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，由于液浮陀螺類產品各膠接密封部位存在明顯的結構差異，膠接過程很難做到通用化，結合工廠目前研制的某液浮陀螺儀，進行膠接密封技術研究，在全溫范圍內保證液浮陀螺儀的環氧膠接密封性能，解決現有產品生產中由于密封性差而不滿足陀螺儀工作穩定性與可靠性問題。

2 液浮陀螺儀的膠接密封特點與可靠性要求

2.1 液浮陀螺儀的膠接密封特點

密封指防止液體、氣體在構件內外滲透的作用，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：低彈性模量、高屈服強度、耐溶劑、低滲透、高低溫循環穩定性[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，經過各種環境試驗后的漏率不大于10-6Pa·L/S。在生產過程中，可通過模擬使用條件和加嚴考核的方式對陀螺密封可靠性進行驗證試驗，運用定期重復的可靠性鑒定試驗（PQT）進行可靠性評估，在研究周期內進行試驗，以確保產品在整個生產過程中的固有可靠性。

3 膠接密封失效原因分析

影響結構密封的原因，除與選用的密封劑性能有關外，與所設計的結構密封形式、密封件的結構剛度、密封縫隙的形狀、尺寸和施工方法都有密切關系[2]；即膠接密封部位的密封可靠性與密封膠的透氣率、膠粘劑的設計選材、被膠粘面的表面狀態、膠接工藝等方面有關，而膠接密封部位的結構組成中的任一部分發生破壞，均會導致整個密封結構的失效[1]。

4 膠接密封改進

對于在環境試驗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后失效，其原因為膠封結構的密封性能在高低溫過程中受到應力產生破壞；通過合理選擇膠粘劑及其配方，改善密封用的零部件結構、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 膠粘劑改進試驗

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相差太大，為解決此問題，通過試驗配制低膨脹系數密封膠，并對某液浮陀螺所需膠接部位的零部件進行膠接。膠接完成后進行固化、穩定處理、溫度沖擊、與氟醚油的相容性等一系列試驗。

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 的膨脹系數為 20.6×10-6/℃[3]，與鋁合金（2Al2-T4）的膨脹系數22×10-6/℃相近，且充氣嘴密封處漏氣現象較為嚴重，故選取該部位作為試驗對象。

①低膨脹系數密封膠的配制

隨著國內基礎工業的快速發展，球形硅微粉在國內較易購置，且中國科學院已成功研制出熱膨脹系數接近于10×10-6/℃的密封膠，因此，國內低膨脹系數密封膠配制技術已趨于成熟[2]。

②低膨脹系數密封膠的可操作性

低膨脹系數密封膠在常溫下的流動性比環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、部件放在高溫箱內預熱后再進行涂膠處理，以改善膠的流動性。

低膨脹系數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密封膠封裝，進行多次密封性能檢測，均滿足漏率小于1.2×10-6Pa·L/s的技術指標要求。

③低膨脹系數密封膠的可靠性

從密封膠的性能檢測結果可知，低膨脹系數密封膠不與氟醚油發生相互反應和溶解，也不與石油醚、汽油、無水乙醇等清洗液發生相互反應與溶解。為考核低膨脹系數密封膠的可靠性，進行了溫度循環、溫度沖擊試驗，在經過溫度循環或溫度沖擊后均對試驗件進行漏率檢測，其試驗結果如表2。

表2 低膨脹系數密封膠溫度循環、溫度沖擊試驗結果

從試驗結果可以看出，用低膨脹系數密封膠粘接的零件進行的氣密性、相容性、絕緣性等一系列試驗，其試驗結果均符合相關指標要求。

4.2 膠接結構改進

由于陀螺為精密零件組成，結構緊湊，配合部位較多，密封結構各異，通過結構比較試驗，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構下膠接密封的可靠性有一定的差異。

根據上述分析，對膠接結構改進如下：

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移,增大膠液覆蓋寬度；

②對于螺紋連接密封部位，應適當設計螺紋部分尺寸，保證裝配時充分擰緊，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，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晶細致、孔隙少、反光性能強，耐蝕性、耐磨性和可焊性較好，但光亮鍍銀液整平性稍差，往往需要先進行光亮鍍或對基體金屬進行處理。針對表處質量對膠接密封的影響，采取清理鍍銀件的鈍化層進行清洗干燥后再進行膠接[3]。

5 結論

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