Композитный ремонт - Composite repair

Композитный ремонт. Композитные материалы используются в широком спектре приложений в аэрокосмический, морской, автомобильный, наземный транспорт и спортивное оборудование рынки. Повреждения композитных компонентов не всегда видны невооруженным глазом а степень повреждения для конструктивных элементов лучше всего определяется подходящими Неразрушающий контроль (NDT) методы. Концепция композитного ремонта из композитных или металлические конструкции это просто. Связанный ремонт снижает подчеркивает в поврежденном месте и не дает трещинам открываться и, следовательно, не расти.

Композитные конструкции, представляющие интерес

Рисунок 1: Композитные конструкции (а) ламинат и (б) сэндвич

Представляющие интерес композитные структуры в основном представляют собой компоненты, состоящие из ламинированные слои или же сэндвич-конструкции как показано на рисунке 1. Ламинатные конструкции собраны таким образом, чтобы ориентация волокон обеспечивала большую часть желаемого механические свойства а матрица во многом определяет экологические показатели. В сэндвич-структурах тонкие, высокопрочные оболочки разделяются легкими и прикрепляются к ним. соты сердечники; чем толще сердцевина, тем жестче панель с минимальным увеличением веса.^[1]

Типичные повреждения композитных конструкций

Рисунок 2: Типичные случаи повреждения ламинатов и многослойных конструкций

Самый главный ущерб композиты, армированные волокном является результатом столкновений. Низкий скорость а удар с высокой скоростью может привести к существенно разным видам повреждений для данной конфигурации композита. В металлах энергия удара является рассеянный через эластичный и пластичный деформации и при этом конструкция сохраняет хороший запас целостность конструкции. Однако в композитных материалах, армированных волокном, повреждения обычно более обширны, чем видимые на поверхности. Некоторые типичные случаи повреждения композитных конструкций показаны на рисунке 2.

В монолитном ламинаты лежащее в основе повреждение может простираться в гораздо большей степени, чем едва заметное свидетельство на его поверхности. Другой вид повреждений - раскалывание ламината. Здесь повреждение не распространяется на всю длину детали. Влияние на механические характеристики зависит от длины разъема относительно толщины компонента.

В многослойных конструкциях удар приводит к образованию вмятин различного размера, и, в зависимости от уровня энергии, повреждения от проколов не являются чем-то необычным. В этом случае могут быть повреждены обе оболочки. Другие распространенные типы повреждений включают тепловое повреждение и повреждение отверстия под болт. Тепловое повреждение вызвано воздействием высокой температуры, которое вызывает локальное разрушение с отделением поверхностных слоев. Повреждение отверстия под болт вызывается опорными напряжениями на контактных поверхностях композитной конструкции с болтом или заклепкой, используемыми для соединения. Это может привести к удлинению отверстия, вызывая раскалывание ламината или повреждение верхних слоев. В любом случае влияние на механические характеристики зависит от толщины поврежденной детали.

Дальнейшие последствия, помимо первоначального повреждения от удара, возникают из-за воздействия на поврежденный участок влаги и других ухудшающих факторов, таких как химикаты, смазочные материалы, топливо, гидравлические жидкости и т.д. Наличие таких сред может привести к дальнейшему ухудшению механических характеристик.

Схема ремонта

Рисунок 3: Типовая блок-схема композитного ремонта

При выполнении композитного ремонта необходимо соблюдать определенные действия. На рисунке 3 показан типичный композитный ремонт. блок-схема дано.

Первым шагом в процедуре должна стать тщательная оценка ущерба. Некоторые повреждения композитов очевидны и легко оцениваются, но во многих случаях повреждения могут сначала показаться довольно небольшими, хотя реальный ущерб намного больше. Повреждение волокна при ударе может проявляться в виде небольшой вмятины на армированной композитной поверхности, но лежащее в основе повреждение может быть гораздо более обширным. Решение о ремонте или утилизации принимается с учетом объема ремонта, необходимого для замены исходных структурных характеристик композитного материала. Другими соображениями являются затраты на ремонт, расположение и доступность повреждения, а также наличие подходящих материалов для ремонта.

Первоначальная оценка определит тип ремонта, который необходимо выполнить. Простой ремонт обычно небольшой или не влияет на структурную целостность компонента. Этот ремонт производится в соответствии с простыми инструкциями, указанными для ламината или сэндвич-панелей. Сложный ремонт необходим, когда повреждение является значительным и требует замены структурных характеристик компонента. Оптимальным выбором материалов будет использование оригинальных волокон, тканей и матрицы. смола. Любая альтернатива потребует тщательного рассмотрения условий эксплуатации отремонтированного композита, т.е. горячих, влажных и механических характеристик. Предлагаемая схема ремонта должна соответствовать всем первоначальным проектным требованиям конструкции.

Для некоторых ремонтов требуется специальное оборудование мастерской, а для возврата компонента в подходящую ремонтную мастерскую требуется некоторый вид импровизированного ремонта. Временный ремонт, обычно в виде заплатки, может быть закреплен на компоненте для обеспечения безопасности до тех пор, пока компонент не будет отремонтирован позже. Для постоянного ремонта следует соблюдать все утвержденные общие правила ремонта ламината и сэндвич-панелей. Эти ремонтные операции должны проводиться в контролируемых зонах мастерских для обеспечения высокого качества. Работа в контролируемой среде и внимание к деталям обеспечат успех.

Перед возвратом в эксплуатацию всегда требуется проверка качества. Для комплексного осмотра отремонтированных деталей ряд Неразрушающие испытания (NDT) может быть использован. Особое внимание следует уделять качеству отремонтированного участка и, в частности, стыку между исходной деталью и отремонтированным участком. Обычные методы контроля включают в себя какую-либо форму ультразвукового или рентгеновский снимок осмотр.

Типовой ремонт композитных материалов

Типичный композитный ремонт обычно начинается после обнаружения повреждений невооруженным глазом или другими методами неразрушающего контроля. После оценки степени повреждения зона повреждения готовится к ремонту. Это делается путем удаления композитного материала вокруг зоны повреждения 1. Известно, что используются три метода, которые немного отличаются в зависимости от природы композитного материала, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Типичный ремонт ламината и сэндвича

Когда применяется композитный ремонт, правильная обработка поверхности важна для успешного результата. Вышеупомянутый ремонт может занять много времени и часто требует высоких навыков и опыта. Вот почему текущие разработки, как правило, направлены на автоматизацию этого процесса с помощью усовершенствованного механического фрезерования или альтернативных технологий, таких как наносекунда -импульсные лазеры 2-3. После того, как зона повреждения полностью выкопана, поверхности очищаются и подготавливаются к окончательному ремонту заплатами. Это можно сделать путем плазменного сжигания поверхностных загрязнений, обнажения волокон путем удаления материала матрицы с помощью лазерного излучения или улучшения смачиваемости поверхности клеев путем фотохимические реакции индуцированный УФ -лазерный свет 4.

При обычном ремонте патч накладывается под вакуум и при температурах, достаточно высоких для отверждения клей. Для этих целей можно использовать переносное устройство для горячей склейки для ремонта в полевых условиях. Для более сложного и качественного ремонта необходимо автоклав должен быть использован. Блок горячего склеивания показан на рисунке 5.

Рисунок 5: Типичное портативное устройство для горячего склеивания. Он может создавать вакуум, нагревать зону ремонта, а также постоянно контролировать и регулировать температуру.

В любом случае установка вакуумного мешка - необходимый шаг для качественного ремонта. Вакуумный мешок обработка подходит для деталей с тонкими сечениями и крупными многослойными структурами. Техника вакуумного мешка включает в себя размещение и запечатывание гибкого мешка поверх сложенного композитного материала и удаление всего воздуха из-под мешка, как схематично показано на рисунке 6.

Рис. 6: Слева: Детали укладки вакуумного мешка. Справа: герметизация вакуумного мешка и применение вакуума приводит к атмосферному давлению в зоне ремонта (препрег)

Удаление воздуха заставляет мешок опускаться на укладку с давлением уплотнения 1 атмосфера (1 бар). Готовая сборка с еще приложенным вакуумом нагревается до желаемой температуры в течение лечение. Этого можно добиться, используя нагревательный мат или поместив узел в духовку с хорошей циркуляцией воздуха. Для более толстых сечений и высококачественного склеивания следует использовать автоклав с регулируемой температурой и дополнительными избыточное давление следует искать.

Наиболее важными техническими проблемами в реализации успешного ремонта композитной заплатой являются: (a) надлежащий дизайн ремонтной заплатки и процедуры, которые будут соблюдаться, (b) выбор наиболее подходящих материалов и инструментов для применения, (c ) тщательная подготовка поверхности, (d) выполнение ремонта композитной заплаткой и тщательное применение цикла отверждения, (e) неразрушающая оценка ремонта с использованием подходящей методологии и (f) мониторинг структурной целостности ремонта либо на определенные временные интервалы либо непрерывно.

внешняя ссылка

Композитные исследовательские проекты

[1] Бейкер, А. А .; Роуз, Л. Р. Ф .; Джонс, Рис (2003-01-23). Достижения в области ремонта металлических конструкций самолетов из композитных материалов. Эльзевир. ISBN 978-0-08-052295-1.

[1]