厌氧胶在大直径螺纹连接结构中的应用研究

肖应锋

（宜昌测试技术研究所，湖北宜昌443003）

1 引言

厌氧胶早在1940年代即开始研制［1］，因其独特的厌氧固化特性，使其具有存储时间长、固化时间短、涂覆工艺简单、胶接强度范围广的优点，被广泛用于锁紧、密封、固持、粘接及铸件微气孔渗补等技术领域。

目前厌氧胶锁固性能研究主要集中在M36以下的小直径螺纹连接结构的破坏扭矩、拆卸力矩和胶接剪切强度。

对大螺纹连接件，由于其直径的大幅增加，厌氧胶的锁固性能发生变化，在实际应用时，须提供拆卸力矩或破坏扭矩作为依据。本文通过理论计算和试验验证，对Loctite271、Loctite243、Loctite222 三种厌氧胶在 M140 的螺纹连接结构中的锁紧及可拆卸性能进行研究，给出了拆卸力矩。

2 研究对象

某产品中存在如图1所示的螺纹连接结构，连接件1和2材料为中碳钢，连接形式为螺纹连接，配合尺寸为M140×2-7H/6g。连接时，在外螺纹连接件单扣螺纹一整圈上涂胶后旋合，并施加49N·m的预紧力后固化24h。

3 理论分析

3.1 机理分析

（1）厌氧胶锁紧机理

据研究表明，对M10的普通螺纹连接来说，粗牙螺纹松开力矩仅为设计拧紧力矩的68%［2］，因此保证螺纹紧固的不是拧紧力矩，而是松开力矩。

一般螺纹连接件承受静载荷时都满足自锁条件，如遇振动或温度冲击，就可能影响到螺纹连接的可靠性和紧密性，因为此时螺纹间可能出现轻微塑性变形，使松开力矩逐渐减小甚至消失，导致自锁失效。

使用厌氧胶后，螺纹间隙由厌氧胶聚合形成的热固性塑料填充，使螺纹啮合部位接触并具有一定强度，在不增加预紧力的情况下提高了螺纹连接的松开力矩［3］，使松开力矩大于拧紧力矩，从而实现螺纹连接的锁固，达到防松的目的。

（2）拆卸机理

螺纹连接件的拆卸条件为拆卸力矩大于螺纹连接件的松开力矩。当厌氧胶固化并形成热固性塑料后，就达到一定的强度，只有破坏掉热固性塑料方可实现拆卸。

3.2 拆卸力矩计算

3.2.1 已知条件

（1）根据GB/T18747.1-2002《厌氧胶粘剂扭矩强度和剪切强度的测定》标准要求，部分供应商对M10钢制螺栓螺母进行测试，提供了厌氧胶破坏力矩，数据见表1。

表1 厌氧胶理论力矩计算表

（2）不同参数螺纹间的胶接扭矩关系

根据美国T.J.Hrdiman对螺纹胶接锁固的研究结果［4］，当厌氧胶完全填满螺纹啮合部位时，胶接扭矩与螺纹参数存在以下关系：

（3）螺纹拧紧力矩与松开力矩之间的关系

根据许志远、荣元庆对螺纹锁紧力矩及松开力矩的研究［2］，可推算出螺纹在没有涂胶时，其松开力矩M松及拧紧力矩M紧存在如下关系：

式（1）～式（5）中，l：螺纹啮合长度，m；p：螺纹螺距，m；d：螺纹外径，m；d1：螺纹内径，m；d2：螺纹中径，m；τ：厌氧胶胶接剪切强度，N/m2；λ：螺纹升角；α：螺纹牙型半角；F：螺纹紧固力；μ：螺纹间摩擦系数（取0.15）。

对M140×2的螺纹连接结构进行计算，可得到：

3.2.2 螺纹胶接部位啮合长度估算

（1）M10×35（GB/T5782）与 M10（GB/T6170）的钢制螺栓螺母连接时，其胶接啮合长度估算值约为0.008m。

（2）M140×2螺纹连接件的厌氧胶啮合长度估算

螺纹胶接界面示意图如图2所示，根据表2及表3的螺纹极限尺寸，胶粘剂的截面积进行估算，结果见表4螺纹连接时胶粘剂填充截面积。

表2 最大间隙时的螺纹极限尺寸/mm

表3 最小间隙时的螺纹极限尺寸/mm

表4 螺纹连接时胶粘剂填充截面积

按照表4计算所得的截面面积平均值可知旋合后的理论啮合长度l=3.6p，实际装配过程中胶粘剂啮合长度有所增加，按1.5倍系数进行估算，计算可得啮合长度约0.0108m。

3.2.3 计算拆卸力矩

根据式（1）～（5）及螺纹啮合长度数据，可得到剪切强度与扭矩的关系如下：

对M10的钢制螺栓螺母连接结构τ=0.646T10×106（7）

对M140×2的螺纹连接件T140=8.478τ （8）

根据式（1）～（8）进行拆卸力矩的计算，计算结果见表1。

4 试验验证

4.1 仪器设备

振动试验台，高低温试验箱，扭力扳手，皮带扳手等。

4.2 锁紧及可拆卸性测试条件

（1）在螺纹连接件涂胶固化后在高低温试验箱进行高低温冲击试验，其中高温+50℃，低温-40℃，保持时间为高低温各2h；

（2）高低温冲击试验完成后参照GB/T10431-2008紧固件横向振动试验方法在振动台上进行振动试验，模拟日常搬运及运输过程，振动频率为12.5Hz，振幅为±2mm，振动时间为2h；

（3）在振动和高低温试验完成后恢复常温条件，用扭力扳手进行拆卸验证，测量方法参照JB/T7311-1994《工程机械厌氧胶应用技术规范》。

4.3 试验结果

实验结果见表5厌氧胶性能试验结果。

表5 厌氧胶性能试验结果

5 结论

根据表4计算数据及表5的验证结果进行分析，可以得出以下结论：

（1）三种厌氧胶的理论拆卸力矩均大于预紧力矩，满足锁紧防松要求；

（2）Loctite 271、Loctite 243两种厌氧胶的拆卸力矩均大于150N·m，普通工具拆卸很难实现。Loctite 222的拆卸力矩在80N·m左右，使用普通工具可以拆卸。

［1］张露露，杨学林，游敏，等.厌氧胶［J］.中国胶粘剂，2004，13（2）：46-49.

［2］徐志远，荣元庆.乐泰螺纹化学锁固与密封技术［J］.汽车技术，1992（6）：34-43.

［3］朱锋.紧固件用锁紧材料及锁紧技术研究［J］.材料开发与应用，1996，11（6）：33-38.

［4］邵瑞清，陈继祥.厌氧胶用于螺纹锁紧时胶接扭矩的推算［J］.粘接，1986，7（6）：33-35.