[发明专利]一种基于感应生热的热塑性复合材料修复设备及方法

说明书

本发明公开了一种基于感应加热的热塑性复合材料修复设备及方法，涉及热塑性复合材料修复技术领域。该设备包括感应加热头、感应加热电源、液压缸、红外测温装置、机械臂和控制中心，其中：液压缸固定在机械臂前端，感应加热头与液压缸连接；感应加热头包括感应输出装置、感应线圈、金属加热板、压力传感器、支撑柱。该设备通过感应线圈使得金属加热板产热，结合液压缸给热塑性复合材料待修补区域持续提供热量和压力。该设备解决了热塑性复合材料传统修复时机械连接存在的开孔缺陷、胶接存在的修复工期长等问题，同时可以在不内置感应元件的情况下使得修复过程中界面受热均匀，提高修复件的耐腐蚀性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及热塑性复合材料修复技术领域，尤其涉及一种基于感应生热的热塑性复合材料修复设备及方法。

背景技术

热塑性树脂基复合材料具有韧性好、冲击损伤容限高、成型周期短、生产效率高、可回收和可焊接等优势，在民用飞机领域备受关注，且逐渐从次承力结构向主承力结构发展。飞机在服役过程中难免会遇到意外冲击造成复合材料结构的损伤，外加民机大量使用热塑性复合材料的实际情况，导致航空制造业对热塑性复合材料结构先进维修技术有迫切需求。

目前，热塑性复合材料修复技术包括树脂注射修复、混合物填充修复和补片修复。补片修复技术常用于修复面积较大的缺陷和损伤，连接补片的方式主要有机械连接、胶接和熔融连接。机械连接和胶接作为传统连接方式，技术已相对成熟，但分别存在易引起分层、应力集中和工艺存在环境适应性较差等问题。熔融连接技术以其高效、快捷、工艺流程短等优点脱颖而出。其中，感应连接具有非接触、高灵活性和无污染等优点，被认为是最具有潜力的一种连接工艺。然而，感应连接常会遇到连接界面温度分布不均匀等问题，同时感应连接过程中常引入金属网等异种材料感应元件，会对修复区域耐腐蚀性等性能造成不利影响，也不能满足轻量化的要求。因此，本发明设计了一种基于感应生热的热塑性复合材料修复设备及方法，可以使得修复区域温度分布均匀的同时不添加感应元件，同时小型或大型损伤均可以进行现场修复。

发明内容

本发明设计了一种基于感应生热的热塑性复合材料修复设备及方法，与现有技术相比，本发明可同时实现对小型或大型损伤的修复，提高了修复件的耐腐蚀性能和适用寿命，缩短了修复时间。

本发明采用如下技术方案：

一种基于感应生热的热塑性复合材料修复设备，其特征在于：该设备包括感应加热头1、感应加热电源2、液压缸3、红外测温装置4、机械臂5和控制中心6；

所述感应加热头1包括感应输出装置7、感应线圈8、金属加热板9、压力传感器10、支撑柱11；所述压力传感器10固定于感应输出装置7，支撑柱11 固定在压力传感器10上，金属加热板9和支撑柱11固定连接；所述感应线圈8 安装在感应输出装置7的输出端，并在交变电流的作用下产生交变磁场使得金属加热板9生热；

所述液压缸3固定在机械臂5前端，感应加热头1与液压缸3连接，在液压缸3的作用下，感应加热头1可同时对修复区域施加热量和压力，控制中心6 根据压力传感器10所反馈的信号控制液压缸3进行调整至预设压力；

所述红外测温装置4测量修复区域温度，将数据传递给控制中心6，控制中心实时显示温度并以此调控输出的感应电流，实现修复区域的温度调控。

所述金属加热板9采用不锈钢制成，外层包裹着一层耐温箔，防止修补材料和金属加热板粘连，一般呈圆盘状。

所述感应线圈8采用铜制材料制成，常采用盘式线圈，直径小于金属加热板直径。

所述支撑柱11由绝缘材料制成，包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷。