阅读说明：本技术 一种复合材料零件修补装置 (Repair device for composite part ) 是由 孙凯 刘卫平 孔娇月 董柳杉 晏冬秀 徐应强 刘佳 刘子倩 赵强 杨帅帅 于 2018-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种复合材料零件修补装置。所述装置包括：加热封装件以及均匀隔热材料,其中：所述加热封装件,贴合于待修补复合材料零件的修补区一侧表面,并覆盖所述修补区,用于对所述修补区进行加热处理；所述均匀隔热材料,贴合于所述待修补复合材料零件的修补区一侧的对侧表面,所述均匀隔热材料的贴合区域与所述加热封装件的贴合区域相对应,用于保证所述修补区的散热环境一致。通过本发明的技术方案,能够在对复合材料零件修补区进行胶接修补时,提高修补区的温度均匀性,确保修补质量,降低修补成本,提高修补效率。(The embodiment of the invention discloses a repair device for a composite material part. The device comprises: a heating package and a uniform insulating material, wherein: the heating packaging piece is attached to the surface of one side of a repairing area of the composite material part to be repaired, covers the repairing area and is used for heating the repairing area; the uniform heat insulation material is attached to the surface of the opposite side of one side of the repairing area of the composite material part to be repaired, and the attaching area of the uniform heat insulation material corresponds to the attaching area of the heating packaging part and is used for ensuring the consistency of the heat dissipation environment of the repairing area. By adopting the technical scheme, the temperature uniformity of the repair area can be improved, the repair quality can be ensured, the repair cost can be reduced, and the repair efficiency can be improved when the repair area of the composite material part is subjected to adhesive repair.)

一种复合材料零件修补装置

技术领域

本发明实施例涉及复合材料修补技术，尤其涉及一种复合材料零件修补装置。

背景技术

随着复合材料在飞机结构中的大量应用，复合材料结构的修理问题越来越受重视，胶接修理是复合材料修补常用的修理方法。胶接修理时通常选用热压罐、固化炉、热补仪等设备进行修补层固化。其中，热补仪由于具有携带方便，只对修补区进行加热，修补成本低的优点，在复合材料的胶接修理中得到广泛应用。

热补仪使用加热毯作为热源，加热毯自身有着良好的温度均匀性，能够将热量均匀的传递到与之接触的受热面，修补区能够得到几乎相同的热量输入。但在结构厚度有变化的区域，由于散热速率不一致，修补区往往存在较大温差。例如，在使用热补仪修补蜂窝高度为10mm的夹层结构变厚度区时，当控温热电偶达到180℃后，板芯区与板板区的温差可达20℃左右。温差过大不仅会影响修补材料的固化度，还有可能因控温热电偶选择不当，造成局部过热而产生危险。

目前针对此问题，主要的解决方法是，在复合材料零件的修补区一侧的真空袋外温度高的区域放置导热材料以降低温度，在温度低的位置放置隔热材料以升高温度，进而减小温差；或者在修补区使用导热性更均匀的液体加热或使用良好的导热材料等方法使热量更加均匀的传递到整个修补区。然而，前一种方法，由于在厚度变化区域很难根据厚度变化来选择合适厚度的导热材料和隔热材料，这种方法对温差的控制稳定性较差，且需要有人实时监控温度变化情况并实时调节，浪费人力成本。后一种方法，由于复合材料零件的厚度差异，会导致由散热不均引起的温差问题。因此，这两种方法并不能很好的解决变厚度区在修补时存在的温差问题。

除了热补仪外，使用热压罐、固化炉等对复合材料进行修补，不仅修补成本高，修补周期长，而且还会存在由于零件整体受热，导致变形及结构性能下降的风险。

发明内容

本发明实施例提供一种复合材料零件修补装置，以实现对复合材料零件修补区进行胶接修补时，提高修补区的温度均匀性，确保修补质量，降低修补成本，提高修补效率。

本发明实施例提供了一种复合材料零件修补装置，包括：加热封装件以及均匀隔热材料，其中：

所述加热封装件，贴合于待修补复合材料零件的修补区一侧表面，并覆盖所述修补区，用于对所述修补区进行加热处理；

所述均匀隔热材料，贴合于所述待修补复合材料零件的修补区一侧的对侧表面，所述均匀隔热材料的贴合区域与所述加热封装件的贴合区域相对应，用于保证所述修补区的散热环境一致。

进一步的，所述待修补复合材料零件为变厚度零件。

进一步的，所述均匀隔热材料为多层柔性隔热材料。

进一步的，所述加热封装件从内层至外层依次包括：第一无孔隔离膜、加热毯、第二无孔隔离膜、透气毡以及真空袋；

其中，所述内层为所述加热封装件贴合于所述待修补复合材料零件的修补区一侧表面的一层，所述外层为所述加热封装件远离所述待修补复合材料零件的修补区一侧表面的一层。

进一步的，所述加热封装件还包括有孔隔离膜和透气吸胶层，其中，所述透气吸胶层设置于所述第一无孔隔离膜远离所述加热毯的一侧，所述有孔隔离膜设置于所述透气吸胶层远离所述第一无孔隔离膜的一侧；

其中，所述有孔隔离膜用于与所述待修补复合材料零件的修补区一侧表面直接接触。

进一步的，所述加热毯的尺寸大于所述均匀隔热材料的尺寸。

进一步的，还包括贴合固定件，所述贴合固定件固定设置于所述均匀隔热材料与所述待修补复合材料零件的贴合区域的边缘，用于将所述均匀隔热材料固定贴合于所述待修补复合材料零件的修补区一侧的对侧表面。

进一步的，还包括密封固定件，所述密封固定件固定设置于所述加热封装件与所述待修补复合材料零件的贴合区域的边缘，用于将所述加热封装件密封贴合于所述待修补复合材料零件的修补区一侧的表面。

进一步的，还包括至少两个控温元件，所述至少两个控温元件设置于所述待修补复合材料零件的不同厚度区域的表面，且分布于所述修补区边缘的多个设定温度监测点，用于监测所述修补区的温度。

进一步的，所述多个设定温度监测点中各设定温度监测点对应设置有至少两个控温元件。

本发明实施例通过设置加热封装件，贴合于待修补复合材料零件的修补区一侧表面，并覆盖修补区，设置均匀隔热材料，贴合于待修补复合材料零件的修补区一侧的对侧表面，并且均匀隔热材料的贴合区域与加热封装件的贴合区域相对应，利用了均匀隔热材料能够保证修补区的散热环境一致的优点，解决了现有技术中对复合材料进行胶接修补时存在温差，而导致修补质量差、修补成本高、修补周期长的问题，实现了提高修补区的温度均匀性，确保修补质量，降低修补成本，提高修补效率的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种复合材料零件修补装置的结构示意图；

图2a是本发明实施例二提供的一种复合材料零件修补装置的结构示意图；

图2b是本发明实施例二适用的一种复合材料零件修补装置的结构示意图；

图2c是本发明实施例二适用的一种温度数据分布图；

图2d是本发明实施例二适用的一种温度数据分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种复合材料零件修补装置的结构示意图。本实施例可适用于利用热补仪对复合材料进行胶接修补的情况，本实施例提供的复合材料零件修补装置包括：加热封装件1以及均匀隔热材料2。

具体的，如图1所示的侧视截面图中，加热封装件1，贴合于待修补复合材料零件3的修补区31一侧表面，并覆盖修补区31，用于对修补区31进行加热处理；均匀隔热材料2，贴合于待修补复合材料零件3的修补区31一侧的对侧表面，均匀隔热材料2的贴合区域与加热封装件1的贴合区域相对应，用于保证修补区31的散热环境一致。

本实施例中，复合材料零件可以是基于复合材料制作的零件或结构件，例如复合材料层板、夹层结构等。其中，修补区31为待修补复合材料零件3一侧表面上存在损伤并覆盖有修补材料的区域。示例性的，利用热补仪对修补区31进行胶接修补的原理为：使用热补仪中的加热源对修补区31内的修补材料进行加热，可固化该修补材料，从而修补该损伤区域。可选的，待修补复合材料零件3可以为等厚度零件，也可以为如图1中所示的变厚度零件，例如可以是变厚度的夹层结构。

加热封装件1可以是热补仪中加热源的封装件，例如，热补仪中的加热源为加热毯，则加热封装件1为对加热毯进行封装后所得的封装件。加热封装件1具有提供修补固化温度和压力的功能，因此，将其贴合于待修补复合材料零件3的修补区31一侧表面，并覆盖修补区31的目的在于，对修补区31进行均匀加热，并提供修补固化所需的真空压力，同时防止其在修补过程中受到污染，提高修补质量。

均匀隔热材料2可以是等厚度的具有多孔介质的材料，例如透气毡，其贴合于待修补复合材料零件3的修补区31一侧的对侧表面，也即待修补复合材料零件3的修补区31的背面。均匀隔热材料2的贴合区域与加热封装件1的贴合区域相对应，也即均匀隔热材料2正对着加热封装件1，贴合在待修补复合材料零件3的修补区31一侧的对侧表面，以使均匀隔热材料2能够保证修补区31的散热环境一致。

为适应修补区的复杂结构，可选的，均匀隔热材料2具体可以为多层柔性隔热材料，利用多层柔性隔热材料叠加的方式形成足够厚的隔热层。由于结构形式及零件厚度不同，所需柔性隔热材料的层数也会有差异，因此，不同的待修补复合材料零件的厚度可对应设置不同层数的柔性隔热材料，以此来保证修补过程中修补区的散热环境基本一致，消除因待修补复合材料零件为变厚度零件时，造成的修补区不同厚度处散热速率存在差异的问题，从而达到变厚度零件的修补区温度均匀性的目的。当然，使用多于预设层数的柔性隔热材料也能够保证修补区的散热环境一致。例如，如图1所示，若待修补复合材料零件3为蜂窝高度不大于10mm的夹层结构，则在修补区31对侧放置4层Airweave N10透气毡即可实现变厚度区的温度均匀，当然，大于4层也可实现该夹层结构变厚度区的温度均匀。

由于柔性隔热材料，例如透气毡，是一种多孔材料，具有易获得，保温效果好，易裁剪成所需尺寸，耐高温，柔软可随形，能够适应复杂型面等优点，因此，可以完美贴合于变厚度复合材料零件的表面，保证修补区的散热环境不受变厚度复合材料零件表面形变的影响，实现提高修补区的温度均匀性，确保修补质量，同时也降低了修补成本。

可选的，该复合材料零件修补装置还包括贴合固定件4，贴合固定件4固定设置于均匀隔热材料2的贴合区域的边缘，用于将均匀隔热材料2固定贴合于待修补复合材料零件3的修补区31一侧的对侧表面。

其中，贴合固定件4例如可以是耐高温胶带。使用贴合固定件4的目的在于，使均匀隔热材料2与待修补复合材料零件3的表面紧密贴合。示例性的，若使用耐高温胶带对透气毡进行固定，则仅将耐高温胶带固定在透气毡与零件表面的贴合区域的边缘，使得透气毡贴合于零件的表面即可，避免胶带将透气毡的厚度过度压薄，从而保证透气毡的隔热效果一致。

可选的，该复合材料零件修补装置还包括密封固定件5，密封固定件5固定设置于加热封装件1的贴合区域的边缘，用于将加热封装件1密封贴合于待修补复合材料零件3的修补区31一侧的表面。

其中，密封固定件5例如可以是密封条。使用密封固定件5的目的在于，使加热封装件1密封贴合于待修补复合材料零件3的表面，避免在对修补区31进行加热时漏气，导致真空压实效果不好，影响修补效果。

可选的，该复合材料零件修补装置还包括至少两个控温元件6，至少两个控温元件6设置于待修补复合材料零件3的不同厚度区域的表面，且分布于修补区31边缘的多个设定温度监测点，用于监测修补区31的温度。

其中，控温元件例如可以是热电偶。对于如图1所示的变厚度零件，可在不同厚度区域的待修补区31一侧表面设置多个温度监测点，以监测修补区不同厚度区域的实时温度，在每个温度监测点上均设置控温元件6。例如，图1中，厚度最小的区域为板板区，厚度改变的区域为板芯过渡区，厚度最大的区域为板芯区，可将控温元件6分别放置在板芯区、板芯过渡区及板板区，从而监测修补区31中不同厚度区域的温度。

另外，为了确保修补区31在加热封装件1的有效加热区域范围内，可将各温度监测点设置在修补区31边缘，例如若修补区31为一圆形区域，则可将控温元件设置在该圆形区域的圆周上。

设置控温元件的好处在于，可以确保修补区在有效加热区域范围内，并决定是否增加均匀隔热材料的厚度。示例性的，若修补区各个区域的温差达到预设阈值，则可及时添加均匀隔热材料的层数，以增加其厚度，使温差降低。

可选的，多个设定温度监测点中各设定温度监测点对应设置有至少两个控温元件。

示例性的，在每个设定温度监测点设置的至少两个控温元件中，以温度较高的控温元件输出的温度为该区域的温度。在各设定温度监测点对应设置至少两个控温元件的好处在于，可提高温度监测的准确性，减小因控温元件自身的问题而导致温差过大的误判几率。

本实施例的技术方案，通过设置加热封装件，贴合于待修补复合材料零件的修补区一侧表面，并覆盖修补区，设置均匀隔热材料，贴合于待修补复合材料零件的修补区一侧的对侧表面，并且均匀隔热材料的贴合区域与加热封装件的贴合区域相对应，利用了均匀隔热材料能够保证修补区的散热环境一致的优点，解决了现有技术中对复合材料进行胶接修补时存在温差，而导致修补质量差、修补成本高、修补周期长的问题，实现了提高修补区的温度均匀性，确保修补质量，降低修补成本，提高修补效率的效果。

实施例二

图2a为本发明实施例二提供的一种复合材料零件修补装置的结构示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，提供了可选的复合材料零件修补装置，具体是，对加热封装件1的结构进行具体说明。

具体的，如图2a所示的修补区31在变厚度一侧的侧视截面图中，加热封装件1从内层至外层依次包括：第一无孔隔离膜11、加热毯12、第二无孔隔离膜13、透气毡14以及真空袋15；其中，内层为加热封装件1贴合于待修补复合材料零件3的修补区31一侧表面的一层，外层为加热封装件1远离待修补复合材料零件3的修补区31一侧表面的一层。

本实施例中，第一无孔隔离膜11和第二无孔隔离膜13用于将加热毯12与其他贴合层隔离，以提高加热毯12的加热均匀性，同时，保护修补区31不受污染；加热毯12为热补仪中的加热部件，用于对修补区31进行加热；透气毡14为多孔材料，用于进行导气；真空袋15用于防止外界空气进入，对加热环境进行密封，优化加热效果。

可选的，加热封装件1还包括有孔隔离膜16和透气吸胶层17，其中，透气吸胶层设置于第一无孔隔离膜远离加热毯的一侧，有孔隔离膜设置于透气吸胶层远离第一无孔隔离膜的一侧；其中，有孔隔离膜16用于与待修补复合材料零件3的修补区31一侧表面直接接触。

其中，有孔隔离膜16与透气吸胶层17为透气材料，用于将修补区31中的夹杂气体导出，从而提高修补区31的修补质量。

为了保证修补区31在加热毯的有效加热区域范围内，可选的，加热毯的尺寸大于均匀隔热材料的尺寸。

如图2a所示，为修补区31在变厚度一侧的侧视截面图，其中，加热封装件1位于变厚度一侧，即待修补复合材料零件3的上表面，覆盖于修补区31上，加热封装件1中包括的结构层，从下至上依次为：有孔隔离膜16、透气吸胶层17、第一无孔隔离膜11、加热毯12、第二无孔隔离膜13、透气毡14以及真空袋15。另外，在变厚度对侧，也即待修补复合材料零件3的下表面，还对应覆盖有均匀隔离材料2。

在上述实施例的基础上，可选的，如图2b所示，为修补区31在变厚度对侧的侧视截面图，其中，加热封装件1位于变厚度对侧，即待修补复合材料零件3的上表面，覆盖于修补区31上，加热封装件1中包括的结构层，从下至上依次为：有孔隔离膜16、透气吸胶层17、第一无孔隔离膜11、加热毯12、第二无孔隔离膜13、透气毡14以及真空袋15。另外，在变厚度一侧，即待修补复合材料零件3的下表面，还对应覆盖有均匀隔离材料2。

示例性的，对待修补复合材料零件进行修补的步骤可以包括：确定修补区域，进行损伤去除，并准备修补材料及辅料，例如，进行无损检测，对损伤区域进行打磨处理；将热电偶分别放置在不同厚度的修补区边缘，并在修补区一侧进行真空袋组装，其中，组装顺序为：有孔隔离膜、透气吸胶层、第一无孔隔离膜、加热毯、第二无孔隔离膜、透气毡以及真空袋；在修补区对侧的零件表面放置多层柔性隔热材料(如透气毡)，并使用耐高温胶带使透气毡与零件表面贴合；设置加热程序，对修补区进行加热固化，若升温过程中不同厚度区域的热电偶仍然显示过大温差，则及时增加隔热材料厚度；在零件修补过程中，保持隔热材料在相应位置，直至降温结束。

本实施例的技术方案，通过将加热封装件的结构具体为包括第一无孔隔离膜、加热毯、第二无孔隔离膜、透气毡以及真空袋，实现了对复合材料零件修补区的均匀加热，优化了加热效果，提高了修补质量。

在以上各实施例的基础上，对蜂窝高度为10mm，面板厚度为1mm，蜂窝倒角20°的复合材料蜂窝夹层结构变厚度区进行热补仪修补均匀性测试：

若修补区在零件的变厚度一侧，则按照如图2a所示的结构进行设置，热电偶6分别放置在修补区内的板芯区、板芯过渡区以及板板区，其中，每个区均以最高温热电偶为控温热电偶，可得到如图2c所示的温度数据，升温阶段以及保温阶段初期没有使用均匀隔热材料，保温阶段后期使用4层Airweave N10作为均匀隔热材料。经测试可得到板芯区温度72、板芯过渡区温度73、板板区温度74与程序设定温度71之间的数据分布规律如图2c所示，可知，放置均匀隔热材料前板芯区与板板区之间的温差可达到20℃左右，放置均匀隔热材料后板芯区与板板区之间的温差小于5℃。

若修补区在零件的变厚度对侧，则按照如图2b所示的结构进行设置，热电偶6分别放置在修补区内的板芯区、板芯过渡区以及板板区，其中，每个区均以最高温热电偶为控温热电偶。可得到如图2d所示的温度数据，升温阶段以及保温阶段初期使用4层Airweave N10作为均匀隔热材料，保温阶段后期分别使用5层、6层Airweave N10作为均匀隔热材料。经测试可得到板芯区温度72、板芯过渡区温度73、板板区温度74与程序设定温度71之间的数据分布规律如图2d所示，可知，对于蜂窝高度为10mm，面板厚度为1mm，蜂窝倒角20°的复合材料蜂窝夹层结构变厚度区而言，均匀隔热材料采用4层及以上的Airweave N10即可保证各厚度区温度与设定温度之间的温差小于5℃。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。