液浮陀螺儀膠接密封性分析

王先超，郝玉蘭，李姝

（貴州航天控制技術(shù)有限公司，貴陽550009）

1 引言

液浮陀螺儀各連接部位及密封處基本采取膠接方式，由于液浮陀螺類產(chǎn)品各膠接密封部位存在明顯的結(jié)構(gòu)差異，膠接過程很難做到通用化，結(jié)合工廠目前研制的某液浮陀螺儀，進(jìn)行膠接密封技術(shù)研究，在全溫范圍內(nèi)保證液浮陀螺儀的環(huán)氧膠接密封性能，解決現(xiàn)有產(chǎn)品生產(chǎn)中由于密封性差而不滿足陀螺儀工作穩(wěn)定性與可靠性問題。

2 液浮陀螺儀的膠接密封特點(diǎn)與可靠性要求

2.1 液浮陀螺儀的膠接密封特點(diǎn)

密封指防止液體、氣體在構(gòu)件內(nèi)外滲透的作用，其中膠接密封是一種簡單常用、高效、長壽命、高可靠性的密封方法。對于液浮陀螺儀，膠接密封具有以下特點(diǎn)：低彈性模量、高屈服強(qiáng)度、耐溶劑、低滲透、高低溫循環(huán)穩(wěn)定性[1]。

2.2 液浮陀螺儀的膠接密封可靠性要求

液浮陀螺儀膠接密封氣密性要求為漏率不大于10-6Pa·L/S；其膠接密封可靠性要求為在使用周期內(nèi)，經(jīng)過各種環(huán)境試驗(yàn)后的漏率不大于10-6Pa·L/S。在生產(chǎn)過程中，可通過模擬使用條件和加嚴(yán)考核的方式對陀螺密封可靠性進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，運(yùn)用定期重復(fù)的可靠性鑒定試驗(yàn)（PQT）進(jìn)行可靠性評估，在研究周期內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，以確保產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程中的固有可靠性。

3 膠接密封失效原因分析

影響結(jié)構(gòu)密封的原因，除與選用的密封劑性能有關(guān)外，與所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)密封形式、密封件的結(jié)構(gòu)剛度、密封縫隙的形狀、尺寸和施工方法都有密切關(guān)系[2]；即膠接密封部位的密封可靠性與密封膠的透氣率、膠粘劑的設(shè)計(jì)選材、被膠粘面的表面狀態(tài)、膠接工藝等方面有關(guān)，而膠接密封部位的結(jié)構(gòu)組成中的任一部分發(fā)生破壞，均會導(dǎo)致整個密封結(jié)構(gòu)的失效[1]。

4 膠接密封改進(jìn)

對于在環(huán)境試驗(yàn)條件下的漏率不大于10-6Pa·L/S的陀螺儀而言，密封可靠性的主要問題是膠接密封處在高低溫溫度循環(huán)后失效，其原因?yàn)槟z封結(jié)構(gòu)的密封性能在高低溫過程中受到應(yīng)力產(chǎn)生破壞；通過合理選擇膠粘劑及其配方，改善密封用的零部件結(jié)構(gòu)、采取合理的表處方式與清洗方法等，能提高膠接密封可靠性。

4.1 膠粘劑改進(jìn)試驗(yàn)

由于各部件檢漏不合格的主要根源是膠接處的各零部件、密封膠之間的熱膨脹系數(shù)相差太大，為解決此問題，通過試驗(yàn)配制低膨脹系數(shù)密封膠，并對某液浮陀螺所需膠接部位的零部件進(jìn)行膠接。膠接完成后進(jìn)行固化、穩(wěn)定處理、溫度沖擊、與氟醚油的相容性等一系列試驗(yàn)。

由于浮筒的材料為鋁合金2A12-T4、充氣嘴的材料為銅絲 HPb59-1，銅絲 HPb59-1 的膨脹系數(shù)為 20.6×10-6/℃[3]，與鋁合金（2Al2-T4）的膨脹系數(shù)22×10-6/℃相近，且充氣嘴密封處漏氣現(xiàn)象較為嚴(yán)重，故選取該部位作為試驗(yàn)對象。

①低膨脹系數(shù)密封膠的配制

隨著國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)的快速發(fā)展，球形硅微粉在國內(nèi)較易購置，且中國科學(xué)院已成功研制出熱膨脹系數(shù)接近于10×10-6/℃的密封膠，因此，國內(nèi)低膨脹系數(shù)密封膠配制技術(shù)已趨于成熟[2]。

②低膨脹系數(shù)密封膠的可操作性

低膨脹系數(shù)密封膠在常溫下的流動性比環(huán)氧樹脂膠的流動性稍差，對零、部件的膠接帶來了一定的難度，故將零、部件放在高溫箱內(nèi)預(yù)熱后再進(jìn)行涂膠處理，以改善膠的流動性。

低膨脹系數(shù)密封膠固化溫度相對較高，但膠接零件的熔化溫度較高，詳見表1，故固化溫度對粘膠零組件影響很小。

表1 各材料的熔化溫度情況

所有零、組件使用低膨脹系數(shù)密封膠封裝，進(jìn)行多次密封性能檢測，均滿足漏率小于1.2×10-6Pa·L/s的技術(shù)指標(biāo)要求。

③低膨脹系數(shù)密封膠的可靠性

從密封膠的性能檢測結(jié)果可知，低膨脹系數(shù)密封膠不與氟醚油發(fā)生相互反應(yīng)和溶解，也不與石油醚、汽油、無水乙醇等清洗液發(fā)生相互反應(yīng)與溶解。為考核低膨脹系數(shù)密封膠的可靠性，進(jìn)行了溫度循環(huán)、溫度沖擊試驗(yàn)，在經(jīng)過溫度循環(huán)或溫度沖擊后均對試驗(yàn)件進(jìn)行漏率檢測，其試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 低膨脹系數(shù)密封膠溫度循環(huán)、溫度沖擊試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，用低膨脹系數(shù)密封膠粘接的零件進(jìn)行的氣密性、相容性、絕緣性等一系列試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果均符合相關(guān)指標(biāo)要求。

4.2 膠接結(jié)構(gòu)改進(jìn)

由于陀螺為精密零件組成，結(jié)構(gòu)緊湊，配合部位較多，密封結(jié)構(gòu)各異，通過結(jié)構(gòu)比較試驗(yàn)，在螺紋膠接密封、凸臺臺階配合膠接密封、過盈配合膠接密封等不同結(jié)構(gòu)下膠接密封的可靠性有一定的差異。

根據(jù)上述分析，對膠接結(jié)構(gòu)改進(jìn)如下：

①將某液浮陀螺儀的浮子接線柱孔位置向浮子小軸軸心方向內(nèi)移,增大膠液覆蓋寬度；

②對于螺紋連接密封部位，應(yīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)螺紋部分尺寸，保證裝配時充分?jǐn)Q緊，防止連接部位受力時影響密封可靠性。

4.3 膠接件表處影響分析及采取的措施

陀螺類大部分零、組件均有表面處理要求，通過大量對比試驗(yàn)，可以判定表處鈍化工藝對零件的表面致密性有較大影響，尤其對于鍍銀件，鍍銀層較普通鍍銀層的結(jié)晶細(xì)致、孔隙少、反光性能強(qiáng)，耐蝕性、耐磨性和可焊性較好，但光亮鍍銀液整平性稍差，往往需要先進(jìn)行光亮鍍或?qū)w金屬進(jìn)行處理。針對表處質(zhì)量對膠接密封的影響，采取清理鍍銀件的鈍化層進(jìn)行清洗干燥后再進(jìn)行膠接[3]。

5 結(jié)論

對某液浮陀螺儀膠接密封問題，分析膠接密封機(jī)理，采取措施解決膠接密封失效問題。通過對環(huán)氧膠粘劑的配方選擇、膨脹系數(shù)、延伸率以及各密封結(jié)構(gòu)件間的匹配關(guān)系、涂膠過程控制等方面進(jìn)行研究，證明采用低膨脹系數(shù)密封膠膠接充氣嘴、排氣嘴、充油嘴后的密封性明顯優(yōu)于普通的環(huán)氧樹脂膠，保證了某液浮陀螺儀膠接密封可靠性的技術(shù)要求。