飞机金属结构胶接.ppt

飞机金属结构胶接刘瑞同同济大学航空航天与力学学院?胶接:利用胶粘剂与被粘物表面之间的粘附力,将被粘物连接成为一个整体,并具有一定力学性能的方法。?胶接包括金属结构胶接、非金属结构胶接(复合材料)、金属与非金属之间的胶接; 本课程的主要内容是金属结构胶接。?飞机中有很多胶接结构。?飞机胶接结构分类?胶接的优点: ?不同材质、不同厚度和多层材料的连接; ?提高疲劳强度,大幅减少连接件数量和重量; ?铝合金薄板胶接结构的疲劳寿命比焊接结构高 20 倍,比铆接结构高 15 倍, 耐声疲劳强度也优于铆接结构和点焊结构。(注:声疲劳是飞机或火箭等飞行器的金属结构在声频交变负载作用下产生裂纹或断裂的现象,在飞行过程中金属结构处于强噪声环境中,薄板结构由于声致振动而产生疲劳,或引起铆钉松动,有时会引起蒙皮撕裂。随着飞行速度的提高,声疲劳问题愈加突出。) ?胶接接头是面承载作用,提高了结构抗压强度,比强度比刚度高。胶接加筋板比同类铆接壁板提高抗压强度约 20% 胶层还具有优良的止裂性能; ?胶接连接表面光滑,没有突起,对气动性能有利; ?胶接连接具有良好的密封性能,适用于水密、气密和油密结构,还具有较好的绝缘和抗震性能。?胶接的缺点: ?接头的抗剥离强度很低,抗不均匀扯离能力很弱; ?工作强度一般不高于 260 ℃;(对于高超声速飞行器尤为致命) ?胶接质量影响因素很多,强度性能离散性很大,质量控制要求严格; ?胶粘剂一般式高分子材料,耐老化问题严重; ?胶接质量的无损检测手段还需进一步提高。胶接接头的形成?胶接接头是胶接结构连接在一起的关键部位,胶粘剂相与被胶接相形成必要的具有稳定的机械强度的体系,其内部结构非常复杂。?强度是判定胶接接头的重要依据,但由于被粘物影响层、胶层、界面层的尺寸很少很难用传统的载荷试验判断。?大致可以将胶接接头连接的作用力分为粘附力和内聚力两种, 粘附力是胶粘剂与被粘表面之间由于各种物理化学作用产生的综合作用力;内聚力是胶粘剂固化后本身产生的,共同构成了胶接强度,由此产生相对应的破坏,粘附破坏和内聚破坏。?胶接界面层是由被粘物表面层及其吸附层、靠近被粘物表面的底胶及胶组成,其中可能还混杂了金属表面的氧化物、空气、水、杂质等。?界面层的结构与性质对接头影响巨大,包括强度、抗裂纹扩展能力等,而且这种性质将随物理的、力的及环境的作用和时间而变化, 也随界面层不同深度而变化。?胶接界面层的粘附力是怎么产生的呢? 胶接理论?目前还没有十分完美的理论来解释胶接强度,但从物理、化学和机械等方面建立了一些理论。(1)吸附理论?胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子在界面层上相互吸附产生的,包括物理吸附和化学吸附,其中物理吸附为主。物理吸附作用力包括分子间界面粘合力和体相内聚力是由范德华力和氢键力构成的; ?此理论实质上是以表面能为基础,胶接的好坏取决于润湿性,润湿性越好,被胶接体越能与胶粘剂分子之间紧密接触产生吸附,胶接界面形成巨大分子间作用力,同时派出胶接体表面吸附的气体,减少了胶接界面的空隙率,提高了胶接强度。?润湿是接触固体的液体在固体表面流动扩散的过程,扩散的难易程度为润湿性。?杨氏方程?接触角?固体表面张力?液体表面张力?固液界面表面张力?润湿的三种情况: ?扩展润湿:液体能在固体表面自由展开并铺满固体表面,接触角几乎为 0, 条件是固体表面张力大于固液界面表面张力与液体表面张力。?浸没润湿:将固体浸没在液体中,液体浸没固体表面的每一个空隙,在实际胶接结构中常采用的方式。?接触润湿:液滴只浸润与液滴接触的固体表面。