秦嘉骏

金属胶接性能优劣根本上取决于胶接零件表面的质量，表面污染将严重降低胶接质量，故在整个胶接过程中必须始终保证胶接表面具有优异的胶接性能。为实现零件牢固持久的、耐环境作用的胶接性能，本文通过探究金属胶接前处理流转不同工艺间关系和要求，提出了一种有效、可靠、连续、简便的零件串联操作方案，实现两种工艺流程和控制，减少转移对胶接面的影响，以实现良好的胶接性能，提高金属胶接产品合格率。

一、引言

利用胶粘剂与被粘金属表面间的粘附力，使金属被粘物连接成为一个整体，并具有一定力学性能的方法，称为金属胶接。

金属胶接被公认是获得破损安全和高效结构的低成本工艺方法，同时具有良好密封性、抗声振与声疲劳性。因此，国外在军、民机上广泛采用。金属胶接技术用于制造飞机结构已近半个世纪，至今仍在飞机结构制造技术中占有重要地位。然而，胶接性能优劣根本上取决于胶接零件表面的质量，表面污染将严重降低胶接质量，故在整个胶接过程中必须始终保证胶接表面具有优异的胶接性能。保证胶接表面处理质量是金属胶接工艺的重要课题，并需要较大的投资。

经研究，人们发现改变铝合金表面氧化物生成的方法是获得牢固持久、耐环境作用的胶接性能的重要保证。磷酸阳极化在铝合金表面形成一层多孔层，实现胶粘剂和金属的良好胶接，这个过程与电解液的性质、反應生成物、电流密度、装挂方式、电压、温度以及氧化时间等因素有关。

磷酸阳极化和底胶喷涂工艺对保证胶接性能有着重要作用，但这两种工艺的工艺要求、施工环境、操作方法等都不同，例如磷酸阳极化作为一种表面处理设备，受制于危险化学品的使用，环境恶劣，操作空间温度高，腐蚀严重;而底胶的施工按照胶粘剂的控制要求进行施工，在净化间内操作，温湿度、颗粒度等都进行控制;此外，一般零件流转起来，金属胶接工艺对阳极化后进入净化间和进行底胶喷涂有着严格的时间控制，但磷酸阳极化零件采用铝丝捆扎后的下架操作、以及喷胶采用悬挂架的上架操作等就难以满足要求，如果两个工艺不在同一厂房内还会涉及保护和转运问题，污染影响更加难以评估，当然采用自动化生产线的方式可以解决此问题但投资巨大，成本难以控制，故需要一种有效、可靠、连续、简便的零件串联操作方案，可实现两种工艺流程和控制，减少转移对胶接面的影响，以实现良好的胶接性能，提高金属胶接产品的合格率。

二、金属胶接前处理工艺简介

1.磷酸阳极化。磷酸阳极化是一种铝合金表面处理技术。铝合金磷酸阳极化的表面，使用超高分辨率扫描透射电子显微镜，发现磷酸阳极化生成的表面为一层多孔层。氧化物表面是分两个阶段生成的：第一步是快速生成厚的蜂窝状结构层;第二步则是在蜂窝层上缓慢生成指状结构。阳极化膜的生长过程是在膜的增厚和溶解这一矛盾过程中展开的，即在氧化膜生长的同时，在酸的作用下有一部分溶解掉了，随着氧化膜的生长，铝合金表面的电阻逐渐增长，电流变小，随之氧化膜的成长速度随之降低。当膜层的成长速度与溶解速度相平衡时，氧化膜厚度就保持恒定了，此时膜层厚度到达最大值。

磷酸阳极化设备一般与其他场所和设备隔离，以预防对结合力有害的物质产生污染（包括但不限于脂、油、烟、蒸汽和脱膜剂），阳极化各工艺步骤之间不许暂停，在零件加工过程中零件表面必须保持湿润，一般都是采用行车控制的方式，以实现零件在槽间的转移。在零件加工过程中，确因工作需要接触湿零件时，应配戴洁净棉布手套。下架后尽量快点进入净化间。

2.底胶涂覆。底胶的涂覆应在明亮、通风、温湿度及清洁度合格的喷胶间（净化间内）进行。主要的涂覆方法有刷涂、揩涂、挂涂、浸涂、辊涂、喷涂等。涂覆方法主要由胶液粘度和涂胶设备决定。其中挂涂适合粘度比较大的胶液，刷涂和辊涂适合粘度中等的胶液，而揩涂、浸涂、喷涂适合粘度较小的胶液。其中使用较多的方法是刷涂和喷涂。

大多采用喷涂方法，喷涂有利于提高涂敷质量，对大尺寸或复杂的涂胶尤为如此，喷涂方法主要有压缩空气喷涂、静电喷涂，由零件形状、工作量大小和喷涂设备决定，底胶喷涂质量主要表现在单位面积底胶喷涂量及其均匀程度，主要受制于底胶性质决定喷涂设备，一般都是采用空气喷涂的方式进行涂覆。

空气喷涂主要靠压缩空气流通过喷枪将胶料喷涂到工件表面胶液，其存在材料浪费大，对环境污染重等现象，但也存在设备工具简单，易操作，适用范围广，至今应用最广泛。

3.流转工艺控制要求。一般来说，磷酸阳极化的零件要求2小时进入净化间，72小时内喷涂底胶，以实现表面的最大活性，避免表面污染，当搬运表面处理过的零件，要戴上清洁的手套。经常更换手套以消除污染物积累。即使戴上清洁手套，也要尽可能少搬动清洗过的已表面处理或已涂底胶的零件。除了绝对需要时，决不要触及胶接贴合面。在净化间内，不要使已清洗或已表面处理的零件去接触任何会使待胶接表面遭到污染的物质。针对磷酸阳极化和底胶喷涂工艺的关键控制点以及装挂要求，分析如下。

①磷酸阳极化比其它形式阳极化要求高，需要满足PTSV槽间电压和电流波动小于3%要求，这就决定了磷酸阳极化的装挂要求极高，即零件之间不能彼此接触，避免交叠和遮挡，不能夹裹空气和槽液，槽间转移和溶液搅拌不允许夹持点松动，同时夹持点裸露区域和夹持点单位面积数量也都有严格的工艺控制，这就决定了磷酸阳极化装挂一般采用线挂零件方式，复杂零件不留下大于3/32英寸的裸露区，故夹具和挂架的使用非常的讲究。

②底胶喷涂过程将零件装夹好，装夹部位不留下大于3/32英寸的裸露区，用喷涂设备施加一连续的湿涂层，不应带有目视可见滴落或流淌，喷涂前应先选择好喷涂参数，如喷枪与零件保持垂直、距离、喷嘴顶针、空气压力及移动速度等，应防止出现滴胶现象，故喷胶支架的应用非常重要。

③最后进行底胶空气干燥和烘干，空气干燥需至底胶粘性消失（手触不粘），后转移至烘箱进行按照工艺规范要求参数进行烘干。烘干前，低于规范要求最低厚度的底胶涂层可再次喷涂以达到要求，所获得的双层底胶应在首层底胶施涂后120小时内烘干，底胶烘干后，用底胶测厚仪测量胶层厚度，或采用标准涂胶量实样进行比色，检查底胶厚度，一般被烘干底胶厚度为0.15mil-0.40mil。

三、零件流转过程控制

通过长期实践，针对金属胶接工艺对阳极化后进入净化间和进行底胶喷涂的控制要求，以及尽量避免转移和污染的影响，可通过考虑阳极化挂架的工艺通用性，统一喷胶悬挂架和烘箱悬挂架的挂钩与挂架的连接形式，省去零件不下架和上架等繁琐的操作，使整个工艺过程零件实现串联控制方法，从而减少转移对胶接面的影响。

1.阳极化过程控制。考虑通用性挂架以及阳极化挂具，挂架上设置连接孔可用螺栓与相关挂具连接，在磷酸阳极化工艺过程中，根据零件尺寸和数量，以及挂架的大小，用铝丝拉拽配合小尺寸夹具的方式在掛架上装挂零件，将挂架通过阳极化挂具固定在飞把（导电铜杆）上，用螺栓固定进行磷酸阳极化。

2.下架转运过程控制。阳极化后在零件不下架或拆除较少夹具后，将整个挂架转移至喷胶悬挂架上用挂具固定。这样可以再最短的时间内完成零件的转移，而不用碰到零件，即通过挂架转移的方式实现零件不下架的目的，减少污染的风险。挂架的通用性通过简单的连接孔即可实现，通过在喷胶悬挂架上开槽设置滑轨保证挂具的适应性，以及烘箱悬挂架挂具在挂杆上移动保证适用性，成本低，灵活性高。

3.底胶喷涂过程控制。用聚乙烯膜对夹具和挂架做保护，进行整体喷胶。这样不会对挂架产生影响，后续只要去除阳极化膜层保证导电性，可重复使用，提高挂架利用率，同时只要将喷胶悬挂架运至喷胶间内进行喷涂，节省时间，很容易达到工艺控制时间要求。喷胶悬挂架采用单面设计，装挂好挂架即可一次喷涂不需要翻面，同时挂架的重量避免了喷涂雾化压缩空气对零件的影响，提高了底胶喷涂表面质量和效率。

4.底胶干燥过程控制。完成喷胶后将整个挂架零件转移至烘箱悬挂架上用挂具固定，进行烘干，烘干后去除挂架保护膜进行退膜处理，重复使用挂架进行工艺流程。烘箱悬挂架采用多层设计思路，即通过独立的开槽滑轨实现挂杆（含挂具）的数量同时避免相关之间影响，将多个挂架进行装挂，提高了烘干的效率。同时挂架在烘箱悬挂架上多层装挂可进行烘箱前的空气干燥，提高了净化间内的空间利用率。

针对金属胶接工艺对阳极化后进入净化间和进行底胶喷涂的控制要求，以及尽量避免转移和污染的影响，通过研究和分析两种不同工艺的工艺要求、施工环境、操作方法等，使整个工艺过程零件实现串联控制方法，从而减少转移对胶接面的影响。本文通过研究磷酸阳极化、底胶喷涂工艺，以及两者工艺控制要求，提出了一种在这两种不同工艺过程中实现零件串联的控制方法，即零件在阳极化不下架的情况下实现后续喷胶操作，整个工艺过程中，操作人员只转移挂架，省去零件不下架和上架等繁琐的操作，减少手接触零件的风险，避免污染零件表面和金属氧化层水解，保持活性表面，提高零件的胶接性能。

（作者单位：上海飞机制造有限公司复合材料中心）