研究并探讨了分离式阀门密封结构形式采用胶粘剂将铜合金或不锈钢等材质的阀座与铸铁或铸钢材质的阀体或阀瓣粘接在一起, 经机加工后作为阀门密封面的新型密封结构形式。
粘接技术在阀门制造中的应用：
1 引言
粘接技术广泛应用于国民经济的各个部门。近年来, 在阀门的生产制造中, 采用粘接工艺,用胶粘剂将铜密封圈和不锈钢密封圈粘结在阀体或闸板槽内, 经机加工后, 达到阀门的密封要求, 以解决Z45T-10DN350～500mm 闸阀和J 41H - 16DN20～200mm 截止阀的镶圈问题。经过可行性分析论证和工艺性试验,现已得到广泛推广应用, 采用粘接技术可简化镶圈所需大吨位压力机和减少镶圈压头等设施, 还可大大减少铜合金和不锈钢材料的消耗。
2 密封面结构
阀门密封面结构形式有直接加工和分离式2种。直接加工指①密封面在阀体或阀瓣上直接加工出来,密封面材质为阀体或阀瓣的基体材料。②将密封材料堆焊或喷焊在阀体或阀瓣上, 经机加工而成。密封面的材质为铜合金、不锈钢和硬质合金等,阀体或阀瓣材质为铜合金、铸铁和不锈钢等。分离式指阀座与阀体材料不同,其固定方法为①阀座压入斜口产生单面长久塑性变形。②压入燕尾槽后产生双面长久塑性变形。③阀座内外圆双过盈配合。④阀座和槽相对密封面倾斜一定角度压入产生长久塑性变形。⑤用螺钉固定,螺纹连接固定。⑥碳钢圈上堆焊不锈钢或硬质合金, 压入后焊死及软硬材料组合压入等。
3 粘接的实施要求与方法
3.1 胶粘剂的选择
阀门生产中, 在密封面加工工艺的选择上要十分谨慎, 要实施粘接工艺, 首先应考虑胶粘剂的选择,*基本的考虑应当是阀门的使用环境及条件、阀门的使用介质、使用温度、使用压力及承受的载荷、介质的腐蚀性和冲蚀性、温度的高低、载荷的多向性和使用过程的无害性。其次要考虑所要粘接密封件的材质。根据大口径阀门DN350～500mm闸阀和DN20～200mm截止阀的使用特点, 选用了620 乐泰、钛合金胶粘剂、得富康、轻质氧化铜-磷酸无机胶粘剂、YO - 59 胶粘剂等进行了大量的试验,根据性价比选择了YO - 59 胶粘剂。
3.2 YO - 59 胶粘剂性能
胶粘剂通常由固体材料(基料) 、固化剂、固化促进剂、增韧剂、填料及其他辅助材料如防老剂和偶联剂等构成。YO - 59胶粘剂为有机胶, 由A、B 两组分构成, 外加补强剂。该胶粘剂无毒,耐水, 耐油, 耐一般化学介质, 工作温度为- 60～200 ℃,可在潮湿条件下粘接金属、陶瓷、玻璃、胶木、竹木、玻璃钢、大理石及部分塑料, *高粘接强度达24 MPa。
3.3 胶接工艺
胶接工艺主要包括接头设计, 表面处理, 配胶, 涂胶, 固化和质量检测等。
(1) 接头设计 根据胶接工艺的特点, 选用套接的方式, 将阀体密封圈加工成直筒式, 去掉变形燕尾部分,筒的长度可相应减小。闸板密封圈加工成台阶式, 粘接部分可比原镶圈部分缩短。阀体槽加工成直槽,槽深可根据阀体密封圈的长度相应减小。闸板槽加工成直槽, 槽按照闸板密封圈的台阶尺寸进行设计加工。
(2) 胶接工具 配胶板选用400 mm ×400 mm的铁板、250 mm ×250 mm 的铜板或不锈钢板, 也可用塑料板,选用不锈钢医用压舌板、铜条或不锈钢条、油灰刀配胶和涂胶, 油画刷清洗, 辅助工具有焊工手套、圆锥型量杯及玻璃器皿等。
(3) 表面处理 金属表面吸附着一层内聚强度低的表面能低的污染层和氧化膜,会降低胶接强度。被粘材料表面粗糙度对胶接质量有很大影响,适当地将表面粗化均能提高胶接强度, 糙化表面有更大的实际胶接面积,表面太粗糙反而会降低胶接强度, 过于粗糙的表面不能将胶粘剂良好浸润,凹处易残留空气对胶接不利。粘接接触面的表面粗糙度以Ra1215～613μm 为宜。
常用的表面处理方法主要有脱脂处理法和机械处理法。YO - 59 胶粘剂提供配套的清洗剂,适合于各种金属、陶瓷、玻璃及硬质塑料件等被粘表面的粘前清洗, 具有良好的除油污效果。清洗时, 清洗剂适量倒入玻璃器皿内,用油画刷刷涂, 将涂胶面上的锈垢及油污除尽。条件许可的情况下, 应在阀体、闸板粘接槽加工时, 同时实施密封圈的加工和粘接,对于无法清洗的锈垢及油污, 可采用机械处理的方法, **后再进行清洗。
(4) 预配合 所有被粘零件都要在涂胶前装配在一起, 以检查是否能紧密接触并有适当的间隙。对于YO - 59 胶粘剂,间隙应控制在013～1 mm。如在粘接前不进行预配合, 可能因粘接面配合不好而难以获得良好的粘接接头。如果是高效率重复性生产,装配精度有保证, 则可省去预配合过程。
(5) 配胶 配胶质量直接影响胶接件的胶接性能, 必须准确量取各组分的体积或称取各组分的重量(误差不超过2 %～5 %)。胶粘剂配制量应根据涂敷量多少而定, 并须在活性期内用完。配制过程中, 应由专人负责, 作好详细的批号、体积(质量)、配胶温度及其他各种工艺参数记录。取3 份体积的A 组分和1 份体积B 组分倒在配胶板上,用压舌板、铜条或不锈钢条、油灰刀混合拌匀,可加适量补强剂。加入补强剂能增强粘接强度及耐温、耐磨、抗老化等性能, 按胶粘剂体积的20 %～100 %量加入胶粘剂中,调匀即可。
(6) 涂胶 降低胶粘剂粘度, 改善胶液涂敷性, 但延长胶接周期, 使固化时间延长,粘度低将会导致固化不便而影响胶接质量。填加补强剂, 可以提高胶液粘度等和胶接强度。若胶的粘度大, 可按比例加入A、B组分搅拌均匀。涂敷的方法有刷涂法、刀刮法、滚涂法、喷涂法和熔融法。这里推荐用刀刮法, 即将胶液用压舌板、铜条或不锈钢条涂在胶接表面上,胶层厚度凭经验来控制, 密封圈和粘接槽必须分别涂胶, 以保持粘接表面与胶粘剂具有良好的湿润状态,有条件的可选用其他适当的方法。
(7) 固化 采用不加压室温固化, 通过溶剂挥发的物理方法来进行。随着溶剂的挥发、溶液浓度不断增大, 逐渐达到固化,并具有一定强度。固化温度过低, 胶层交联密度过低, 固化反应不完全;固化温度过高, 易引起胶液流失或使胶层脆化,导致胶接强度下降。加热有利于胶粘剂与胶接件之间的分子扩散, 能有利于形成化学键的作用。若于40 ℃加温固化, 效果更佳。
4 质量控制
4.1 进料控制
质量控制要从原材料, 如胶粘剂、补强剂和清洗剂验收开始。
4.2 表面处理控制
为了使粘接件质量可靠, 表面处理必须精心控制。清洗剂能有效地除去表面上的油污, 但也容易出现部分污染物凭借溶剂**扩散的现象,此时应更换溶剂并反复清洗, 一般应采用少量多次的方法去除油脂。残留在胶接件表面上的清洗剂影响胶接强度,一定要有必要的晾干时间。许多有机溶剂均为易燃物质, 使用时必须遵守易燃易爆物操作的有关规定。
4.3 粘接工艺控制
粘接工艺包括预配合、涂胶、装配和固化等,应当检查工具的清洁性和适用性。表面处理的有效时间,胶粘剂的适用期和胶粘剂固化的保持时间在装配时都要核对。在检验记录中, 应包括胶粘剂类型、批号、分组号、涂胶时间和日期,适用期的终止时间, 以在破坏发生时备查。保持清洁和调节空气的湿度,零部件和胶粘剂暴露的场合从涂胶前的准备工作直到初固化都要加以控制。操作场合温度应保持在18～32 ℃, 相对湿度保持20 %～65%;可用记录式的温度和湿度指示计检测。
4.4 成品检验
成品检验通常用目测法和水验法。胶粘剂固化之后, 对接头部位在较强的灯光下目测可发现裂纹和缺陷,对于因不恰当的固化和表面处理所产生的缺陷, 任何方法都很难发现, 因此, 对表面处理方法和工作场所清洁程度必须给予高度重视, 严格管理。
通过阀门成品水验, 也可检验粘接质量, 如发现密封圈粘合部位漏水, 证明粘接质量有问题, 可下圈后, 重新粘接, 对于微小渗漏,可在局部打磨清洗后补胶。
5 结语
采用粘接工艺, 用胶粘剂将铜密封圈和不锈钢密封圈粘结在阀体或闸板槽内, 经机加工后, 达到阀门的密封要求,通过近年来的应用和实践, 效果良好, 降低了制造成本, 减轻了劳动强度, 克服了设备的限制,且降低了对体圈、板圈及槽的加工精度的要求, 提高了产品零件的合格率。
