复合材料蜂窝夹层结构胶接定量补偿技术研究

袁超

摘要：复合材料蜂窝夹层结构在胶接过程中一般通过校验膜上的压痕判断胶膜补偿量，一定程度上依靠操作人员的主观判断，难以做到精确补偿。主要研究了复合材料蜂窝夹层结构胶接定量补偿技术，以得到定量补偿结果。

关键词：复合材料;夹层结构;二次胶接;定量补偿

中图分类号：TB332

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.028

复合材料因其卓越的减重效果、高比强度和优异的抗疲劳特性，得到越来越广泛的应用，已成为航空航天领域重要的轻量化结构材料[1]。复合材料蜂窝夹层结构是目前所知的最节省材料、具有最大强度重量比的一种结构性材料。

目前，复合材料蜂窝夹层结构已广泛用于飞机方向舵等次承力结构。一般的复合材料方向舵常采用二次胶接工艺，二次胶接工艺是指将已固化的复合材料零件通过胶膜、发泡胶等与蜂窝、泡沫芯材进行胶接。

在胶接过程中，复合材料零件之间、蜂窝芯材与复合材料蒙皮之间都通过胶膜填充胶接在一起。对于这些胶接面，一般通过胶膜补偿来填充胶接间隙，所以，胶膜的补偿对于胶接工艺至关重要。

1 一般胶接过程

在胶接过程中，为尽量保证胶膜在胶接面的精确补偿，一般会在胶接前采用校验膜对胶接面进行校验。校验膜是一种具有一定厚度（一般厚度为0.25 -1 mm）的一种耐高温高分子聚合物，具有一定柔性。在校验过程中，复合材料零件及蜂窝会在校验膜上留下壓痕，操作人员一般根据校验膜压痕判断胶接面贴合间隙，从而确定胶膜补偿量。典型校验封装如图1所示。校验工序完成后，典型校验膜校验结果及分析如图2所示。

对于校验膜上的褶皱区域，一般需要增加胶膜补偿，对于校验膜上的干涉区域，一般需要减少胶膜补偿量。

2 胶接定量补偿技术

从图2的校验膜结果可以发现，二次胶接的胶接补偿往往通过校验膜上的压痕来判断，而根据校验膜压痕进行胶膜补偿时，主要依靠操作人员的经验，难以做到定量补偿。为了精确控制胶膜补偿量，减少人为判断误差，选择了以下两种胶接定量补偿技术。

2.1 通过未固化胶膜确定补偿量的定量补偿

本方法采用胶膜替代校验膜进行校验，首先根据粘温曲线确定胶膜初始流动温度，然后在胶膜初始流动温度下进行校验，由于胶膜在此情况下具有一定流动性，且未完全固化，所以胶膜会在一定程度上对胶接面的间隙进行填充和补偿。校验结束后，可以通过胶膜在胶接面的填充情况判断胶接补偿量是否足够。在使用此方法的过程中，需考虑胶膜流动性及胶膜厚度的一致性，一般采用胶接所用的胶膜进行校验，所测得的校验结果最为准确。

2.2 通过不同厚度校验膜组合使用的定量补偿

采用不同厚度校验膜组合使用的方法可确定胶接过程中的胶膜补偿量。对于典型校验膜的结果，如果出现校验膜褶皱，采用传统的校验方法只能判定褶皱处需要增加的胶膜补偿量，但无法定量确定胶膜补偿量。而采用该方法可以通过预先测量胶接面的配合间隙，根据配合间隙选择校验膜的厚度进行校验，不同的校验膜厚度对应不同的胶膜补偿厚度。根据预先设定的胶接面测试间隙，选择了两种不同厚度的校验膜同时进行校验后的结果如图3所示。从图3中可以看出，薄校验膜对应区域贴合间隙较大，需要增加补偿量。

选择不同厚度校验膜组合使用，能更精确地测量贴合间隙，从而达到定量补偿的效果。

3 结论

复合材料蜂窝夹层结构方向舵采用二次胶接工艺难以做到精确补偿。而采用未固化胶膜确定补偿量的定量补偿，根据粘温曲线确定胶膜初始流动温度，然后在胶膜初始流动温度下进行校验的方法，可以通过胶膜的流动和填充，达到精确定量补偿的结果。

采用不同厚度校验膜组合使用的定量补偿技术，可以通过预先测量胶接面的配合间隙，根据配合间隙选择校验膜的的厚度进行校验，不同的校验膜厚度对应不同的胶膜补偿厚度，最终得到定量补偿结果。

参考文献：

[1]张艳芳，冷卫红，罗辑，等.复材/复材二次胶接胶接质量及强塑料工业度影响因素研究[J].塑料工业，2014，42 （7）： 77-80.