一种快速低成本Invar钢工装修补方法

摘要

一种快速低成本Invar钢工装修补方法属于复合材料成型工装技术领域；一种快速低成本Invar钢工装修补方法，包括以下步骤；1）清除固体杂质，选取200#砂纸将Invar钢工装待修补区域表面粗糙化；2）选取固化物玻璃化转变温度高于Invar钢工装成型复材产品；3）选取碳纤维面密度为193±7g/m2的平纹织物作为预浸料增强体或者短切碳纤维作为环氧修补胶增强体；4）采用带载体高温结构胶膜作为修补预浸料与Invar钢工装间的粘接剂，增加两者间粘接性能的同吋，起到膨胀系数过渡的作用。本发明不但效率高且成本低。

说明书

技术领域

本发明属于复合材料成型工装技术领域，尤其是涉及一种快速低成本Invar钢工装修补技术，适用于复合材料成型用Invar钢工装的快速低成本修补过程。

背景技术

Invar钢，由于其热膨胀系数与碳纤维复合材料相近，且比热容小于常用金属易于传热，广泛应用于对尺寸精度要求较高的大型复合材料结构件成型用工装。考虑到Invar钢工装加工难度较大、加工周期较强等原因，倘若出现损坏情況，首选的处理方案即为修补。的修补传统上采用待修补区域焊接填料修补和涂抹耐高温金属胶修补两种，前者通过氩弧焊、激光焊或冷焊等方法完成待修补区域的修补过程，但或多或少存在不适合局部修补、易产生焊接应力变形、焊接周期过长或焊接效果不佳补料易脱落等问题；后者虽然能够对待修补区域进行快速修补，但由于Invar钢和耐高温金属胶间的热膨胀系数不匹配，在经过热循环后金属胶固化物即发生脱落现象，无法实现长时间多次数使用的目的。而实现Invar钢工装快速低成本修补过程的关键技术在于如何协调补料与Invar钢间的热膨胀系数以及粘接性，能够在短时间内无需昂贵的焊接或维修设备即可完成待修补区域的修补过程，并满足后续不影响产品的尺寸精度以及长时间多次热循环使用。目前，国内外针对此问题仍然没有好的修补方法，仍沿用焊接填料与涂抹耐温金属胶等方法，无法实现Invar钢工装快速低成本修补过程。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、低成本的Invar钢工装修补方法。

本发明是采取如下技术方案来完成的：一种快速低成本Invar钢工装修补方法，其特征在于：包括以下步骤；

一、坍陷修补

1）采用毛刷将Invar钢工装塌陷区域中的固体杂质清除，避免损伤其它无需修补区域，利用200#砂纸将坍陷区域的四周及底部表面粗糙化，以用手指触摸能感觉到粗糙感为宜；

2）在工装塌陷区域的四周及底部表面粘贴一层带载体高温结构胶膜，根据待修补区域裁剪一系列预浸料片材，并依次铺叠至待修补区域，每铺叠3~5层真空压实不少于30min，保证预浸料铺叠至待修补区域高于周边区域不小于0.1 mm为宜；

3）待预浸料铺叠完毕后依次铺叠四氟布、无孔隔离膜、透气毡以及真空袋，并沿待修补区域外延粘贴一圈密封胶条以完成封装及达到挡胶的目的；

4）在烘箱中利用真空压对待修补区域进行固化处理后，依次采用200#、400#、600#砂纸以及绒布对修补区域相对工装型面的多余部分进行打磨处理，再通过三坐标测量以确定修补区域与理论数模的匹配性，校准后即完成Invar钢工装的修补工作。

二、裂缝修补

1）将Invar钢工装待修补区域裂缝中的杂质清除，防止损伤其它无需修补区域的同吋，通过打磨使待修补区域避免出现尖角位置；

2）将短切碳纤维增强体以及空心玻璃微珠等填料掺入高温增韧环氧树脂胶液中并分散均匀，待胶液粘度适中时涂抹于Invar钢待修补区域，务必使胶液液面高于工装待修补区域周边型面，利用热风机对修补区域加热处理，降低胶液的粘度增加其流动性使其充分填充裂缝区域，并促进胶液的凝胶化过程；

3）待胶液开始凝胶出现拉丝现象后，用刮板挂去表面多余的胶液并铺敷一层无孔隔离膜，利用加热设备（如电热毯）对待修补区域进行加热处理；

4）待修补区域固化后，依次采用200#、400#、600#砂纸以及绒布对修补区域相对工装型面的多余的树脂进行打磨处理，待通过三坐标测量后即完成Invar钢工装的修补工作。

其特点为：

1）清除固体杂质后，选取200#砂纸将Invar钢工装待修补区域表面粗糙化，增加待修补区域Invar钢与修补填料间的界面粘接性，防止后续使用过程中修补填料的脱落；

2）选取固化物玻璃化转变温度高于Invar钢工装成型复材产品，固化温度30℃的高韧性环氧树脂作为预浸料基体或修补胶主体，防止在复材产品固化过程中修补区域由于高温而产生破坏等现象；

3）选取碳纤维面密度为193±7g/m²的平纹织物作为预浸料增强体或者短切碳纤维作为环氧修补胶增强体，利用前者热膨胀系数与Invar钢相近以及后者类似于准各相同性材料膨胀系数可通过填料的加以调整的优势解决工装主体与修补填料间膨胀系数不匹配等问题；

4）采用带载体高温结构胶膜作为修补预浸料与Invar钢工装间的粘接剂，增加两者间粘接性能的同吋，起到膨胀系数过渡的作用。

与现有技术相比的有益效果是：本发明快速低成本Invar钢工装修补技术，解决了补料与Invar钢间的热膨胀系数匹配性以及粘接性能好坏等问题，避免了传统依靠焊接填料或涂抹耐温金属胶等方法易产生焊接应力变形、焊接周期过长或焊接效果不佳补料易脱落等现象。利用碳纤维预浸料结合胶膜或者掺杂短切碳纤维和空心玻璃微珠等填料的环氧胶修补Invar钢工装塌陷或裂缝区域，仅需要加热装置辅以打磨过程即可完成Invar钢工装的快速低成本修补。

而且，利用碳纤维复合材料与Invar钢相近的热膨胀系数，以及胶膜或环氧胶较为优异的粘接性能，可以使补料与Invar钢较为完美的结合在一起，在整个修补过程中通过优化加热工艺，修补区域不会产生内应力，即使多次使用也不会出现脱落现象，工装整体性好。并且，后续在原有修补区域再修补或者新生损坏区域修补过程均可采用该方法，修补材料简单易得，修补过程简单便捷，是适用于Invar钢工装修补过程的较佳方案。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种快速低成本Invar钢工装修补方法，其特征在于：包括以下步骤；

一、坍陷修补

1）采用毛刷将Invar钢工装塌陷区域中的固体杂质清除，避免损伤其它无需修补区域，利用200#砂纸将坍陷区域的四周及底部表面粗糙化，以用手指触摸能感觉到粗糙感为宜；

2）在工装塌陷区域的四周及底部表面粘贴一层带载体高温结构胶膜，根据待修补区域裁剪一系列预浸料片材，并依次铺叠至待修补区域，每铺叠3~5层真空压实不少于30min，保证预浸料铺叠至待修补区域高于周边区域不小于0.1 mm为宜；

3）待预浸料铺叠完毕后依次铺叠四氟布、无孔隔离膜、透气毡以及真空袋，并沿待修补区域外延粘贴一圈密封胶条以完成封装及达到挡胶的目的；

4）在烘箱中利用真空压对待修补区域进行固化处理后，依次采用200#、400#、600#砂纸以及绒布对修补区域相对工装型面的多余部分进行打磨处理，再通过三坐标测量以确定修补区域与理论数模的匹配性，校准后即完成Invar钢工装的修补工作。

二、裂缝修补

1）将Invar钢工装待修补区域裂缝中的杂质清除，防止损伤其它无需修补区域的同吋，通过打磨使待修补区域避免出现尖角位置；

2）将短切碳纤维增强体以及空心玻璃微珠等填料掺入高温增韧环氧树脂胶液中并分散均匀，待胶液粘度适中时涂抹于Invar钢待修补区域，务必使胶液液面高于工装待修补区域周边型面，利用热风机对修补区域加热处理，降低胶液的粘度增加其流动性使其充分填充裂缝区域，并促进胶液的凝胶化过程；

3）待胶液开始凝胶出现拉丝现象后，用刮板挂去表面多余的胶液并铺敷一层无孔隔离膜，利用加热设备（如电热毯）对待修补区域进行加热处理；

4）待修补区域固化后，依次采用200#、400#、600#砂纸以及绒布对修补区域相对工装型面的多余的树脂进行打磨处理，待通过三坐标测量后即完成Invar钢工装的修补工作。

其特点为：

1）清除固体杂质后，选取200#砂纸将Invar钢工装待修补区域表面粗糙化，增加待修补区域Invar钢与修补填料间的界面粘接性，防止后续使用过程中修补填料的脱落；

2）选取固化物玻璃化转变温度高于Invar钢工装成型复材产品，固化温度30℃的高韧性环氧树脂作为预浸料基体或修补胶主体，防止在复材产品固化过程中修补区域由于高温而产生破坏等现象；

3）选取碳纤维面密度为193±7g/m²的平纹织物作为预浸料增强体或者短切碳纤维作为环氧修补胶增强体，利用前者热膨胀系数与Invar钢相近以及后者类似于准各相同性材料膨胀系数可通过填料的加以调整的优势解决工装主体与修补填料间膨胀系数不匹配等问题；

4）采用带载体高温结构胶膜作为修补预浸料与Invar钢工装间的粘接剂，增加两者间粘接性能的同吋，起到膨胀系数过渡的作用。

与现有技术相比的有益效果是：本发明快速低成本Invar钢工装修补技术，解决了补料与Invar钢间的热膨胀系数匹配性以及粘接性能好坏等问题，避免了传统依靠焊接填料或涂抹耐温金属胶等方法易产生焊接应力变形、焊接周期过长或焊接效果不佳补料易脱落等现象。利用碳纤维预浸料结合胶膜或者掺杂短切碳纤维和空心玻璃微珠等填料的环氧胶修补Invar钢工装塌陷或裂缝区域，仅需要加热装置辅以打磨过程即可完成Invar钢工装的快速低成本修补。

而且，利用碳纤维复合材料与Invar钢相近的热膨胀系数，以及胶膜或环氧胶较为优异的粘接性能，可以使补料与Invar钢较为完美的结合在一起，在整个修补过程中通过优化加热工艺，修补区域不会产生内应力，即使多次使用也不会出现脱落现象，工装整体性好。并且，后续在原有修补区域再修补或者新生损坏区域修补过程均可采用该方法，修补材料简单易得，修补过程简单便捷，是适用于Invar钢工装修补过程的较佳方案。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。