專利名稱：用于結構粘結連接的質量控制過程的制作方法
技術領域：
本發明包括在結構的制造領域中，其包括幾個子部件(例如，由纖維或類似
材料的非連續加強材料和熱固性樹脂或類似材料的連續基體(matrix)形成的復 合材料的結構的子部件的共固化)的連接固結過程和/或幾付部件的粘合連接 (例如，復合材料或金屬材料結構的子部件的粘結)，本發明具體地包括在那些由 于安全問題需要對代表證明連接質量的所皿接的標準試件進行額外測試的技 術領域中。
背景技術：
基本結構中對于先進復合材料的大量弓l入已經成為結構優化的基本過程(在 ,重量和提高機械性能的基礎上)，是設計和制造新一代飛行器的首要目標之
引入復合材料的主要優點之一是由于高度集成的結構元件能夠在組裝過程 中節約成本，所述結構元件一般包括蒙皮(skin)和在固化和/或粘結過程中皿 的加強或加固元件。
這些粘鏈接，與傳統的鉚擬接相比具有很多優點(組^31程中節省成本， 更輕質、更堅固、并具有更小的應力集中、防漏等)，但具有一個重大的缺陷 所述連接使用的材料和環境條件以及操作條件都必須一直控制得十分完美，并且 代表所艇接的測試件的制造和測試必需要保證戶腿測試件的質量。
制造和測試這些測試件的成本相當高，而且難以確保證測試件的結構和制造 割牛與代表的部件的結構和制造割牛相同，因此獲得的結果僅僅是近似于所代表 的連接的實際狀態。
因此，工處需要新的、不具有戰缺陷的粘雜接質量控制過程，本發明 旨在滿足該需要。
發明內容
鑒于上述，本發明的目的在于使用代表粘M接的子部件中的一個的預制造設備為粘M接提供一種質量控制過程，該預制造設備在與代表粘合連接的割牛 對以的剝牛下粘結至'拐一個子部件上。
該目的ffiil用于結構的兩個子部件的粘M接的質量控制過fi^實現，該過 程包括如下步驟
a)提供將被控制的制的材料的結構；
'D)提供至少一個預制造測試設備(1)，該設備代表結構的子部件中的一個;
c) 在與所述子部件的實際粘M,似的條件下，將所述至少一個預制造
測試設備(1)粘結到所述結構的另一個子部件(7)
d) 在所超少一個預制造設備(1)上執行至少一次機械測試，所述至少一
次機械測試允許評價所述粘M接的質量。定性結果(失效模式)和定量結果(失 效應力和應變)均被認為代表測試中的實際粘M接。
在本發明的優選實施例中，本發明的過程目標應用于由復合材料制成的結構。
在另一個4雄實施例中，本發明的過程目標應用于由金屬材料審喊的結構。
本發明相對于^頓標準測試件的質量控制過程的優點在于本發明允許利用 置入代雜接的子部件中的一個預制造設劄戈替戶腿標準測試件的制造和測試， 所述子部件中的一個在與實際連接割牛類似的條件下粘結到另一個子部件。子部 件之間的連接質量由預制造設備與另一^T部件之間的連接質量表示，》31用 于在制3t31程之后立即現場執行的領賦中使所述預制造設備與所述另一個子部 件之間的連接的失效所必須的應力給出，這大大簡化了所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施例的如下詳細說明中公開本發明的其它特征 和優點。
圖1示出了在根據本發明的質量控制過程中使用的設備1的具有部分咅曬的 正視圖，該設備由將固定到將被測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^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備本身中的連接粘合劑13和可以包括或可以不包括在設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明的X豫設備1糊每被測試的元件的表面 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備1的殼體15內的
工具18的桿部，通過工具18可以在設備上施加兩種不同負荷，每種應力用箭頭
部表示在設備的X寸稱軸線上的扭矩19和應力20，該應力20在易斷頸部16的
切口處具有相應的合成彎曲力矩；
圖4示出了與圖3相同的視圖，并示意性地示出了沿設備1的對稱軸施加的
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備1的對稱軸施加的 扭矩19，該扭矩弓胞設備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備l的對稱軸施 加的應力20，該應力將會產生在易斷頸部16的切口處的合成彎曲力矩，導致易 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備1的對稱軸施 加的應力20，該應力將產生在易斷頸部16的切口處的合成彎曲力矩，使設備的
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的情況下本發明的X^設備1的部分剖面的平面正視圖。這 種新結構允許在設備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的設備1的等角投影圖。工具23利用平移移動24被弓l入頭部12的腔體22， 并以沿辯由線的四分之一轉25而被堵住；
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 力導致設備1的主體11脫粘，這表示不良粘合連接。
具體實施方式
圖1和2示出了在本發明的發明目的的優選實施例中使用的預帝鵬賦設備1 的具有部分剖面的前視圖和等角投影圖，該設備的作用是取代用于證明結構粘合 連接質量的標準測試件。設備1允許測試共同粘結連接(復合材料的預固化元件 和沒有固化的復合材料元件之間的粘M接)和二次粘結連接(大致為復合材料 或固體金屬的預固化元件和/或普通非金屬元件之間的粘M接)的質量。
設備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)插入其內的凹槽或腔體15。
設備的主體11具有平坦表面，該表面將成為與將被測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備本身中的連接粘合劑13，和可以包 括或可以不包括在設備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，表面部分置于本發明的対象設備1和將被測 試的元件17的表面之間。
非粘合釋測莫14具有多個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，以及在連接處產生切口效應。
設備l可以由金屬材料、復合材料、塑性材料或上述卞才料中的幾個制成。
對于設備1的單個結構，使用的粘合劑的類型及其應用條件影響其典型性質
a) 如果所述粘合齊贓供歐前設置在設備1中，并且如果戶誠粘合劑與典 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
粘合劑已經受到相同的儲存割特B/或戶;M粘合劑在相同的割牛下應用，則測試結
果將表示所述粘合劑已經粘結在其上的元件的表面制備的質量。
b) 如果所述粘合劑在供應之后被設置，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，已經受到相同的存儲割牛且在相同的條件下應用，則 測試結果將表示表面制備的質量和洲頓的粘合齊啲條件。
在任何情況下，推薦在設備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，或者至少具有對以處理能力割特晰械性質且總是
具有大于設備1的易斷頸部16的剪切強度和韌性的剪切強度和韌性的粘合劑。
設備1的結構允許進行三種可能測試
i) Mil在設備1的X寸稱軸上施加扭矩19對粘合劑進行剪切強度測試。易斷 頸部16的扭轉強度被設定成在比為粘合連接失效而估計的扭矩略低的扭矩的情 況下所述設備斷裂。如果利用簡單的非測力工具施加扭矩19時，則該測試是定性的且將具有幾個可能的結果
一如果設備1在易斷頸部16處斷裂(參見圖4)，則連接的質量良好，并且 作為證明，主體保J辯戰妾到結構元件。
—如果在易斷頸部16沒有損壞的情況下設備1與結構元件完全分開(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備的表面上，這表明表面制備質量差， 并因此為不良連接。
2、 粘性失效粘合劑保持分布在結構元件表面和設備之間，這表明該粘合 劑的剪切強度低于所需的最小值。假設設備選擇正確，這只能發生在結構b)中， 這表明粘合齊啲選擇不好，^f占合齊啲頓，并因為為不良連接。
3、 由于結構元件的斷裂或分層導致的失效，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(substrate)的變質。
如果使用了測力工具，該測試將具有定量結果，所述定量結果將i^共連接的
實際強度的額外信息。
ii) 對粘合劑進行斷裂韌度測試在設備1的對稱軸上施加應力20。設備l 在易斷頸部16處的彎曲強度被設定為在比為粘合連接失效估計的應力略低的應 力的情況下所述設備斷裂。如果利用非測力工具施加應力20，貝頓賦是定性的且 將具有與剪切強度測試相同的可能結果。如果使用湖IJ力工具，該測i刻每具有定量 結果，戶腿定量結果將樹射妾頭部的實際強度的額外信息。
iii) 拉力測試(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允許在設備1上施加拉力16。該工具23利用平移 移動14被引入頭部12的腔體22中，并以沿其軸線的四分之一轉15而被堵住。 設備1在易斷頸部16中的拉伸強度將被設定為在比為粘M接失效所估計的應 力略小的應力的情況下戶脫設備斷裂。如果利用一剛力工具施力啦力26，則測試 將是定性的且將具有與剪切纟雖測i対胴的可能結果。如果4頓測力工具，領賦 將具有定量結果，所述定量結果將掛共連接的實際強度的額夕卜信息。
本發明的過禾歡豫會,利用與圖1中所示方式不同的方式預帝隨的設備，尤 其是沒有易斷頸部16的設備來實現，雖然在這種情況下測力工具將是測試所必 須的。
包括在由下述權利要求限定的保護范圍內的那些娜可以弓l入剛剛已經描 皿的ttil實施例中。
權利要求
1、一種用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過程，其特征在于，所述質量控制過程包括以下步驟a)提供將被控制的復合材料的結構；b)提供至少一個預制造測試設備(1)，所述至少一個預制造測試設備(1)代表所述結構的所述子部件中的一個；c)在與所述子部件的實際粘合連接的條件類似的條件下，將所述至少一個預制造測試設備(1)粘結到所述結構的另一個子部件(7)；d)在所述至少一個預制造測試設備(1)上執行至少一次機械測試，所述至少一次機械測試允許評價所述粘合連接的質量。
2、 如權利要求1所述的用于結構的兩個子部件的粘M接的質量控制過程， 其特征在于，所述至少一次機械測試是以下測試中的一個剪切強度測試、斷裂 韌度測試和拉力測試。
3、 如權禾腰求2所述的用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過程，其特征在于，通過將非測力工具施加到戶腐預制造測試設備(1)執行戶脫測試。
4、 如權禾腰求2所述的用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過程，其特征在于，M將測力工具施加到所述預制造測試設備(1)執行所述測試。
5 、如前述權利要求中任一項所述的用于結構的兩個子部件的粘M接的質 量控制過程，其特征在于，戶脫預制造測試設備(1)包括主體(11)，所Mi體用于在其底部處粘結到所述結構的所述另一個子部件(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 允許將機械應力(19、 20、 26)傳遞給戶服預制造測試設備(1);頸部(16)，用于所,接主體(11)和戶，頭部(12)，戶皿頸部的尺寸被 形成為當所述機械應力(19、 20、 26)達到預定大小時斷裂。
6、 如權利要求5所述的用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過程， 其特征在于，所述預制造測試設備(1)的所述主體(11)、所述頭部(12)和所 述頸部(16)都被構造為繞X^爾軸線旋轉的主體。
7、 如權利要求6所述的用于結構的兩個子部件的粘M接的質量控制過程， 其特征在于，戶腿機t鵬力題過戶臓工具(18)施加到所述測試設備(1)的扭矩(19)。
8、 如權利要求6所述的用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過程，其特征在于，戶脫機f贓力是M:戶;Mx具(is)施加到所述測試設備(i)的側向應力(20)。
9、 如權利要求6所述的用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過程， 其特征在于，所述機械應力^1過戶;M工具(23)施加到所述測試設備(1)的 軸向應力(20)。
10、 如權利要求1-9中任一項所述的用于結構的兩個子部件的粘合連接的質 量控制過程，其特征在于，戶腿子部件由金屬材料制成。
11、 如權利要求1-9中任一項所述的用于結構的兩個子部件的粘M接的質 量控制過程，其特征在于，所述子部件由復合材料制成。
12、 如權利要求11所述的用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過 程，其特征在于，所述結構是由縱梁加強的蒙皮形成的航空結構，所述測試設備 (1)代表鵬從梁。
13、 一種具有兩付部件的粘鏈接的結構，其特征在于，戶脫結構巳經成 為如權利要求1所述的質量控制過程的Xm。
全文摘要
本發明涉及一種用于結構的兩個子部件的粘合連接的質量控制過程，包括如下步驟a)提供將被控制的復合材料的結構；b)提供至少一個預制造測試設備(1)，所述至少一個預制造測試設備(1)代表所述結構的所述子部件中的一個；c)在與所述子部件的實際粘合連接類似的條件下，將所述至少一個預制造測試設備(1)粘結到所述結構的另一個子部件(7)；d)在所述至少一個預制造測試設備(1)上執行至少一次機械測試，所述至少一次機械測試允許評價所述粘合連接的質量。
文檔編號G01N19/04GK101506642SQ200680055176
公開日2009年8月12日 申請日期2006年6月30日 優先權日2006年6月30日
發明者胡利安·桑切斯費爾南德斯, 若澤·曼奴埃爾·梅嫩德斯馬丁 申請人:空客西班牙公司