專利名稱：用于結(jié)構(gòu)粘結(jié)連接的質(zhì)量控制過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括在結(jié)構(gòu)的制造領(lǐng)域中，其包括幾個(gè)子部件(例如，由纖維或類似
材料的非連續(xù)加強(qiáng)材料和熱固性樹脂或類似材料的連續(xù)基體(matrix)形成的復(fù) 合材料的結(jié)構(gòu)的子部件的共固化)的連接固結(jié)過程和/或幾付部件的粘合連接 (例如，復(fù)合材料或金屬材料結(jié)構(gòu)的子部件的粘結(jié))，本發(fā)明具體地包括在那些由 于安全問題需要對(duì)代表證明連接質(zhì)量的所皿接的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行額外測(cè)試的技 術(shù)領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
基本結(jié)構(gòu)中對(duì)于先進(jìn)復(fù)合材料的大量弓l入已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本過程(在 ,重量和提高機(jī)械性能的基礎(chǔ)上)，是設(shè)計(jì)和制造新一代飛行器的首要目標(biāo)之
引入復(fù)合材料的主要優(yōu)點(diǎn)之一是由于高度集成的結(jié)構(gòu)元件能夠在組裝過程 中節(jié)約成本，所述結(jié)構(gòu)元件一般包括蒙皮(skin)和在固化和/或粘結(jié)過程中皿 的加強(qiáng)或加固元件。
這些粘鏈接，與傳統(tǒng)的鉚擬接相比具有很多優(yōu)點(diǎn)(組^31程中節(jié)省成本， 更輕質(zhì)、更堅(jiān)固、并具有更小的應(yīng)力集中、防漏等)，但具有一個(gè)重大的缺陷 所述連接使用的材料和環(huán)境條件以及操作條件都必須一直控制得十分完美，并且 代表所艇接的測(cè)試件的制造和測(cè)試必需要保證戶腿測(cè)試件的質(zhì)量。
制造和測(cè)試這些測(cè)試件的成本相當(dāng)高，而且難以確保證測(cè)試件的結(jié)構(gòu)和制造 割牛與代表的部件的結(jié)構(gòu)和制造割牛相同，因此獲得的結(jié)果僅僅是近似于所代表 的連接的實(shí)際狀態(tài)。
因此，工處需要新的、不具有戰(zhàn)缺陷的粘雜接質(zhì)量控制過程，本發(fā)明 旨在滿足該需要。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的在于使用代表粘M接的子部件中的一個(gè)的預(yù)制造設(shè)備為粘M接提供一種質(zhì)量控制過程，該預(yù)制造設(shè)備在與代表粘合連接的割牛 對(duì)以的剝牛下粘結(jié)至'拐一個(gè)子部件上。
該目的ffiil用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘M接的質(zhì)量控制過fi^實(shí)現(xiàn)，該過 程包括如下步驟
a)提供將被控制的制的材料的結(jié)構(gòu)；
'D)提供至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)，該設(shè)備代表結(jié)構(gòu)的子部件中的一個(gè);
c) 在與所述子部件的實(shí)際粘M,似的條件下，將所述至少一個(gè)預(yù)制造
測(cè)試設(shè)備(1)粘結(jié)到所述結(jié)構(gòu)的另一個(gè)子部件(7)
d) 在所超少一個(gè)預(yù)制造設(shè)備(1)上執(zhí)行至少一次機(jī)械測(cè)試，所述至少一
次機(jī)械測(cè)試允許評(píng)價(jià)所述粘M接的質(zhì)量。定性結(jié)果(失效模式)和定量結(jié)果(失 效應(yīng)力和應(yīng)變)均被認(rèn)為代表測(cè)試中的實(shí)際粘M接。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的過程目標(biāo)應(yīng)用于由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)。
在另一個(gè)4雄實(shí)施例中，本發(fā)明的過程目標(biāo)應(yīng)用于由金屬材料審喊的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明相對(duì)于^頓標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件的質(zhì)量控制過程的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明允許利用 置入代雜接的子部件中的一個(gè)預(yù)制造設(shè)劄戈替戶腿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件的制造和測(cè)試， 所述子部件中的一個(gè)在與實(shí)際連接割牛類似的條件下粘結(jié)到另一個(gè)子部件。子部 件之間的連接質(zhì)量由預(yù)制造設(shè)備與另一^T部件之間的連接質(zhì)量表示，》31用 于在制3t31程之后立即現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的領(lǐng)賦中使所述預(yù)制造設(shè)備與所述另一個(gè)子部 件之間的連接的失效所必須的應(yīng)力給出，這大大簡(jiǎn)化了所i^接的鑒定過程并減 小其成本。
以下將參照附圖在示意性實(shí)施例的如下詳細(xì)說明中公開本發(fā)明的其它特征 和優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出了在根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量控制過程中使用的設(shè)備1的具有部分咅曬的 正視圖，該設(shè)備由將固定到將被測(cè)試的元件表面上的主體11和一次性頭部
(disposable head) 12組成，該一次性頭部包括用于通過易斷頸部16連接的工具 的凹槽劍空體一在附圖中，是具有六邊^(qū)m面的用于方孔螺釘用扳手的圓柱形腔 體15。主體ll具有平坦表面，該表面成為與將被測(cè)試的元件的表面連接的連接 表面，可以包括或可以不包括在設(shè)備本身中的連接粘合劑13和可以包括或可以不包括在設(shè)備本身中的非粘合釋放膜14 (聚四氟乙烯材料或類似材料)將施加該 表面上，并且所述表面部分地置于本發(fā)明的X豫設(shè)備1糊每被測(cè)試的元件的表面 之間；
圖2示出了安裝在將被觀賦的元件17的表面上的設(shè)備1的等角投影圖； 圖3示出了與圖2相同的視圖，并且描繪了引入所述設(shè)備1的殼體15內(nèi)的
工具18的桿部，通過工具18可以在設(shè)備上施加兩種不同負(fù)荷，每種應(yīng)力用箭頭
部表示在設(shè)備的X寸稱軸線上的扭矩19和應(yīng)力20，該應(yīng)力20在易斷頸部16的
切口處具有相應(yīng)的合成彎曲力矩；
圖4示出了與圖3相同的視圖，并示意性地示出了沿設(shè)備1的對(duì)稱軸施加的
扭矩19，該扭矩引起易斷頸部16的斷裂和一次性頭部12的分離，這表示正確的
粘合連接。；
圖5示出了與圖3相同的視圖，并示意性地示出了沿設(shè)備1的對(duì)稱軸施加的 扭矩19，該扭矩弓胞設(shè)備l的主體ll的脫粘，這表示不良粘鏈接；
圖6示出了與圖4相同的視圖，并示意性地示出了垂直于設(shè)備l的對(duì)稱軸施 加的應(yīng)力20，該應(yīng)力將會(huì)產(chǎn)生在易斷頸部16的切口處的合成彎曲力矩，導(dǎo)致易 斷頸的斷裂和一次性頭部12的分離，這表示正確的粘合連接；
圖7示出了與圖5相同的視圖，并示意性地示出了垂直于設(shè)備1的對(duì)稱軸施 加的應(yīng)力20，該應(yīng)力將產(chǎn)生在易斷頸部16的切口處的合成彎曲力矩，使設(shè)備的
主體11脫粘，這表示不良粘M接；
圖8示出了在鉤狀或鑰匙狀形式的殼體22代替艾倫型六角形(Mentype
hexagonal)殼體15的情況下本發(fā)明的X^設(shè)備1的部分剖面的平面正視圖。這 種新結(jié)構(gòu)允許在設(shè)備l的X訴爾軸的方向上施加拉力；
圖9示出了在工具23引入鉤狀或鑰匙狀形式的殼體22中的情況下具有工具 23的設(shè)備1的等角投影圖。工具23利用平移移動(dòng)24被弓l入頭部12的腔體22， 并以沿辯由線的四分之一轉(zhuǎn)25而被堵??；
圖10示出了與圖9相同的視圖，并示意性地示出了施加的拉力26，所述拉 力導(dǎo)致易斷頸部16的斷裂和頭部12的分離，這表示正確的粘M接；以及
圖11示出了與圖9相同的視圖，并示意性地示出了施加的拉力26，所述拉 力導(dǎo)致設(shè)備1的主體11脫粘，這表示不良粘合連接。
具體實(shí)施方式
圖1和2示出了在本發(fā)明的發(fā)明目的的優(yōu)選實(shí)施例中使用的預(yù)帝鵬賦設(shè)備1 的具有部分剖面的前視圖和等角投影圖，該設(shè)備的作用是取代用于證明結(jié)構(gòu)粘合 連接質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件。設(shè)備1允許測(cè)試共同粘結(jié)連接(復(fù)合材料的預(yù)固化元件 和沒有固化的復(fù)合材料元件之間的粘M接)和二次粘結(jié)連接(大致為復(fù)合材料 或固體金屬的預(yù)固化元件和/或普通非金屬元件之間的粘M接)的質(zhì)量。
設(shè)備1由主體11和一次性頭部12形成，主體11將固定到將被測(cè)試的元件
17的表面上， 一次性頭部12通過易斷頸部16連接。頭部12包括用于將工具18 (例如，方孔螺釘頭部用扳手)插入其內(nèi)的凹槽或腔體15。
設(shè)備的主體11具有平坦表面，該表面將成為與將被測(cè)i式的元件17的表面連 接的連接表面，可以包括或可以不包括在設(shè)備本身中的連接粘合劑13，和可以包 括或可以不包括在設(shè)備1本身中的非粘合釋方劃莫14 (聚四氟乙烯材料，似材 料)將施加在所述表面上，并且戶，表面部分置于本發(fā)明的対象設(shè)備1和將被測(cè) 試的元件17的表面之間。
非粘合釋測(cè)莫14具有多個(gè)作用控制粘合表面的面積，防止使連接弓艘變 化的粘合凸凹面的形成，以及在連接處產(chǎn)生切口效應(yīng)。
設(shè)備l可以由金屬材料、復(fù)合材料、塑性材料或上述卞才料中的幾個(gè)制成。
對(duì)于設(shè)備1的單個(gè)結(jié)構(gòu)，使用的粘合劑的類型及其應(yīng)用條件影響其典型性質(zhì)
a) 如果所述粘合齊贓供歐前設(shè)置在設(shè)備1中，并且如果戶誠(chéng)粘合劑與典 型的粘鏈接的粘合劑不同，或者與其相同但不是同一批次的粘合劑，赫戶腿
粘合劑已經(jīng)受到相同的儲(chǔ)存割特B/或戶;M粘合劑在相同的割牛下應(yīng)用，則測(cè)試結(jié)
果將表示所述粘合劑已經(jīng)粘結(jié)在其上的元件的表面制備的質(zhì)量。
b) 如果所述粘合劑在供應(yīng)之后被設(shè)置，與典型的粘合連接的粘合劑相同， 從同一批次的粘合齊U抽出，已經(jīng)受到相同的存儲(chǔ)割牛且在相同的條件下應(yīng)用，則 測(cè)試結(jié)果將表示表面制備的質(zhì)量和洲頓的粘合齊啲條件。
在任何情況下，推薦在設(shè)備l中使用與下列粘合劑相同類型的粘合劑典型
的粘合連接中1頓的粘合劑，或者至少具有對(duì)以處理能力割特晰械性質(zhì)且總是
具有大于設(shè)備1的易斷頸部16的剪切強(qiáng)度和韌性的剪切強(qiáng)度和韌性的粘合劑。
設(shè)備1的結(jié)構(gòu)允許進(jìn)行三種可能測(cè)試
i) Mil在設(shè)備1的X寸稱軸上施加扭矩19對(duì)粘合劑進(jìn)行剪切強(qiáng)度測(cè)試。易斷 頸部16的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度被設(shè)定成在比為粘合連接失效而估計(jì)的扭矩略低的扭矩的情 況下所述設(shè)備斷裂。如果利用簡(jiǎn)單的非測(cè)力工具施加扭矩19時(shí)，則該測(cè)試是定性的且將具有幾個(gè)可能的結(jié)果
一如果設(shè)備1在易斷頸部16處斷裂(參見圖4)，則連接的質(zhì)量良好，并且 作為證明，主體保J辯戰(zhàn)妾到結(jié)構(gòu)元件。
—如果在易斷頸部16沒有損壞的情況下設(shè)備1與結(jié)構(gòu)元件完全分開(參見 圖5)，則考慮三種情況
1、 粘合失效粘合劑保持粘接到設(shè)備的表面上，這表明表面制備質(zhì)量差， 并因此為不良連接。
2、 粘性失效粘合劑保持分布在結(jié)構(gòu)元件表面和設(shè)備之間，這表明該粘合 劑的剪切強(qiáng)度低于所需的最小值。假設(shè)設(shè)備選擇正確，這只能發(fā)生在結(jié)構(gòu)b)中， 這表明粘合齊啲選擇不好，^f占合齊啲頓，并因?yàn)闉椴涣歼B接。
3、 由于結(jié)構(gòu)元件的斷裂或分層導(dǎo)致的失效，這表明粘合連接尺寸過大或在
表面制備之前或在制備期間的基質(zhì)(substrate)的變質(zhì)。
如果使用了測(cè)力工具，該測(cè)試將具有定量結(jié)果，所述定量結(jié)果將i^共連接的
實(shí)際強(qiáng)度的額外信息。
ii) 對(duì)粘合劑進(jìn)行斷裂韌度測(cè)試在設(shè)備1的對(duì)稱軸上施加應(yīng)力20。設(shè)備l 在易斷頸部16處的彎曲強(qiáng)度被設(shè)定為在比為粘合連接失效估計(jì)的應(yīng)力略低的應(yīng) 力的情況下所述設(shè)備斷裂。如果利用非測(cè)力工具施加應(yīng)力20，貝頓賦是定性的且 將具有與剪切強(qiáng)度測(cè)試相同的可能結(jié)果。如果使用湖IJ力工具，該測(cè)i刻每具有定量 結(jié)果，戶腿定量結(jié)果將樹射妾頭部的實(shí)際強(qiáng)度的額外信息。
iii) 拉力測(cè)試(參見圖9、 lO和ll)。需要一4^于工具23使用的鉤狀或鑰 匙狀的腔體22，所述工具23允許在設(shè)備1上施加拉力16。該工具23利用平移 移動(dòng)14被引入頭部12的腔體22中，并以沿其軸線的四分之一轉(zhuǎn)15而被堵住。 設(shè)備1在易斷頸部16中的拉伸強(qiáng)度將被設(shè)定為在比為粘M接失效所估計(jì)的應(yīng) 力略小的應(yīng)力的情況下戶脫設(shè)備斷裂。如果利用一剛力工具施力啦力26，則測(cè)試 將是定性的且將具有與剪切纟雖測(cè)i対胴的可能結(jié)果。如果4頓測(cè)力工具，領(lǐng)賦 將具有定量結(jié)果，所述定量結(jié)果將掛共連接的實(shí)際強(qiáng)度的額夕卜信息。
本發(fā)明的過禾歡豫會(huì),利用與圖1中所示方式不同的方式預(yù)帝隨的設(shè)備，尤 其是沒有易斷頸部16的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然在這種情況下測(cè)力工具將是測(cè)試所必 須的。
包括在由下述權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍內(nèi)的那些娜可以弓l入剛剛已經(jīng)描 皿的ttil實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1、一種用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過程，其特征在于，所述質(zhì)量控制過程包括以下步驟a)提供將被控制的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)；b)提供至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)，所述至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)代表所述結(jié)構(gòu)的所述子部件中的一個(gè)；c)在與所述子部件的實(shí)際粘合連接的條件類似的條件下，將所述至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)粘結(jié)到所述結(jié)構(gòu)的另一個(gè)子部件(7)；d)在所述至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)上執(zhí)行至少一次機(jī)械測(cè)試，所述至少一次機(jī)械測(cè)試允許評(píng)價(jià)所述粘合連接的質(zhì)量。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘M接的質(zhì)量控制過程， 其特征在于，所述至少一次機(jī)械測(cè)試是以下測(cè)試中的一個(gè)剪切強(qiáng)度測(cè)試、斷裂 韌度測(cè)試和拉力測(cè)試。
3、 如權(quán)禾腰求2所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過程，其特征在于，通過將非測(cè)力工具施加到戶腐預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)執(zhí)行戶脫測(cè)試。
4、 如權(quán)禾腰求2所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過程，其特征在于，M將測(cè)力工具施加到所述預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)執(zhí)行所述測(cè)試。
5 、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘M接的質(zhì) 量控制過程，其特征在于，戶脫預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)包括主體(11)，所Mi體用于在其底部處粘結(jié)到所述結(jié)構(gòu)的所述另一個(gè)子部件(17);頭部(12)，所述頭部具有用于工具(18、 23)的腔體(15、 22)，所述工具 允許將機(jī)械應(yīng)力(19、 20、 26)傳遞給戶服預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1);頸部(16)，用于所,接主體(11)和戶，頭部(12)，戶皿頸部的尺寸被 形成為當(dāng)所述機(jī)械應(yīng)力(19、 20、 26)達(dá)到預(yù)定大小時(shí)斷裂。
6、 如權(quán)利要求5所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過程， 其特征在于，所述預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)的所述主體(11)、所述頭部(12)和所 述頸部(16)都被構(gòu)造為繞X^爾軸線旋轉(zhuǎn)的主體。
7、 如權(quán)利要求6所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘M接的質(zhì)量控制過程， 其特征在于，戶腿機(jī)t鵬力題過戶臓工具(18)施加到所述測(cè)試設(shè)備(1)的扭矩(19)。
8、 如權(quán)利要求6所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過程，其特征在于，戶脫機(jī)f贓力是M:戶;Mx具(is)施加到所述測(cè)試設(shè)備(i)的側(cè)向應(yīng)力(20)。
9、 如權(quán)利要求6所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過程， 其特征在于，所述機(jī)械應(yīng)力^1過戶;M工具(23)施加到所述測(cè)試設(shè)備(1)的 軸向應(yīng)力(20)。
10、 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì) 量控制過程，其特征在于，戶腿子部件由金屬材料制成。
11、 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘M接的質(zhì) 量控制過程，其特征在于，所述子部件由復(fù)合材料制成。
12、 如權(quán)利要求11所述的用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過 程，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是由縱梁加強(qiáng)的蒙皮形成的航空結(jié)構(gòu)，所述測(cè)試設(shè)備 (1)代表鵬從梁。
13、 一種具有兩付部件的粘鏈接的結(jié)構(gòu)，其特征在于，戶脫結(jié)構(gòu)巳經(jīng)成 為如權(quán)利要求1所述的質(zhì)量控制過程的Xm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子部件的粘合連接的質(zhì)量控制過程，包括如下步驟a)提供將被控制的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)；b)提供至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)，所述至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)代表所述結(jié)構(gòu)的所述子部件中的一個(gè)；c)在與所述子部件的實(shí)際粘合連接類似的條件下，將所述至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)粘結(jié)到所述結(jié)構(gòu)的另一個(gè)子部件(7)；d)在所述至少一個(gè)預(yù)制造測(cè)試設(shè)備(1)上執(zhí)行至少一次機(jī)械測(cè)試，所述至少一次機(jī)械測(cè)試允許評(píng)價(jià)所述粘合連接的質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01N19/04GK101506642SQ200680055176
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者胡利安·桑切斯費(fèi)爾南德斯, 若澤·曼奴埃爾·梅嫩德斯馬丁 申請(qǐng)人:空客西班牙公司