Что такое композитный ремонт

Композитный ремонт — Composite repair

Композитный ремонт . Композитные материалы используются в широком спектре приложений на рынках аэрокосмического , морского , автомобильного , наземного транспорта и спортивного оборудования . Повреждения композитных компонентов не всегда видны невооруженным глазом, и степень повреждения структурных компонентов лучше всего определить с помощью подходящих методов неразрушающего контроля (NDT) . Концепция композитного ремонта композитных или металлических конструкций проста. Связанный ремонт снижает напряжения в поврежденной области и предотвращает раскрытие трещин и, следовательно, их рост.

СОДЕРЖАНИЕ

Интересующие композитные конструкции

Представляющие интерес композитные структуры в основном представляют собой компоненты, состоящие из слоистых слоев или многослойных структур, как показано на Рисунке 1. Слоистые структуры собираются таким образом, что ориентация волокон обеспечивает большинство желаемых механических свойств, а матрица в значительной степени определяет экологические характеристики. В многослойных структурах тонкие и высокопрочные оболочки разделяются легкими сотовыми заполнителями и соединяются с ними; чем толще сердцевина, тем жестче панель с минимальным увеличением веса.

Типичные повреждения композитных конструкций

Наиболее серьезное повреждение композитов, армированных волокном, происходит в результате столкновений. Низкая скорость и высокая скорость удар могут привести к значительному повреждению различных моделей для данной конфигурации составной. В металлах энергия удара будет рассеиваются через упругие и пластические деформации и до сих пор структура сохраняет хороший запас структурной целостности . 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 монолитных ламинатах лежащие в основе повреждения могут распространяться в гораздо большей степени, чем едва заметные следы на их 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 уровней 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 поврежденную область влаги и других факторов разложения, таких как химические вещества , смазочные материалы , топливо , гидравлические жидкости и т. Д. Наличие таких сред может привести к дальнейшему ухудшению механических характеристик. .

Схема ремонта

При выполнении композитного ремонта необходимо соблюдать определенные действия. На рисунке 3 представлена ​​типичная блок-схема композитного ремонта .

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 лежащие в основе повреждения могут быть гораздо более обширными. Решение о ремонте или сдаче в лом определяется с учетом объема ремонта, необходимого для замены исходных структурных характеристик композитного материала. Другими соображениями являются стоимость ремонта, расположение и доступность повреждения, а также наличие подходящих материалов для ремонта.

Первоначальная оценка определит тип ремонта, который необходимо выполнить. Легкий 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. Лучшим выбором материалов будет использование оригинальных волокон, тканей и матричной смолы . 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 к 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 всестороннего контроля отремонтированных деталей можно использовать ряд неразрушающих испытаний (NDT) . Особое внимание следует уделять качеству отремонтированного участка и, в частности, границе между исходной деталью и отремонтированным участком. Обычные методы контроля включают в себя некоторые формы ультразвукового или рентгеновского контроля.

Типовой ремонт композитных материалов

Типичный композитный ремонт обычно начинается после обнаружения повреждений невооруженным глазом или различными 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.

Когда применяется композитный ремонт, правильная обработка поверхности имеет важное значение 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 либо с помощью усовершенствованного механического фрезерования, либо с помощью альтернативных технологий, таких как лазеры с наносекундными импульсами 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 за счет фотохимических реакций, вызванных УФ- лазерным светом 4.

При обычном ремонте пластырь накладывается в вакууме и при температуре, достаточной для отверждения клея . Для этих целей можно использовать переносное устройство горячего склеивания для ремонта в полевых условиях. Для более сложного и качественного ремонта следует использовать автоклав . Блок горячего склеивания показан на рисунке 5.

В любом случае установка вакуумного мешка — необходимый шаг для качественного ремонта. Обработка вакуумных пакетов подходит для компонентов 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.

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

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 заплатой и осторожное применение цикла отверждения, (e) неразрушающая оценка ремонта с использованием подходящей методологии и, (f) мониторинг структурной целостности ремонта либо на определенные временные интервалы либо непрерывно.

Источник

Композитные ремонтные системы Belzona

Разработанные в компании Belzona композитные ремонтные материалы со 100%-ным содержанием твердого вещества способны восстанавливать несущую способность изношенных и перфорированных труб , резервуаров, емкостей и другого оборудования.

Другие области применения

Композитные ремонтные системы Belzona

Внутренняя и наружная эрозия и коррозия, а также воздействие окружающей среды часто становятся причиной повреждения труб, емкостей, резервуаров и другого оборудования, в результате чего может нарушиться их работоспособность и целостность. Такие повреждения часто приводят к истончению стенок и появлению сквозных дефектов. Композитные материалы холодного нанесения со 100%-ным содержанием твердого вещества восстанавливают несущую способность стенок и решают проблему на длительный срок, позволяя обойтись без огневых работ. Ремонт выполняется на месте установки оборудования, поэтому продолжительность простоя удается свести к минимуму.

Belzona специализируется на поставке разработанных в компании систем для композитного ремонта труб и холодного приклеивания пластин, предназначенных для ремонта и создания новых объектов самых разных размеров и уровня сложности. Проблемы, с которыми мы можем справиться:

• Наружная и внутренняя коррозия
• Протечки и сквозные дефекты на работающем оборудовании
• Ухудшение состояния крупных металлических конструкций, таких как палубы, резервуары, крыши и полы
• Повреждения объектов сложной геометрической формы на резервуарах и трубопроводах, таких как отводы, тройники и фланцы
• Ослабление и разрушение фундаментов, обеспечивающих опору и точную регулировку установленных на них механизмов

Belzona предлагает композитные решения предприятиям различных отраслей уже более шести десятилетий. Годы научных и прикладных исследований и тщательный анализ отзывов клиентов привели к созданию уникальных адаптируемых систем, предлагающих решения в тех областях, где:

• Процессы проводятся при повышенных температурах и давлении
• Есть агрессивные кислоты и щелочи, которые нужно хранить или использовать в технологическом процессе
• Постоянно присутствуют вода, жировые и другие загрязнения
• Имеет место наружная или внутренняя эрозия и абразивный износ

Ремонт истонченных стенок и сквозных дефектов

Истончение стенок в результате внутренней или наружной эрозии, коррозии, ударов, истирания или механических повреждений — типичная проблема для труб, резервуаров, корпусов двигателей и других видов оборудования. Если эти проблемы вовремя не устранить, может нарушиться целостность оборудования, что связано с высокой вероятностью ущерба для окружающей среды и риском для безопасности. Чтобы свести к минимуму продолжительность простоев, чрезвычайно важно быстро восстанавливать прочность пострадавших участков. С помощью систем холодного нанесения Belzona можно ремонтировать и увеличивать механическую прочность поврежденного оборудования, используя методы приклеивания накладных пластин или композитного ремонта труб.

Для ремонта методом холодного склеивания Belzona применяются материалы холодного отверждения, такие как Belzona 1111 (Super Metal), с помощью которых на поврежденные участки приклеивают накладные пластины, способные выдерживать высокое внутреннее давление за счет исключительной прочности клеевого соединения. В качестве альтернативы для приклеивания пластин большой площади и для объектов сложной конфигурации можно использовать жидкие материалы, такие как Belzona 5811 (Immersion Grade), позволяющие избежать высокого риска, связанного с огневыми работами. Этот материал просто инжектируют под пластину, чтобы быстро приклеить ее на нужное место.

Армированные системы Belzona для труб обычно применяются в качестве постоянного ремонтного решения для некритического оборудования, эксплуатируемого при низком давлении. Композитные системы Belzona для ремонта труб наносятся на месте, при этом после ремонта не нужно снимать остаточные напряжения, как после сварки. Еще одно преимущество этих систем холодного отверждения — короткие сроки ремонта, который может быть полностью выполнен всего за несколько часов.

В зависимости от конкретных условий для композитного ремонта можно выбрать подходящие эпоксидные материалы. Belzona 1111 (Super Metal) подходит для большинства общих случаев применения. С учетом площади ремонтируемого участка можно применять материалы с разной жизнеспособностью — увеличенной, как у Belzona 1121 (Super XL-Metal), или короткой, как у Belzona 1212. В состав этих систем наряду с пастообразными материалами входят высокопрочные тканые армирующие ленты, обеспечивающие механическую прочность ремонтируемого участка.

Сквозные дефекты и активные протечки представляют серьезный риск для безопасности, так как разливы потенциально опасных жидкостей могут угрожать как персоналу, так и оборудованию, расположенному поблизости. Кроме того, протечки в трубопроводах приводят к падению давления в системе и неизбежному в этом случае снижению эффективности производственного процесса. Системы Belzona способны мгновенно ликвидировать течь и герметизировать поврежденный участок без остановки процесса.

Протечки на работающем оборудовании, эксплуатируемом при низком давлении, можно эффективно устранять с помощью Belzona 9611 (ES Metal), быстро отверждающегося эпоксидного материала, выпускаемого в форме стержня и предназначенного специально для герметизации протечек. Затем на дефектный участок наносят композитную систему Belzona, обеспечивающую долгосрочное решение проблемы.

Для ликвидации протечек на оборудовании, эксплуатируемом в условиях повышенного давления, можно с помощью такого материала, как Belzona 1212, приклеить на место течи дренажную пластину. После отверждения материала Belzona дренажное отверстие закрывают, надежно останавливая течь.

Ремонт систем, работающих под давлением и критически важных для безопасности

В ситуациях, когда ремонтные работы нужно выполнить в соответствии с требованиями стандарта ASME PCC-2 или ISO 24817, рекомендуется использовать систему Belzona SuperWrap II. Эта высокотехнологичная композитная система для ремонта труб признана одной из самых эффективных среди предлагаемых на рынке систем этого типа, причем ее показатели адгезионной прочности на сдвиг при растяжении в процессе эксплуатации только улучшаются.

Система Belzona SuperWrap II позволяет сокращать время простоев и представляет собой привлекательную альтернативу сварке — за счет холодного отверждения материалов поврежденные коррозией компоненты можно вернуть в работу всего за 24 часа. Система, состоящая из эпоксидной смолы со 100%-ным содержанием твердого вещества, армирующей ленты из углеродного и стекловолокна и уплотняющей пленки, наносится на месте установки оборудования и применяется для ремонта труб и емкостей, эксплуатируемых в разных диапазонах температуры и давления.

Универсальность этой системы позволяет применять ее для трубопроводов любой формы, в том числе для отводов и тройников, а также в контакте с самыми разными химическими жидкостями, нефтепродуктами и технологическими средами. Belzona SuperWrap II обеспечивает высокую надежность ремонта, так как гарантированный срок службы участков, отремонтированных с помощью этой системы, превышает ожидаемый срок эксплуатации самих объектов.

Применение для новых объектов

Благодаря уникальным свойствам композитных материалов Belzona они с успехом применяются не только для ремонта, но и при сооружении новых объектов. После отверждения эти системы холодного нанесения становятся чрезвычайно прочными и приобретают превосходные механические свойства. В отличие от металлов материалы Belzona не корродируют и пригодны для самых разных вариантов применения.

Материалы Belzona можно использовать для монтажа оборудования в тех случаях, когда проведение огневых работ недопустимо или нежелательно. Поскольку эти материалы обладают прочностью на сжатие до 130,8 МПа, адгезионной прочностью на отрыв до 22,3 МПа и прочностью на изгиб до 98,6 МПа, с их помощью можно надежно и безопасно устанавливать оборудование, рамы и опоры.

В течение многих лет композитные решения Belzona применяются для следующих видов работ:

• Крепление оборудования на палубах судов и морских платформ (лебедки, жилые модули и кабельные лотки)
• Установка поручней на резервуарах
• Крепление внутренней оснастки в технологических резервуарах, работающих в условиях высоких температур и высокого давления
• Крепление опорных элементов труб, обеспечивающее защиту от электрохимической коррозии
• Установка вкладышей и подшипников, в том числе для райзеров и рулевых устройств

Источник