胶接和胶接结构装配(技术材料)课件.ppt

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1、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,1,专业课件,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,2,专业课件,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,3,专业课件,一、胶接技术发展简史,（）、古代人类、天然胶粘剂：木汁、血胶、骨胶、石灰、松脂和沥青等；（）、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；（）、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。（）、20世纪60年代后，建立并逐步完善了：

2、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。,4,专业课件,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。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。,5,专业课件,胶膜2500m密封胶450kg,6,专业课件,三、飞机金属胶接结构件的分类,7,专业课件,四、胶接结构典型的型式,8,专业课件,9,专业课件,10,专业课件,11,专业课件,12,专业课件,13,专业课件,五、胶接技术的特点,铆接的缺点,（）、钉孔对材料的削弱引起应力集中，使疲劳强度降低；（）、结构重量增加；（）、劳动量大、噪

3、音大；（）、零件阳极化膜因钉孔而受到破坏；（）、孔边的裂纹会引起腐蚀，等等。,14,专业课件,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；,15,专业课件,易自动化、成本低，1000kg胶粘剂可节约5000kg金属连接材料，节省500010000个工时。,（5）、胶接构件有效地减轻了重量,受力均匀，可采用薄

4、壁结构-86机减速板铆接改为胶接，重量12.5kg8kg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,16,专业课件,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150250度，或短期350400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,1

5、7,专业课件,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,18,专业课件,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,19,专业课件,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,20,专业课件,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

6、，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。,21,专业课件,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,22,专业课件,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,23,专业课件,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,24,专业课件,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）、

7、化学结合理论,（5）、机械结合理论,25,专业课件,（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。）,26,专业课件,（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

8、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。）,27,专业课件,（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。,28,专业课件,（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。,29,专业课件,（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。,30,专业课件,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,31,专业课件,四、内聚力和胶粘剂的

9、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。,（）、胶粘剂本身产生足够强的内聚力；（）、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,32,专业课件,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。,33,专业课件,五、胶接接头的内应力,（）、胶粘剂固化过程中，由于体积收缩造成的收缩应力；（）、胶粘剂和被粘物的热膨胀系数不同，在温度变化时

10、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,34,专业课件,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,35,专业课件,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。,36,专业课件,（1）粘料；（2）固化剂；（3）填料；（4）稀释剂和溶剂。,胶粘剂的组分,37,专业课件,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

11、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。,38,专业课件,39,专业课件,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,40,专业课件,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,、均匀扯离（拉伸）,、剪切,、不均匀扯离（劈裂）,、剥离,41,专业课件,.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

12、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,42,专业课件,.剪切,剪切的特征：外力作用线平行胶缝。,剪切,43,专业课件,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,44,专业课件,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。,45,专业课件,搭接长厚比宽度与承载能力的关系（承剪情况）,46,专业课件,、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

13、，受载端缝表现为拉应力，有较大的应力集中。,47,专业课件,、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。,48,专业课件,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。,49,专业课件,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。,、典型胶接接头的形式：,（）、对接接头；（）、搭接接头；（）、槽接接头；（）、管材接接头；（）、角接接头；（）、形接接头；（）、平面胶接,、四种

14、受力形式的胶接特性：,50,专业课件,51,专业课件,52,专业课件,53,专业课件,54,专业课件,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,55,专业课件,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。,56,专业课件,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：0.150.25mm，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：0.050

15、.2mm,57,专业课件,2、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，0010.25mm，最好在0.1mm以下。,58,专业课件,二、胶接表面的准备,、表面处理的必要性,、表面处理的程序和方法,（）、脱脂除油处理（）、机械处理（）、化学处理（）、漂洗和干燥,59,专业课件,、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。,60,专业课件,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

16、面状态对胶接质量（强度、耐久性）有决定性影响。,61,专业课件,表面处理的必要性,（）被粘材料表面的吸附特性（）被粘零件加工成形中的污染物（）被粘表面的不平度（）难粘材料,62,专业课件,、表面处理的程序和方法,（）、脱脂除油处理（）、机械处理（）、化学处理（）、漂洗和干燥,63,专业课件,（）、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。,64,专业课件,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,

17、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）,65,专业课件,四、装配,在胶接模具或夹具中组装、定位、夹紧。,66,专业课件,五、固化,加温加压固化,67,专业课件,六、常用胶接的工艺方案,68,专业课件,69,专业课件,70,专业课件,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,71,专业课件,第四节胶接设备,、压力机（或热压机）,、加热炉（烘箱）,、热压罐,一、加温加压设备,二、胶接工艺装备,72,专业课件,一、加温加压设备,、压力机（或热压机）,、加热炉（烘箱）,、热压罐,73,专业课件,、压力机（或热

18、压机）,74,专业课件,75,专业课件,、热压罐,76,专业课件,77,专业课件,78,专业课件,、加热炉（烘箱）,79,专业课件,80,专业课件,二、胶接工艺装备,、固化模胎,、装配与检验型架（夹具）,、铣切模胎,81,专业课件,、固化模胎,82,专业课件,83,专业课件,、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）,84,专业课件,85,专业课件,86,专业课件,87,专业课件,88,专业课件,89,专业课件,90,专业课件,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

19、窝夹芯（层）结构简介,蜂窝夹层结构的概念、特点、应用、分类,、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,、蜂窝夹层结构的装配,（同典型胶接工艺过程）,91,专业课件,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。,92,专业课件,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）

20、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。,93,专业课件,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、进水，积水难排除，引起结构腐蚀，加 速胶层老化，降低胶接强度，甚至造成脱胶。（常用于飞机结构）,蜂格壁上

21、刺通气孔,94,专业课件,普通正六边形蜂窝：具有最好的结构稳定性但不具有变形的随意性，不适合制造形状复杂（如球形体）的蜂窝夹层结构。,按制造工艺性分,普通正六边形蜂窝,异形蜂窝（柔性蜂窝）,95,专业课件,通过改变蜂窝格的几何形状制造出易于成形的蜂窝,异形蜂窝（柔性蜂窝）,96,专业课件,二、铝蜂窝夹层结构的制造,蜂窝夹芯的制造,、蜂窝夹芯的制造,铝蜂窝夹层结构的制造过程：蜂窝夹芯的制造、夹芯外形的加工、蒙皮与蜂窝芯胶接前的清洗、涂胶与装配、固化、装配件的检验与试验。,、蜂窝夹层结构的装配,97,专业课件,、蜂窝夹芯的制造,蜂窝夹芯制造的方法：成形法、拉伸法,成形法,拉伸法,先将铝箔压成波纹状

22、，然后将波纹状铝箔叠合胶接起来。用于：厚度大、刚性大的合金箔、特殊的非正六边形蜂格的夹芯。,先在铝箔上涂上或印上胶条，然后将铝箔叠合胶接起来，最后再将叠层拉伸成蜂窝芯。用于：铝合金的正六边形或方形蜂格的夹芯。,98,专业课件,成形法、拉伸法的图例,99,专业课件,制造蜂窝夹芯的工艺过程（拉伸法）：,（）、铝箔表面处理,（）、铝箔涂胶,（）、铝箔的叠合和固化,（）、夹芯的拉伸成形和加工,100,专业课件,（1）、铝箔表面处理,碱洗除油、硝酸光化、磷酸阳极化表面处理（提高寿命）,101,专业课件,（2）、铝箔涂胶,（拉伸法制造蜂窝夹芯）涂胶方法：纵条涂胶、横条涂胶,（纵条涂胶生产率较高，但受铝箔宽

23、度的限制）,102,专业课件,凹印式横条涂胶机图例,103,专业课件,漏胶法纵条涂胶机图例,104,专业课件,（3）、铝箔的叠合和固化,铝箔的叠合：将涂了胶的箔条按需用的张数叠合。,叠合的要求：定位准确，保证相邻两张箔条上的胶条相错半个间距。,铝箔的固化：热压机或热压罐中加温、加压固化。,105,专业课件,（4）、夹芯的拉伸成形和加工,蜂窝芯块的最后成形和外形加工的方法：,2、先加工外形后拉伸：先将叠层（压缩状态下的毛坯）加工成一定的形状，在拉伸成具有所要求外形的蜂窝芯块。,1、先拉伸后加工外形：先将固化好的叠层拉伸成蜂窝块，再用专用蜂窝加工机床加工出蜂窝零件外形。,106,专业课件,当蜂窝结

24、构的外形曲度很小时，可以用“预变形法”加工。,107,专业课件,“先拉伸后加工外形”法的蜂窝外形加工图例,108,专业课件,“先加工外形后拉伸”的加工图例,先（b）加工外形、后（a）拉伸,109,专业课件,加工参数要求：蜂窝格壁很薄，刚度很小，要用无齿圆盘铣刀进行高速结构刀具铣切。,110,专业课件,胶接表面的准备,预装配,涂胶和烘干,装配,固化,、蜂窝夹层结构的装配,（典型胶接工艺过程）,返回,111,专业课件,第六节胶接质量无损检测,胶接质量,内聚质量,粘附质量,常用的无损检测方法,目视检验敲击法声振检测（声阻仪、胶接强度仪、涡流声检验仪）超声波检测射线检测（X射线检验）激光照相热学检测等

25、,112,专业课件,113,专业课件,选择检测方法时应考虑的因素：,1、胶接零件的形状、材料和结构尺寸；2、待检胶接缺陷的类型和大小；3、检测区域的可达性；4、现有设备和人员素质等。,114,专业课件,第七节胶接质量控制,一、环境控制（温度、湿度、清洁要求）,二、人员控制（专门培训、严格考核）,三、胶粘剂（特定条件下存放、使用期的要求）,四、设备控制（定期检修）,五、工艺过程控制（预装配、胶接表面的准备、涂胶和烘 干、装配、固化整个过程的控制）,六、产品质量控制（无损检测、取样验检）,采用全面质量管理的方法,115,专业课件,第三章 胶接和胶接结构装配 结束,116,专业课件,第三章胶接和胶接结构装配 作业,1、胶接的特点？2、内聚力和粘附力的概念？3、胶接接头有哪四种受力形式？哪种受力形式的胶接强度最高？4、胶接的典型工艺过程有哪些？5、蜂窝夹芯的拉伸和外形加工有哪两种方案？,117,专业课件,第三章 胶接和胶接结构装配 结束,118,专业课件,