠黏劑未干，管件在接頭內(nèi)部移動(dòng)位置。

(3)纏繞

將加熱硅膠帶204纏繞在金屬接頭外表面，加熱帶間距離適中，不要重疊，以防溫度過(guò)高燒毀加熱帶。按照順時(shí)針或逆時(shí)針纏繞，盡可能保證將加熱帶在金屬表面覆蓋。

(4)安裝熱電偶

將熱電偶探頭203插入加熱帶204與金屬接頭104之間，應(yīng)保證接觸緊密，可用高溫膠帶固定，防止探頭滑移、掉落，導(dǎo)致測(cè)溫錯(cuò)誤而導(dǎo)致的實(shí)際加溫過(guò)高，進(jìn)而影響工藝質(zhì)量。

(5)通電

將電源線201連接到電源通電，保證接頭連接良好。不同加熱帶的功率不同，使用多個(gè)加熱帶時(shí)，一定要計(jì)算加熱帶的總功率，以防電路過(guò)載，造成安全事故。

(6)設(shè)置溫度

通電后，調(diào)試溫控器202，設(shè)置恒定溫度K和加溫時(shí)間T。一般每個(gè)加熱帶在使用前，都要對(duì)溫控儀進(jìn)行溫度校準(zhǔn)?？梢酝ㄟ^(guò)電子溫度計(jì)對(duì)通電后的加熱帶進(jìn)行溫度測(cè)量，并于溫控儀顯示的溫度進(jìn)行對(duì)比，如果誤差較大，要對(duì)溫控儀進(jìn)行標(biāo)定。

(7)固化完成

根據(jù)不同的工藝要求，達(dá)到規(guī)定溫度K，以及規(guī)定時(shí)間T后，拆掉加熱裝置，完成固化過(guò)程。最好在斷電后放置一段時(shí)間再拆除，由于加熱帶溫度較高，此時(shí)接觸加熱帶可能會(huì)燙傷操作人員。

上述方法適用范圍包括：復(fù)合材料與復(fù)合材料接頭粘接、復(fù)合材料與金屬接頭粘接，該方法能夠起到恒溫控制、加熱均勻、快速加熱的作用，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便快捷，便于使用、拆卸、更換，準(zhǔn)備條件少，便于大規(guī)模使用等特點(diǎn)。

上述加熱方法可以應(yīng)用于大型復(fù)合材料桁架裝配加熱固化中，即將加熱帶纏繞在金屬接頭或復(fù)合材料接頭外表面，安裝熱電偶探頭，調(diào)試溫度控制儀，開始整體加熱預(yù)固化或最終固化，從而獲得桁架的結(jié)構(gòu)件。如圖2所示，上述桁架的結(jié)構(gòu)件為粘接結(jié)構(gòu)件，由復(fù)合材料管101、102、103，以及金屬接頭104組成，金屬接頭為多通結(jié)構(gòu)件。當(dāng)然根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，可以選擇不同數(shù)量的復(fù)合材料管。

在實(shí)施例2中，如圖3所示，裝配復(fù)合材料桁架中的復(fù)合材料管為碳纖維管，碳纖維桁架結(jié)構(gòu)包括隔框管401、402，主管403組成，連接接頭為鋁制接頭404，采用中溫固化環(huán)氧樹脂型膠黏劑粘接，膠黏劑固化溫度為90°，預(yù)固化保溫時(shí)間1.5h。該可快速固化的復(fù)合材料粘接加熱方法加熱流程如實(shí)施例1中所示。對(duì)于大型復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)的粘接固化，首先對(duì)所有隔框管401、402，主管403以及金屬接頭404進(jìn)行刷膠，粘接過(guò)程后，桁架整體需要在工裝上精確定位。所述實(shí)施例2中，根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、接頭數(shù)量，確定加熱帶的布置位置，纏繞方式，盡可能減少加熱帶數(shù)量，降低電耗。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。