CN108860656B - 一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞机零件修理方法域，具体是一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法，其具体步骤如下：(1)拆除；(2)初步清洗；(3)封堵；(4)清洗；(5)***；(6)喷涂；(7)打磨；(8)去除防护物；(9)去除粉尘；(10)取样；通过喷涂块的方式补强，与传统加强角盒相比，一是大大减少了冗余质量，缓解了修理带来的飞机增重；二是修理过程无损，避免飞机基体穿孔引起的疲劳薄弱点；三是修理周期大大减少，加强角盒修理需要外形设计、机械加工、机上验核、机上装配等多个长时工序，而喷涂块补强修理仅需外形设计、防护、喷涂和打磨，周期可缩短50％以上；四是通过专用异型喷枪，可用于飞机油箱内部复杂结构件补强。

Description

一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法
技术领域
本发明涉及飞机零件修理方法域，具体是一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法。
背景技术
冷喷涂技术主要基于空气动力学原理，利用高压气体携带粉末颗粒，经喷枪加速后形成超音速气流，在完全固态下撞击基体，通过粉末颗粒强烈的塑性变形，沉积于基体表面形成致密涂层。具有以下特点：一是喷涂过程中粉末颗粒加热温度低无需加热至融化态，不产生热应力，结合强度高，对基体基本无影响；二是理论上可喷涂任意厚度的涂层，可制备铝、镁、铜、锌等塑形较好的低熔点材料；三是可根据施工条件，开发便携式设备进行作业，涂层为压应力，有利于提高疲劳强度；四是修补过程对基体没有机械损伤，完全避免飞机基体穿孔引起的疲劳薄弱点。因为是无火焰作业，可用于包括油箱区域的机上修复作业，达到结构件裂纹扩展寿命增益的目的，解决修理难题。该技术一般用于零部件尺寸外形修复和涂层制备。
飞机关键承力结构件材料为7B04材料高强铝合金，服役一段时间后发现多架飞机该结构件特定部位出现一定长度的裂纹，该结构件处于油箱内部，空间狭小，传统焊接修复或金属件补强修理方法无法修理。该结构件是飞机主承力构件，主要用于安装固定主起落架，并将地面载荷传递到机身结构，裂纹不予修理飞机则面临整机报废。
在航空装备维修企业内，飞机承力铝合金结构件修理过程中发现裂纹时，因飞机承力铝合金结构件均为高强度铝合金，其可焊性差，一般不做焊接修理，而处于燃油箱区域的结构件更是无法采用焊接处理。对于浅表裂纹处理方式为打磨去除裂纹，对于较深或较长的裂纹则是利用金属加强角盒的方式进行补强，该补强方式存在一定的缺点：一是金属加强角盒质量较大，飞机增重严重；二是需要对基体穿孔并进行铆接或螺接处理，存在薄弱区；三是加强角盒加工工艺复杂，修理周期长，严重制约生产进度。另外，如果裂纹处于空间狭小区域、表面状态复杂区域、油箱区域或大载荷区域，传统加强角盒补强方式不宜采用或修理难度较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法。
一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法,其具体步骤如下：
(1)拆除：拆除喷涂路径上的附件；
(2)初步清洗：对喷涂区域内部采用丙酮予以初步清洗、去油污；
(3)封堵：采用堵头、堵帽对管路予以封堵；
(4)清洗：采用丙酮对待喷涂区域进行仔细清洗、喷砂毛化和清洁；
(5)***：采用中压冷喷涂设备和定制异型喷枪，高纯度氦气作为载气；
(6)喷涂：通过飞机上壁板表面或侧面的口盖，采用特定工艺在有裂纹的结构件两侧各无损喷涂一块7075铝合金喷涂块，形成两个加强补块；
(7)打磨：对冷喷涂加强补块表面进行打磨修形，确保光滑平整，圆滑过渡，表面粗糙度不劣于Ra3.2μm；
(8)去除防护物：采用吸尘器对油箱内部粉尘和颗粒杂质进行清除；
(9)去除粉尘：然后用丙酮对内部进行清洗，去除残留粉尘；
(10)取样：油箱内加燃油后，取样化验油液污染度不超过规定指标。
所述的步骤(3)的初步清洗是采用耐温、粘性好、不掉胶的玻璃纤维胶带，辅以飞机油箱内专用HM-109密封剂填充孔隙，对喷涂区域进行全面防护。
所述的步骤(4)的工艺参数如下：
喷砂设备：便携式喷砂设备；
耗材：棕刚玉砂；
喷砂压力：0.8MPa；
表面粗糙度：Ra7μm。
所述的步骤(6)的工艺参数如下：
冷喷涂设备：中压冷喷涂设备；
载气：99.999％氦气；
粉末材质：7075铝粉；
粉末规格：(1～50)μm；
加热温度：300℃以上；
喷涂压力：(0.7～3.5)MPa。
本发明的有益效果是：本发明创新使用冷喷涂技术替代传统的加强角盒补强技术，通过在结构件表面喷涂一层与基体材料相近的涂层块，实现对基体裂纹的补强，延长飞机使用寿命；本发明通过喷涂块的方式补强，与传统加强角盒相比，一是大大减少了冗余质量，缓解了修理带来的飞机增重；二是修理过程无损，避免飞机基体穿孔引起的疲劳薄弱点；三是修理周期大大减少，加强角盒修理需要外形设计、机械加工、机上验核、机上装配等多个长时工序，而喷涂块补强修理仅需外形设计、防护、喷涂和打磨，周期可缩短50％以上；四是通过专用异型喷枪，可用于飞机油箱内部复杂结构件补强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的冷喷涂加强补块立体结构示意图；
图3为本发明的补块处剖视结构示意图；
图4为本发明的补块处主视结构示意图；
图5为本发明的图4的I局部放大图；
图6为本发明的螺栓对接金属加强角盒立体结构示意图；
图7为本发明的金属加强角盒及对接螺栓立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图7所示，一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法,其具体步骤如下：
(1)拆除：拆除喷涂路径上的附件；
(2)初步清洗：对喷涂区域内部采用丙酮予以初步清洗、去油污；
(3)封堵：采用堵头、堵帽对管路予以封堵；
(4)清洗：采用丙酮对待喷涂区域进行仔细清洗、喷砂毛化和清洁；
(5)***：采用中压冷喷涂设备和定制异型喷枪，高纯度氦气作为载气；
(6)喷涂：通过飞机上壁板表面或侧面的口盖，采用特定工艺在有裂纹的结构件两侧各无损喷涂一块7075铝合金喷涂块，形成两个加强补块；
(7)打磨：对冷喷涂加强补块表面进行打磨修形，确保光滑平整，圆滑过渡，表面粗糙度不劣于Ra3.2μm；
(8)去除防护物：采用吸尘器对油箱内部粉尘和颗粒杂质进行清除；
(9)去除粉尘：然后用丙酮对内部进行清洗，去除残留粉尘；
(10)取样：油箱内加燃油后，取样化验油液污染度不超过规定指标。
述的步骤(3)的初步清洗是采用耐温、粘性好、不掉胶的玻璃纤维胶带，辅以飞机油箱内专用HM-109密封剂填充孔隙，对喷涂区域进行全面防护。
针对飞机结构件裂纹采用无损的工艺方法实现结构件补强，避免或控制裂纹扩展速率，提高结构件疲劳寿命；同时对飞机结构件裂纹所在区域的防护方法进行研究，防止冷喷涂所产生的粉末对飞机燃油***造成污染。
本发明创新使用冷喷涂技术替代传统的加强角盒补强技术，通过在结构件表面喷涂一层与基体材料相近的涂层块，实现对基体裂纹的补强，延长飞机使用寿命。
所述的步骤(4)的工艺参数如下：
喷砂设备：便携式喷砂设备；
耗材：棕刚玉砂；
喷砂压力：0.8MPa；
表面粗糙度：Ra7μm。
本发明通过喷涂块的方式补强，与传统加强角盒相比，一是大大减少了冗余质量，缓解了修理带来的飞机增重；二是修理过程无损，避免飞机基体穿孔引起的疲劳薄弱点；三是修理周期大大减少，加强角盒修理需要外形设计、机械加工、机上验核、机上装配等多个长时工序，而喷涂块补强修理仅需外形设计、防护、喷涂和打磨，周期可缩短50％以上；四是通过专用异型喷枪，可用于飞机油箱内部复杂结构件补强。
所述的步骤(6)的工艺参数如下：
冷喷涂设备：中压冷喷涂设备；
载气：99.999％氦气；
粉末材质：7075铝粉；
粉末规格：(1～50)μm；
加热温度：300℃以上；
喷涂压力：(0.7～3.5)MPa。
图中1为裂纹位置，2为冷喷涂加强补块，3为承力结构件，4为螺栓，5为金属加强角盒，6为基材，7为裂纹，采用与飞机结构件相同的7B04材料加工试验件，在一侧开凹槽，用于产生裂纹。为验证冷喷涂对已存在裂纹的修理效果，试验件通过试验机加载方式在试验件上自然形成裂纹后，开展冷喷涂补强。通过对比不同试验件从裂纹到破坏的过程中的加载循环次数，考察冷喷涂补强对裂纹扩展寿命的影响，验证冷喷涂对已存在裂纹的补强效果。试验结果表明，在7B04高强铝合金基体上冷喷涂补强7075铝合金，可以获得200％以上的疲劳增益效果，同时解决了飞机关键部位裂纹故障，保证了飞机安全，延长了飞机使用寿命，具有很高的经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种飞机铝合金结构件裂纹冷喷涂补强修理方法,其特征在于：其具体步骤如下：
(1)拆除：拆除喷涂路径上的附件；
(2)初步清洗：对喷涂区域内部采用丙酮予以初步清洗、去油污；初步清洗是采用耐温、粘性好、不掉胶的玻璃纤维胶带，辅以飞机油箱内专用HM-109密封剂填充孔隙，对喷涂区域进行全面防护；
(3)封堵：采用堵头、堵帽对管路予以封堵；
(4)清洗：采用丙酮对待喷涂区域进行仔细清洗、喷砂毛化和清洁；具体工艺参数如下：喷砂设备：便携式喷砂设备；耗材：棕刚玉砂；喷砂压力：0.8MPa；表面粗糙度：Ra7μm；
(5)***：采用中压冷喷涂设备和定制异型喷枪，高纯度氦气作为载气；
(6)喷涂：通过飞机上壁板表面或侧面的口盖，采用特定工艺在有裂纹的结构件两侧各无损喷涂一块7075铝合金喷涂块，形成两个加强补块；具体的工艺参数如下：冷喷涂设备：中压冷喷涂设备；载气：99.999％氦气；粉末材质：7075铝粉；粉末规格：(1～50)μm；加热温度：300°C以上；喷涂压力：(0.7～3.5)MPa；
(7)打磨：对冷喷涂加强补块表面进行打磨修形，确保光滑平整，圆滑过渡，表面粗糙度
不劣于Ra3.2μm；
(8)去除防护物：采用吸尘器对油箱内部粉尘和颗粒杂质进行清除；
(9)去除粉尘：然后用丙酮对内部进行清洗，去除残留粉尘；
(10)取样：油箱内加燃油后，取样化验油液污染度不超过规定指标。
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