厭氧膠在大直徑螺紋連接結構中的應用研究

肖應鋒

（宜昌測試技術研究所，湖北宜昌443003）

1 引言

厭氧膠早在1940年代即開始研制［1］，因其獨特的厭氧固化特性，使其具有存儲時間長、固化時間短、涂覆工藝簡單、膠接強度范圍廣的優點，被廣泛用于鎖緊、密封、固持、粘接及鑄件微氣孔滲補等技術領域。

目前厭氧膠鎖固性能研究主要集中在M36以下的小直徑螺紋連接結構的破壞扭矩、拆卸力矩和膠接剪切強度。

對大螺紋連接件，由于其直徑的大幅增加，厭氧膠的鎖固性能發生變化，在實際應用時，須提供拆卸力矩或破壞扭矩作為依據。本文通過理論計算和試驗驗證，對Loctite271、Loctite243、Loctite222 三種厭氧膠在 M140 的螺紋連接結構中的鎖緊及可拆卸性能進行研究，給出了拆卸力矩。

2 研究對象

某產品中存在如圖1所示的螺紋連接結構，連接件1和2材料為中碳鋼，連接形式為螺紋連接，配合尺寸為M140×2-7H/6g。連接時，在外螺紋連接件單扣螺紋一整圈上涂膠后旋合，并施加49N·m的預緊力后固化24h。

3 理論分析

3.1 機理分析

（1）厭氧膠鎖緊機理

據研究表明，對M10的普通螺紋連接來說，粗牙螺紋松開力矩僅為設計擰緊力矩的68%［2］，因此保證螺紋緊固的不是擰緊力矩，而是松開力矩。

一般螺紋連接件承受靜載荷時都滿足自鎖條件，如遇振動或溫度沖擊，就可能影響到螺紋連接的可靠性和緊密性，因為此時螺紋間可能出現輕微塑性變形，使松開力矩逐漸減小甚至消失，導致自鎖失效。

使用厭氧膠后，螺紋間隙由厭氧膠聚合形成的熱固性塑料填充，使螺紋嚙合部位接觸并具有一定強度，在不增加預緊力的情況下提高了螺紋連接的松開力矩［3］，使松開力矩大于擰緊力矩，從而實現螺紋連接的鎖固，達到防松的目的。

（2）拆卸機理

螺紋連接件的拆卸條件為拆卸力矩大于螺紋連接件的松開力矩。當厭氧膠固化并形成熱固性塑料后，就達到一定的強度，只有破壞掉熱固性塑料方可實現拆卸。

3.2 拆卸力矩計算

3.2.1 已知條件

（1）根據GB/T18747.1-2002《厭氧膠粘劑扭矩強度和剪切強度的測定》標準要求，部分供應商對M10鋼制螺栓螺母進行測試，提供了厭氧膠破壞力矩，數據見表1。

表1 厭氧膠理論力矩計算表

（2）不同參數螺紋間的膠接扭矩關系

根據美國T.J.Hrdiman對螺紋膠接鎖固的研究結果［4］，當厭氧膠完全填滿螺紋嚙合部位時，膠接扭矩與螺紋參數存在以下關系：

（3）螺紋擰緊力矩與松開力矩之間的關系

根據許志遠、榮元慶對螺紋鎖緊力矩及松開力矩的研究［2］，可推算出螺紋在沒有涂膠時，其松開力矩M松及擰緊力矩M緊存在如下關系：

式（1）～式（5）中，l：螺紋嚙合長度，m；p：螺紋螺距，m；d：螺紋外徑，m；d1：螺紋內徑，m；d2：螺紋中徑，m；τ：厭氧膠膠接剪切強度，N/m2；λ：螺紋升角；α：螺紋牙型半角；F：螺紋緊固力；μ：螺紋間摩擦系數（取0.15）。

對M140×2的螺紋連接結構進行計算，可得到：

3.2.2 螺紋膠接部位嚙合長度估算

（1）M10×35（GB/T5782）與 M10（GB/T6170）的鋼制螺栓螺母連接時，其膠接嚙合長度估算值約為0.008m。

（2）M140×2螺紋連接件的厭氧膠嚙合長度估算

螺紋膠接界面示意圖如圖2所示，根據表2及表3的螺紋極限尺寸，膠粘劑的截面積進行估算，結果見表4螺紋連接時膠粘劑填充截面積。

表2 最大間隙時的螺紋極限尺寸/mm

表3 最小間隙時的螺紋極限尺寸/mm

表4 螺紋連接時膠粘劑填充截面積

按照表4計算所得的截面面積平均值可知旋合后的理論嚙合長度l=3.6p，實際裝配過程中膠粘劑嚙合長度有所增加，按1.5倍系數進行估算，計算可得嚙合長度約0.0108m。

3.2.3 計算拆卸力矩

根據式（1）～（5）及螺紋嚙合長度數據，可得到剪切強度與扭矩的關系如下：

對M10的鋼制螺栓螺母連接結構τ=0.646T10×106（7）

對M140×2的螺紋連接件T140=8.478τ （8）

根據式（1）～（8）進行拆卸力矩的計算，計算結果見表1。

4 試驗驗證

4.1 儀器設備

振動試驗臺，高低溫試驗箱，扭力扳手，皮帶扳手等。

4.2 鎖緊及可拆卸性測試條件

（1）在螺紋連接件涂膠固化后在高低溫試驗箱進行高低溫沖擊試驗，其中高溫+50℃，低溫-40℃，保持時間為高低溫各2h；

（2）高低溫沖擊試驗完成后參照GB/T10431-2008緊固件橫向振動試驗方法在振動臺上進行振動試驗，模擬日常搬運及運輸過程，振動頻率為12.5Hz，振幅為±2mm，振動時間為2h；

（3）在振動和高低溫試驗完成后恢復常溫條件，用扭力扳手進行拆卸驗證，測量方法參照JB/T7311-1994《工程機械厭氧膠應用技術規范》。

4.3 試驗結果

實驗結果見表5厭氧膠性能試驗結果。

表5 厭氧膠性能試驗結果

5 結論

根據表4計算數據及表5的驗證結果進行分析，可以得出以下結論：

（1）三種厭氧膠的理論拆卸力矩均大于預緊力矩，滿足鎖緊防松要求；

（2）Loctite 271、Loctite 243兩種厭氧膠的拆卸力矩均大于150N·m，普通工具拆卸很難實現。Loctite 222的拆卸力矩在80N·m左右，使用普通工具可以拆卸。

［1］張露露，楊學林，游敏，等.厭氧膠［J］.中國膠粘劑，2004，13（2）：46-49.

［2］徐志遠，榮元慶.樂泰螺紋化學鎖固與密封技術［J］.汽車技術，1992（6）：34-43.

［3］朱鋒.緊固件用鎖緊材料及鎖緊技術研究［J］.材料開發與應用，1996，11（6）：33-38.

［4］邵瑞清，陳繼祥.厭氧膠用于螺紋鎖緊時膠接扭矩的推算［J］.粘接，1986，7（6）：33-35.