1、22 典型胶接工艺过程典型胶接工艺过程l 胶接工艺过程包括以下一些主要工序；胶接工艺过程包括以下一些主要工序；l1、被胶件的准备；、被胶件的准备；l2、胶粘剂的准备；、胶粘剂的准备；l3、涂胶和晾置；、涂胶和晾置；l4、装配；、装配；l5、固化；、固化；l6、胶缝的清理；、胶缝的清理；l7、质量检验等。、质量检验等。l 下面主要结合飞机结构胶接，研究各工序的内容、下面主要结合飞机结构胶接，研究各工序的内容、方法等。方法等。6.2.1 被胶件的准备被胶件的准备l 被胶件的准备工作主要包括预装配和表面处理。l (1)预装配预装配l 被胶件的预装配是为了检查被胶件间的协调关系和胶接面的贴合程度，并进
2、行必要的修配，达到装配准确度的要求。l 被胶件间配合的间隙直接影响着胶层的厚度和胶接强度。因此，间隙要小而均匀，即胶接件间的协调精度要高。而飞机胶接构件的零件大部分是钣金件，它们的形状，尺寸，与固化模具的贴合程度都会影响构件的外形。所以在装配在固化之前必须对各零件进行必要的检查和修配，使之满足装配要求。l 预装配时，考虑到所用胶膜的种类、厚度及是否有载体等，对不同配合部位的装配间隙有不同的要求，飞机铝合金钣金件间允许的装配间隙为0.150.25毫米，一般应为0.2毫米；蒙皮与蜂窝芯子间允许间隙为0.1毫米；芯子比相邻的金属件要高出0.050.2毫米，一般为0.1毫米。在预装配中，要放置代替胶膜
3、厚度的垫片。为了使零件在固化过程中在压力作用下相互之间不错位和不变形，对于钣金胶接和胶铆结构，往往在零件间采用铆钉或螺钉来定位，要求在预装配过程制出这些孔来。钻完孔后要拆开零件，清理切屑和毛刺。l 被胶件经验检查和修配后，即可进行胶接表面处理。(2)被胶材料的表面处理被胶材料的表面处理l 表面处理是胶接过程中的重要工序之一。其目的是：除去表面细缝中的空气和吸附在被粘物表面上的污垢、灰尘、油脂、水锈及其它有机或无机污染物；改变表面粗糙度，增加有效胶接面积；清除影响胶接强度的多分子水层，给被粘物表面提供一个适于粘接且具有高内聚强度的表面氧化层；有效地改进胶接构件的胶接强度和耐久性，提高表面防腐能力
4、。l 被粘材料的表面处理方法很多，常用的包括以下几种。l (a)溶剂脱脂法溶剂脱脂法l 此法是用三氯乙烷、四氯化碳、丙酮或其它有机溶剂对被粘材料表面进行清洗或蒸气脱脂处理。其作用是除去表面污染物，提高表面自由能，改善胶粘剂对被粘表面的浸润性。a表面处理的一般方法表面处理的一般方法l(b)机械打磨和喷砂处理法机械打磨和喷砂处理法l 此法用以清除被粘物表面不利于胶接的有机或无机物，给表面提供适当的粗糙度，增加有效胶接面积，减小固体表面接触角，改善胶粘剂对被粘物表面的湿润性，提高胶接强度。l(c)化学处理法化学处理法l 此法包括酸处理和碱处理，适用于处理一般的金属材料和一些聚合物表面。对金属来说，可
5、在表面形成一种致密、坚固、内聚强度高、极性强的金属表面氧化膜。该氧化膜表面能高，胶粘剂湿润容易，可显著地改善胶接强度。对于很多橡胶、聚烯烃类高聚物及塑料亦可采用此法处理。如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟橡胶、乙丙橡胶及丁基橡胶等用化学法处理后，可使惰性表面变成带有极性基团的表面。使表面自由能高，浸润性好，有利于大幅度地改善胶接强度。b铝合金的表面处理l 铝合金的表面处理一般采用溶剂脱脂和化学处理相结合的方法。即先经碱洗除油污和溶解表面的自然氧化膜后，再进行化学氧化或电化学氧化(阳极化)，在其表面生成一层有利于胶接的工人氧化膜。下面介绍三种常用的表面处理方法。l 此法的步骤是：l第一步，用三氯乙
6、烷或全氯乙烷进行脱脂去油；用三氯乙烷时，应加入少量安定剂，以免在处理过程中产生盐酸，腐蚀金属；l第二步，用碱法清洗，除去表面的各种污染物及其疏松的自然氧化层；l第三步，用水洗净表面；l第四步，放入重铬酸钾一硫酸溶液(见表23配方1)中于6671下处理1012分钟；l第五步，取出试件用蒸馏水淋洗或浸洗；l第六步，将冲洗后的试件放在室温或66下进行干燥。(a)重铬酸盐重铬酸盐硫酸法硫酸法l若用重铬酸钠一硫酸溶液(见表63配方2)在室温进行氧化处理时，在脱脂、洗净的铝合金试件上涂敷一层由重铬酸钠硫酸配制的膏状物，在室温下处理20l25分钟，然后洗净晾干；或者将脱脂、洗净的试件放l入一种由7份硫酸和2
7、份重铬酸钠所组成的溶液中，于室温下处理20分钟，然后用水洗净晾干。l重铬酸钠硫酸法曾因其处理效果好，胶接强度高被美国作为酸蚀法的标准，即FPL酸蚀法。但经研究逐渐认识到，此法得到的表面并不理想。这种表面稳定性差，当胶接不能立即进行时，表面易被破坏，而且形成的接头对腐蚀环境，如海洋大气环境非常敏感。由于这些弱点，酸蚀法逐渐被阳极化法所取代。(b)硫酸铬酸法l 此法的步骤是：第一步，用溶剂脱脂去油；第二步，在碱液中浸泡812分钟；第三l步，用水冲洗干净；第四步，将试件放入硫酸铬酸溶液(见表24)中于65下处理1013分钟；第五步，取出试件放入低于24的水中浸35分钟，第六步，用无离子水喷洗干净后，
8、放入低于52的烘箱中烘干。(c)阳极氧化法l 铝合金通过阳氧化法获得的氧化膜比酸蚀法的氧化膜具有稳定性好、胶接性能强的优点，所以被广泛采用。按照槽液的不同，阳极氧化法有铬酸溶液法，磷酸溶液法、硫酸溶液法、铬酸铵溶液法、茂硼酸胺乙二醇溶液法、硝酸钾硝酸锂低共融盐法等。采用不同的阳极氧化法和控制不同极氧化条件，在铝合金表面上可获得不同结构、不同厚度、不同性质的表面氧化层。表25描述了四种阳极氧化法中，为了获得最大或最小表层面厚度、最大的表面层密度结构(A12O3QH20)的阳极氧化参数和条件。l 在上述阳极氧化中，工业上最早使用的是硫酸溶液法和铬酸溶液法。其中硫酸阳极化的氧化膜强度比铬酸阳极化的氧
9、化膜强度高，但后者氧化膜的胶接性能(特别是剥离性能)比前者要高得多，所以工业上比较广泛地采用了铬酸溶液法。近年来在研究磷酸阳极化时，发现磷酸阳极化膜的胶接性能(尤其是剥离性能和耐温热老化性能)均优于铬酸阳极化的氧化膜，因此磷酸阳极化法颇为人们所重视。c钛合金的表面处理l 钛合金由于具有优越的机械一热性能和与碳纤维或其它复合材料的电化学相容性，已成为混合胶接结构中引人注目的材料。它的表面处理比较困难，比较好的方法有酸蚀法、阳极化法等。(a)酸蚀法l此法的步骤是：第一步，用丙酮、甲乙酮或甲苯脱脂。第二步，酸蚀或碱液处理。其目的是除去钛合金反应形成一种脆性的氢化物，这对钛合金的机械性能带来恶劣影响。
10、为防止吸氢，硝酸与氢氟酸的比值一般大于或等于7。第三步，水洗。喷洗水电导率应小于10微欧，槽洗水的电导率应小于30微欧。第四步，干燥。温度在3093。第五步，调整表面。在这个过程中可在钛合金表面形成一种具有一定化学组成和一定厚度的表面膜。钛合金的表面浸蚀清洗与调整方法见表26。第六步，水洗和干燥。第七步，涂底胶。为防止新处理的表面受污染，8小时之内不用时应涂上一层薄底胶保护。(b)铬酸阳极化法铬酸阳极化法 l槽液配方及最佳工艺条件为：l 槽液：5CrO3的水溶液，并加入适量HFl 电流密度：2Aft2l 电压：1015Vl 温度：室温l 时间：20minl 干燥：空气干燥，6070，30min
11、以上。l 其中槽液中的F-的作用是稳定电流，用量是在零件阳极化之前边加HF边测电流密度而定的。在阳极化之前，零件应用溶剂脱脂，并采用热碱蚀处理，而不用酸蚀以防氢脆。2.2.2 胶粘剂的准备胶粘剂的准备l 胶粘剂的准备主要是根据被胶材料的种类和使用条件等情况合理地选择胶粘剂，进行必要的胶粘剂性能检验以及调节胶粘剂的粘度等。飞机结构所用的胶粘剂，都是已经过鉴定的定型产品，不能任意更改配方，任何配方的变动都要重新进行鉴定。使用前，对未超过保管期的胶粘剂，可以不进行性能检验。对超过保管期的，则必须按规定项目进行性能检验，检验合格后，方可使用。l 结构胶粘剂在使用前大都是按组份分开存放的，如基胶和稀释剂
12、等。使用时，可根据胶的性质、涂胶方法以及胶合面的情况合理地调节胶粘剂的粘度，调配时应按胶粘剂的使用说明正确配制，否则将会影响胶液的性能。胶粘剂调配好后，应在其活性期内完成涂胶工作。2.2.3 涂胶和烘干涂胶和烘干 l 在处理好的金属表面上应及时涂一层薄薄的底胶。其作用是：保护表面，防止环境污染和湿气吸附，延长处理好表面的存放时间；增强粘附作用，提高界面胶接强度。底胶的厚度要严格控制，一般要求固化后的厚度在0.0050.015毫米范围内。除涂底胶外，也可以在金属表面涂偶合剂、胶接促进剂等其它表面化学处理剂。l 涂完底胶后，应在规定的时间内涂胶。涂胶的方法很多，有刷涂法、自流法、喷涂法、滚涂法、刮
13、涂法等等。涂胶时可根据胶粘剂的供应状态(液状、糊状、膜状、粉状)、胶缝特点以及涂胶面积等合理选择涂胶方法。对胶液，要求涂均匀，每涂一层胶后，都要经过晾干或烘干，以除去溶剂和水份，还要防止胶液流失。涂胶的层数一般为12层，每层涂胶量一般为150200克米2。对于胶膜，可采用一边加热，一边铺贴，使胶膜热贴在胶接面上。加热时要防止温度过高而使胶膜变得太软，粘性过大，难以铺平。l 贴放时要防止裹进气泡，一般用擀压的方法使胶膜逐步地与零件贴合，在贴合的同时赶出空气。如发现还有气泡，可用刺破胶膜的办法赶出空气。胶膜铺l设中禁止拉伸折叠，如尺寸不足需要拼接，应尽量采用对接的方法，对缝处最好呈“人”字形，对缝
14、间隙应控制在01毫米范围内。如用搭接的办法，搭接宽度一般为3 5毫米。胶膜贴好后，一般也要在装配之前进行烘烤后发现气泡一定要排除。但贴有发泡胶的零件不准烘烤，以防止泡胶提前发泡。l 涂胶时，还应注意涂胶环境。场地应该清洁、无污染。环境温度一般为18 32之间，相对湿度在30 65之间。以温度在21，相对湿度50为理想。2.2.4 装配与固化装配与固化l 涂胶后，应在规定的时间内将被胶件装配在一起。装配时，零件一定要装配到位，定位可靠。对预装配时钻有定位孔的，要防止定位孔借位。必要时在模具或夹具中装配局部零件间隙偏大的部位，可用粘贴多层胶膜的办法给予一定的补偿。l 结构胶粘剂的主要成份是热固性树
15、脂，装配后，一般都需要加温、加压固化。固化过程中主要控制的参数是：固化温度、固化压力、固化时间和升、降温速率。固化压力几乎对所有胶粘剂都是必要的。通过加压可以使胶接件贴合，控制胶层厚度，防止胶层出现疏松和气泡。加压还可以增进胶对金属表面的湿润和对金属表面氧化层微孔的渗透能力。l加压时，应使压力均匀地分布在胶接面上，并保持不变，压力大小取决于胶粘剂的种类和胶l接件的尺寸及结构形式等因素。对于钣金胶接件，压力范围一般为(1.969.8)X102KPa；对于夹层壁板，则视夹层密度而定。固化温度和固化时间对胶缝强度的影响也很大。胶粘剂高分子物的交联，没有一定的温度，这种交联不是很慢就是不能发生，固化时
16、间是保证这种交联能够充分地进行的必要条件。另外温度还有利于胶粘剂与被粘物之间的分子扩散。l但温度过高又会使胶热老化，发脆。固化温度和固化时间取决于胶粘剂的种类。升温速率也影响到固化反应过程。升温过快可能造成胶层l内部有较大的应力，并使深层胶粘剂中的低分子挥发物和裹进来的气泡来不及排出而造成胶接缺陷。如升温过慢，也会使有的胶粘剂胶接强度下降。流动性大的胶液，会因升温中严重流胶而造成缺胶，流动性差的胶液会因加热缓慢而使流动性更差。升温速度规定不太统一，一般在每分钟1.512范围内。过快的降温速率可能造成大构件的变形，降温过慢则影响设备利用效率。降温速率应根据构件大小及模具的型式来确定。l对含有溶剂
17、和流动性大的胶粘剂，常采用二次固化。第一次固化温度较低，时间较短，以排l除溶剂或使胶液预固化来降低流动性。有时还根据胶粘剂排出挥发组份和反应作用的需要，采用分阶段升温升压的方法。固化开始，需有初压，固化反应完成后，先降温，一般降到6070以下，再卸压。图222是固化周期的示意曲线。2.2.5 清理l 胶接件的清理分为固化前清理和固化后清理。固化前清理主要是清除胶接件上多余的胶；而固化后清理是指因为胶接不当而想重新胶接时，清除已固化的胶。这一清理工作比较困难，一般需要用机械方法去掉，或者加热烧掉。2.2.6 质量检验质量检验l 胶接质量包括粘附质量和内聚质量两个方面。结构件胶接质量的好坏直接影响
18、胶接强度，如被胶表面制备不良会降低粘附强度，固化不良会降低内聚强度，胶层中的气孔、疏松等缺陷也对胶接强度有很大影响。所以，必须对胶接质量进行必要的检验，以确保足够的结构强度。胶接质量检验包括工序检验和固化后检验。工序检验是指在每道工序中按照工艺规程进行的质量检验，固化后检验是在胶接接头固化后对其粘附质量和内聚质量进行的全面检验。l 从经济性、实用性出发，无损检测是对固化后的胶接接头进行检验的主要手段，它是利l用无损检测技术，通过比较胶接件完好的胶接部分和缺陷胶接部位在物理性质上的差异来推断缺陷的形状、大小、所在的位置，并寻求某一物理性质的变化或缺陷程度与胶接强度间的关系，以判断胶接件的胶接质量
19、。l 目前，胶接无损检测范围大体可分为两个方面：l一是检查胶接结构是否脱胶(包括缺胶、空穴等缺陷)；l二是内聚强度的无损检测。l能够检测胶接质量的方法，从原理上讲有声学、热学法、电学法、光学法等，见表67。习题习题l (1)对比其他连接方式，胶接有何优点和缺点对比其他连接方式，胶接有何优点和缺点?l (2)胶接接头的强度主要取决于什么胶接接头的强度主要取决于什么?试分析影响胶试分析影响胶接强度的主要因素接强度的主要因素?l (3)胶粘剂一般由哪几部分组成胶粘剂一般由哪几部分组成?它是怎样进行分类它是怎样进行分类的的?l (4)胶接连接中，最关键的问题是如何保证最大的胶胶接连接中，最关键的问题是如何保证最大的胶接强度，为了保证胶接强度，对于胶粘剂我们应如何接强度，为了保证胶接强度，对于胶粘剂我们应如何选择选择?l (5)简述胶接的原理简述胶接的原理l (6)分析下图分析下图(a)(b)胶接件的胶接破坏形式胶接件的胶接破坏形式
