胶接和胶接结构装配

机械连接（铆接、螺接）胶接焊接现代飞机制造的3大连接技术第三节胶接第一节概述第二节胶接原理第三节胶粘剂第四节影响胶接强度的因素第一节概述一、胶接技术发展简史二、胶粘剂的应用三、飞机金属胶接结构件的分类四、胶接结构典型的型式五、胶接技术的特点一、胶接技术发展简史（１）、古代人类、天然胶粘剂：木汁、血胶、骨胶、石灰、松脂和沥青等；（２）、20世纪，合成高分子材料的出现，胶粘剂工业获得了迅速发展；（３）、20世纪40年代后，胶接机理研究获得了迅速的发展胶接的三大理论：吸附理论、静电理论、扩散理论。（４）、20世纪60年代后，建立并逐步完善了：化学键理论、弱界面层理论、机械结合理论、胶粘剂流变学理论。二、胶粘剂的应用航空航天工业中，全世界采用胶接结构的飞机有100多种。Ｂ－58重型超声速轰炸机，胶接壁板面积占80％（其中蜂窝夹层结构占90％，胶用量超过400kg，可取代约50万只铆钉。胶膜2500m密封胶450kg三、飞机金属胶接结构件的分类四、胶接结构典型的型式五、胶接技术的特点铆接的缺点（１）、钉孔对材料的削弱引起应力集中，使疲劳强度降低；（２）、结构重量增加；（３）、劳动量大、噪音大；（４）、零件阳极化膜因钉孔而受到破坏；（５）、孔边的裂纹会引起腐蚀，等等。胶接的优点——几乎克服了铆接的缺点（1）、胶接适用的材料范围广可连接不同材料（金属－金属、金属－非金属）、厚度不等、不受装配件厚度（厚度差）的影响、多层；（2）、表面平滑、良好的气动力性能铆钉头凸起、点焊的凹陷、局部变形（3）、良好的密封性气密座舱、整体油箱等；（4）、胶接接头耐环境能力强胶层对金属防腐、绝缘、防电化学防腐；易自动化、成本低，1000kg胶粘剂可节约5000kg金属连接材料，节省5000－10000个工时。（5）、胶接构件有效地减轻了重量受力均匀，可采用薄壁结构Ｆ-86Ｄ机减速板铆接改为胶接，重量12.5kg—＞8kg某型机机身胶接，重量减轻15%、费用节约用粮25%－30%某预警飞机雷达罩，重量减轻20%（6）、能提高接头的疲劳寿命胶均匀分布、不会产生局部应力集中、疲劳裂纹扩展速度慢。（7）、胶接工艺简单对材料、工艺条件和环境应力极为敏感。胶接的缺点（1）、粘接强度较低胶粘剂的主材料一般是高分子材料，粘接强度较低（不适于承受剥离载荷）远不如金属材料；（2）、使用温度较高一般在50度，耐高温胶粘剂可长期150－250度，或短期350－400度。（3）、接头性能的重复性差、使用寿命有限（4）、胶接接头强度受影响的因素多第二节胶接原理一、胶接理论的现状二、胶接接头的构成三、粘附力和粘接机理四、内聚力和胶粘剂的固化五、胶接接头的内应力六、胶接接头的应力分布七、胶接接头的结构型式八、飞机上胶接接头的常见形式一、胶接理论的现状胶接过程——复杂的物理化学过程影响胶接强度的因素胶接强度测试结果1、胶粘剂的性质；2、被粘材料表面的胶接特性；3、接头设计、接头成型工艺；4、周围环境应力等。直接影响需理论解释的问题材料的化学结构胶接特性定量关系无圆满解释二、胶接接头的构成胶接内聚力粘附力通过胶粘剂的作用把被粘物连接在一起，形成胶接接头。胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。胶粘剂与被粘表面上不同分子间的作用力。两种破坏情况：“内聚破坏”“粘附破坏”内聚力＜粘附力内聚力＞粘附力界面层破坏胶层或胶粘剂层破坏三、粘附力和粘接机理1、粘附力的形成2、胶接的几种理论3、提高粘附力的必要条件1、粘附力的形成包括胶粘剂与被粘表面之间物理的、化学的、机械的作用。粘附力的形成2、胶接的几种理论胶接的几种理论：吸附理论、静电理论、扩散理论、化学结合理论、机械结合理论。（1）、吸附理论（2）、静电理论（3）、扩散理论（4）、化学结合理论（5）、机械结合理论（1）、吸附理论形成胶接连接的阶段第一阶段：胶粘剂中的高分子由于分子热运动而向与被粘表面靠近；第一阶段：是“吸附”，当胶粘剂与被粘物分子间距缩小到足够小时，分子间引力便发生作用，因而产生吸附。吸附理论解释：吸附力是极性分子间具有更大的分子间吸力。（吸附理论认为，胶接作用是胶粘分子与被粘分子在界面层上相互吸附而产生的，胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用的结果，而物理吸附则是胶接作用的普遍性原因。）（2）、静电理论静电理论解释：两种不同的高分子化合物表面紧密接触时，会产生双电层（象电容器的两个极片一样），而产生静电引力。缺陷不能解释导电胶也能很好地结合。（静电理论认为，在胶接接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。）（3）、扩散理论扩散理论解释：胶粘剂和被粘物分子通过互相扩散而形成牢固的胶接头。（4）、化学结合理论化学结合理论解释：胶粘剂和被粘物通过化学反应而达到良好的结合。（5）、机械结合理论胶粘剂（液态）渗入被粘物表面的缝隙或凹陷处，固化后，在界面区产生齿合或镶嵌连接。3、提高粘附力的必要条件胶粘剂整个表面的良好接触，充分浸润，接触角，固、液体分子间吸引力接触角四、内聚力和胶粘剂的固化胶粘剂（液体）在浸润被粘物表面后，必须通过适当的方法使它变成固体的过程。（１）、胶粘剂本身产生足够强的内聚力；（２）、承受载荷。胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。内聚力胶粘剂的固化固化的必要性2、加温、加压胶粘剂固化的方法1、冷凝或溶剂的挥发“热塑性高分子化合物”（加热会熔融）通过冷凝或溶剂的挥发物理变化完成固化。“热固性高分子化合物”通过化学反应，聚合成不熔化也不溶解的、具有一定机械强度的固体高分子结构物质。五、胶接接头的内应力（１）、胶粘剂固化过程中，由于体积收缩造成的收缩应力；（２）、胶粘剂和被粘物的热膨胀系数不同，在温度变化时产生热应力。胶接强度耐久性胶接接头内应力影响内应力的来源第三节胶粘剂一、胶粘剂的组分二、结构胶粘剂的类型和性能一、胶粘剂的组分胶粘剂结构胶粘剂（飞机用）胶粘剂的要求非结构胶粘剂是否“承载”？1、在使用温度范围内，满足剪切强度、剪切疲劳强度、剥离或不均匀扯离强度、持久强度。2、良好的耐介质、耐冷热交变、耐湿热老化、耐大气老化等性能。（1）粘料；（2）固化剂；（3）填料；（4）稀释剂和溶剂。胶粘剂的组分粘料（基料）：是胶粘剂具有所要求的基本性能的主要成分。固化剂：促进胶粘剂的固化。填料：减少胶层收缩和调节胶粘剂与被粘物之间弹性系数的差别。改善胶粘剂的性能（提高弹性系数、冲击韧性、耐热性、减少收缩率等。）稀释剂：能降低胶粘剂粘度的易流动液体。改善胶粘剂的工艺性能，降低胶粘剂，从而延长胶粘剂的使用期。第四节影响胶接强度的因素一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响二、影响胶缝强度的主要工艺因素一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响胶接接头四种受力形式１、均匀扯离（拉伸）２、剪切３、不均匀扯离（劈裂）４、剥离１.均匀扯离（拉伸）拉伸的特征：外力作用线垂直胶缝。当被粘零件较厚或刚度较大时，受载时不产生挠曲变形，拉应力分布比较均匀；当被粘零件较薄或集中力偏心时，拉应力分布不均匀，易造成胶缝破坏；拉伸２.剪切剪切的特征：外力作用线平行胶缝。剪切剪切是胶接接头最好的受力形式，胶接强度最高。剪应力拉应力增加搭接长度，接头所能承受的破坏载荷有所提高，但增到一定长度后，承载能力很难提高。搭接长度与承载能力的关系搭接宽度与承载能力的关系增加宽度长度，承载能力直线上升。搭接长厚比宽度与承载能力的关系（承剪情况）３、不均匀扯离（劈裂）不均匀扯离胶接强度较低。如：机翼与翼肋、长桁的连接受力特征：边缘处形成劈裂力，较复杂，受载端缝表现为拉应力，有较大的应力集中。４、剥离现象胶接强度最低。受力特征：边缘处形成外张力，应力非常集中。胶接强度的强弱依此为：均匀扯离（拉伸）剪切不均匀扯离（劈裂）剥离提高胶接强度的方法：1、加大胶接面积；2、提高边缘零件的刚度；3、采用补铆少量铆钉或点焊。六、胶接接头的结构形式剪切强度高、耐疲劳强度高破坏安全性能好；均匀扯离（拉伸）、剪切、不均匀扯离（劈裂）、剥离依此降低。２、典型胶接接头的形式：（１）、对接接头；（２）、搭接接头；（３）、槽接接头；（４）、管材接接头；（５）、角接接头；（６）、Ｔ形接接头；（７）、平面胶接１、四种受力形式的胶接特性：二、影响胶缝强度的主要工艺因素一、预装配二、胶接表面的准备三、涂胶和烘干四、装配五、固化一、预装配为了检查零件间的协调关系和胶接面的贴合程度，并进行必要的修配，达到装配准确度要求。目的影响因素1、零件间的协调关系；2、胶接面的贴合程度；3、胶接厚度。1、零件间的协调关系方法放置代替胶膜厚度的垫片。零件间的装配间隙金属与金属面之间间隙：0.15—0.25mm，一般为0.2mm蒙皮与蜂窝芯子间隙：0.1mm芯子比相邻的金属件高出：0.05—0.2mm2、胶接面的贴合程度零件间的装配间隙的均匀（毛刺）3、胶接厚度胶接厚度应当薄而均匀，001—0.25mm，最好在0.1mm以下。二、胶接表面的准备１、表面处理的必要性２、表面处理的程序和方法（１）、脱脂除油处理（２）、机械处理（３）、化学处理（４）、漂洗和干燥１、表面处理的必要性胶接连接的成败的因素胶粘剂、被粘表面的处理、胶接工艺、接头设计等。形成优良胶接的基本条件浸润性（接触角）、胶接界面的分子间作用力。表面处理的目的除去表面污物、改变表面粗造度、改变表面化学性质、提高表面防腐能力等。零件表面的清洁度和表面状态对胶接质量（强度、耐久性）有决定性影响。表面处理的必要性（１）被粘材料表面的吸附特性（２）被粘零件加工成形中的污染物（３）被粘表面的不平度（４）难粘材料２、表面处理的程序和方法（１）、脱脂除油处理（２）、机械处理（３）、化学处理（４）、漂洗和干燥（４）、漂洗和干燥胶接前都应进行漂洗与干燥。漂洗时，先自来水、后去离子水。干燥时，晾干；或冷、热风吹干；或烘箱烘干；或用丙酮或酒精等擦干。在飞机结构的粘接中，为了提高接头的寿命，经常使用磷酸阳极化表面处理方法。三、涂胶和烘干在处理好后的结构表面应及时涂一层薄薄的底胶。底胶底胶的作用在保护表面、防止环境污染和湿气吸附，延长存放时间等。零件涂底胶后，在规定的时间内涂胶。（关键是胶层的厚度）四、装配在胶接模具或夹具中组装、定位、夹紧。五、固化加温加压固化六、常用胶接的工艺方案胶接表面的准备典型胶接工艺过程预装配涂胶和烘干装配固化第四节胶接设备１、压力机（或热压机）３、加热炉（烘箱）２、、热压罐一、加温加压设备二、胶接工艺装备一、加温加压设备１、压力机（或热压机）３、加热炉（烘箱）２、、热压罐１、压力机（或热压机）２、热压罐３、加热炉（烘箱）二、胶接工艺装备１、固化模胎３、装配与检验型架（夹具）２、铣切模胎１、固化模胎３、装配与检验型架（夹具）（1）、不含加温胶接固化的装配与检验型架（夹具）（2）、含加温胶接固化工作内容的装配型架（夹具）（3）、检验型架（夹具）第五节铝蜂窝夹层结构的制造二、铝蜂窝夹层结构的制造一、蜂窝夹芯（层）结构简介蜂窝夹层结构的概念、特点、应用、分类１、蜂窝夹芯的制造（1）、铝箔表面处理（2）、铝箔涂胶（纵条、横条涂胶）（3）、铝箔的叠合和固化（4）、夹芯的拉伸成形和加工先拉伸后加工外形先加工外形后拉伸２、蜂窝夹层结构的装配（同典型胶接工艺过程）一、蜂窝夹芯（层）结构简介普通正六边形蜂窝胶接蜂窝夹层结构一种用于特殊的结构的复合材料。是把蜂窝形状的夹芯材料在两块面板之间，并把它们用胶粘剂相粘接而成的。蜂窝夹层结构的特点1、良好的比强度和比刚度；2、隔音、隔热、减振。蜂窝夹层结构的应用1、航空、航天（对重量和性能有特殊要求的部位）飞机的机翼、进气道、雷达罩；火箭的安定面、导弹的何装置座；卫星、飞船、航天飞机的舱盖和整流罩等。2、其他行业建筑上的内外幕墙、工业厂房和公共建筑的顶板、家具装饰板、汽车车箱蒙皮、其他用途的屏蔽板、隔热板等。铝合金蜂窝、纸蜂窝、玻璃钢蜂窝、塑料蜂窝、陶瓷蜂窝等。蜂窝的分类按材料分按有无孔分有孔蜂窝无孔蜂窝特点有孔蜂窝：避免夹芯中残留胶粘剂固化时产生的挥发物，能防止蜂窝夹层结构内、外压差过大而造成的面板剥离破坏（常用于航天飞行器）无孔蜂窝：使用中有可能进气、进