魏江雄

（凌云科技集團有限責(zé)任公司，湖北 當(dāng)陽 444100）

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是由兩個表面很薄的面板，中間夾以蜂窩夾芯材料組合而成的一種夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。目前，常見的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)多由內(nèi)外層面板、蜂窩芯、加強邊框等零部件膠合而成，面板可以是纖維織物、鋁合金板、塑料板等；蜂窩芯可以是鋁合金材料也可以是芳綸紙材料；面板和蜂窩芯之間采用膠膜粘接；蜂窩芯之間及蜂窩芯和加強邊框之間采用膠膜或發(fā)泡膠拼接；為防止進水，所有對縫處及工藝孔洞均用密封膠密封。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同可以分為A 夾層、C 夾層及多夾層結(jié)構(gòu)。

隨著飛機的輕量化成為飛機設(shè)計時的重要考量要素，加之蜂窩夾層結(jié)構(gòu)本身具有強度高、質(zhì)量輕、透波率好的特點，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的使用比例大幅提升。波音737、空客A320 系列飛機的雷達罩[1-2]、內(nèi)部裝飾板均采用了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)形式。

1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)零部件的損傷形式

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)零部件在制造、裝配、地面停放及裝機使用過程中，由于維護工藝不當(dāng)、飛行載荷、工具墜落、雷擊、鳥撞和冰雹、地面沙石打擊等原因，易造成各種損傷。按照損傷類型和損傷產(chǎn)生的部位進行分類，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的損傷形式可分為以下幾類。

1.1 面板輕微損傷

面板輕微損傷主要包括面板的劃傷、擦傷、表面漆層龜裂、表面輕微凹陷和壓坑。這類損傷對產(chǎn)品的總體強度影響較小，通常只需將損傷部位面板蒙皮打磨后涂膠修補。

1.2 表面凹陷

這類損傷通常是由于飛機受到鳥、工裝梯架撞擊或遭遇惡劣的冰雹天氣，造成蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板受到?jīng)_擊載荷作用而形成較為明顯的凹坑，此類損傷通常會造成蜂窩芯的塌陷，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度有一定的影響，修理時除更換面板外還需對塌陷的蜂窩芯進行修復(fù)。

1.3 脫膠

這類損傷指的是面板與面板之間或面板與蜂窩芯之間出現(xiàn)剝離，引起面板脫粘的原因主要是飛機服役時間長造成的膠粘劑老化、蜂窩芯格內(nèi)部受潮、進水。脫粘損傷一般不會引起產(chǎn)品外觀的明顯變化，需借助專門的故檢工具如膠木錘或啄木鳥敲擊儀輔助檢查，脫粘處擴展到一定程度后會對損傷部位強度造成較大影響，修補時需挖除面板蒙皮后重新膠接。

1.4 腐蝕、穿孔

這類損傷多發(fā)生在以鋁合金作為面板材料的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，隨著飛機使用年限的增加，面板將發(fā)生腐蝕、穿孔現(xiàn)象。這類損傷修理時先去除腐蝕和穿孔部位的蒙皮，再檢查內(nèi)部蜂窩芯可否留用，如蜂窩芯可繼續(xù)留用，則保留原蜂窩芯，制作補片進行修補；如蜂窩芯腐蝕或損傷不再具有原狀態(tài)承載能力，須挖除相應(yīng)區(qū)域的蜂窩芯后再制作補片進行修補。

1.5 穿透性損傷

這類損傷是指產(chǎn)品受到鳥撞或雷擊后，面板和蜂窩芯兩側(cè)均出現(xiàn)穿孔損傷，穿透性損傷對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度影響很大，修理后需對產(chǎn)品強度進行評估并經(jīng)檢驗后方可確定能否繼續(xù)裝機使用。

2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的修理工藝

2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)修理的一般要求

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的修理需建立在以下原則之上。

（1）修理區(qū)域的強度需與原結(jié)構(gòu)強度相當(dāng)；修理中使用的材料應(yīng)與原產(chǎn)品制造使用的材料盡量相同或使用經(jīng)批準的代用材料，修補區(qū)域的織物材料、鋪層方向、蜂窩芯方向應(yīng)與原結(jié)構(gòu)一致，所選用蜂窩芯材料的密度應(yīng)不小于、邊長應(yīng)不大于原蜂窩芯材料，蜂窩芯的高度應(yīng)不小于原蜂窩芯。

（2）為保證飛機外表面氣動特性，修理后應(yīng)盡可能避免修補后的補片凸出原機外部蒙皮，修補后需對補片表面和邊緣做光順處理。

（3）產(chǎn)品修理打磨過程中不能損傷未修補區(qū)的纖維織物或鋁合金表面，打磨時鋁合金蒙皮上露出金屬光澤的地方應(yīng)涂刷阿羅丁和鋅黃底漆進行防腐處理。

（4）有透波性能要求的產(chǎn)品，例如氣象雷達罩，在修理時應(yīng)按原漆層厚度和牌號進行表面漆層的噴涂，不允許在產(chǎn)品表面刮涂膩子，以免對原產(chǎn)品的透波性能造成損失。

2.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)修理的一般步驟

飛機蜂窩夾層結(jié)構(gòu)修理的目的是恢復(fù)產(chǎn)品的外形完整性的同時，保證產(chǎn)品裝機使用能滿足其剩余壽命周期要求，即恢復(fù)飛機結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的修理工藝因損傷類別、材料以及使用環(huán)境的不同存在一定的差異，為了保證修理質(zhì)量，產(chǎn)品修理過程必須按照一定的操作規(guī)程選擇恰當(dāng)?shù)男蘩矸椒ㄟM行。一般而言，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的修理過程包括損傷區(qū)域確定→評估損傷區(qū)域→設(shè)計修理方案→準備修理材料、設(shè)備→修理實施→損傷區(qū)域修理后的檢測等環(huán)節(jié)。各個環(huán)節(jié)的具體要求和方法如下：

（1）確定損傷區(qū)域：確定損傷區(qū)域的過程即發(fā)現(xiàn)故障、確定故障范圍及損傷程度的過程；可以通過目視檢查、敲擊檢查以及超聲A 掃、超聲C 掃、聲振、X 射線檢測等方法來確定損傷區(qū)域。

（2）評估損傷區(qū)域：該過程需要結(jié)合產(chǎn)品的修理容限[3]，判斷損傷屬于允許損傷、可修理損傷還是不可修理損傷。如圖1 所示，其中Xa 為需修理和不需修理的臨界值，Xb 為能修與不能修的臨界值，如果實際損傷尺寸X0Xb，則屬于不可修理損傷，該類型損傷是不允許修理或可以修理但修理不如換件經(jīng)濟的損傷，對于這類損傷需要對損傷產(chǎn)品進行報廢更換。

圖1 損傷評估示意圖

（3）設(shè)計修理方案：查詢產(chǎn)品結(jié)構(gòu)修理手冊或修理工藝規(guī)程，根據(jù)評估損傷區(qū)域情況，選擇合適的修理工藝。當(dāng)前，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)修理的主要方法有注膠打螺塞修理、再制造修理、熱挖補修理、濕法鋪貼修理等方法。

（4）準備修理材料、設(shè)備：根據(jù)修理方案，維修人員完成修理用預(yù)浸料、膠膜、蜂窩芯格等修理器材的領(lǐng)用；準備好熱補儀、真空泵等專用修理設(shè)備。

（5）修理實施：維修人員按照修理方案完成產(chǎn)品的修復(fù)。

（6）損傷區(qū)域修理后的檢測：采用無損檢測方法對損傷修理區(qū)域的修理質(zhì)量進行驗收，損傷區(qū)域經(jīng)過修理后應(yīng)無脫粘、分層、積水等故障現(xiàn)象。

2.3 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的故障檢查方法

故障檢查是確定損傷區(qū)域的重要途徑，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件制品的故障檢查方法主要包括目視檢查法、敲擊法及無損檢測方法；常用的無損檢測方法又包括超聲波探傷及X射線探傷。

（1）目視檢查法：目視檢查法是檢查蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品面板損傷程度的最主要方法，該方法主要針對一些易觀察且具有明顯損傷特點的部位進行目視檢測，包括表面涂層龜裂、表面劃傷、擦傷、腐蝕、穿孔等現(xiàn)象進行的外觀檢查。

（2）敲擊法：敲擊法是使用膠木錘（如圖2）或啄木鳥敲擊儀敲擊的方法尋找和確定面板與蜂窩芯、面板與面板剝離的尺寸。用膠木錘敲擊時應(yīng)用錘背憑其自重對受檢部位輕輕敲擊，剝離部位會發(fā)出沉悶的敲擊聲。將面板聲音變化的每個點用記號筆作出標記，直到將這些點連起來劃出剝離區(qū)域范圍為止。

圖2 敲擊蜂窩結(jié)構(gòu)用的膠木錘

（3）超聲波探傷：采取目視與敲擊相結(jié)合的方法可以對產(chǎn)品的內(nèi)外面板損傷、面板與蜂窩夾芯脫粘、孔邊裂紋、分層、穿孔等故障進行檢查，確定損傷的范圍及程度，當(dāng)故障檢查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有損傷時或檢測人員對敲擊檢查的結(jié)果有疑異時，可對損傷區(qū)域進行超聲波探傷檢測。BONDMASTER 1000 是便攜式的超聲波探傷設(shè)備，使用時將探頭放在待檢測部位表面，設(shè)備通過發(fā)送和接收脈沖能量測量波幅和相位變化，以此來精確檢測面板與蜂窩芯的粘接情況。

（4）X 射線探傷：X 射線探傷機可用于檢測蜂窩芯格內(nèi)部的積水情況。X 射線在穿透物體過程中會與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射的原因其強度會減弱。強度衰減程度取決于物質(zhì)的衰減系數(shù)和射線在物質(zhì)中穿透的厚度。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品內(nèi)部積水的X 射線檢測正是利用了這一原理，由于水與空氣的衰減系數(shù)不同，如果蜂窩芯格存在局部積水，則該局部區(qū)域透過的射線強度就與周圍存在差異[4]，在膠片上會呈現(xiàn)出黑度的差異。

2.4 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)修理實例

2.4.1 面板輕微損傷的修理

面板的劃傷、擦傷及輕微凹坑，可以通過涂膠修復(fù)。具體方法如下：（1）先用300#砂紙打磨擦傷面，在擦傷區(qū)域周圍5 mm 寬度范圍內(nèi)將擦傷深度打磨平并平滑過渡到主體材料上。（2）用丙酮清洗損傷區(qū)域。（3）用650 聚酰胺樹脂和6101 環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比1：1 混合后攪拌均勻，配制成環(huán)氧樹脂膠液。（4）將膠液涂到擦傷處，待膠液固化后用300#砂紙將凸起的膠瘤打磨至與周邊壁板齊平。

2.4.2 面板表面凹陷、腐蝕及單面穿孔的修理

對于面板表面出現(xiàn)凹陷、腐蝕及單面穿孔的故障，修理方法如下：（1）先對損傷區(qū)域做挖補，之后修整損傷。（2）制作補片。用玻璃纖維織物預(yù)浸料做補片，相鄰兩層補片的搭接量約為20～25 mm。（3）用丙酮清洗挖補區(qū)域，靜置15 min 后將膠膜和補片平鋪在挖補區(qū)，貼補片時補片之間應(yīng)按照原織物鋪層角度交錯放置，最外面蓋上聚乙烯薄膜。（4）用熱補儀對該區(qū)域施加所需要的溫度和壓力，保溫一段時間待膠液固化后打磨掉膠瘤。

2.4.3 鋪層材料間脫粘的修理

修理鋪層材料間脫膠的方法是往脫膠區(qū)域注入新膠然后使其固化，具體方法如下：（1）先在脫膠區(qū)域鉆Φ2.1 mm的小孔若干，小孔應(yīng)從脫膠區(qū)邊緣開始鉆，間距15～20 mm。（2）用650 聚酰胺樹脂和6101 環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比1∶1 混合后攪拌均勻，配制成環(huán)氧樹脂膠液。（3）用注射器或注膠槍注入配制好的環(huán)氧樹脂膠液，從一個孔注膠直到膠液從其他孔溢出為止。（4）用聚乙烯塑料薄膜蓋住注膠區(qū)域后對其加熱和加壓處理，待膠液固化后，用砂紙清除膠瘤。

2.4.4 面板與蜂窩芯脫粘的修理

面板與蜂窩芯脫粘的修理方法如下：（1）用敲擊法確定脫粘區(qū)域損傷邊界。（2）采用階梯打磨法去除損傷區(qū)域面板。（3）將蜂窩芯格上已固化的膠膜清除干凈，并用砂紙打磨露出新鮮蜂窩端面，用吸塵器將粉塵清理干凈。（4）用玻璃纖維織物預(yù)浸料做補片，相鄰兩層補片的搭接量約為20～25 mm。（5）用丙酮清洗挖補區(qū)域，靜置15 min 后將膠膜和補片平鋪在挖補區(qū)，貼補片時補片之間應(yīng)按照原織物鋪層角度交錯放置，最外面蓋上聚乙烯薄膜。（6）用熱補儀對該區(qū)域施加所需要的溫度和壓力，保溫一段時間待膠液固化后打磨掉膠瘤。

2.4.5 蜂窩芯壓塌或穿透性損傷的修理

在飛機使用過程中蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品由于受到鳥類撞擊或遭到銳器擊中，將出現(xiàn)蜂窩芯壓塌或蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的穿透性損傷。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)壓塌和穿孔的修復(fù)需要根據(jù)損傷區(qū)域尺寸和損傷類型的不同選取不同的修理方法，對于外層損傷深度小于2 mm 的擦傷以及小尺寸的脫粘，可根據(jù)損傷類型選取上述方法修理；對于大面積的壓塌和穿孔，則需要切除整個厚度的損傷區(qū)域，切口形狀一般為圓形或橢圓形，切口邊緣加工出一個斜面，按照切口的形狀在玻璃布、蜂窩原材料和膠膜上裁剪鋪層毛坯、蜂窩毛坯和膠膜，每層玻璃布四周應(yīng)留搭接余量15～20 mm，用丙酮清洗切口部位后將膠膜、蜂窩芯和玻璃布依次放到切口處，最外面鋪上一層聚乙烯塑料薄膜后用熱補儀對該區(qū)域加熱，待膠液固化后，將凸起的膠瘤打磨至平整，如圖3 所示。

圖3 蜂窩芯壓塌的修理

2.4.6 蜂窩芯進水的修理

首先用X 射線探傷檢測的方法確定進水的蜂窩芯格，對于蜂窩夾層內(nèi)部的水汽，可采用加溫烘干的方法進行排水、排潮，加熱溫度為60～70℃，保溫時間為8～12 h。若蜂窩夾層內(nèi)部水汽過多，通過加溫烘干無法排除時，可采用鉆孔法對該區(qū)域所有蜂窩芯內(nèi)表面面板鉆Φ2.1 mm 小孔后用注射器抽除水分，再用加溫烘干的方法進行處理。處理完畢用SY-37 環(huán)氧樹脂對針眼進行密封。

3 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的維護建議

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品雖然具有較高的強度及剛度，但如果日常維護不當(dāng)，極易出現(xiàn)損傷。為此，針對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的日常維護提出以下建議。

（1）飛機上裝有蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的部位切忌踩踏，產(chǎn)品正常使用的情況下，表面會堆積灰塵、鳥糞等臟物，使用脫脂棉清除產(chǎn)品表面的灰塵及臟物，然后用脫脂棉蘸清水清洗干凈后自然晾干；若產(chǎn)品表面蘸有不易擦洗的油污，應(yīng)用脫脂棉蘸中性洗滌劑擦洗干凈。（2）嚴禁使用干硬的抹布擦除蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品表面灰塵，嚴禁用蘸有腐蝕性溶劑的抹布擦洗產(chǎn)品表面，嚴禁化學(xué)試劑、溶劑、洗滌劑接觸產(chǎn)品表面涂層。（3）定期對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進行檢查，對于單處損傷總面積小于4 cm2的損傷處，允許短期內(nèi)（3 個月內(nèi)）飛行，但應(yīng)經(jīng)常檢查損傷情況；若損傷區(qū)域面積變大，則應(yīng)按照維修方法及時排除，防止故障（脫粘、腐蝕、裂紋等）繼續(xù)擴展。（4）具有透波性能要求的產(chǎn)品（如氣象雷達罩、ESM 天線罩等）表面出現(xiàn)損傷需修理時，禁止刮膩子修補，以免降低產(chǎn)品的透波性能。（5）飛機需要長期停放時，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品外表面應(yīng)罩上保護套，如遇到雨天，雨后應(yīng)打開保護套進行通風(fēng)晾曬，防止雨水長期浸泡損傷漆層。（6）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品拆卸、安裝時，應(yīng)輕拿輕放，避免產(chǎn)品發(fā)生碰撞、壓傷和劃傷表面漆層，產(chǎn)品轉(zhuǎn)運時應(yīng)放在專用拖車或托架上，產(chǎn)品存放時應(yīng)放置在陰涼干燥并遠離熱源的場所。

4 結(jié)論

本文論述了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的損傷形式、列舉了幾種修理工藝、提出了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的維護建議。本文所列舉的修理工藝能夠滿足實際修理需要，具備可操作性，可以有效幫助內(nèi)場復(fù)合材料維修人員和外場機務(wù)人員快速有效發(fā)現(xiàn)和判斷蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的故障，根據(jù)故障情況制定修理方案，選擇合適的修理方法將故障排除，能夠有效減少飛機的外場停放時間。