航空器局部褪漆工艺优化研究

2024-02-01刘君梅

中国设备工程 2024年2期

刘君梅

（中国民航飞行学院，四川广汉 618307）

1 前言

由于处于高空高速等恶劣的作业环境，航空器时常面临着漆层损伤等情况（包括漆层起泡、脱落等，如图1所示）。此外，相比地面的交通工具，航空器对结构的可靠性要求更高，因此几乎所有航空器都有着严格的定期检查要求，如每50、100、400飞行小时等就要进行结构检查。这些定期检查的内容主要包括结构的漆层下方的腐蚀检查，或者通过无损检测的手段来检查结构漆层下方疑似裂纹的地方。以上这些情况，如航空器表面漆层损伤、漆层下方腐蚀检查、渗透探伤（无损检测的一种），都涉及对漆层待修补区域、腐蚀检查区域及渗透探伤区域的局部褪漆工作。因此，作为飞机维修维护中重要的一部分，飞机外部的褪喷漆一直备受关注。

图1 某型飞机机翼上表面的漆层起泡现象

2 航空器现有的褪漆方式介绍

由于航空器对于维修工作有着较高要求，目前仅有下列少数的褪漆方式可供选择。

2.1 化学褪漆

化学褪漆是利用褪漆剂与零件表面漆层发生化学反应，破坏漆层的稳定性，从而将漆层从零件表面上褪掉。针对不同的航空器零部件，可以采用在翼（不拆下）或拆下的方式来进行化学褪漆。如果需将零部件拆下，则将该零件浸入化学溶剂中一段时间，耗时较长。且拆下零部件的工作量较大。如果不拆下零部件，而是选择在翼褪漆，则对遮盖工作要求较高，否则，面临遮盖不牢固，造成周围机体结构腐蚀的风险。此外，化学褪漆对死角区域的漆层较难清理，而且使用范围有一定的局限性，如不适用于复合材料的零件，会造成化学腐蚀。化学褪漆虽然应用较为灵活，但是，其对个人防护及废液处理方面有着较高的要求。

2.2 喷砂褪漆

喷砂技术就是利用压缩空气或水为动力源，将塑料砂等介质作用到所需部件表面上，达到某种工艺效果的技术。针对不同的航空器零部件，可以采用在翼（不拆下）或拆下的方式来进行喷砂褪漆。如果选择在翼褪漆，则需要将整架飞机推入喷砂房进行局部喷砂褪漆，虽然耗时较短，但是，对喷砂房的面积要求较高，该喷砂房需要容纳下整架飞机。如果需要拆下零部件，工作量较大，但是对死角区域的漆层清理效果较好。

喷砂褪漆除了对厂房要求较高外，其对设备也有着较高的要求，比如，需要配备专门的气源系统、除尘系统、磨料回收系统等。

2.3 打磨褪漆

打磨褪漆应用较为广泛，同时，也不需要将零部件拆下，可以进行在翼打磨褪漆。但是，目前现有的打磨工具主要为盘状、轮状、棒状等，其外形较为规则，对外形不规则的零部件褪漆效果较差。

2.4 激光褪漆

近年来，国际上的一些前瞻性研究领域开始涉及激光褪漆。目前，激光褪漆主要分为手持式在翼褪漆和机器人褪漆，前者适用于航空器表面不规则的区域，后者适用于航空器表面较为规则的区域，可以依据设定好的程序自动褪漆。如果采用在翼褪漆的方式，则使用手持式激光褪漆设备，耗时较短。如果拆下零部件，置于机器人激光褪漆设备内，则工作量较大。该方法对死角区域的漆层清理效果较好。但是面临着温度过高，影响零部件表面的基体材料强度的风险。此外，激光褪漆对外形不规则的零部件褪漆效率较低，由于外形不规则的零部件的各个部位表面曲率均不一样，导致激光需要随时调整焦距，耗时较长。

3 局部褪漆的工艺优化

3.1 褪漆工具的设计

本文提出了一种全新的局部褪漆工具及方式。该工具由旋片和转轴组成。旋片由尼龙网制成，成长方形，若干非金属磨料通过聚氨酯黏在旋片外侧。转轴端部设计有一个旋片安装槽，用来安装旋片，如图2所示。该褪漆工具结构简单，安全可靠，可将带有旋片的转轴固定在既有的气动或者电动工具上，并启动气动或者电动工具。随着转轴的高速旋转，其端部的旋片也会高速地转动，并拍打零部件的表面，旋片端部的磨料就会撞击漆层，使漆层逐步脱落，直至完成了该区域的褪漆工作。

图2 旋片与转轴示意图

由于磨料为非金属材质，仅会清除掉表面漆层，不会损伤航空器结构基体材料。如果使用时间过长，造成旋片损伤或者磨料脱落过多，会影响褪漆效果，此时直接更换旋片即可。针对不同的零部件，非金属磨料可以是陶瓷、塑料、核桃壳、苏打磨料等，每种磨料的褪漆效果均不相同，工作者可以视情况来选用合适的磨料旋片。本文提出的航空器局部褪漆工具，没有化学褪漆的腐蚀性，不需要喷砂褪漆的喷砂房，也不需要对航空器表面进行遮盖。此外，避免了激光褪漆产生高温的不利影响，具有使用灵活、安全可靠、褪漆高效等特点。

3.2 褪漆方式的改进研究

同打磨褪漆类似，本文提出的航空器局部褪漆工具也面临着对非平面区域或者外形不规则的零部件的褪漆效果不佳的情况。通过对现有褪漆方式的分析，以及对旋片褪漆工具旋片结构的深入研究，本文提出了一种优化方法。即沿着垂直于转轴方向上，分别从两个尼龙旋片的外侧向内以磨料为间隔剪裁，最终剪裁成数根条状，如图3所示。

图3 旋片剪裁示意图

当旋片剪裁成数根条状时，在转轴的高速驱动下，条状的旋片在击打零件表面的瞬间，就会贴合零件的外形分散开，均匀地拍打在表面上。改进后的旋片褪漆工具，可以在单位时间内，实现航空器不规则表面褪漆效率的最大化。相较未剪裁的旋片，改进后的旋片可以在单位面积内，以最短的时间完成褪漆工作，如图4所示。另外，改进后的褪漆工具也可以与其他现有褪漆方式配合使用。