研究并探討了分離式閥門密封結構形式采用膠粘劑將銅合金或不銹鋼等材質的閥座與鑄鐵或鑄鋼材質的閥體或閥瓣粘接在一起, 經機加工后作為閥門密封面的新型密封結構形式。
粘接技術在閥門制造中的應用：
1 引言
粘接技術廣泛應用于國民經濟的各個部門。近年來, 在閥門的生產制造中, 采用粘接工藝,用膠粘劑將銅密封圈和不銹鋼密封圈粘結在閥體或閘板槽內, 經機加工后, 達到閥門的密封要求, 以解決Z45T-10DN350～500mm 閘閥和J 41H - 16DN20～200mm 截止閥的鑲圈問題。經過可行性分析論證和工藝性試驗,現已得到廣泛推廣應用, 采用粘接技術可簡化鑲圈所需大噸位壓力機和減少鑲圈壓頭等設施, 還可大大減少銅合金和不銹鋼材料的消耗。
2 密封面結構
閥門密封面結構形式有直接加工和分離式2種。直接加工指①密封面在閥體或閥瓣上直接加工出來,密封面材質為閥體或閥瓣的基體材料。②將密封材料堆焊或噴焊在閥體或閥瓣上, 經機加工而成。密封面的材質為銅合金、不銹鋼和硬質合金等,閥體或閥瓣材質為銅合金、鑄鐵和不銹鋼等。分離式指閥座與閥體材料不同,其固定方法為①閥座壓入斜口產生單面長久塑性變形。②壓入燕尾槽后產生雙面長久塑性變形。③閥座內外圓雙過盈配合。④閥座和槽相對密封面傾斜一定角度壓入產生長久塑性變形。⑤用螺釘固定,螺紋連接固定。⑥碳鋼圈上堆焊不銹鋼或硬質合金, 壓入后焊死及軟硬材料組合壓入等。
3 粘接的實施要求與方法
3.1 膠粘劑的選擇
閥門生產中, 在密封面加工工藝的選擇上要十分謹慎, 要實施粘接工藝, 首先應考慮膠粘劑的選擇,*基本的考慮應當是閥門的使用環境及條件、閥門的使用介質、使用溫度、使用壓力及承受的載荷、介質的腐蝕性和沖蝕性、溫度的高低、載荷的多向性和使用過程的無害性。其次要考慮所要粘接密封件的材質。根據大口徑閥門DN350～500mm閘閥和DN20～200mm截止閥的使用特點, 選用了620 樂泰、鈦合金膠粘劑、得富康、輕質氧化銅-磷酸無機膠粘劑、YO - 59 膠粘劑等進行了大量的試驗,根據性價比選擇了YO - 59 膠粘劑。
3.2 YO - 59 膠粘劑性能
膠粘劑通常由固體材料(基料) 、固化劑、固化促進劑、增韌劑、填料及其他輔助材料如防老劑和偶聯劑等構成。YO - 59膠粘劑為有機膠, 由A、B 兩組分構成, 外加補強劑。該膠粘劑無毒,耐水, 耐油, 耐一般化學介質, 工作溫度為- 60～200 ℃,可在潮濕條件下粘接金屬、陶瓷、玻璃、膠木、竹木、玻璃鋼、大理石及部分塑料, *高粘接強度達24 MPa。
3.3 膠接工藝
膠接工藝主要包括接頭設計, 表面處理, 配膠, 涂膠, 固化和質量檢測等。
(1) 接頭設計 根據膠接工藝的特點, 選用套接的方式, 將閥體密封圈加工成直筒式, 去掉變形燕尾部分,筒的長度可相應減小。閘板密封圈加工成臺階式, 粘接部分可比原鑲圈部分縮短。閥體槽加工成直槽,槽深可根據閥體密封圈的長度相應減小。閘板槽加工成直槽, 槽按照閘板密封圈的臺階尺寸進行設計加工。
(2) 膠接工具 配膠板選用400 mm ×400 mm的鐵板、250 mm ×250 mm 的銅板或不銹鋼板, 也可用塑料板,選用不銹鋼醫用、銅條或不銹鋼條、油灰刀配膠和涂膠, 油畫刷清洗, 輔助工具有焊工手套、圓錐型量杯及玻璃器皿等。
(3) 表面處理 金屬表面吸附著一層內聚強度低的表面能低的污染層和氧化膜,會降低膠接強度。被粘材料表面粗糙度對膠接質量有很大影響,適當地將表面粗化均能提高膠接強度, 糙化表面有更大的實際膠接面積,表面太粗糙反而會降低膠接強度, 過于粗糙的表面不能將膠粘劑良好浸潤,凹處易殘留空氣對膠接不利。粘接接觸面的表面粗糙度以Ra1215～613μm 為宜。
常用的表面處理方法主要有脫脂處理法和機械處理法。YO - 59 膠粘劑提供配套的清洗劑,適合于各種金屬、陶瓷、玻璃及硬質塑料件等被粘表面的粘前清洗, 具有良好的除油污效果。清洗時, 清洗劑適量倒入玻璃器皿內,用油畫刷刷涂, 將涂膠面上的銹垢及油污除盡。條件許可的情況下, 應在閥體、閘板粘接槽加工時, 同時實施密封圈的加工和粘接,對于無法清洗的銹垢及油污, 可采用機械處理的方法, **后再進行清洗。
(4) 預配合 所有被粘零件都要在涂膠前裝配在一起, 以檢查是否能緊密接觸并有適當的間隙。對于YO - 59 膠粘劑,間隙應控制在013～1 mm。如在粘接前不進行預配合, 可能因粘接面配合不好而難以獲得良好的粘接接頭。如果是高效率重復性生產,裝配精度有保證, 則可省去預配合過程。
(5) 配膠 配膠質量直接影響膠接件的膠接性能, 必須準確量取各組分的體積或稱取各組分的重量(誤差不超過2 %～5 %)。膠粘劑配制量應根據涂敷量多少而定, 并須在活性期內用完。配制過程中, 應由專人負責, 作好詳細的批號、體積(質量)、配膠溫度及其他各種工藝參數記錄。取3 份體積的A 組分和1 份體積B 組分倒在配膠板上,用、銅條或不銹鋼條、油灰刀混合拌勻,可加適量補強劑。加入補強劑能增強粘接強度及耐溫、耐磨、抗老化等性能, 按膠粘劑體積的20 %～100 %量加入膠粘劑中,調勻即可。
(6) 涂膠 降低膠粘劑粘度, 改善膠液涂敷性, 但延長膠接周期, 使固化時間延長,粘度低將會導致固化不便而影響膠接質量。填加補強劑, 可以提高膠液粘度等和膠接強度。若膠的粘度大, 可按比例加入A、B組分攪拌均勻。涂敷的方法有刷涂法、刀刮法、滾涂法、噴涂法和熔融法。這里推薦用刀刮法, 即將膠液用、銅條或不銹鋼條涂在膠接表面上,膠層厚度憑經驗來控制, 密封圈和粘接槽必須分別涂膠, 以保持粘接表面與膠粘劑具有良好的濕潤狀態,有條件的可選用其他適當的方法。
(7) 固化 采用不加壓室溫固化, 通過溶劑揮發的物理方法來進行。隨著溶劑的揮發、溶液濃度不斷增大, 逐漸達到固化,并具有一定強度。固化溫度過低, 膠層交聯密度過低, 固化反應不;固化溫度過高, 易引起膠液流失或使膠層脆化,導致膠接強度下降。加熱有利于膠粘劑與膠接件之間的分子擴散, 能有利于形成化學鍵的作用。若于40 ℃加溫固化, 效果更佳。
4 質量控制
4.1 進料控制
質量控制要從原材料, 如膠粘劑、補強劑和清洗劑驗收開始。
4.2 表面處理控制
為了使粘接件質量可靠, 表面處理必須精心控制。清洗劑能有效地除去表面上的油污, 但也容易出現部分污染物憑借溶劑**擴散的現象,此時應更換溶劑并反復清洗, 一般應采用少量多次的方法去除油脂。殘留在膠接件表面上的清洗劑影響膠接強度,一定要有必要的晾干時間。許多有機溶劑均為易燃物質, 使用時必須遵守易燃易爆物操作的有關規定。
4.3 粘接工藝控制
粘接工藝包括預配合、涂膠、裝配和固化等,應當檢查工具的清潔性和適用性。表面處理的有效時間,膠粘劑的適用期和膠粘劑固化的保持時間在裝配時都要核對。在檢驗記錄中, 應包括膠粘劑類型、批號、分組號、涂膠時間和日期,適用期的終止時間, 以在破壞發生時備查。保持清潔和調節空氣的濕度,零部件和膠粘劑暴露的場合從涂膠前的準備工作直到初固化都要加以控制。操作場合溫度應保持在18～32 ℃, 相對濕度保持20 %～65%;可用記錄式的溫度和濕度指示計檢測。
4.4 成品檢驗
成品檢驗通常用目測法和水驗法。膠粘劑固化之后, 對接頭部位在較強的燈光下目測可發現裂紋和缺陷,對于因不恰當的固化和表面處理所產生的缺陷, 任何方法都很難發現, 因此, 對表面處理方法和工作場所清潔程度必須給予高度重視, 嚴格管理。
通過閥門成品水驗, 也可檢驗粘接質量, 如發現密封圈粘合部位漏水, 證明粘接質量有問題, 可下圈后, 重新粘接, 對于微小滲漏,可在局部打磨清洗后補膠。
5 結語
采用粘接工藝, 用膠粘劑將銅密封圈和不銹鋼密封圈粘結在閥體或閘板槽內, 經機加工后, 達到閥門的密封要求,通過近年來的應用和實踐, 效果良好, 降低了制造成本, 減輕了勞動強度, 克服了設備的限制,且降低了對體圈、板圈及槽的加工精度的要求, 提高了產品零件的合格率。
