李 唯,孫玉英,趙 輝,謝靜思(中車唐山機(jī)車車輛責(zé)任公司,河北 唐山 063035)
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施工工藝參數(shù)對(duì)厭氧螺紋鎖固膠扭矩強(qiáng)度影響研究
李 唯,孫玉英,趙 輝,謝靜思
(中車唐山機(jī)車車輛責(zé)任公司,河北 唐山 063035)
摘要:簡(jiǎn)述螺紋鎖固膠施工工藝,研究了螺紋鎖固膠施工過(guò)程中螺紋表面清潔性、固化溫度、裝配時(shí)間3個(gè)工藝參數(shù)對(duì)螺紋安裝扭矩強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明,除耐油性螺紋鎖固膠外,其余膠種均對(duì)螺紋表面清潔性敏感;螺紋鎖固膠須在對(duì)應(yīng)的固化溫度、裝配時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行施工使用。
關(guān)鍵詞:工藝參數(shù);螺紋鎖固膠;扭矩強(qiáng)度
螺紋鎖固厭氧膠主要化學(xué)成分是二甲基丙烯酸酯[1],當(dāng)有氧氣存在時(shí),處于液態(tài),一旦隔絕氧氣,在表面金屬元素的催化下室溫中快速固化,形成牢固的粘接界面[2]。螺紋鎖固膠具有良好的潤(rùn)濕性、粘附性和填縫能力,能有效地防止因振動(dòng)、沖擊和熱膨脹等因素導(dǎo)致螺栓與螺母連接松脫、腐蝕、磨損等問(wèn)題,廣泛用于機(jī)械、制造領(lǐng)域[3]。
1)表面預(yù)處理
為降低污染、使粘接牢固,涂膠前應(yīng)使用蘸有清潔劑的無(wú)紡布沿螺紋走向清潔粘接區(qū)域,并用干燥、無(wú)油污的空氣將螺紋孔及外螺紋吹干。在大于15 ℃時(shí),讓清潔處理過(guò)的表面在空氣中至少晾置3 min,最多不超過(guò)1 h,防止二次污染。
2)涂膠
螺母和螺栓組合的通孔涂膠方式:只需將螺紋鎖固劑涂抹在螺栓上,全圈覆蓋3或4道螺紋,然后裝配。
圖1 通孔涂膠示意Fig.1 Application of thread-locking adhesive in thru hole
盲孔涂膠方式:陽(yáng)螺紋和陰螺紋上都要涂抹螺紋鎖固劑。如果只在陽(yáng)螺紋上涂抹,然后扭入,氣壓會(huì)擠出大部分鎖固劑,導(dǎo)致鎖固劑覆蓋不完全和部分固化,從而引起早期故障。
圖2 盲孔涂膠示意Fig.2 Application of thread-locking adhesive in blind hole
3)裝配
涂膠后即刻進(jìn)行裝配,并用無(wú)紡布將溢出的膠擦拭干凈。
4)固化
通常在10~30 min達(dá)到初始強(qiáng)度,在24~48 h之后達(dá)到最終強(qiáng)度。
雖然螺紋鎖固膠的施工工藝較為簡(jiǎn)單,但實(shí)際生產(chǎn)施工過(guò)程中稍有疏忽就會(huì)對(duì)螺紋連接扭矩強(qiáng)度造成很大的影響。因此,本文通過(guò)使用同一品牌高(LT4、LT5)、中(LT 3)、低(LT1、LT2)3種強(qiáng)度的螺紋鎖固膠及不銹鋼(A4-70)M10六角螺栓、螺母進(jìn)行實(shí)驗(yàn),就螺紋鎖固膠施工過(guò)程中螺紋表面清潔性、固化溫度以及裝配時(shí)間3個(gè)重要工藝參數(shù)對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究。
2.1 螺紋表面清潔性對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響
螺紋在加工、貯存及施工過(guò)程中表面常常會(huì)粘附油污,并且這些油污有時(shí)不能通過(guò)目視檢查發(fā)現(xiàn)。螺紋表面清潔狀態(tài)(粘接前徹底清潔和未清潔)對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3。
圖3 螺紋表面狀態(tài)對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of surface state of bolts on torque strength
從圖3看出,LT3螺紋鎖固膠粘接前是否清潔對(duì)扭矩強(qiáng)度基本沒(méi)有影響,但其他4種鎖固膠粘接前對(duì)螺栓徹底清潔都比不清潔的具有更高的扭矩強(qiáng)度。經(jīng)分析5種螺紋鎖固膠產(chǎn)品說(shuō)明書,發(fā)現(xiàn)LT3螺紋鎖固膠具有良好的抗油脂性,能夠容許各種輕微表面污染,如切削、潤(rùn)滑、防腐蝕和保護(hù)液體內(nèi)所含的油污。
2.2 固化溫度對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響
溫度升高,分子運(yùn)動(dòng)速率加快,碰撞幾率增大,不但加速了化學(xué)反應(yīng)速度[5],同時(shí)膠液黏度下降,流動(dòng)性提高,對(duì)界面的濕潤(rùn)能力增強(qiáng),可減小空隙缺陷[6]。將試件在不同溫度下放置24 h后檢測(cè)試件的破壞扭矩,結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖4 溫度對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of temperature on torque strength
由圖4可見(jiàn),隨著固化溫度的增加,扭矩強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)。與低強(qiáng)度螺紋鎖固膠相比,溫度對(duì)中、高強(qiáng)度螺紋鎖固膠的影響更大。對(duì)于低強(qiáng)度螺紋鎖固膠,5 ℃以上固化,扭矩強(qiáng)度基本沒(méi)有變化。對(duì)于中、高強(qiáng)度螺紋鎖固膠,10 ℃之前,隨溫度增加,扭矩增加幅度較大;10 ℃之后,扭矩隨溫度平緩增加。
2.3 裝配時(shí)間對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響
在實(shí)際生產(chǎn)中,同一工件要同時(shí)安裝很多個(gè)螺栓、螺釘,由于需要施加扭矩,通常是將涂有螺紋鎖固膠的螺栓預(yù)緊到工件上,全部螺栓都安裝完畢后,再對(duì)角施加扭矩。根據(jù)螺紋鎖固膠的反應(yīng)機(jī)理,在將鎖固膠涂抹到螺紋上時(shí),與螺紋接觸的鎖固膠由于隔絕空氣,同時(shí)又有金屬離子的加速作用,化學(xué)反應(yīng)快速進(jìn)行。螺栓預(yù)緊后再施加扭矩,化學(xué)反應(yīng)可能受到外力破壞,因此裝配時(shí)間也可能對(duì)扭矩強(qiáng)度造成影響。將不同裝配時(shí)間的螺栓在22 ℃放置24 h,扭矩強(qiáng)度的變化見(jiàn)圖5。
圖5 裝配時(shí)間對(duì)扭矩強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of assemble time of bolts on torque strength
從圖5看出,對(duì)于低強(qiáng)度螺紋鎖固膠,裝配時(shí)間(0~120 min)對(duì)破壞扭矩影響不大。但對(duì)于中、高強(qiáng)度螺紋鎖固膠,當(dāng)裝配時(shí)間不超過(guò)60 min,破壞扭矩略有高低波動(dòng),波動(dòng)幅度不明顯;當(dāng)裝配時(shí)間大于60 min,裝配時(shí)間對(duì)破壞扭矩的影響非常明顯,隨裝配時(shí)間增加,破壞扭矩明顯降低。
1)螺紋鎖固膠本身無(wú)抗油脂性時(shí),在進(jìn)行粘接前,須對(duì)螺紋表面進(jìn)行清潔;
2)低強(qiáng)度螺紋鎖固膠須在5 ℃以上施工及固化;中、高強(qiáng)度螺紋鎖固膠須在10 ℃以上施工及固化;
3)在安裝多組螺栓時(shí),從對(duì)螺紋表面涂膠開(kāi)始到完成施加額定扭矩,整個(gè)裝配工作要在60 min內(nèi)完成。
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文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:中國(guó)分類號(hào):TG494A
文章編號(hào):1001-5922(2016)07-0078-03
收稿日期:2016-03-15
作者簡(jiǎn)介:李唯(1980-),女,高級(jí)工程師,碩士,主要從事軌道客車粘接技術(shù)方面研究。E-mail:liwei@tangche.com。
Study on influence of process parameters on torque strength of anaerobic thread-locking adhesive
LI Wei, SUN Yu-ying, ZHAO Hui, XIE Jing-si
(CRRC Tangshan Co.,Ltd., Tangshan, Hebei 063035, China)
Abstract:The construction process of thread-lockling adhesive was briefly introduced. The process parameters influenced the torque strength of thread-lockling adhesives were studied, including the surface state of bolts, curing temperature and assembly time. The experimental results showed that except for the oil-resistant thread-locking adhesive, the other adhesives were sensitive to the surface state of bolts. And the thread-locking adhesives should be used in the corresponding curing temperature and assembly time range.
Key words:process parameter; thread-locking adhesive; torque strength