一种大型复材部件局部损伤现场维修装置及维修方法与流程

1.本发明涉及复合材料大部件维修技术领域，尤其是涉及一种大型复材部件局部损伤现场维修装置及维修方法。


背景技术：

2.现有大型复材部件的维修有两种方式：一是部件损伤后，拆卸，再次进行铺贴，再进入热压罐；二是用树脂或胶进行局部粘接。
3.第一种方法在实施时，需要把整个部件分解并再次进行生产过程，其成本高，维修周期长。第二种方法在实施时，存在现场粘接强度不够，固化时间长的问题。
4.本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有的大型复材部件维修成本高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大型复材部件局部损伤现场维修装置及维修方法，以解决现有技术中存在的大型复材部件维修成本高的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
6.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
7.本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括膨胀袋机构、真空袋机构及电加热毡子机构，其中：
8.所述膨胀袋机构包括膨胀袋及氮气输送组件，所述膨胀袋设置在待修补复材部件内，所述氮气输送组件与所述膨胀袋连接，用以输送氮气至所述膨胀袋内；
9.所述真空袋机构包括真空袋及抽真空组件，所述抽真空组件与所述真空袋相连接，用以调节所述真空袋内的真空度；
10.所述电加热毡子机构包括第一电加热毡、第二电加热毡及电加热组件，所述第一电加热毡及所述第二电加热毡均与所述电加热组件连接。
11.作为本发明的进一步改进，所述氮气输送组件包括氮气瓶、高压压力表、低压压力表及减压阀，所述膨胀袋上设置有高压气接口，所述氮气瓶通过连接管道与所述膨胀袋连接，所述高压压力表、所述减压阀及所述低压压力表依次连接在所述氮气瓶与所述膨胀袋之间的所述连接管道上。
12.作为本发明的进一步改进，所述抽真空组件包括真空泵、真空阀、真空度表及真空管道，所述真空袋上设置有管道连接接口，所述真空泵通过所述真空管道与所述真空袋连接，所述真空阀、所述真空度表依次连接在所述真空泵与所述真空袋之间的所述真空管道上。
13.作为本发明的进一步改进，所述电加热组件包括电气温控系统及温度传感器，所述第一电加热毡和所述第二电加热毡均通过电缆与所述电气温控系统连接，所述温度传感器设置有两个，两个所述温度传感器分别设置在所述第一电加热毡与电气温控系统、所述
第二电加热毡与所述电气温控系统之间。
14.一种大型复材部件局部损伤现场维修方法，采用如上所述的大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括如下步骤：
15.a、对待修补复材部件损伤部位进行清理及清洁；
16.b、将所述膨胀袋植入待修补复材部件内部，预留所述氮气输送组件高压气管加压及所述膨胀袋移除通道；
17.c、将所述第二电加热毡植入待修补复材部件内部，所述第二电加热毡设置在所述膨胀袋与所述待修补复材部件待修补位置之间；
18.d、用与待修补复材部件相同的补片，对损伤部位进行铺贴；
19.e、铺贴完毕后，在铺贴部位外表面设置真空袋进行塑形；
20.f、真空袋塑形后，在真空袋外表面铺设第一电加热毡；
21.g、氮气输送组件对待修补复材部件内部膨胀袋进行加压，膨胀压力一般控制在0.15-0.75mpa，根据修补所选用的材料进行预设：
22.h、抽真空组件对真空袋抽真空，真空压力15pa以下；
23.i、膨胀袋加压及真空袋抽真空的同时按修补料成型温度要求通过电加热组件把第一电加热毡和第二电加热毡加热到预设温度，根据修补材料成型工艺曲线进行时序控制：
24.j、固化过程完成后，移除第一电加热毡、第二电加热毡、真空袋及膨胀袋；
25.k、待修补复材部件修补部位外表面去毛刺、修形，维修工作完成。
26.作为本发明的进一步改进，步骤d中，铺贴工艺采用90度交叉铺贴。
27.作为本发明的进一步改进，步骤g中，修补材料为玻璃纤维布 酚醛树脂，膨胀压力为0.182mpa；修补材料为碳纤维布 酚醛脂，膨胀压力为0.673mpa；修补材料为碳纤维布 聚酰亚胺，膨胀压力为0.457mpa。
28.作为本发明的进一步改进，步骤i中，修补材料为玻璃纤维布 酚醛树脂，加热温度为215℃，加热时间为4.3h；修补材料为碳纤维布 酚醛树脂，加热温度为247℃，加热时间为5.5h；修补材料为碳纤维布 聚酰亚胺，加热温度为233℃，加热时间为6.2h。
29.作为本发明的进一步改进，待修补复材部件为机翼。
30.作为本发明的进一步改进，所述补片设有三层，三层所述补片为与待修补复材部件相同的预浸料及树脂。
31.本发明的有益效果是：本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括膨胀袋机构、真空袋机构及电加热毡子机构，膨胀袋机构的膨胀袋设置在待修补复材部件内，通过氮气输送组件输送氮气以实现在待修补部位背面加压，真空袋机构的真空袋包裹在待修补复材部件上，通过抽真空组件实现抽真空，输送第一电加热毡和所述第二电加热毡分别设置在待修补复材部件待修补部位的两侧，以实现待修补部位双侧加热，通过采用背面加压、正面抽真空及双侧加热的方式，以保证补片与原结构部件接合面的连接强度，并对修复面进行塑形。采用本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，因其修补部位的成型方式尽最大限度的接近原大部件成型方式，所以其修补强度与原部件理论上可以保持一致；其次，本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置可在大部件损伤部位现场维修，以解决大部件局部损伤维修时必须移除的问题，大大降低了维修成本；另外，本
发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，便于携带运输，外场复材大部件局部损伤的维修质量好、维修效率高、使用方便灵活。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本发明的结构示意图。
34.图中100、膨胀袋机构；200、真空袋机构；300、电加热毡子机构；1、修补复材部件；2、；3、膨胀袋；4、；5、氮气瓶；6、高压压力表；7、低压压力表；8、减压阀；9、连接管道；10、真空袋；11、连接接口；12、真空泵；13、真空阀；14、真空度表；15、真空管道；16、第一电加热毡；17、温度传感器；18、电气温控系统；19、电缆；20、第二电加热毡。
具体实施方式
35.下面可以参照附图图1以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，
″
多个
″
的含义是两个或两个以上；术语
″
上
″
、
″
下
″
、
″
左
″
、
″
右
″
、
″
内
″
、
″
外
″
、
″
前端
″
、
″
后端
″
、
″
头部
″
、
″
尾部
″
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语
″
第一
″
、
″
第二
″
、
″
第三
″
等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语
″
安装
″
、
″
相连
″
、
″
连接
″
应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.本发明提供了一种能够降低维修成本的大型复材部件局部损伤现场维修装置及维修方法。
39.下面结合图1对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
40.本发明提供了一种大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括膨胀袋机构、真空袋机构及电加热毡子机构，其中：
41.所述膨胀袋机构包括膨胀袋及氮气输送组件，所述膨胀袋设置在待修补复材部件内，所述氮气输送组件与所述膨胀袋连接，用以输送氮气至所述膨胀袋内；
42.所述真空袋机构包括真空袋及抽真空组件，所述抽真空组件与所述真空袋相连接，用以调节所述真空袋内的真空度；
43.所述电加热毡子机构包括第一电加热毡、第二电加热毡及电加热组件，所述第一电加热毡及所述第二电加热毡均与所述电加热组件连接。
44.本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括膨胀袋机构、真空袋机构及电加热毡子机构，膨胀袋机构的膨胀袋设置在待修补复材部件内，通过氮气输送组件输送氮气以实现在待修补部位背面加压，真空袋机构的真空袋包裹在待修补复材部件上，通过抽真空组件实现抽真空，输送第一电加热毡和所述第二电加热毡分别设置在待修补复材部件待修补部位的两侧，以实现待修补部位双侧加热，通过采用背面加压、正面抽真空及双侧加热的方式，以保证补片与原结构部件接合面的连接强度，并对修复面进行塑形。采用本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，因其修补部位的成型方式尽最大限度的接近原大部件成型方式，所以其修补强度与原部件理论上可以保持一致；其次，本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置可在大部件损伤部位现场维修，以解决大部件局部损伤维修时必须移除的问题，大大降低了维修成本；另外，本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，便于携带运输，外场复材大部件局部损伤的维修质量好、维修效率高、使用方便灵活。
45.作为本发明的进一步改进，所述氮气输送组件包括氮气瓶、高压压力表、低压压力表及减压阀，所述膨胀袋上设置有高压气接口，所述氮气瓶通过连接管道与所述膨胀袋连接，所述高压压力表、所述减压阀及所述低压压力表依次连接在所述氮气瓶与所述膨胀袋之间的所述连接管道上。
46.根据维修部件内部尺寸及形状，选择不同的膨胀袋型号，装入待修补复材部件内部，由氮气瓶中的高压氮气经过减压阀及连接管道进入待修补复材部件内部的膨胀袋，使其膨胀达到设定压力，避免待修补复材部件局部维修时内壁无法压紧，避免在外部维修时，抽真空时部件结构不变型。
47.作为本发明的进一步改进，所述抽真空组件包括真空泵、真空阀、真空度表及真空管道，所述真空袋上设置有管道连接接口，所述真空泵通过所述真空管道与所述真空袋连接，所述真空阀、所述真空度表依次连接在所述真空泵与所述真空袋之间的所述真空管道上。
48.上述结构，真空泵与真空阀用连接管道通过标准接口连接到真空袋上，打开真空阀，调节真空阀使真空袋中的压力控制在所需压力上。
49.作为本发明的进一步改进，所述电加热组件包括电气温控系统及温度传感器，所述第一电加热毡和所述第二电加热毡均通过电缆与所述电气温控系统连接，所述温度传感器设置有两个，两个所述温度传感器分别设置在所述第一电加热毡与电气温控系统、所述第二电加热毡与所述电气温控系统之间。
50.电加热毡内布电加热丝，敷设在待修补复材部件修补面内外两侧，根据工艺曲线
要求的温度，温度传感器感受加热毡外表面温度并于设定温度比较，通过温控系统调节电加热系统的功率输出，实现电加热毡温度与设定值一致。
51.一种大型复材部件局部损伤现场维修方法，采用如上所述的大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括如下步骤：
52.a、对待修补复材部件损伤部位进行清理及清洁；
53.b、将所述膨胀袋植入待修补复材部件内部，预留所述氮气输送组件高压气管加压及所述膨胀袋移除通道；
54.c、将所述第二电加热毡植入待修补复材部件内部，所述第二电加热毡设置在所述膨胀袋与所述待修补复材部件待修补位置之间；
55.d、用与待修补复材部件相同的补片，对损伤部位进行铺贴；
56.e、铺贴完毕后，在铺贴部位外表面设置真空袋进行塑形；
57.f、真空袋塑形后，在真空袋外表面铺设第一电加热毡；
58.g、氮气输送组件对待修补复材部件内部膨胀袋进行加压，膨胀压力一般控制在0.15-0.75mpa，根据修补所选用的材料进行预设：
59.h、抽真空组件对真空袋抽真空，真空压力15pa以下；
60.i、膨胀袋加压及真空袋抽真空的同时按修补料成型温度要求通过电加热组件把第一电加热毡和第二电加热毡加热到预设温度，根据修补材料成型工艺曲线进行时序控制：
61.j、固化过程完成后，移除第一电加热毡、第二电加热毡、真空袋及膨胀袋；
62.k、待修补复材部件修补部位外表面去毛刺、修形，维修工作完成。
63.本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修方法，采用如上所述的大型复材部件局部损伤现场维修装置，首先，通过采用背面加压、正面抽真空及双侧加热的方式，以保证补片与原结构部件接合面的连接强度，并对修复面进行塑形。采用本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，因其修补部位的成型方式尽最大限度的接近原大部件成型方式，所以其修补强度与原部件理论上可以保持一致；
64.其次，本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置可在大部件损伤部位现场维修，以解决大部件局部损伤维修时必须移除的问题，大大降低了维修成本；
65.还有，本发明使用与复合材料结构件基体相同的树脂与纤维材料，相同的固化温度和固化压力，保证维修补片与基体之间形成更加可靠的胶接界面，避免常规胶粘补片与基体成型工艺差别导致胶接界面不牢固的问题；
66.另外，本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，便于携带运输，外场复材大部件局部损伤的维修质量好、维修效率高、使用方便灵活。
67.作为本发明的进一步改进，步骤d中，铺贴工艺采用90度交叉铺贴。
68.作为本发明的进一步改进，步骤g中，修补材料为玻璃纤维布 酚醛树脂，膨胀压力为0.182mpa；修补材料为碳纤维布 酚醛脂，膨胀压力为0.673mpa；修补材料为碳纤维布 聚酰亚胺，膨胀压力为0.457mpa。
69.作为本发明的进一步改进，步骤i中，修补材料为玻璃纤维布 酚醛树脂，加热温度为215℃，加热时间为4.3h；修补材料为碳纤维布 酚醛树脂，加热温度为247℃，加热时间为5.5h；修补材料为碳纤维布 聚酰亚胺，加热温度为233℃，加热时间为6.2h。
70.作为本发明的进一步改进，待修补复材部件为机翼。
71.作为本发明的进一步改进，所述补片设有三层，三层所述补片为与待修补复材部件相同的预浸料及树脂。
72.实施例1:
73.本发明提供的大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括膨胀袋机构100、真空袋机构200及电加热毡子机构300，其中：
74.所述膨胀袋机构100包括膨胀袋3及氮气输送组件，所述膨胀袋3设置在待修补复材部件1内，所述氮气输送组件与所述膨胀袋3连接，用以输送氮气至所述膨胀袋3内；
75.所述真空袋机构200包括真空袋10及抽真空组件，所述抽真空组件与所述真空袋10相连接，用以调节所述真空袋10内的真空度；
76.所述电加热毡子机构300包括第一电加热毡16、第二电加热毡20及电加热组件，所述第一电加热毡16及所述第二电加热毡20均与所述电加热组件连接。
77.所述氮气输送组件包括氮气瓶5、高压压力表6、低压压力表7及减压阀8，所述膨胀袋3上设置有高压气接口4，所述氮气瓶5通过连接管道9与所述膨胀袋3连接，所述高压压力表6、所述减压阀8及所述低压压力表7依次连接在所述氮气瓶5与所述膨胀袋3之间的所述连接管道9上。
78.所述抽真空组件包括真空泵12、真空阀13、真空度表14及真空管道15，所述真空袋10上设置有管道连接接口11，所述真空泵12通过所述真空管道15与所述真空袋10连接，所述真空阀13、所述真空度表14依次连接在所述真空泵12与所述真空袋10之间的所述真空管道15上。
79.所述电加热组件包括电气温控系统18及温度传感器17，所述第一电加热毡16和所述第二电加热毡20均通过电缆19与所述电气温控系统18连接，所述温度传感器17设置有两个，两个所述温度传感器17分别设置在所述第一电加热毡16与电气温控系统18、所述第二电加热毡20与所述电气温控系统18之间。
80.一种大型复材部件局部损伤现场维修方法，采用如上所述的大型复材部件局部损伤现场维修装置，包括如下步骤：
81.a、对待修补复材部件1损伤部位进行清理及清洁；
82.b、将所述膨胀袋3植入待修补复材部件1内部，预留所述氮气输送组件高压气管加压及所述膨胀袋3移除通道；
83.c、将所述第二电加热毡20植入待修补复材部件1内部，所述第二电加热毡20设置在所述膨胀袋3与所述待修补复材部件1待修补位置之间；
84.d、用与待修补复材部件1相同的补片2，对损伤部位进行铺贴，铺贴工艺采用90度交叉铺贴；
85.e、铺贴完毕后，在铺贴部位外表面设置真空袋10进行塑形；
86.f、真空袋10塑形后，在真空袋10外表面铺设第一电加热毡16；
87.g、氮气输送组件对待修补复材部件1内部膨胀袋3进行加压，膨胀压力一般控制在0.15-0.75mpa，根据修补所选用的修补材料进行预设：修补材料为玻璃纤维布 酚醛树脂，膨胀压力为0.182mpa；修补材料为碳纤维布 酚醛脂，膨胀压力为0.673mpa；修补材料为碳纤维布 聚酰亚胺，膨胀压力为0.457mpa；
88.h、抽真空组件对真空袋10抽真空，真空压力15pa以下；
89.i、膨胀袋3加压及真空袋10抽真空的同时按修补料成型温度要求通过电加热组件把第一电加热毡16和第二电加热毡20加热到预设温度，根据修补材料成型工艺曲线进行时序控制：修补材料为玻璃纤维布 酚醛树脂，加热温度为215℃，加热时间为4.3h；修补材料为碳纤维布 酚醛树脂，加热温度为247℃，加热时间为5.5h；修补材料为碳纤维布 聚酰亚胺，加热温度为233℃，加热时间为6.2h；
90.j、固化过程完成后，移除第一电加热毡16、第二电加热毡20、真空袋10及膨胀袋3；
91.k、待修补复材部件1修补部位外表面去毛刺、修形，维修工作完成。
92.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。