系留气球热合成形质量控制

孙 帆

（中国航空工业第六○五研究所，湖北 荆门 448035）

系留气球具有留空时间长、装载能力大、无噪音、安全性好、雷达散射面积小、生存力强、开发周期短、研制与使用的费用较卫星和大型预警机低得多等优点，可广泛用于反恐、缉毒、边境管理、交通管理、环境监测、通信、电视转播、广告及旅游等诸多领域。

系留气球一般由气囊、副气囊、尾翼和整流罩等4大部分组成，其成形工艺方法一般包括热合、胶接和缝合，其中热合是其成形的主要工艺方法。由于热合是一种特殊工艺过程，因此对其成形过程的质量控制也有其特殊性。

1 系留气球成形工艺现状

系留气球成形工艺在国外已基本成熟，但在国内由于起步较晚，工艺技术还不够成熟，更缺乏基础数据的积累，因此还需要进行深入的研究与探索。目前国内从事系留气球研制的企业还不多，批量列装的几乎没有，同时由于对基础工作的重视度不够，因此对其成形工艺技术的研究还很薄弱。

国内外系留气球的成形工艺方法一般包括热合、胶接、缝合等，由于胶接和缝合工艺较为成熟，主要是过程控制方面的问题，因此本文主要对其热合成形的质量控制进行阐述。

2 热合成形工艺技术要求

系留气球的热合成形方法一般根据使用的设备的不同，分为采用热空气热合法和高频热合法。

结合我所系留气球型号研制经验，提出热合成形的工艺技术要求。实际产品研制或生产时，应将其纳入工艺技术文件加以明确。

2.1 热空气热合要求

按热合形式，在空气热合机上安装好相对应的热风喷嘴、不锈钢滚轮等夹具，将热合裁片放入机器内用送料压紧轮夹紧后，打开热合开关进行热合；

气囊裁片在热合之前通常不用清洁，但特别脏时则需清洁，清洁时用干净的布（毛巾）或易挥发的清洁剂如酒精，对每片裁片的热合部位进行清洗；

打开空气热合机进行预热，按作业指导书调节热合温度、预热时间、热合速度、夹紧压力、热合压力等参数；

在进行热空气热合时，先进行首件样件热合经验证合格后，方可进行正式生产；

热空气热合时，如在气囊材料上吹出漏洞或材料上有缺陷时要随时修补，保证气囊气密。修补时，按孔径边距计算，密封衬布最小有效搭接宽度不小于该气囊主接缝的对接（或搭接）热合宽度尺寸要求；

热空气热合成形两裁片对接热合缝隙公差不得大于5 mm，两裁片重叠公差2 mm，热合条按两裁片对接缝为中心轴线，偏差不大于±2 mm。

2.2 高频热合要求

在进行高频热合时，各热合设备按热合形式及设备工艺参数进行首件样件验证合格后，方可正式生产；

高频热合成形两裁片对接热合缝隙公差不得大于1.5 mm；热合条按两裁片对接缝为中心轴线，偏差不大于±1.5 mm；

高频热合成形两裁片搭接热合搭接偏差不得大于±1.5 mm；

高频热合成形时，上一压刀与下一压刀应保持5 mm至10 mm的重合，保证热合的连续性，确保热合质量；

在热合过程中某些特殊部位允许用小面积的热合刀热合过度，热合参数（热合电流及热合时间）按实际热合情况进行调节。

3 热合成形工艺参数的确定

系留气球热合成形工艺参数的确定一般采取经验加试验确定法，即根据以往成功的生产经验，大致确定工艺参数的范围，然后由经验丰富的操作者根据实际情况进行试加工，再进行手工剥离试验，在初步确定热合参数后，按照设计结构形式的要求，加工试验件，试验件制作完成后，进行抗拉强度试验。

确定热合成形工艺参数的试验，应编制试验大纲，经评审后实施。

3.1 试验件的结构形式的确定

系留气球热合成形结构形式应根据结构设计的实际情况确定。试验件的结构形式应能覆盖产品设计的所有结构形式，如材料型号、材料成形结构形式、材料的胶面与布面的连接方式等等。

试验件的材料应根据产品的具体要求确定，主要考虑材料的强度、透氦率、重量指标、抗老化性能等。

试验件的连接形式主要根据产品的结构形式确定，如材料的层数、材料的连接形式（包括对接、搭接）、各层材料的牌号等。为确保试验能够准确的验证设计的合理性及工艺实现的可靠性，试验件的结构形式必须完全覆盖设计确定的所有结构形式。

3.2 试验件的制作

根据初步选定的工艺参数，对选定的每种结构形式的试验件，参考GB/T 3923.1–1998《机织物断裂能力和断裂伸长的测定——条样法》，按纬向方向制作试验件，每类结构形式的试验件各制备5～10件。

3.3 试验环境的确定

环境温度应在+5℃～+35℃之间，试验期间温度的变化范围不得±2℃；

气压≥0.35MPa。

3.4 拉伸强度试验

将制备好的试验件以恒定伸长速率拉伸直至破坏，记录破坏载荷及破坏形式。试验过程中应匀速加载（一般以20 mm/min的速度加载为宜），加载时避免偏心加载。试验结束后，应记录试验件破坏形式（分材料热合处完全剥离和材料断裂）和破坏载荷。

3.5 试验结果分析及参数的确定

试验结构要求破坏形式应均为材料热合处完全剥离或者本体断裂，若根据初步选定的热合参数制作的拉伸试验破坏形式均为材料断裂（包括本体断裂、对接缝断裂、搭接根部断裂、拉环根部断裂），且断裂载荷满足设计要求，未出现任何形式的材料热合处完全剥离，则可将该初选的热合参数确定为的工艺参数。

3.6 工艺评审

经试验确定的热合成型工艺参数及热合成型工艺技术要求，均应纳入工艺文件一并提交工艺评审，评审通过后方可用于热合成型。这些工艺文件应至少包括工艺总方案、工艺说明书、作业指导书等。

4 热合成形过程质量控制要求

4.1 热合成形过程的确认

由于热合成形过程及产品质量不能通过后续的检验来确认，因此属于特殊过程。对其成形过程的质量控制就应按照GJB 467A–2008《生产提供过程质量控制》第5.4条的有关规定执行，即：应在正式用于生产之前，应对特殊过程实施确认，以证实其实现做策划的结果的能力。特殊过程需满足下列要求：

确认过程参数并对其控制方法和环境条件做出明确规定，对过程参数变更、设备变更或间断生产，需要时，应按有关规定，应重新进行特殊过程的确认；

使用的机器设备、仪器仪表、工作介质和环境条件必须定期进行检定，并确保状态标识醒目；

辅助材料具有合格证明，必要时进行入厂复验；

特殊过程的质量记录应内容完整、有效且状态受控；

适用时，应按照顾客要求在特殊过程使用前进行鉴定和批准。

4.2 首件鉴定

首件鉴定的内容应包括与产品有关特性及其过程的要求。

进行工艺设计时，应编制首件鉴定目录，并将其一并提交工艺评审。首件鉴定按照GJB 908A–2008《首件鉴定》相关要求执行。

对于系留气球，其主囊体裁片热合成形的首道工序，一般应实施首件鉴定；对于各蝴蝶结的最后组装热合成形的首件，也应进行首件鉴定；对于尾翼蒙皮及隔板热合成形的首道工序，也应进行首件鉴定。

首件鉴定一般通过对其生产过程的检验与审查和形成的首件产品的检验与审查。

4.2.1 生产过程的检验与审查

对生产过程的检验与审查应包括：

生产过程的运作与策划结果的一致性。按规定的生产过程作业文件（如工艺规程、作业指导书等）进行作业，并采用过程流程卡对过程的运作进行控制；

对特殊过程确认的检查。当生产过程含有特殊过程时，检查其特殊过程用于生产之前已进行了确认，过程参数获得了批准；

器材合格。生产过程中使用的器材经进货检验且有合格证明文件。对于组合件，具有零（组）件合格状态及可追溯性标识的配套表；

生产条件处于受控状态。为生产过程所提供的货源和信息，涉及基础设施、工作环境、人员资格以及文件和记录处于受控状态；

生产过程文实不符的现象已解决。当生产过程及其资源与生产作业文件不一致时，应按规定办理更改、偏离或例外转序的批准手续，并进行记录。

4.2.2 产品的检验与审查

对产品的检验与审查应包括：

产品特性的符合性。产品的质量特性是否符合设计图样的要求；

不合格项目重新鉴定的结果。当有的质量特性不符合要求时，对不合格项目应重新进行首件鉴定，确定是否符合要求。

4.3 关键过程的控制

对于系留气球的热合成形过程，根据我所系留气球型号研制经验，为确保其气密性，一般都将主囊体各裁片热合工序定为关键过程；如尾翼也需充氦气提供升力的话，一般将尾翼成形的各热合工序定为关键过程。此外，各系留蝴蝶结、机械索具蝴蝶结与主囊体热合组装工序也被定为关键过程。对于确定的关键过程，应纳入关键过程目录进行管理。

对关键过程的控制应按照GJB 467A-2008《生产提供过程质量控制》第5.3条的有关规定执行，即应满足下列要求：

对关键过程进行标识；

对关键和重要特性进行百分之百检验；

对首件产品，按规定进行首件三检；

适用时，应用统计技术进行关键过程的质量控制。

4.4 热合参数控制

对热合成形过程的控制，主要控制其热合参数，主要包括热合温度、预热时间、热合速度、夹紧压力、热合压力等。除应坚持首件三检外，还应对其实施定期巡检制。

每道工序开始加工之前，一般都要使用相同的材料、结构形式及确定的工艺参数进行试加工，在确认满足要求后方可开工。

对于首件三检（操作者自检、其他操作者互检、检验员专检），必须在确认合格后，方可进行后续加工。

对于加工过程中的参数，应进行定期巡检，根据经验，一般每小时巡检一次。巡检时，必须对热合材料、热合的结构形式及热合刀具等进行确认，对热合温度、预热时间、热合速度、夹紧压力、热合压力等参数进行核实并记录。一旦发现参数偏离了规定值，应立即用偏离的参数制作试验件，进行抗拉强度试验，确定是否满足要求，如不能满足设计要求，应进行返工返修。

4.5 不合格品控制

对热合成形过程产品的不合格品，必须提交不合格品审理组织进行审理，并根据审理意见进行处置。未经审理和处置的不合格品不得转入后续生产或投入使用。

5 结论

现代系留气球系统应用前景十分广阔，目前在欧美一些国家已得到了广泛的应用，国内也已开展了一些研发工作，逐步积累了一些型号研制经验，为后续系留气球的全面推广应用奠定了良好的基础。

本文结合型号研制的实践经验，通过对系留气球热合成形工艺技术及其质量控制要求的阐述，为今后系留气球研制质量控制方法提供参考，笔者也希望借此带动我国系留气球研制基础工作向前发展。