液浮陀螺仪胶接密封性分析

王先超，郝玉兰，李姝

（贵州航天控制技术有限公司，贵阳550009）

1 引言

液浮陀螺仪各连接部位及密封处基本采取胶接方式，由于液浮陀螺类产品各胶接密封部位存在明显的结构差异，胶接过程很难做到通用化，结合工厂目前研制的某液浮陀螺仪，进行胶接密封技术研究，在全温范围内保证液浮陀螺仪的环氧胶接密封性能，解决现有产品生产中由于密封性差而不满足陀螺仪工作稳定性与可靠性问题。

2 液浮陀螺仪的胶接密封特点与可靠性要求

2.1 液浮陀螺仪的胶接密封特点

密封指防止液体、气体在构件内外渗透的作用，其中胶接密封是一种简单常用、高效、长寿命、高可靠性的密封方法。对于液浮陀螺仪，胶接密封具有以下特点：低弹性模量、高屈服强度、耐溶剂、低渗透、高低温循环稳定性[1]。

2.2 液浮陀螺仪的胶接密封可靠性要求

液浮陀螺仪胶接密封气密性要求为漏率不大于10-6Pa·L/S；其胶接密封可靠性要求为在使用周期内，经过各种环境试验后的漏率不大于10-6Pa·L/S。在生产过程中，可通过模拟使用条件和加严考核的方式对陀螺密封可靠性进行验证试验，运用定期重复的可靠性鉴定试验（PQT）进行可靠性评估，在研究周期内进行试验，以确保产品在整个生产过程中的固有可靠性。

3 胶接密封失效原因分析

影响结构密封的原因，除与选用的密封剂性能有关外，与所设计的结构密封形式、密封件的结构刚度、密封缝隙的形状、尺寸和施工方法都有密切关系[2]；即胶接密封部位的密封可靠性与密封胶的透气率、胶粘剂的设计选材、被胶粘面的表面状态、胶接工艺等方面有关，而胶接密封部位的结构组成中的任一部分发生破坏，均会导致整个密封结构的失效[1]。

4 胶接密封改进

对于在环境试验条件下的漏率不大于10-6Pa·L/S的陀螺仪而言，密封可靠性的主要问题是胶接密封处在高低温温度循环后失效，其原因为胶封结构的密封性能在高低温过程中受到应力产生破坏；通过合理选择胶粘剂及其配方，改善密封用的零部件结构、采取合理的表处方式与清洗方法等，能提高胶接密封可靠性。

4.1 胶粘剂改进试验

由于各部件检漏不合格的主要根源是胶接处的各零部件、密封胶之间的热膨胀系数相差太大，为解决此问题，通过试验配制低膨胀系数密封胶，并对某液浮陀螺所需胶接部位的零部件进行胶接。胶接完成后进行固化、稳定处理、温度冲击、与氟醚油的相容性等一系列试验。

由于浮筒的材料为铝合金2A12-T4、充气嘴的材料为铜丝 HPb59-1，铜丝 HPb59-1 的膨胀系数为 20.6×10-6/℃[3]，与铝合金（2Al2-T4）的膨胀系数22×10-6/℃相近，且充气嘴密封处漏气现象较为严重，故选取该部位作为试验对象。

①低膨胀系数密封胶的配制

随着国内基础工业的快速发展，球形硅微粉在国内较易购置，且中国科学院已成功研制出热膨胀系数接近于10×10-6/℃的密封胶，因此，国内低膨胀系数密封胶配制技术已趋于成熟[2]。

②低膨胀系数密封胶的可操作性

低膨胀系数密封胶在常温下的流动性比环氧树脂胶的流动性稍差，对零、部件的胶接带来了一定的难度，故将零、部件放在高温箱内预热后再进行涂胶处理，以改善胶的流动性。

低膨胀系数密封胶固化温度相对较高，但胶接零件的熔化温度较高，详见表1，故固化温度对粘胶零组件影响很小。

表1 各材料的熔化温度情况

所有零、组件使用低膨胀系数密封胶封装，进行多次密封性能检测，均满足漏率小于1.2×10-6Pa·L/s的技术指标要求。

③低膨胀系数密封胶的可靠性

从密封胶的性能检测结果可知，低膨胀系数密封胶不与氟醚油发生相互反应和溶解，也不与石油醚、汽油、无水乙醇等清洗液发生相互反应与溶解。为考核低膨胀系数密封胶的可靠性，进行了温度循环、温度冲击试验，在经过温度循环或温度冲击后均对试验件进行漏率检测，其试验结果如表2。

表2 低膨胀系数密封胶温度循环、温度冲击试验结果

从试验结果可以看出，用低膨胀系数密封胶粘接的零件进行的气密性、相容性、绝缘性等一系列试验，其试验结果均符合相关指标要求。

4.2 胶接结构改进

由于陀螺为精密零件组成，结构紧凑，配合部位较多，密封结构各异，通过结构比较试验，在螺纹胶接密封、凸台台阶配合胶接密封、过盈配合胶接密封等不同结构下胶接密封的可靠性有一定的差异。

根据上述分析，对胶接结构改进如下：

①将某液浮陀螺仪的浮子接线柱孔位置向浮子小轴轴心方向内移,增大胶液覆盖宽度；

②对于螺纹连接密封部位，应适当设计螺纹部分尺寸，保证装配时充分拧紧，防止连接部位受力时影响密封可靠性。

4.3 胶接件表处影响分析及采取的措施

陀螺类大部分零、组件均有表面处理要求，通过大量对比试验，可以判定表处钝化工艺对零件的表面致密性有较大影响，尤其对于镀银件，镀银层较普通镀银层的结晶细致、孔隙少、反光性能强，耐蚀性、耐磨性和可焊性较好，但光亮镀银液整平性稍差，往往需要先进行光亮镀或对基体金属进行处理。针对表处质量对胶接密封的影响，采取清理镀银件的钝化层进行清洗干燥后再进行胶接[3]。

5 结论

对某液浮陀螺仪胶接密封问题，分析胶接密封机理，采取措施解决胶接密封失效问题。通过对环氧胶粘剂的配方选择、膨胀系数、延伸率以及各密封结构件间的匹配关系、涂胶过程控制等方面进行研究，证明采用低膨胀系数密封胶胶接充气嘴、排气嘴、充油嘴后的密封性明显优于普通的环氧树脂胶，保证了某液浮陀螺仪胶接密封可靠性的技术要求。