厌氧胶特性分析和使用方法

厌氧胶特性分析和使用方法

刘晓锋,李德军

西安航天发动机有限公司 陕西省西安市 710000

摘要：螺纹连接是装配重要连接形式之一，因具有简单、可靠、便于拆装的优点被广泛应用于航空航天领域。螺纹连接在不采取任何防松措施的情况下，受到冲击、振动、温度等复杂环境因素影响，容易易出现预紧力下降造成螺纹松动导致质量隐患，因此，螺纹连接的牢固可靠在产品工作中起着至关重要的作用。

关键词：螺纹连接；厌氧胶；涂胶量

    为了提高螺纹连接的工作能力，保证螺纹连接牢固可靠，相关科研人员不断致力于螺纹连接防松方法的的研究，提出了基于螺纹副运动关系的防松措施，如采取厌氧胶、开口销加开槽螺母、锁紧保险钢丝等。而厌氧胶早在1940年代开始研制，厌氧胶是依靠化学作用而产生的增强作用，这种防松方法属于化学防松，螺纹表面涂敷厌氧胶后，拧紧螺纹胶液挤压并填充在螺纹副之间的空隙，氧气浓度降低，厌氧胶自行固化并产生的聚合物将螺纹副粘接在一起，从而有效保证了螺纹的紧密连接可靠性，提高了产品的装配质量。因其独特的厌氧固化特性，使其固化时间短、涂敷工艺简单、胶接强度范围广，被广泛应用于锁紧、密封、固持、粘接等技术领域。

    1、厌氧胶在螺栓螺纹锁固、管路密封中得到广泛应用，厌氧胶液为绿色，渗透性较好且锁固强度高。厌氧胶使用不当，会造成产品工作过程中，因受到冲击、振动、温度等复杂环境因素影响，出现螺纹松动问题，导致安全事故或质量隐患。产品使用的紧固件螺纹副进行了不同的表面处理，如镀锌、镀镍、镀铜、镀二硫化钼等，且螺纹副之间的配合精度较高，因此，需针对液使用厌氧胶的特性进行试验分析研究。

    2、厌氧胶涂胶量研究

    产品装配过程中，紧固件螺纹连接部位需涂敷厌氧胶，针对不同规格的螺纹，涂敷厌氧胶量是不同的，厌氧胶涂敷量过多，易产生多余物，特别是管路接头螺纹连接部位，装配过程中是严禁多余物的。厌氧胶的涂敷量过少，会对降低螺纹锁固防松效果，所以，针对不同紧固件的螺纹规格，进行涂敷量的研究分析。试验选取的M2~M64之间的螺纹规格，每种螺纹规格进行3~5组涂胶量试验，内外螺纹三进三出之后，检查其有效配合螺纹副表面厌氧胶的均布情况，螺纹副表面厌氧胶覆盖均匀且无残余厌氧胶的一组，确定最佳涂胶量。试验确定涂厌氧胶长度为螺纹副配合有效长度，内外螺纹配合的长度，涂敷厌氧胶深度与螺纹牙顶齐平。不同规格的紧固件螺纹表面厌氧胶涂敷的长度、深度是一定的，唯有涂胶宽度不同，所以不同规格螺纹的涂胶量由涂胶宽度决定。试验前，厌氧胶嘴部位开φ2孔，在螺纹上涂敷一定宽度的厌氧胶，涂厌氧胶后，以保证厌氧胶液在螺纹副有效配合部位均匀分布。为达到厌氧胶液在螺纹有效配合部位均匀分布，涂厌氧胶后，应拧动螺栓或螺母，反复拧出拧进3~4次，检查螺纹表面厌氧胶的覆盖情况。

    试验结果表明，厌氧胶在不同的螺纹规格中涂敷要求，手工涂敷厌氧胶，涂胶长度为螺纹副的有效配合长度，涂胶厚度与螺纹的从牙顶齐平，在涂胶厚度和厚度一定的情况下，通过涂胶的宽度，确定涂胶量不同螺纹规格的涂胶量：a.螺纹规格为M2、M3、M5、M6的紧固件，螺纹表面沿轴向涂厌氧胶宽度分别为2mm、3mm、4mm、6mm;b.螺纹规格为M8M14、M16M18的紧固件，螺纹表面沿轴周向成180°分别涂敷厌氧胶宽度为8mm、10mm;c.螺纹规格为M20~M27、M30^M39、M45M52、M64的紧固件，螺纹表面沿轴周向成120°分别涂敷厌氧胶宽度为10mm、14mm、16mm。

    3、厌氧固化特性分析

    螺纹连接使用厌氧胶的主要目的是维持螺纹副的紧密连接，根据不同材料螺纹副的配合关系，厌氧胶的固化特性不完全相同，主要考虑初固时间、破坏扭矩、平均拆卸扭矩等因素。厌氧胶的初固时间是指螺纹涂胶初步固化后，紧固扭矩达到完全固化6h的紧固扭矩的10%所需要的时间。在工程实际中，为了便于测定厌氧胶的初固时间，通常指涂胶拧上螺帽开始至手拧不动螺母时所需的时间，更加直观反映了厌氧胶的固化速率，影响初固时间的因素很多，如厌氧胶的黏度、使用场合的温度、胶料批次和螺纹连接的方式等。实际装配过程中，厌氧胶的初固时间很重要，直接决定了装配的效果，螺纹拧紧过程中，厌氧胶因隔绝空气而逐步聚合，聚合物的生成对螺纹件起到了粘接作用，同时也增大了螺纹件之间的摩擦扭矩；此时拧紧扭矩除需克服摩擦扭矩外，还必须克服因厌氧胶固化而增大的螺纹副间的黏滞扭矩，对厌氧胶而言，在厌氧胶的固化时间大于初固时间时，若仍施以拧紧扭矩拧紧，相当于在厌氧胶的固化过程中施加了干扰因素，而这种干扰因素可能破坏厌氧胶固化物的强度。因此，在螺纹涂厌氧胶的装配过程中，必须在初固时间内将螺纹拧紧装配。因此，厌氧胶在螺纹装配中初固时间太长，装配效率低下初固时间太短，不利于工艺操作，严重的可能造成螺栓不能拧紧。试验对厌氧胶在所用紧固件的初固时间进行研究分析，所用紧固件的特点螺纹副的镀层种类多、表面精度高、规格范围大等特点。螺纹副的镀层材料及表面精度对厌氧胶的影响较大，选取不同镀层材料、不同规格的紧固件各10颗，在温湿度一定的条件下（温度20～24℃、湿度50~70%），用同一批次的厌氧胶进行试验。试验结果表明，相同镀层螺纹副相同规格紧固件的初固时间无明显的递增或递减规律，基本趋于一致。

    试验结果分析，厌氧胶的初固时间和粘接强度与被粘物的原材料种类及涂胶表面的处理状态有关。涂胶部位的螺纹材料基本上是不锈钢，表面处理多为镀锌钝化、镀镉钝化、镀铜、镀二硫化钼等，其中铜、二硫化钼、钢为金属活性物质，其表面能够加速厌氧胶的固化，锌和镉等为金属非活性物质，其表面能够抑制厌氧胶的固化为非活性表面。厌氧胶初固时间在3.4~24.1min,标准提供的初固时间大于30min,它是以试件经表处理的全螺纹，性能等级为8.8级的M10×35的六角螺栓(GB/T5781)以及相同类型的M10螺母(GB/T41),进行试验得出的初固时间，与实际使用存在较大插拔，实际使用螺纹表面精度较高，且大都经过表面处理，这些因素极大地影响了厌氧胶的初固时间。使用厌氧胶时，对于材料为S-07钢而表面处理为镀铜、镀二硫化钼的外套螺母（螺母）在与不锈钢材料或者具有相同镀层的接管嘴（螺栓）装配时，需要准确地掌握厌氧胶的初固时间，保证在厌氧胶初固时间内完成导管或者紧固件的装配，不仅可使螺纹连接获得较高的紧固扭矩，而且减少了由于厌氧胶的初固而带来的粘接扭矩的影响，提高紧固件的装配质量。厌氧胶扭矩的衡量指标很多（主要有破坏扭矩和平均拆卸扭矩）：破坏扭矩是指拆卸过程中，螺母对螺栓刚开始发生相对位移时的扭矩值；平均拆卸扭矩是指螺母拧出规定圈数后扭矩值的平均值扭矩值。厌氧胶固化扭矩值并不固定，会受到固化温度、固化时间、螺纹件材质和螺栓表面状态等多种因素的影响。因此，对装配常用的紧固件进行扭矩（破坏扭矩和平均拆卸扭矩）试验研究。试验对选取不同镀层材料、相同规格的紧固件，在温湿度一定的条件下（温度20~24℃、湿度50~70%)，用同一批次的厌氧胶进行扭矩试验，将厌氧胶施用于螺栓，手工拧紧螺母，放置24小时至完全固化。然后用扭矩扳手断开粘接，拆松装配件的初读数就是破坏扭矩值，。此时继续转动扭矩扳手，每转动四分之一圈就记录一次扭矩，即为平均拆卸扭矩值。这表明剩余的摩擦力或阻力，需克服此力方可继续转动螺母。试验结果分析，同种规格螺纹副表面处理情况不同，其破坏扭矩和平均拆卸扭矩不同。破坏扭矩主要体现在克服紧固件接触表面间的摩擦扭矩，也即是厌氧胶固化后增加的扭矩；平均拆卸扭矩主要体现在螺纹副间的粘滞扭矩。主要由螺纹表面处理及配合精度影响，螺纹表面镀铜、螺纹镀锌钝化的破坏扭矩大，平均拆卸力矩相对较小，也表明涂厌氧胶后镀铜、镀锌钝化螺纹的松出力矩较小，铜、锌的润滑效果较好，镀二硫化钼螺纹破坏扭矩小，而平均拆卸扭矩相对较大，表明，螺纹表面镀二硫化钼润滑效果相对差，但涂厌氧胶后能够获得较高的松出扭矩，也是产品工作所需要的。

    我们在实际应用中总是希望涂胶螺纹拧紧时，因胶固化而产生的粘滞扭矩小，较大的拧紧扭矩可以增大螺纹间的接触应力，使螺纹产生较大的变形，从而获得较高的连接可靠性，同时希望工作中的螺纹因胶固化而产生较大的粘滞扭矩，增大螺纹间的摩擦扭矩，从而能够获得较高的松出扭矩。

    本文通过试验研究，总结出了不同螺纹规格涂胶量，制定出最佳的涂敷方法，并对影响厌氧胶的固化特性（初固时间、扭矩）因素进行分析，对紧固件装配具有一定指导意义。

    结论

    通过研究试验，确定更为合理的螺纹连接拧紧量化控制要求，提高装配螺纹连接可靠性；通过厌氧胶固定时间试验、涂胶量试验、振动试验等，摸索出最佳的厌氧胶使用工艺方法。