Технология ремонта сотовых конструкций

Ремонт клееных конструкций и их элементов

Ремонтные операции совершенствуют с целью обеспечения прочности, равной по мере возможности исходной прочности изделия с минимальным увеличением веса и без значительного ухудшения аэродинамических характеристик и электрических свойств, когда это нужно. Этого можно достигнуть лишь заменой поврежденного материала идентичным же материалом или надежным заменителем. Чтобы устранить места с концентрацией напряжений там, где это возможно или осуществимо, надо избегать резких изменений поперечного сечения приданием соединениям усеченной формы, наложением небольших заплат круглой или овальной, а не прямоугольной формы, округленней углов у всех крупных кусков нового материала. Гладкая поверхность наружных частей изделия желательна всегда. Поэтому накладывать выступающие заплаты снаружи на ремонтируемую поверхность сплошь да рядом нецелесообразно. Размеры дефекта могут быть такими, что потребуют только небольшого ремонта или исправления. Небольшие включения или воздушные карманы в небольших узлах, соединениях металла с металлом или пластика с пластиком можно устранить заполнением дефектных мест клеем холодного отверждения вручную, возможно с помощью шпателя или шприца. Если исходную деталь клеили тем или иным пленочным клеем, то, как правило, при ремонте можно подобрать подходящий жидкий клей.

Для устранения небольших вмятин и царапин на металлических обшивках можно взять эпоксидный клей, наполненный металлическим порошком. Углубление заполняют таким клеем, отверждают его и данное место зачищают наждачной шкуркой по контуру конструкции. Если отверждение требует нагревания, то необходимо учесть его воздействие на основной клей. Многие клеящие вещества

разлагаются или стареют при повторных циклах нагревания. Трещину или щель в клеевых соединениях металла с металлом или в сотовых конструкциях можно отремонтировать, просверлив по обоим краям трещины стопорные отверстия и наклеив заплату с наружной стороны. Стопорное отверстие предотвратит дальнейшее распространение трещины или щели, а заплата на обшивке поможет перераспределить нагрузку. Подобный ремонт проводят часто, особенно тогда, когда ремонтируемая деталь не несет основной нагрузки. Обычно труднее ремонтировать трехслойные конструкции. Чаще всего при производстве сотовых конструкций и трехслойных панелей трещины или щели возникают как следствие небрежного обращения с материалами, особенно с тонкими наружными обшивками. При отсутствии надлежащего надзора цеховой рабочий сплошь да рядом сам без консультации с опытным специалистом «ремонтирует» вмятину, царапину или непроклей. Это приводит лишь к тому, что дефекты скрываются, а не устраняются. Недостаточно опытным рабочим, мало знакомым с материалами и ремонтными работами, нельзя поручать ремонт. Прежде чем допустить рабочих к ремонту частей и деталей, их необходимо проинструктировать и научить производить ремонтные работы.

Чтобы предотвратить концентрацию напряжений, царапины на наружной стороне обшивок сотовых конструкций зачищают наждачной бумагой. Для предотвращения коррозии на зачищенном участке металла его необходимо надлежащим образом обработать. Царапины глубже и протяженнее, чем это допустимо, ремонтируют так же, как дыры в наружной обшивке.

Вмятины в наружной обшивке иногда повреждают сотовый заполнитель и делают его неустойчивым на большой площади. Вмятины, где поврежден сотовый заполнитель, ремонтируют, подтягивая наружную обшивку, чтобы выровнять деталь по контуру. Затем поврежденный сотовый заполнитель заменяют заливочным компаундом, который укрепляет наружную обшивку и предотвращает ее прогибание.

Пробоины в наружных обшивках ремонтируют удалением поврежденной области. Если пробоина небольшая, скажем диаметром не больше 25 мм, ее можно отремонтировать.

Если обшивка повреждена на большом участке или если в ней есть пробоина диаметром больше 25 мм, но меньше 75 мм, ее можно отремонтировать наложением заплаты впотай или снаружи. Если же диаметр пробоины находится в пределах от 75 до 150 мм, то ее можно отремонтировать, поставив стеклопластиковый заполнитель. После укладки, можно создать прижим с помощью вакуумного мешка или механического приспособления и осуществить нагревание ламповым или электрическим нагревателем. При отверждении в вакууме ремонтируемый участок следует снабдить трубкой для отвода выделяющихся газов.

Правила техники безопасности. При приготовлении и отверждении клеев рабочий должен помнить о необходимости соблюдения правил техники безопасности. При работе с клеящими материалами нельзя забывать о следующих требованиях:

Люди, которые подвержены аллергии, не должны допускаться к работе с клеями.

Операторы и инспекторы должны все время помнить о важности соблюдения чистоты.

Рабочие места необходимо обеспечивать надлежащей санитарно-гигиенической защитой, а рабочих снабжать необходимыми моющими средствами.

Следует регулярно проводить осмотр рабочих мест и осуществлять постоянный надзор за технологическими процессами в интересах охраны здоровья рабочих.

Работник, пострадавший от вредного действия клеев, уже не должен возвращаться на прежний участок. Уход с работы опытного и хорошего специалиста по клеям дорого обходится предприятию. Есть основания полагать, что многие растворители, используемые в цехах склеивания, вредны для здоровья.

Источник

Ремонт повреждений металлических сотовых конструкций

Общие положения и рекомендации

В конструкциях планера современных самолетов широко применяются металлические клеевые конструкции с сотовым заполнением. Такие конструкции используются в виде съемных и несъемных панелей для обшивки хвостовой части крыла. Из них изготавливаются хвостовые части киля, стабилизатора, руля высоты, руля направления, агрегаты механизации крыла. Пример использования композиционных материалов в конструкции самолета Ил-96-300 приведен на рис. 2.

Сотовые конструкции представляют собой сочетание обшивок и сотового заполнителя, расположенного между ними. Обшивки изготавливаются из алюминиевых сплавов толщиной от 0,3 до 1,2 мм. Сотовый заполнитель представляет собой ячеистую конструкцию со стороной ячеек 2,5…3,5 мм и толщиной их стенок 0,15…0,30 мм.

Особенностью применения сотовых конструкций является их высокая чувствительность к сосредоточенным нагрузкам. В процессе эксплуатации появляются повреждения в виде вмятин, проколов, пробоев и отслоений в результате механических воздействий. Повреждения часто приводят к разгерметизации конструкции, попаданию влаги в отсеки, что в процессе дальнейшей эксплуатации увеличивает скорость развития повреждений.

Рис. 2. Применение композиционных материалов на самолете Ил-96-300:

1 — агрегаты механизации крыла (элероны, интерцепторы, тормозные щитки закрылков); 2 — створки шасси; 3 — служебные люки; 4 — зализы крыла; 5 — мотогондола (носовая часть, створки); 6 — пилон; 7 — воздухозаборный канал; 8 — сотовые панели и многослойные выклейки; 9 — сотовые панели пола

Наличие подобных неисправностей значительно снижает прочность элементов сотовой конструкции при воздействии статических и динамических нагрузок. Поэтому основным условием надежной работы изделий является систематический технический контроль их состояния, своевременное выявление и устранение возникших повреждений.

Для обеспечения длительной эксплуатации сотовых конструкций при техническом обслуживании необходимо выполнять следующие требования:

§ при работе на крыле и стабилизаторе не становиться ногами на участки поверхностей, выполненных из клеевых сотовых конструкций;

§ при обслуживании самолета необходимо предохранять обшивку сотовых конструкций от механических повреждений , не допускать ударов по сотовым конструкциям;

§ не допускать удаление льда с обшивки самолета скребками, методом постукивания и другими механическими способами;

§ с целью своевременного визуального обнаружения повреждений не допускать загрязнения обшивки сотовых конструкций;

§ при обнаружении любых нарушений целостности обшивок во избежание накопления влаги в сотах своевременно выявлять повреждения и принимать меры к их устранению.

Механические повреждения элементов сотовой конструкции в виде пробоин и проколов снижают прочность и, кроме того, образуют каналы для попадания влаги во внутренние полости сотов. При этом происходит ослабление клеевого соединения обшивки, сотов и каркаса, а также образование льда в условиях низких температур и разрушение конструкции. Поэтому любое нарушение целостности обшивки конструкции в виде даже точечных проколов должно быть устранено.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)

Источник

«Ремонт конструкций из полимерных композиционных L il материалов летательных аппаратов Ульяновск 2000 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ . »

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЕМОНТ КОНСТРУКЦИЙ

ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Рекомендовано Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области авиации, ракетостроения и космоса в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 551000 — Авиа- и ракетостроение и специальности 130100 — Самолето- и вертолетостроение Ульяновск УДК 629.735.33.015.4(075) ББК 39.5я Р Рецензенты: проф., доктор техн. наук В.И. Толмачев, доцент, канд. физ.-мат. наук К.Е. Никитин, канд. техн. наук В.И. Постнов.

Утверждено редакционно-издательским советом Ульяновского государственного технического университета в качестве учебного пособия.

Р 49 Ремонт конструкций из полимерных композиционных материалов летательных аппаратов: Учебное пособие. -Ульяновск: УлГТУ, 2000.-75 с.

ISBN 5-89146-137- Рассмотрены причины и виды дефектов конструкции из полимерных композиционных материалов, требования, предъявляемые к ремонту поврежденных конструкций и отремонтированным конструкциям. Приведены типовые технологические процессы ремонта конструкций из композитов. Рассмотрено оборудование, оснастка и инструменты, необходимые для выполнения ремонта.

Пособие разработано в соответствии с программой учебной д и с ц и п л и н ы «Технология изготовления конструкций из ПКМ» для студентов н а п р а в л е н и я 551000 и специальности 13.01.00 всех форм обучения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕМОНТУ ПОВРЕЖДЕННЫХ

СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

З.ТРЕБОВАНИЯ К ОТРЕМОНТИРОВАННЫМ КОНСТРУКЦЯМ

4.ВИДЫ ДЕФЕКТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

5.МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОЦЕНКИ ДЕФЕКТОВ

6.МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РЕМОНТА. ТРЕБОВАНИЯ,

ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

7.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РЕМОНТА КОНСТРУКЦИЙ ИЗ

ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

7.5.Устранение отслоений обшивки от сотового заполнителя 7.6.Восстановление обшивки из препрегов с одновременным 7.8.Устранение отслоений сотового заполнителя от каркаса 7.12.Устранение вмятин, проколов и односторонних пробоин 7.13.Устранение вмятин и односторонних пробоин размером

9.ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЯЖЕНИЯ

Ю.ГЕРМЕТИЗАЦИЯ МЕСТ РЕМОНТА И ВОССТАНОВЛЕНИЕ

ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ

11.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА

12.ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебное пособие входит в серию учебной литературы, посвященной технологии изготовления агрегатов из полимерных композиционных материалов (ПКМ) и сотовых конструкций. Ускорение научно-технического прогресса в авиации — это в первую очередь значительное расширение номенклатуры применяемых материалов и технологий. Большой эффективностью за счет снижения массы летательного аппарата и упрощение технологии его производства обладают современные высокопрочные ПКМ, угле-, стекло- и органопластики, а также сотовые конструкции. Увеличение объема их применения требует разработки новых и совершенствования существующих технологий ремонта. Кроме того, сотовые конструкции являются наиболее тонкостенными, выходящими на наружный контур летательных аппаратов. Они более других чувствительны к сосредоточенным нагрузкам, часто повреждаются от попаданий посторонних предметов. В процессе эксплуатации выявляются скрытые дефекты, которые не были обнаружены при производстве конструкций.

Поэтому основное условие при проведении ремонта в авиации — восстановление исходных данных прочностных и аэродинамических характеристик летательного аппарата. В полной мере это может быть достигнуто применением технологии постановки ремонтной детали (заплаты) с использованием препрегов, пленочных и пастообразных клеев с обеспечением необходимой температуры и давления для формования или приклеивания ремонтной детали, чему и посвящено настоящее учебное пособие. Рассматриваемые технологии изготовления ремонтной детали позволяют ее делать из тех же материалов с обеспечением заданной схемы армирования, что и применяемые на ремонтируемом агрегате. В некоторых случая,используя описанные технологические процессы ремонта и изготовив соответствующе оснащение, можно осуществлять ремонт конструкций,не снимая их с летательного аппарата^цехах сборки, на аэродроме и т.п.), что позволит снизить затраты и сократить цикл выполнения ремонта.

Отдельные технические решения,отраженные в учебном пособии, выполняемые при проведении ремонтных работ, могут быть использованы студентами в рамках курсового и дипломного проектирования при разработке технологических процессов изготовления конструкций из ПКМ и сотовых заполнителей в производственных условиях (применение гибких нагревательных элементов, воздушных мешков для создания местного давления, приспособлений для механической обработки ПКМ и сотового заполнителя и т.п.).

1.ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ОСОБЕННОСТИ

КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Особенности конструкций из ПКМ связаны с рядом факторов, определяющих их удельные прочность и жесткость. К таким факторам относятся:

структура ПКМ, технологические параметры изготовления ПКМ, условия эксплуатации, взаимодействие разнородных материалов, долговечность [1], Высокие удельные прочность и жесткость однонаправленного ПКМ позволяют создать элементы конструкции требуемых несущей способности и деформативности. В понятие структуры входит следующее: сочетание в пределах толщины элемента, скрепленных между собой за одно целое слоев с различной ориентацией волокон, соотношение в указанной толщине слоев с определенной ориентацией волокон относительно направления нагружения, порядок размещения по толщине элемента слоев с определенной ориентацией слоев. Для расчета характеристик многослойных ПКМ необходимо знать характеристики однонаправленного материала (слоя):

предел прочности при растяжении и сжатии в продольном и поперечном направлениях;

модуль упругости в продольном и поперечном направлениях;

предел прочности и модуль сдвига в плоскости слоя;

В практике проектирования элементов конструкций из ПКМ при комбинированном нагружении вся необходимая совокупность механических свойств может быть получена для структуры ПКМ, состоящей из трех видов слоев с ориентацией волокон — [0°/90°/±450]. Слой с ориентацией 0° дает ПКМ высокие механические характеристики в направлении оси X, те же функции в направлении оси Y выполняет слой с ориентацией в 90°, присутствие слоев с ориентацией в ±45° увеличивает характеристики сдвига материала в плоскости XOY.

Технологический процесс изготовления конструкции из ПКМ состоит из следующих этапов: получение препрега для каждого слоя, сборка слоев по заданной структуре, полимеризация многослойного ПКМ, а для трехслойных конструкций предусматривается сборка-склейка с заполнителем (сотовым, трубчатым и т.п.) или возможно одновременное формование обшивки со склеиванием с сотовым заполнителем. Видно, что многообразие технологических процессов изготовления конструкций из ПКМ, возможности отклонения параметров технологии от заданных приводят к разбросу механических свойств готовой конструкции, возможности появления микро- и макродефектов в поверхностном слое ПКМ и в целом в конструкции. Происходит адсорбирование в трещинах и порах влаги, а при циклическом воздействии влаги трещины развиваются.,и прочность ПКМ еще более снижается. Анализ процесса разрушения образцов из органопластика [2] позволил сделать вывод: при растяжении однонаправленного материала в направлении армирования потеря несущей способности сопровождается разделением волокон на отдельные единицы — фибриллы. Неоднородность связующего в ПКМ приводит к тому, что в процессе нагружения напряженное состояние отдельных частей органического волокна неравнозначно, а на границе этих частей возникают напряжения сдвига. В дальнейшем происходит прорастание межфибриллярных трещин в направлении нагрузки и расщепление композита. Расщепление сопровождается обрывом наиболее напряженных волокон и увеличением истинных напряжений в материале.

В трехслойных конструкциях с наружными и внутренними несущими слоями, выполненными из стеклопластика,при эксплуатации возможно появление одиночных макротрещин в несущем слое. Была проведена оценка влияния подобных дефектов на остаточную прочность трехслойных конструкций [3].

Выявлено, что разрушение данной конструкции носит хрупкий характер. В момент достижения предельного состояния в сечении с макродефектом напряжения сжатой зоны лежат в упругой области, так как модуль упругости композиции из-за жесткого наполнителя значительно больше минимального значения модуля стеклопластика. Оценка несущей способности оболочки производилась следующим образом. Было принято, что предельное состояние с дефектом в поверхностном слое наступает тогда, когда в одной наиболее нагруженной точке внутреннего слоя в области трещины напряжения достигают разрушающих сгтах. Поперечное сечение круговой цилиндрической оболочки относится к декартовым координатам YOZ,n вводится текущий полярный угол ф, отсчитываемый по часовой стрелке от положительного напряжения оси YOZ (рис.1 ). Обозначая радиус поперечного сечения через R, зону макро дефекта во внешнем слое стеклопластика 2/?0, при этом угол /?0 отсчитывается от отрицательного направления оси OY. Положение нейтральной оси отмечается координатой уо или соответствующим углом #0 • Макродефект в оболочке ориентируется в слабейшем направлении к предполагаемым нагрузкам — изгибающему моменту и продольной силе (рис.1 ). В момент разрушения оболочки в наиболее удаленной от нейтральной оси точке А (рис.1 ) деформация растяжению стеклопластика равна максимальной:

где E’lmin — минимальный секущий модуль стеклопластика;

разрушающие напряжения при растяжении.

При принятых допущениях деформации в сечении оболочки распределяются по закону:

Эпюра деформаций Эпюра напряжении Получим выражения для осевой силы и изгибающего момента сечения трехслойной оболочки с макротрещиной в наружном слое. Осевая сила сечения оболочки равна:

N= где Е> — секущий модуль упругости стеклопластика при растяжении;

8\ — толщина внутреннего слоя стеклопластика;

§2 — толщина наружного слоя стеклопластика;

Принимая запас прочности.

Изгибающий момент сечения оболочки относительно оси Z равен:

внимание (1), (4), (5), после интегрирования определяется изгибающий момент сечения оболочки:

На основании полученных выражений (6) и (8) приближенно определяется несущая способность трехслойной оболочки с макродефектом во внешнем слое при совместном действии изгибающего момента и продольной силы.

Относительный размер дефекта удобно определять параметром где Smp — величина трещины во внешнем слое, S -периметр рассматриваемого сечения с дефектом.

Остаточная прочность трехслойной оболочки с трещиной в наружном слое оценивается коэффициентом •:

где Мягед — предельный изгибающий момент при поверхностной трещине Smp;

М°ПРЕД — разрушающий изгибающий момент при отсутствии дефекта.

Были проведены экспериментальные исследования и сравнены расчетные данные с экспериментальными, причем последние на Ш-15% больше расчетных [3]. Это дает вероятность сделать заключение о том, что предполагаемый приближенный метод является достаточно эффективным для инженерных оценок остаточной прочности подобных конструкций на стадии проектирования и оценке ремонтных вариантов.

Было установлено [4], что проницаемость воды в предварительно ненапряженных линейно армированных стеклопластиках вдоль волокон почти на два порядка выше проницаемости в поперечном направлении. Причинами образования ослабленных связей, является возникновение удлиненных вдоль волокон локальных трещин, через которые проникает вода, неравномерность распределения усадочных напряжений в структуре и неоднородность процесса образования связей при градиенте температуры. Таким образом, снижение градиента температуры в зоне ремонта, обеспечение равномерности передачи давления в зоне ремонта и возможность изменения давления в течение всего хода технологического процесса ремонта конструкций из ПКМ по заданному режиму, в том числе определение момента времени, когда связующее имеет минимальную вязкость для возможности приложения максимального давления формования, является актуальным. Реализация данных требований позволит обеспечить заданное содержание наполнителя, снизить пористость материала, уменьшить усадочные напряжения и вероятность образования трещин, что повысит герметичность и влагостойкость доработанной зоны конструкции.

2.ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕМОНТУ

ПОВРЕЖДЕННЫХ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ПКМ

Как было отмечено ранее, в процессе эксплуатации летательных аппаратов возможны повреждения отдельных участков планера. В процессе ремонта силовые элементы с большими повреждениями нужно удалять. Замена поврежденного силового элемента в подавляющем большинстве случаев требует конструктивного изменения ремонтируемого участка. При этом меняются прочность, жесткость и устойчивость силового элемента, увеличивается масса конструкции и возникает опасность нарушения внешних обводов несущих поверхностей.

Значительные отклонения перечисленных параметров от исходных значений могут вызвать нарушение работоспособности отремонтированных участков и всего летательного аппарата в целом. Отклонение жесткости отремонтированного участка от исходной вызывает изменение величины упругой деформации в процессе полета и искажение геометрической формы внешних обводов, т.е. изменение аэродинамических характеристик и ухудшение летных качеств летательного аппарата. Как увеличение, так и уменьшение жесткости вызывает перераспределение нагрузки, вызывающее уменьшение выносливости перегруженного элемента.

Примером неправильного ремонта может служить замена части углепластиковой обшивки на стеклопластиковую с несоблюдением схемы армирования обшивки. При упругом растяжении панели на величину А 1 более жесткая углепластиковая обшивка воспримет во столько раз большую нагрузку, во сколько раз модуль упругости углепластика превосходит модуль упругости стеклопластика. Эта нагрузка будет передана на границе стыков обшивок^и напряжения в зоне стыка обшивки и ремонтной накладки (стеклопластик) возрастут примерно в то же число раз. За счет многократного повторения во время полета значительно возросшей нагрузки ремонтная стеклопластиковая заплата может разрушиться в месте соединения с жесткой углепластиковой обшивкой в зоне их стыковки. Из приведенного примера видно, что отклонение жесткости отремонтированного элемента от исходной приводит к перераспределению нагрузки. Перегруженные элементы могут в процессе эксплуатации летательного аппарата разрушаться. Поэтому при установке ремонтной заплаты необходимо обеспечить применение материалов (наполнитель и связующее), аналогичных ремонтируемой обшивке с обязательным сохранением схемы армирования наполнителя в обшивке согласно чертежу. Методы и способы обеспечения выполнения данных прочностных требований, предъявляемых к ремонтируемым зонам на агрегатах из ПКМ, будут отражены в технологических решениях настоящего учебного пособия.

Кроме того, очень важным моментом при выполнении ремонта является обеспечение равнопрочности и равножесткости ремонтируемого участка и агрегата в целом [5].

Характерной особенностью работы силовых элементов планера является то, что каждый из этих элементов воспринимает определенную нагрузку при заданной величине деформации. Наиболее распространенными являются растягивающие напряжения. Исходя из закона Гука видно, что величина нагрузки, воспринимаемая силовым элементом, зависит от величины относительного удлинения s и произведения модуля упругости (Е) на площадь поперечного сечения силового элемента (F). При одинаковом удлинении равенство нагрузок, воспринимаемых разными силовыми элементами, будет лишь при условии равенства произведений EF, которое называется жесткостью силового элемента.

При ремонте основным условием сохранения жесткости отремонтированного участка является соблюдение равенства EF = Ен FH. Величины Е и F этого равенства без индекса соответствуют модулю упругости материала и площади поврежденного силового элемента, а с индексом «н»- силовой (ремонтный) накладке. Таким образом, мы можем рассчитать потребную площадь поперечного сечения накладки:

Отремонтированный участок силового элемента при нагружении растягивающей нагрузкой может разрушиться в одном из пяти мест:

по ослабленному сечению обшивки;

по компенсирующей прокладке, вклеенной в зону доработки;

по стыку компенсирующей прокладки с обшивкой;

по зоне перехлеста ремонтной накладки с обшивкой;

по ремонтной накладке.

Если обозначить величины разрушающих усилий в указанных местах соответственно Pi,P2, РЗ ?4 и PS, получим условие равнопрочности приклеивания ремонтной накладки:

Соблюдение данного условия обеспечивает достаточную прочность отремонтированного участка и минимальное увеличение массы конструкции. Однако точное соблюдение условия равнопрочности выполнить очень сложно, поэтому при ремонте условие достаточной прочности выражается неравенствами:

Случай, когда Р2, РЗ, Р4 и PS значительно больше PI, означает излишнюю прочность и увеличение масс компенсирующей прокладки и ремонтной накладки, а также увеличение зоны приклеивания (нахлеста) ремонтной накладки.

Величина разрушающей нагрузки PI определяется по величине минимальной площади поперечного сечения Росл и предела прочности тв материала ремонтируемой обшивки:

где AF — уменьшение площади поперечного сечения обшивки за счет Аналогично можно найти величину разрушающей нагрузки Р2 :

где Рщ, — площадь поперечного сечения компенсирующей прокладки, сгвпр — предел прочности материала прокладки.

Из условия (1 1) и двух последних равенств находится необходимая величина предела прочности материала прокладки, вклеиваемой в дефектную зону, удовлетворяющая условию равнопрочности:

Определив сгвпр и зная материал, из которого она будет изготавливаться, можно определить схему армирования.

Величина разрушающей нагрузки Р3 определяется по формуле (15):

где FCT — площадь поперечного сечения стыковки компенсирующей егвм — предел прочности материала, которым стыкуется прокладка Из условия (1 1) и равенства (12) и (15) находится необходимая величина предела прочности материала, которым осуществляется стыковка, удовлетворяющая условию равнопрочности:

В практике материал, которым производится стыковка, является связующее препрега,из которого производится изготовление компенсирующей прокладки, соединение имеет недостаточно высокие прочностные показатели при сдвиге в тех случаях, когда оно применяется в качестве клея при соединении двух отвержденных обшивок или при соединении отвержденной обшивки и препрега. Кроме того, у данного соединения недостаточна сдвиговая прочность из-за соизмеримой длины соединения с толщиной обшивки. Для увеличения сдвиговой прочности, обеспечения равномерности передачи нагрузки предпочтительным является косое соединение ремонтируемой обшивки с компенсирующей заплатой. Расчет конфигурации косого соединения и технология его формирования будут рассмотрены далее в специальных разделах.

Величина разрушающей нагрузки Р4 определяется по формуле (17):

где FUEP — площадь поперечного сечения перехлеста О» ‘вм — предел прочности материала, которым соединяется Рассмотрев условие (11) и равенства (12) и (17), находим необходимую величину предела прочности материала, которым осуществляется соединение ремонтной накладки и обшивки:

Для обеспечения более равномерного распределения нагрузки на клеящий материал необходимо в последних слоях ремонтной накладки сформировать край в виде зубцов с учетом схемы армирования.

Величина разрушающей нагрузки Р5 определяется по формуле (19):

где FPH — площадь поперечного сечения ремонтной накладки;

сгврн — предел прочности материала ремонтной накладки.

Из условия (11) и равенств (12) и (19) находим необходимую величину предела прочности материала, из которого изготовляется ремонтная накладка:

Определив сгврн и зная материал, из которого она будет изготавливаться., можно определить схему армирования. При выборе схемы армирования за основу принимается существующая схема армирования ремонтируемой обшивки с возможным введением дополнительных слоев в определенных направлениях.

Технические условия на ремонт силовых элементов планера требуют сохранение не менее 90% их исходной прочности. Применение косого соединения компенсирующей заплаты с обшивкой и зубчатого окончания последних слоев ремонтной накладки позволяет обеспечить заданные требования при ремонтирование агрегатов из ПКМ.

З.ТРЕБОВАНИЯ К ОТРЕМОНТИРОВАННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ

Первое требование к ремонту любой конструкции заключается в восстановлении необходимой прочности и жесткости. Это не обязательно означает полное восстановление прочности исходного материала конструкции,,определяемой по прочности волокон на разрушение. Ко многим самолетным конструкциям предъявляются требования к динамической жесткости, стойкости и усталости, которые ограничивают расчетные значения предела прочности или предельной деформации до величины, значительно меньшей прочности материала на разрушение. Восстанавливаемая статическая прочность должна превышать расчетное значение предела прочности, по возможности максимально приближаться к прочности исходного материала конструкции в пределах, определяемых другими критериями. Реализованную технологию ремонта можно считать успешной, если достигнуто 90 % от прочности исходного материала.

Значение восстановленной жесткости должно быть приближено к значению жесткости исходного материала, т.к. значительное снижение или ее увеличение отрицательно влияют на характеристики всей конструкции.

Второе требование к ремонту конструкции заключается в обеспечении качества аэродинамической поверхности. При расчете конструкции самолета присутствует критерий аэродинамической гладкости, который допускает только небольшие изменения поверхности.

Для наиболее критических зон самолета допускаются неровности поверхности до 0,5 мм, хотя к некоторым зонам могут предъявляться еще более жесткие требования. Поэтому методы ремонта должны удовлетворять заданным требованиям.

При выполнении ремонтных работ необходимо, чтобы возрастание веса было минимальным, особенно это требование значительно при ремонте рулевых поверхностей.

Материалы, используемые для ремонта конструкций из ПКМ,после их технологической обработки должны быть совместимы с условиями окружающей среды. На прочность ПКМ наибольшее влияние оказывают два фактора:

изменения температуры и поглощение влаги. Выбор материалов и технологических процессов определяется требованием сохранения необходимой прочности при температурах от -60°С до +150°С в условиях влажной атмосферы.

Кроме того, необходимо учитывать, что реальный ремонт будет выполняться на материалах, которые эксплуатировались в течение некоторого времени и имеют повышенную влажность.

Применяемые материалы и методы ремонта должны обеспечить долговечность конструкции в течение всего срока эксплуатации самолета.

В реальной ситуации при проведении ремонта придется сделать выбор между ремонтом поврежденной конструкции на самолете или в условиях авиационных баз. Этот выбор, т.е. доступность ремонта, определяется такими факторами, как легкость съема поврежденной конструкции, время вынужденного простоя самолета, наличие запасных частей, возможность доступа к повреждению с двух сторон или только с одной стороны.

4. ВИДЫ ДЕФЕКТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИЧИНЫ ИХ

ВОЗНИКНОВЕНИЯ

При изготовлении конструкций из ПКМ имеет место большое число факторов, влияющих на их свойства. Многие из этих факторов взаимосвязаны. Разрушение, определяющее предел прочности конструкций, имеет прогрессирующий характер и возникает из-за местных дефектов и концентрации напряжений в материале [6].

Известно, что на прочность ПКМ влияет наличие пустот или газовых пузырьков, качество связи между наполнителем и полимерной матрицей, а также дефекты поверхности, нарушающие целостность и непрерывность армирования. Рассмотрим кратко каждый дефект.

Наличие пустоты в ПКМ приводит к снижению прочности при растяжении, сжатии из-за уменьшения поперечного сечения конструкции. Зависимость кажущейся прочности от объема пустот рассчитывается по формуле (21):

где а — кажущаяся прочность материала;

— прочность твердого вещества материала;

Полный объем материала равен сумме объема твердого вещества и объема пустот. Экспериментальные данные [6] показывают, что при объеме пустот в стеклопластике 5%, предел прочности при растяжении снижается в 1,15 раз, а при 10% соответственно в 1,25 раз.

Большое значение для механических свойств имеет прочность связи между волокнами наполнителя и полимерной матрицей.

Необходимо обеспечивать при выборе составляющих ПКМ и при изготовлении конструкций наличие химических связей между полимерной матрицей и волокном, а также механического «обжатия» волокон.

Однако, если не обеспечивается заданная влажность наполнителей при производстве препрегов и их хранении, то прочностные свойства пластиков значительно снижаются и приводят к дефектам в эксплуатации, т.к. нарушается связь между волокном и матрицей, обшивками и заполнителем.

Рассмотрим влияние дефектов поверхности на прочность конструкций.

Дефекты поверхности могут возникать при изготовлении конструкций, а также и при их эксплуатации. Данный вид дефектов нарушает целостность и непрерывность армирования. К дефектам поверхности относятся складки слоев наполнителя, места соединения краев одного или нескольких слоев наполнителя встык или внахлест, макроскопические трещины, царапины, надрезы и т.п.

Наличие складок приводит к уменьшению прочности при растяжении и сжатии, наличие поверхностных надрывов приводит к падению прочности при растяжении, расслоению обшивок, т.к. превышение предела прочности при сдвиге связующего приводит к отслоению концов разрезанных волокон, а в дальнейшем к полному разрушению конструкции.

Для оценки влияния дефектов на прочность конструкции необходимо знать, в каких условиях будет работать материал конструкции. Возможно, что один и тот же материал, имеющий некоторые дефекты, в одних условиях будет работать удовлетворительно, а в других — в нем могут развиваться имеющиеся дефекты.

Трещины в матрице являются концентраторами напряжений и влияют на прочностные характеристики, они развиваются быстрее, чем расслоение, могут иметь разветвления и приводят к резкому разрушению матрицы между слоями армирующего материала.

Таким образом, основными причинами разрушений (полных или частичных) ПКМ являются [8]:

разброс физико-механических и геометрических параметров матрицы и армирующего материала;

недостаточно хорошие адгезионные и когезионные характеристики матрицы и армирующего материала, клеевых материалов;

остаточные напряжения в матрице;

внутренние технологические микродефекты волокна, матрицы на границе раздела»волокно — матрица ‘(поры, трещины, расслоения, раковины, складки);

поверхностные дефекты (риски, царапины, складки, трещины, нахлесты препрега и др.).

Исходя из этого дефекты можно разделить на два класса: дефекты, не развивающиеся при работе конструкции из ПКМ, и дефекты, развивающиеся в процессе эксплуатации и вызывающие ухудшение эксплуатационных характеристик, а иногда приводящие к катастрофическим последствиям.

Наиболее часто встречающиеся дефекты конструкций из ПКМ показаны в табл. 1.

Виды дефектов конструкции из ПКМ и причины их возникновения

5. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОЦЕНКИ ДЕФЕКТОВ

Существующая технология изготовления конструкций из ПКМ и сотовых заполнителей не достаточно совершенна, поэтому, естественно, в них появляются дефекты, которые снижают прочность конструкций. Дефекты могут так же возникать из-за небрежности при эксплуатации конструкций.

Для повышения надежности изделий необходимы методы неразрушающего контроля (дефектоскопия), обеспечивающие выявление дефектов в конструкциях из ПКМ и сотовых заполнителей. Для контроля качества применяют главным образом методы, основанные на возбуждении в исследуемом агрегате упругих колебаний звукового или ультразвукового диапазона. К этим методам относятся: метод свободных колебаний многократных отражений, ультразвуковой теневой метод, акустический импедансный метод и т.д. Дефект в этом случае отмечается либо по изменению (уменьшению) фиксируемой прибором общей толщины проверяемой обшивки в зоне нарушения, либо по резкому изменению амплитуд резонансных пиков на экране дефектоскопа, обусловленному влиянием дефекта на коэффициент отражения упругих волн от границы раздела соединяемых элементов конструкции. Акустический импедансный метод, наиболее распространенный в промышленности, позволяет обнаружить зоны нарушения обшивки с элементами жесткости [9,10,11] (лонжероном, нервюрой и др.) и сотовым заполнителем. Для контроля и выявления размеров отслоений и расслоений импедансным акустическим методом используют приборы типа АДИ, ИД-91М [12]. На эффективность импедансного метода влияют те параметры конструкции, от которых зависит импеданс на участках с хорошим соединением и в зоне дефекта. К числу этих параметров относятся:

плотность материала обшивки;

суммарная жесткость соединяемых с обшивкой элементов конструкции;

суммарная масса внутренних элементов конструкции, приходящаяся на единицу поверхности конструкции;

размер ячейки, толщина и материал высота заполнителя.

При контроле многослойных конструкций со сплошным внутренним элементом (соединение обшивки с лонжером) уменьшение толщины, модуля упругости и плотности материала обшивки при прочих равных условиях влечет за собой повышение чувствительности метода. При увеличении толщины обшивки чувствительность метода снижается.

Акустический метод свободных колебаний основан на ударном возбуждении свободно затухающих упругих колебаний широкого диапазона частот в контролируемой зоне конструкции и регистрации изменения спектра применяемых сигналов. Метод является приборным вариантом метода простукивания, в котором человеческий слух заменен специальным приемником и спектроанализатором. Метод свободных колебаний применяют для контроля клееных многослойных конструкций с обшивками (из ПКМ) толщиной более 2, мм. Признаком наличия дефекта при контроле методом свободных колебаний является такое изменение спектра упругих колебаний конструкции в зоне контроля, при котором он смещается в область высоких частот, и наблюдается заметное изменение амплитуды принятого сигнала. Для контроля методом свободных колебаний используют приборы АД-5ЛЦ, АД-60С.

Ультразвуковой теневой метод основан на излучении и приеме высокочастотных колебаний, однократно прошедших через контролируемый объект.

Признаком дефекта является уменьшение амплитуды прошедшего сигнала.

Контроль осуществляется двухсторонним доступом к конструкции и строгим совпадением акустических осей излучателя и приемника. Теневой метод применяют для контроля слоистых пластиков и их соединений типа лист-лист с толщиной пакета до 20 мм, а также сотовых конструкций с толщиной до 15 мм.

Для контроля теневым методом используют приборы типа УД 2-16, УД-23УМ, УД2-12 с прямыми и катящимися преобразователями.

Выбор метода контроля осуществляют с учетом конструктивно-технологических особенностей контролируемой конструкции (сочетание материалов, толщин элементов, условий доступа, требуемой чувствительности к дефектам, состоянии поверхности и др.) и реальных возможностей типа прибора.

При анализе механических повреждений конструкций из ПКМ необходимо учитывать, что размер невидимого (внутреннего) повреждения может быть значительно больше внешнего (видимого) повреждения. Площадь дефектов измеряют с помощью сетки, нанесенной на трафарет из прозрачного материала.

В общем случае для выбора метода контроля необходимо руководствоваться следующими принципами.

Для выявления непроклеев типа расслоений в многослойных конструкциях с легким заполнителем в зависимости от толщины обшивки рекомендуется:

для обшивки толщиной 0,45. 1,5 мм — импедансный метод с совмещенным преобразователем;

для обшивки толщиной 1,5. 2,0 мм — один из вариантов импедансного метода или метод свободных колебаний;

для обшивки толщиной более 2,0 мм — метод свободных колебаний или ультразвуковой теневой метод.

Минимальный диаметр выявляемых дефектов 10. 30 мм.

В некоторых случаях при ориентировочной оценке наличия дефектов возможно осуществлять простукивание агрегата стальными палочками диаметром 6-8 мм, длиной 70-100 мм с закругленными торцами, ударяя ими с высоты 50мм по обследуемой зоне,или эбонитовым, текстолитовым молоточками. На участках, где есть отслоения или расслоения, звук более глухой.

В процессе эксплуатации агрегатов с сотовым заполнителем происходит накопление влаги, причем преимущественно за счет разницы давления воздуха на уровне земли и на высотах, где эксплуатируется изделие. При наличии повреждений обшивок или расслоений в процессе эксплуатации в сотовых конструкциях или отдельных зонах, соединяющихся с атмосферой, создается разряжение, из-за которого в агрегат на уровне земли засасывается атмосферный воздух с водяными парами, которые внутри агрегата конденсируются и накапливаются.

Зависимость давления воздуха от высоты над уровнем моря, температуры кипения воды от давления, температуры воздуха от высоты над уровнем моря показана на рис.2.

Наличие влаги в сотовых конструкциях может вызывать:

коррозию фольги сотового заполнителя из алюминиевых сплавов;

разрушение сотового заполнителя (или всего агрегата) при замерзании воды в холодное время года или на больших высотах;

отслоение обшивок на значительных площадях;

Определение наличия влаги в сотовых конструкциях и ее удаление является одной из важнейших задач ремонта. Наличие влаги может быть установлено визуально, по признакам, перечисленным ниже, а так/же рентгеновским или акустическим методами.

Визуально наличие влаги можно обнаружить по следующим признакам:

подтекание влаги в узлах навески, в стыках обшивок, в неплотностях между обшивкой и каркасом;

вспучивание обшивок в результате расширения замершей воды;

отслоение обшивки от сот.

Обнаружение влаги в дефектах, связанных с механическими повреждениями (проколы, пробоины, трещины ^производят с помощью полимерных полупрозрачных трубочек или жгутиков из фильтровальной бумаги, помещаемых в зону дефекта.

Обнаружение влаги в сотовых конструкциях возможно акустическим ударным методом с использованием специального дефектоскопа, по изменению периода колебаний ударного импульса. Настройка дефектоскопа производится по контрольным образцам, в которые вводятся различное количество влаги.

Т, °С (кипение воды) Рис.2. Зависимость давления воздуха от высоты над уровнем моря, температуры кипения воды от давления, температуры воздуха от высоты над уровнем моря Образцы должны иметь характеристики, аналогичные контролируемым конструкциям ( толщина и материал обшивки, высота и марка сотового заполнителя и т.д.). Данный метод позволяет не только определять наличие влаги, но и оценивать ее количественно, начиная с высоты столба 1 мм в зонах размером ( по площади) 1-2 ячейки.

При проверке агрегата на наличие влаги необходимо проконтролировать его на наличие отслоений обшивки от сотового заполнителя и каркаса.

Наличие влаги в агрегатах может вызвать коррозию металлических деталей, сотового заполнителя. Оценку коррозионного поражения проводят качественным и количественным химическим анализом [15]. Качественный химический анализ проводят для установления коррозионного поражения и определению его вида путем исследования продуктов коррозии. Наличие в продуктах коррозии ионов металлов различных частей корродирующей детали свидетельствует об их коррозии, а наличие ионов отдельных составляющих его — об избирательной коррозии. Однозначность результатов анализа достигается применением специальных реагентов, которые с ионами соответствующих металлов дают соединения определенной окраски.

Для взятия пробы сначала жирным карандашом или восковой палочкой проводят на детали круг диаметром 8-12 мм. На ограниченный участок наносят две-три капли раствора для снятия продуктов коррозии. Раствор перемешивают в течение 1-2 минут, переносят на стекло. При наличии нехрастворившихся продуктов коррозии добавляют каплю раствора соляной или азотной кислоты (1:1). Раствор анализируют, чтобы выявить компоненты, определяющие наличие коррозионного поражения.

Количественный анализ проводят для установления степени коррозионного поражения, средней скорости коррозии, глубины проникновения коррозии, уменьшения толщины покрытия.

6.МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РЕМОНТА.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

Выбор марок материалов ( препрегов, клеев, сотовых заполнителей ) для проведения ремонтных работ зависит от вида и размеров дефекта, конструкции агрегата, условий эксплуатации изделия и условий проведения ремонта.

Выбранные материалы должны обеспечить выполнение следующих ремонтных работ:

заполнение пустот в агрегатах, возникших в результате небольших механических повреждений;

заполнение небольших объемов в сотовом заполнителе при ремонте отслоений «обшивки-соты»;

вклеивание вставок сотового заполнителя;

устранение расслоений обшивок;

изготовление слоев внутренних заплат («пломб») и внешних заплат.

С целью максимального восстановления прочности конструкции для проведения ремонтных работ необходимо применять марки материалов, из которого была изготовлена ремонтируемая конструкция.

В современном авиастроении для изготовления конструкций из ПКМ и сотовых заполнителей применяются следующие препреги и клеевые композиции:

препреги на основе углеродных лент (тканей), стекло- и органотканей на связующих ЭДТ-69Н, УП-2227, ВОТ, ЭБСМ;

клеевые препреги на основе пленочных клеевых материалов и связующих ВК-36, ВК-36Р, ВК-41, ВК-51 и ЭДТ-69Н;

клеевые пленочные материалы ВК-36, ВК-36Р, ВК-41, ВК-51,ВКВ-3;

пастообразные клеевые материалы ВК-9, ВК-27, ВКВ-9.

Таким образом, выбор конкретного материала для проведения ремонта зависит от того, из каких марок материалов были изготовлены ремонтируемая конструкция. При выборе материалов необходимо учитывать также и температурные условия эксплуатации конструкции. Допустимая температурная область применения клеев и связующих, а также технологические режимы отвержде ния указаны в табл.2.

Клеи и связующие, применяемые при ремонте ПКМ вспенивающийся) (пастообразный, вспенивающийся) На основе клеев ВК-36, ВК-36Р, ВК-51, связующего ЭДТ-69Н могут быть изготовлены клеевые препреги, что позволяет произвести одновременное формование и приклеивание заплаты к ремонтируемой зоне.

Все материалы, применяемые для ремонта, подлежат перед применением контролю при поступлении в производство, а так/же после истечения гарантийного срока хранения.

При контроле материалов из всех параметров7характеризующих материалы,обязательно проверяются важнейшие параметры, обеспечивающие качество ремонта. Для связующих материалов такими параметрами являются: вязкость, концентрация, содержание сухого остатка; для препрегов — содержание связующего, содержание летучих веществ, содержание растворимой смолы; для пленочных клеевых материалов — прочность при сдвиге, прочность при отрыве клеевого соединения сотового заполнителя с обшивкой, текучесть; для пастообразных клеев — прочность при сдвиге, жизнеспособность и т.д.

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РЕМОНТА КОНСТРУКЦИЙ

ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ремонт в производственных условиях имеет целью восстановление эксплуатационных характеристик агрегатов. Для обеспечения качественного ремонта необходимо выполнить комплекс подготовительных работ, обеспечивающих температурно-влажностный режим в помещении (температура не ниже +18°С, относительная влажность не выше 75%).

При подготовке к устранению конкретного дефекта необходимо:

определить зону повреждения;

определить границу повреждения;

определить толщину обшивки, её состав и тип заполнителя в зоне ремонта;

подобрать соответствующие методы работы, оборудование, оснастку, материалы;

изучить правила безопасности работ.

Перед выполнением ремонта зона работ должна быть очищена от загрязнений на 350 мм кругом от края дефекта. Установка заплат на ремонтируемую зону может быть выполнена по двум схемам: приклеивание заранее изготовленных заплат и формование заплат из слоев препрега в специально вырезанном в обшивке углублении с частичной заменой (при необходимости) заполнителя. Вторая схема является более предпочтительной, так как позволяет восстанавливать до 91% исходной прочности [14].

Для определения степени пригодности агрегатов из ПКМ к эксплуатации все имеющиеся на них дефекты, а также выполненный ремонт надлежит наносить на схемы агрегатов с указанием приблизительного контура дефекта, его вида, размеров и расстояния до кромки агрегата. Схемы сохраняются в течение всего срока эксплуатации агрегатов.

Технологический процесс ремонта агрегатов начинается с выполнения операции разметки дефектных зон, которая осуществляется графитовыми карандашами, цветными стержнями по ЛКП. Затем производится разметка ремонтируемой зоны агрегата, которая ограничивается плавными линиями с минимальным радиусом кривизны 10 мм. Контур вырезаемого участка отстоит не менее чем на 8-10 мм от повреждения. Проведение дальнейших технологических операций зависит от вида дефекта, поэтому нами будет рассмотрено выполнение ремонта всех видов дефектов согласно классификации [ 14 ], приведенной в табл. 1.

7.1.Устранение царапин Устранение царапин в матрице, которые не затрагивают наполнитель, производится нанесением шпателем клея ВК-9 (или ВК-27) на предварительно обработанный мелкой наждачной бумагой дефектный участок на ширине 5 мм на всю глубину царапины. На зону ремонта прикатывается пленка из фторопласта, устанавливается пластина толщиной 0,3-0,5 мм, груз и проводится отверждение клея по режимам, указанным в табл.2. Устранение неглубоких царапин (глубина менее 25% толщины обшивки) производится по следующей технологии:

удаляется зашкуриванием лакокрасочное покрытие из зоны ремонта согласно разметки;

обрабатывается мелкой наждачной бумагой участок шириной 10-15 мм на всю длину царапины и на половину ее глубины;

зашкуривается наждачной бумагой царапина на всю глубину при ширине примерно 5 мм и зона 25-30 мм кругом царапины. После удаляется чистой сухой кистью пыль с дефектной зоны;

изготавливаются и приклеиваются (приформовываются) 1-2 слоя препрега (можно использовать стеклоткань, пропитанную клеем ВК-9 или ВК-27 без наполнителя) в зависимости от глубины царапины. Нахлест препрега в обе стороны от царапины не менее 60 мм;

технология приформовывания слоев препрега будет рассмотрена позже при описании технологического процесса ремонта отслоений обшивки от сотового заполнителя и пробоин агрегатов с частичной заменой обшивки.

Устранение глубоких царапин производится аналогично устранению трещин.

7.2.Уохранение расслоений Технологический процесс устранения расслоений обшивки зависит от места его обнаружения. Расслоения могут быть по периметру или по полю обшивки.

При обнаружении расслоения по периметру обшивки его устраняют следующим образом. Первоначально очищается дефект от старого связующего наждачной бумагой или тонкой пластиной с насечками. Зашприцовывается клей или связующее с помощью шприца (при необходимости можно подогреть до температуры 40-50 °С), плотно сжимается зона ремонта вручную. Удалив излишки связующего или клея салфеткой, смоченной в ацетоне, собирается технологический пакет из антиадгезионной пленки (фторопластовая, полипропиленовая), нагревателя, термопары, цулаги, теплоизолятора. С противоположной стороны укладывается (к обшивке) пористая резина и сверху на нее металлическая пластина. Устанавливаются струбцины с тарированной затяжкой и проводится соответствующий режим отверждения связующего или клея.

Устранение расслоений по полю обшивки осуществляется сверлением отверстий в зоне ремонта (рис.3). В отверстия устанавливаются гайки-пистоны, предварительно обезжиренные в бензине и ацетоне. Сушка после обработки каждым растворителем не менее 15 мин при комнатной температуре. Перед сборкой винт и пистон обмазываются клеем (например ВК-9). Излишки клея удаляются аккуратно. Длина винта должна быть меньше высоты сотового заполнителя в зоне ремонта. Через отверстия в гайке — пистоне зашприцовывается клей и устанавливается винт. Проводится режим отверждения клея.

Рис.3. Ремонт расслоений с установкой гаек-пистонов 1 — ремонтируемый агрегат; 2 — клей, зашприцованный в зону ремонта;

3 — винт, установленный в гайку-пистон; 4 — расслоившаяся обшивка;

5 — гайка-пистон; 6 — расслоение Т.З.Устранение отслоений В трехслойных конструкциях из ПКМ с сотовым заполнителем возможны следующие отслоения:

отслоение обшивки от сотового заполнителя;

отслоение сотового заполнителя от каркаса;

отслоение обшивки от каркаса.

Технологические приемы по устранению указанных отслоений отличаются друг от друга, поэтому рассмотрим отдельно каждый вид отслоений. Однако общей технологической операцией, предшествующей любому виду ремонта, является удаление влаги из сотовых конструкций, что и будет рассмотрено ниже.

7.4.Удаление влаги из сотовых конструкций Влага накапливается в местах агрегата, где имеются механические повреждения, а также в местах агрегата вблизи узлов навески и стыках нервюр с лонжером. После проведения контроля на наличие влаги в агрегате, в зонах,где она была обнаружена, а также в зонах механических повреждений и отслоений выполняется комплекс работ по удалению влаги. Технологические приемы и оснащение незначительно отличаются друг от друга независимо от того,в какой зоне производится удаление влаги (обшивка — сотовый заполнитель; каркас сотовый заполнитель). При удалении влаги из зоны «каркас — сотовый заполнитель» вскрываются технологические отверстия в деталях каркаса, а при наличии анкерных или колпачковых анкерных гаек в каркасе через их отверстия протыкается или просверливается вспенивающаяся клеевая композиция на глубину в сотах не более 10 мм (диаметр отверстия составляет 2-2,5 мм). При удалении влаги из зоны «обшивка — сотовый заполнитель» рассверливаются отверстия диаметром 3,6-ь 3,8 мм в шахматном порядке с шагом 60 мм. На технологические отверстия и в анкерные гайки устанавливаются штуцеры (рис.4) для подключения к вакуумной системе. Штуцеры на агрегате закрепляются с помощью герметика (ВИКСИНТ У-2-28, ВГО-1 и т.п.) или резиновых уплотнительных колец. Штуцеры могут быть изготовлены из прозрачных материалов для визуального наблюдения за процессом удаления влаги.

Агрегат помещается в дренажные слоя из ткани,и собирается вакуумный мешок (рис.5). Собранный технологический пакет помещается в термокамеру или устанавливается снизу система нагрева. Создается под мешком, в дефектf\ ной зоне, разрежение 0,ОЗМПа (0,3 кгс/см ) и поднимается температура в зоне ремонта до (90±5)°С со скоростью 2 градуса в минуту. Выдерживается агрегат под разряжением и нагревом в течение 6. 8 часов, сняв вакуум,охлаждается агрегат до 40°С. Повторно проверяется агрегат на наличие влаги. При повторном обнаружении влаги выпаривание влаги повторяется, а при ее отсутствии можно приступить к ремонту агрегата.

Рис.4. Установка штуцеров в детали каркаса и обшивку для удаления влаги : а) в каркас агрегата; б) в обшивку 1 — штуцер для удаления влаги; 2 — резиновая прокладка;

3- стенка лонжерона; 4 — вспенивающаяся композиция;

5 — сотовый заполнитель; 6 — анкерная гайка; 7 — ось;

8 — герметик; 9 — гайка; 10 — обшивка с отверстием Рис.5.Схема подключения вакуумных насосов для удаления влаги 1 — трубка?соединеная с вакуумным ( или эжекторным ) насосом; 2 — стандартные элементы ( крестовина, тройник), 3 — штуцер, прикрепленный к отверстию в дефектной зоне;

4 — вакуумный мешок; 5 — дренажный слой; 6 — ремонтируемый агрегат; 7 — трубки для отсасывания паров воды; 8 — штуцер, установленный на вакуумный мешок; 9 — трубка, подсоединяющаяся к вакуумному насосу 7.5.Уохранение отслоений обшивки от сотового заполнителя Отслоение обшивки от сотового заполнителя на агрегатах, не испытывающих акустических и вибрационных нагрузок и не имеющих специального назначения,устраняется зашприцовкой клея в дефект и установкой заглушек из алюминиевого сплава (если обшивка из стеклопластика) или из титана (рис.6 ).

Отверстия под зашприцовку клея и установку заглушек сверлятся в шахматном порядке с шагом 20 мм, если дефект шире 40 мм. Глубина сверления 3-5 мм.

После сверления отверстий удаляется из зоны обработки пыль и стружка пылесосом.

Рис.6. Ремонт отслоений с установкой заглушек типа «Винт» 1- ремонтируемый агрегат; 2 — клей, зашприцованный в зону ремонта; 3 — заглушки; 4 — отверстие в стенке сот для При ремонте агрегатов, находящихся в зоне возможного попадания на них нагретых газов от двигателя, зашприцовка производится с использованием клеев,имеющих повышенную теплостойкость.

Заглушки в условиях стоянки самолета можно устанавливать только на нижние поверхности, т.к. их установка проводится одновременно с зашприцевкой клея в дефект. При необходимости установки заглушек на верхних поверхностях агрегата он должен быть демонтирован с самолета. Для обеспечения равномерного и полного распределения клея по всей поверхности дефекта между обшивкой и сотовым заполнителем, выполняется дренажирование стенок сотового заполнителя специальным приспособлением (рис.7). Отверстия в стенках сот должны иметь круглую форму и располагаться на расстоянии 0,5.

1,5 мм от просверленной обшивки.

Рис.7. Схема дренажа сотового заполнителя перед зашприцовкой клея 1 — приспособление для дренажирования; 2 — сотовый заполнитель;

3 — обшивка ремонтируемого агрегата; 4 — отверстие; 5 — дренажные каналы в сотовом заполнителе Подготавливается заглушка к установке в агрегат (укорачивается, обезжиривается)^ производится зашприцовка клея в отверстие в агрегате. Для ремонта в основном применяются пастообразные клеи типа ВК-9, ВК-27. Они обладают высокой вязкостью,и для нагнетания их в агрегат должны применяться специальные шприцы. Наибольшее применение нашел шприц с винтовым штоком, обеспечивающий нагнетание холодных пастообразных клеев (рис.8 ). Он заполняется свежеприготовленным клеем, затем наконечник шприца вводится в отверстие дефектами клей выдавливается поворотом рукоятки. Зашприцовка клея прекращается при резком возрастании давления (усилия) шприцевания или при появлении клея из соседних отверстий. После окончания работы шприц должен быть обязательно промыт от остатков клея.

Рис.8. Шприц с винтовым штоком 1- рукоятка; 2 — винтовой шток; 3 — накидная гайка; 4 — корпус Сразу после зашприцовки устанавливается в отверстие заглушка, не допуская перекоса. Потеки клея удаляются х/б салфеткой, смоченной в ацетоне.

Головки заглушек укрепляются липкой лентой, и обеспечивается режим отверждения клея. При необходимости нагрева на зону ремонта помещается нагреватель,собирается технологический пакет и воздушный мешок, обеспечивая давление 0,05. 0,1 МПа (0,5..Л,0 кгс/см ),и проводится отверждение клея согласно режимам, указанным в табл.2. Технологические приемы для обеспечения нагрева зоны ремонта рассматриваются в разделе «Нагрев зоны ремонта».

После проведения режима отверждения клея визуально контролируется качество установки заглушек. Наличие расслоений и отслоений контролируется дефектоскопом или простукиванием.

Отслоение обшивки от сотового заполнителя на агрегатах специального назначения (агрегаты механизации крыла, агрегаты хвостового оперения, створки шасси и т.п.) необходимо ремонтировать удалением обшивки в зоне дефекта с последующим ее формованием из препрегов и пленочных клеев, а при необходимости (например, наличие коррозионного поражения металлического сотового заполнителя или повреждение) выполнить замену сотового заполнителя. Технологический процесс восстановления дефектной обшивки является достаточно сложным и ответственным, поэтому его мы рассмотрим в следующем разделе.

7.6. Восстановление обшивки из препрегов с одновременным ее приклеиванием к сотовому заполнителю После выполнения разметки дефектной зоны на агрегате производится удаление дефектной обшивки. Удаление дефектной обшивки производится с использованием фрез концевых твердосплавных диаметром 5-г 12 мм и сверлильных машин мод. СМ21-9-1000,а также алмазных кругов, установленных на специальных отрезных пневматических машинах. Приспособление для мехобработки ПКМ оснащается встроенными пылесосами с использованием устройств эжекторного типа, работающих от сжатого воздуха и создающих разряжение около 0,03 МПа для удаления пыли в процессе работы.

При работе с режущим инструментом систематически, не реже 1 раза в минут непрерывной работы, проверяется заточка инструмента. Затупление режущих кромок — не более чем на 0,15 мм. На поверхности радиусов сопряжения могут образоваться кромки, которые устраняются абразивными шлифовальными кругами типа ПП : связка «К»- керамическая, зернистость 50,40.

Для получения требуемого радиуса сопряжения подбираются круги соответствующего диаметра. В процессе работы на круге может образоваться налет темного цвета («засаливание»), который удаляется чисткой абразивными брусками.

Для подготовки алмазного инструмента к работе проводится вскрытие его алмазных зерен на режущей поверхности методом травления в 10% водном растворе хлорного железа в течение 20-25 минут или производится вскрытие алмазных зерен шлифовальными брусками типа БКВ, БП на керамических связках с абразивным зерном карбида кремния зеленого 63С,зернистостью 16, ^твердостью СМ при рабочей скорости.

Для обеспечения более высокой прочности соединения восстанавливаемой обшивки толщиной более 0,4 мм выполняется скос под углом 1-3° в ней по всему периметру. Вырезка скосов в обшивке производится с применением пневмомашин и абразивных кругов (рис.9 ). Для обеспечения заданного угла скоса на поверхности пневмомашины укрепляются хомутики из мягкого материала, толщина которого определяется по формуле (22) [14] где h — толщина хомутика;

L — расстояние от конца абразивного круга до хомутика;

R — радиус окружности абразивного круга;

R — радиус окружности корпуса пневмомашины.

Рис.9. Обеспечение заданного угла скоса а в обшивках:

1 — пневмомашинка; 2 — обрабатываемая обшивка;

3 — дополнительный упор; 4 — абразивный круг;

5- внутренняя кромка выреза в обшивке При выполнении скоса не допускается смещение внутренней кромки отверстия в обшивке. Для более точной обработки скосов желательно на поверхности дрели укрепить дополнительные упоры.

После удаления дефектной обшивки проверяется состояние сотового заполнителя. Обращается особое внимание на наличие следов коррозионного поражения алюминиевого сотового заполнителя, отсутствие повреждения торцов граней ячеек сотового заполнителя, разрывов в местах стыковки сотового заполнителя и т.п. При несоответствии требованиям, предъявляемым к сотовому заполнителю5его удаляют. Для этого вырезается ножом поврежденный участок сотового заполнителя, линия реза по возможности должна быть простой формы. При использовании металлического сотового заполнителя прикатываются по линейке боковые поверхности в вырезе сотоблока согласно рис.10.

Рис.10. Прикатка граней металлического сотового заполнителя 1-ремонтируемый агрегат; 2-линейка; 3 — пластина Удаляются с поверхности противоположной обшивки остатки сотового заполнителя, вспенивающегося и пленочного клеев осторожно,не повредив обшивку.

Проводятся работы по удалению влаги (независимо от того, был а ли разгерметизация агрегата), т.к. в неметаллических деталях в процессе эксплуатации накапливается влага (до 1% по массе). Удаление влаги проводится лампами накаливания или медицинскими рефлекторами. Расстояние от нагревательных устройств до зоны ремонта выбирается требованием обеспечения на поверхности температуры 60-70°С, а время нагрева рассчитывается из расчета час на каждые 0,3мм толщины материала обшивки.

Дополнительные работы по замене поврежденного сотового заполнителя заключаются в подборе и подгонке сотового заполнителя и его последующей вклейки в дефектную зону. Подбор сотового заполнителя зависит от того, из какого материала он изготовлен (алюминиевые заполнители, соты ПСП или ССП).

При замене металлического сотового заполнителя увеличивается размер заготовки на 5-8 мм на величину подмятая, а для неметаллического сотового заполнителя подмятие не производится, а размер заготовки строго соответствует контуру удаленного участка. Кроме того, учитывается направление расположения листов фольги, бумаги или стеклоткани в ремонтируемом сотоблоке. При ремонте клиновидных агрегатов высота вставки сот принимается на 1-2 мм больше, чем высота удаляемого участка (для последующей подгонки), а для панелей постоянной высоты высота сотовой вставки равняется высоте удаляемого заполнителя или больше на толщину удаленной обшивки. Соты ПСП и ССП перед использованием просушиваются при температуре 110°С в течение 1 часа.

После подгонки вставки сотового блока выполняется обезжиривание склеиваемых поверхностей, причем обезжириваются только металлические поверхности и сотовый заполнитель из алюминиевых сплавов. Обезжиривание сотового заполнителя производится в специальной ванне чистой жесткой волосяной кистью, смоченной в бензине, а затем в ацетоне, с сушкой после обработки каждым растворителем не менее 15 минут. Обезжиривается также и боковая поверхность на металлическом сотовом заполнителе ремонтируемого агрегата, куда вклеивается вставка сот.

Раскраивается заготовка пленочного клея и прикатывается в зону ремонта к обшивке, удалив первоначально защитную бумагу, а после прикатки защитную полиэтиленовую пленку, а к боковой поверхности сотового заполнителя вставки прикатывается вспенивающаяся клеевая пленка ВКВ-3. Установив вставку сотозаполнителя в дефектную зону, прогревается через сотовый заполнитель пленочный клей с помощью рефлектора до температуры 50-60°С,и максимально вдавливаются соты в клей нажатием руки. Не допускается смятие заполнителя вставки. Фиксируется вставка липкой лентой, устанавливая ее на обшивке крест-накрест. Если агрегат имеет сложный контур или значительный размер дефекта, то желательно предварительно приклеить сотовый заполнитель, проверить наличие его выступания над поверхностью агрегата, и если это наблюдается, то удалить согласно разделу 7.13. После выполнения подготовительных работ по вклеиванию и подгонке вставки сотоблока можно приступить к изготовлению заплаты из отдельных слоев препрега. Для изготовления заплаты используются как предварительно изготовленный препрег на связующем, так и клеевой препрег, изготовленный из пленочных клеев горячего отверждения или пастообразных клеев холодного отверждения. Изготовление препрегов на связующих рассматривается в специальных курсах, посвященных технологии изготовления конструкций из ПКМ, а мы рассмотрим изготовление препрегов из клеев непосредственно на месте ремонта. Для изготовления препрегов используется сухая углеродная лента, стекло- и органоткани, переложенные пленочными клеями ВК-36, ВК-41 или ВК-51 с соотношением слоев ленты (ткани) и клеевой пленки 2:1. Полученный препрег выкладывается на ремонтируемый агрегат через слой пленочного клея и формуется по режиму отверждения пластиков (см.табл.2 ). Режимы отверждения препрегов соответствуют режимам отверждения клеев, использованных для их изготовления. Возможно получение препрега путем нанесения расплава соответствующего клея на сухую ленту или ткань, а также опрессовкой ленты, ткани соответствующим клеем, путем прокладки ткани, ленты и клеевой пленки между слоями пленки (полипропиленовой или фторопластовой). Режим опрессовки:

температура — 80°С (клеи ВК- 41, ВК — 51) или 100°С (клей ВК-36).

При этом ориентировочное содержание связующего в препреге составляет 35 — 40% по массе.

Для изготовления препрега холодного отверждения один слой ткани, ленты укладывается на антиадгезионную пленку (полиэтиленовую). На ленту или ткань наносится неметаллическим шпателем свежеприготовленный клей до тех пор, пока наполнитель не пропитается клеем со стороны антиадгезионной подложки.

Заплата из отдельных слоев препрега, изготавливаемая на месте ремонта, состоит из двух частей: внутренней заплаты и внешней заплаты. Внутренняя заплата имеет форму круга или овала и предназначена для выравнивания заподлицо обшивки агрегата в зоне ремонта. Внешняя заплата в виде правильного или вытянутого восьмиугольника, дополняющая внутреннюю, предназначена для обеспечения работы под нагрузкой волокон наполнителя обшивки агрегата. Нахлест внешней заплаты по отношению к внутренней составляет от до 350 мм в зависимости от нагруженности агрегата и величины зоны ремонта, при этом обеспечивается плавный сход слоев внешней заплаты с шагом 5- мм. Раскрой заготовок заплаты (внутренней и внешней) производятся по выкройкам из плотной бумаги. По выкройкам из бумаги вырезаются слои заплаты из препрега. Защитные слои с препрега удаляются непосредственно перед выкладкой препрега. Количество слоев внутренней заплаты рассчитывается по формуле (23):

где п — количество слоев препрега;

5oS- толщина обшивки;

6и — толщины монослоя ткани или ленты, используемой для ремонта (без учета толщины клея, если используется клеевой препрег).

Последующий слой препрега должен отличаться от предыдущего на величину, учитывающую наличие скоса выемки в обшивке. Сборка заплаты производится отдельно на антиадгезионной пленке, теплостойкость пленки должна соответствовать температуре отверждения используемого клея или препрега.

Схема сборки и установки заплаты из слоев препрега показана на рис.11. Размер наименьшей заготовки не менее чем на 2,5 мм превышает наименьший размер отверстий в ремонтируемой обшивке.

Равномерность нахлеста слоев препрега рассчитывается по формуле (24):

где b — величина нахлеста;

1 — длина скоса углубления в обшивке;

п — число слоев, образующих внутреннюю заплату.

Направление нитей основы наполнителя определяется по чертежу на агрегате, а при отсутствии данных выдерживается симметричная выкладка, например, 0°, 90°, ±45°, +45°, 90°, 0° и т.д.

Направление 0° вдоль лонжерона или вдоль длины агрегата.

1- ремонтируемый агрегат; 2 — вставки сотоблока;

3 — вспенивающийся клей; 4 — слои внутренней заплаты (пломба);

5 — пленочный армированный клей; 6 — слои внешней заплаты;

Перед установкой заплаты на зону ремонта укладывается пленочный клей, совместимый со связующим, которым пропитан препрег (например, клеевая пленка ВК-51 и связующее ЭДТ-69Н), использованным для изготовления заплаты. После сборки и изготовления заплат проводится технологический процесс отверждения заплат и приклеивания их к сотовому заполнителю при температуре и избыточном давлении.

7.7. Расчет конфигурации косого соединения При косом соединении внутренней заплаты с ремонтируемой обшивкой нагрузка передается через клеящий материал со сдвигом, поскольку длина косого соединения велика по сравнению с толщиной слоистого материала. С уменьшением толщины одной составляющей сборки (например, исходного материала конструкции), толщина другой составляющей (пломбы) возрастает. Для анализа передачи нагрузки возможно применение метода, основанного на предположении, что в любом месте каждой составляющей сборки нагрузка пропорциональна продольной жесткости. Этот метод учитывает различную природу слоистых материалов и дает удовлетворительное описание сдвига в месте соединения, в конце каждого слоя со стороны соединения. Рассмотрим косое соединение, выполненное вровень с поверхностью, что очень важно для обеспечения аэродинамических качеств мест ремонта, и состоящее из идентичного материала с таким же количеством слоев. На рис.12 показано косое соединение и распределение нагрузок относительно сдвига в 16-слойном материале с укладкой [(0/±45/90)2] 2 и в исходном материале конструкции.

Рис.12. Анализ распределения сдвига для косого соединения 1- исходная обшивка конструкции; 2 — клеевой материал;

3- пломба: 5- толщина материала, b — ширина косого соединения, Распределение жесткости в обоих слоистых материалах является ф у н к ц и я ми распределения слоев материала и у п р у г и х свойств слоя. Если п р и н я т ь за толщину слоя единицу, то можно определить относительное значение жесткости Еп для каждой составляющей сборки суммированием относительных значений Е в каждой точке косого соединения; при этом толщина на приращение соединения возрастает на один слой. Зная Еп каждой составляющей сборки, находим полное Еп и определяем относительную нагрузку в одной из составляющих на основе предположения о том, что нагрузка в каждой составляющей пропорциональна частному от деления Еп составляющей сборки на полное значение Е п.

Разница в нагрузке в двух смежных точках определяется как среднее относительное сдвигающее нагружение F для приращения, а именно(25):

На диаграмме, относительного сдвига (рис.12.) видно, что более сильный сдвиг появляется на тех «ступеньках» косого соединения, которые образованы слоями более тонкой составляющей, ориентированными в направлении 0°.

Прочность соединения обратно пропорциональна максимальному относительному сдвигу:

Fmax — максимальный относительный сдвиг.

Реальное соединение не похоже на изображенное на рис.12, самое важное заключается в том, что пломба отверждается вместе с исходным материалом конструкции, и поэтому скос пломбы выполняется ступеньками, при этом каждый последующий слой длиннее предыдущего. Совместное термоотверждение позволяет решить проблему подгонки пломбы, поскольку слои легко принимают форму выемки несмотря на то, что слои пломбы не скашиваются, равномерная передача нагрузки происходит через конец слоя длиной » А Х «. Косое соединение, выполненное точно с обеими поверхностями, короче решить задачу снижения максимального относительного сдвига с целью увеличения прочности соединения. Одним из способов является увеличение длины скоса, т. к. более длинный скос уменьшает среднее напряжение сдвига на любой ступеньке соединения, поскольку ступенька будет длиннее. Однако фактическое пиковое напряжение в конце самого длинного слоя пломбы, ориентированного в направлении 0°, снизится лишь немного, т.к. длина с тупеньки в 1 5 — 20 раз превышает номинальную толщину слоя и это достаточно для напряжения слоя. Если дополнительно уложить на каждую поверхность с обеих сторон пломбы (не пересекая ее середину) слои в направлении ровно и перпендикулярно продольной оси обрезаны. Это позволит обеспечить более высокую прочность допустимого растяжения исходного материала в отличие от полученной в предыдущем варианте схемы пломбы. Особый интерес представляет изготовление пломбы с конечными слоями с вырезанными по краю зубцами. Форма вырезки края слоя показана на рис.13, обеспечивает

100% допустимого растяжения исходного материала. Зубцы можно вырезать с помощью обычных фигурных ножниц. Самый длинный слой исходного материала может фактически распределить нагрузку на клеящий материал значительно лучше, чем самый длинный слой пломбы, поскольку слой исходного материала скошен. На практике самый длинный слой скашивается не всегда. Если скос фактически пересекает внутреннюю поверхность (как и должно быть), край будет выглядеть немного неровным, но его не надо подравнивать, чтобы он казался ровным. Другой способ улучшения передачи нагрузки в конце скоса заключается в сдвиге нагрузки через две поверхности, а не через одну.

При этом самый длинный слой пломбы удлинен, а с обратной стороны наложена одна небольшая заплата из слоя, ориентированного в направлении 0°. Края обоих слоев вырезаны зубцами. Этих дополнений достаточно, чтобы изменить характер разрушения (при растяжении слоистого материала пломбы) и поднять эффективность соединения. Материал пломбы имеет меньшую прочность, а маленькая заплатка с обратной стороны вызывает эксцентриситет. Наиболее перспективным является размещение дополнительного слоя в каждом из трех направлений (0,±45°) с обеих сторон сложного образца с учетом допущения, что на исходный материал действуют нагрузки сдвига, продольного растяжения и сжатия.

7.8. Устранение отслоений сотового заполнителя от каркаса Для устранения данного дефекта после проведения работы по определению границ дефекта, засверливается в противоположных концах дефектной зоны два отверстия диаметром 3,8 мм (рис.14). Вначале отверстия сверлятся на глубину 1,5-2,0 мм так, чтобы не просверлить насквозь слой вспенивающейся композиции, изнутри прилегающей к каркасу. При сверлении отверстий давление на сверло (подача) минимально во избежание разрушения внутренних слоев пластины.

Удаляется стружка из агрегата пылесосом, и закрываются отверстия липкой лентой. В одном из отверстий протыкается липкая лента иглой для выхода воздуха при зашприцовке клея. Для исключения самопроизвольного вытекания клея устанавливается агрегат так, чтобы ремонтируемая стенка находилась в верхнем горизонтальном положении. Приготавливается вспенивающийся пастообразный клей холодного отверждения, и заполняется клеем шприц. Протыкается липкая лента второго отверстия,и зашприцовывается клей. Зашприцовку клея производят до тех пор, пока клей не начнет самопроизвольно выдавливаться из противоположного отверстия. Удаляется липкая лента с отверстия,и завинчивается винт М4 из титана или стали в одно отверстие, при установке винтов не допускаются контакты винтов с алюминиевым сотовым заполнителем из-за возможности контактной коррозии. Для этого винт при необходимости укорачивается. Повторяется операция установки винта во второе отверстие.

Для обеспечения герметичности клеевого соединения оклеивается место ремонта 1-2 слоями стеклоткани Т-10-80 холоднополимеризующимся клеем. После выполнения указанных работ производится режим отверждения клея.

1 — отверстие для зашприцовки клея; 2 — отверстие для выхода излишков клея; 3 — деталь каркаса; 4 — «старый» вспенивающийся клей; 5 — клей, зашприцованный в дефект; 6 — винт-заглушка;

7.9.Уохранение отслоений обшивки от каркаса Данный вид дефекта бывает двух разновидностей:

с выходом отслоения на наружный контур и возможным введением клея в зазор между обшивкой и каркасом;

без выхода отслоения обшивки от каркаса на наружный контур.

Вторую разновидность дефекта устраняют удалением части обшивки и восстановлением ее путем одновременного формования из препрега и приклеивания к каркасу, что было описано в разделе 7.6.

Устранение отслоений обшивки от каркаса с выходом на наружный контур производится следующим образом. Первоначально необходимо убедиться в том, что отслоение не достигло сотового заполнителя, а в противном случае перед проведением работ проверяется отсутствие влаги в агрегате. Ремонт производится введением клея в зазор с помощью тонкой пластины либо зашприцовкой клея в том случае, когда ширина отслоения (зазор) превышает 1мм. Зашприцовку клея выполняют медицинскими иглами диаметром 1,0. 1,5 мм с помощью спецшприца, в котором клей может быть нагрет, чтобы значительно уменьшить его вязкость. Весь дальнейший ход выполнения ремонта описан в разделе 7.2 «Устранение расслоений».

7.10. Устранение трещин Способ устранения трещин зависит от требований, предъявляемых к ремонтируемому агрегату. Если требования высоки, то необходимо выполнить работы по удалению части обшивки и восстановлению ее путем одновременного формования из препрега и приклеивания к заполнителю и каркасу агрегата.

Если возможно установить накладную заплату, то ремонт выполняется следующим образом. Первоначально учитывается местоположение трещины на агрегате. Трещина выходит на край обшивки, но не заходит или заходит на сотовый заполнитель и трещина не выходит на край обшивки. В том случае, когда трещина заходит на сотовый заполнитель,возможно, что в него попала влага, проводится проверка наличия влаги, а при ее присутствии дополнительно проверяется,нет ли отслоений обшивки от сотового заполнителя из-за замерзания влаги. В данном случае перед ремонтом трещины удаляется влага из агрегата и устраняется отслоение. Засверливается край трещины на всю толщину обшивки до клеевой композиции сверлом диаметром 2,0. 2,5 мм с углом заточки 150. 170°, а в случае выхода трещины на край обшивки — сверлом диаметром 3,8 мм. В случае,если трещина не выходит на край обшивки,сверлится отверстие диаметром 3,8 мм,и затем контролируется наличие влаги в агрегате в зоне трещины. Сверление производится осторожно, чтобы не повредить деталь под обшивкой.После выполнения операции по сверлению отверстий и операции по контролю отсутствия влаги и удалении ее,если эта операции выполнялась, производят приклеивание накладной заплаты. Технология подготовки и приклеивания заплаты отличается специальными требованиями и будет рассмотрена в следующем разделе.

7.11. Выбор, подготовка и приклеивание заплаты Наиболее предпочтительной формой заплаты является круглая или овальная формы. Нахлест заплаты определяется в зависимости от толщины ремонтируемой обшивки, но соотношение размера дефекта и размера заплаты не более чем 1:2.

Готовая заплата вырезается из листа пластика того же типа (марки), что и ремонтируемая обшивка,равной с ней толщины. Материал, из которого вырезается заплата,должен иметь «жертвенный слой» на склеиваемой поверхности для исключения возможности загрязнения поверхности и необходимости зашкуривания перед склеиванием. Заплата толщиной более 0,5 мм должна иметь скосы под углом от 3 до 10°. Для исключения проникновения влаги в заплату через торцы перерезанных волокон композита, которые образовались при мехобработки, линия обреза и скоса заплаты предварительно специально обрабатывается соответствующим связующим или клеем и термообрабатывае тся.

При приклеивании заплаты с применением пастообразных эпоксидных клеев типа ВК-9, ВК-27 и др., на склеиваемую поверхность заплаты наносится слой фенолкаучукового клея ВК-25 (жертвенный слой предварительно удаляется).

Клей ВК-25 наносится на заплату кистью в три слоя с промежуточной выдержкой:

после 1-го слоя — 30. 60 минут при 18-30°С;

после 2-го слоя — 30. 60 минут при 18-30°С;

после 3-го слоя — 3 часа при 18-30°С.

Слой клея наносится равномерно, без пузырей (для чего кисть должна двигаться только в одну сторону), обеспечивая 100% укрывистось.

После выдержки слоев ВК-25 на открытом воздухе проводится отверждение его при температуре (125±5)°С в течение 4-х часов. Скорость набора температуры не более 2°С в минуту. Перед приклеиванием заплаты подслой клея ВК-25 подлежит зашкуриванию без обезжиривания, продукты зашкуривания удаляются чистой сухой волосяной кистью. Заплаты, покрытые подслоем клея ВК-25, хранятся в течение 1 года при нормальной температуре в упакованном виде в пленку или бумагу. Загрязнение подслоя не допускается.

Перед приклеиванием заплаты на агрегате за зоной приклеивания заплаты наносятся координатные оси, зашкуривается ремонтируемая поверхность агрегата до равномерной шероховатости. По периметру зоны дефекта на расстоянии 8-10 мм от заплаты укладывается липкая лента ЛТ для предохранения от потеков клея. Приготавливается пастообразный клей или вырезаются из клеевой пленки заготовки для выкладки по поверхности склеивания заплаты с агрегатом. Наносится пастообразный клей или укладывается клеевая пленка (освободив ее от защитных подложек),и устанавливается заплата в соответствии с осями координат.

Собирается на заплате технологический пакет, нагреватель, теплоизолятор согласно рис. 15.

В конструкции технологического пакета применяются различные слои, имеющие следующие функциональные назначения :

антиадгезионная пленка — разделительный слой между препрегом и подкладным листом, обеспечивает качество наружной поверхности заплаты. Теплостойкость антиадгезионной пленки не менее чем на 20°С выше наибольшей температуры отверждения;

подкладной лист из алюминиевого сплава — исключает резкий перепад температур в обшивке из ПКМ на краю нагревателя, т.е. способствует недопущению коробления и поводок обшивки и заплаты. Обеспечивает высокое аэродинамическое качество формируемой заплаты;

Рис.15. Схема технологического пакета при приклеивании заплат 1 — ремонтируемая обшивка агрегата; 2 — нагреватель; 3 — подкладной лист из алюминиевого сплава толщиной 0,4. 0,6 мм, размер листа больше нагревателя на 40. 50 мм кругом; 4 — контур формуемой заплаты; 5 — теплоизолятор; 6 — липкая лента ЛТ; 7- антиадгезионная пленка (фторопласт или полипропилен); 8 — термопара;

9 — выводные проводники нагревателя теплоизолятор — ограничивает распространение тепла (т.е. потери тепла) из зоны ремонта, защищает воздушный или вакуумный мешок от тепловых повреждений. В качестве одного из слоев теплоизолятора могут использоваться соты ПСП или ССП.

Термопары располагаются на расстоянии до 10 мм от края заплаты,и над ней размещаются два слоя пленки, а затем она фиксируется липкой лентой.

Источник