基于DOE的压力传感器螺纹型芯体粘接技术研究
作者：甘茂锐　张朝霞
来源：《粘接》2022年第06期
        摘要：航空發动机领域压力传感器的实际工况恶劣且环境条件苛刻，其接管嘴与螺纹型芯体的粘接密封技术属压力传感器生产制造的关键工艺技术。为实现粘接强度高、耐久性长、耐温性能优良的要求，设计了以粘接接头结构、胶粘剂类型、涂覆位置为因子的试验设计方案（DOE）。通过DOE分析，获得了压力传感器接管嘴与螺纹型芯体粘接工艺因子对粘接质量的影响程度，并通过泄漏率指标测量与耐压过压、温度冲击、振动环境试验对压力传感器进行数据测试与考核验证，确认了最佳工艺方案。
        关键词：实验设计法（DOE）;航空发动机;压力传感器;接管嘴;螺纹型芯体;粘接
        中图分类号：TP212
        文献标识码：B文章编号：1001-5922（2022）06-0029-06
        Research on thread core bonding technology of pressure sensor based on DOE
        GAN Maorui， ZHANG Zhaoxia
        （AECC Aero Engine Control System Institute， Wuxi 214063， Jiangsu China
        ）
        Abstract：The actual working conditions of pressure sensors in the field of aeroengine are harsh and the environmental conditions are strict. The bonding and sealing technology between nozzles and thread cores is the key technology in the production and manufacture of pressure sensors. In order to meet the requirements of high bonding strength， long durability and excellent temperature resistance， a DOE scheme was designed with bonding structure， adhesive type and coating position as factors. Through DOE analysis， the influence of the bonding process factors on the bonding quality of the pressure sensor nozzle and the thread core was obtained， and the pressure sensor was tested and verified by the leakage rate index measurement and pressure overpressure， temperature shock， vibration environmental test， and finally confirmed the best process scheme.
        Key words：Design of Experiments（DOE）; aeroengine; pressure sensor; nozzle; thread core; adhesive
        粘接技术是利用胶粘剂将相同或不同材料连接成为一个连续、牢固、稳定的整体的一种工艺方法[1]，金属粘接技术具有工艺简单、密封防腐性能好、可提高疲劳寿命、可减轻质量等特点[2-3]。相比于铆接、焊接等传统工艺，因焊接、铆接容易产生应力集中和变形[4]，且本身工艺复杂，在某些特殊的领域已被粘接工艺逐渐取代[5]。目前传感器生产制造中，粘接技术应用非常普遍，基于传感器行业小型化、轻量化与可靠性趋势[6]，粘接工艺技术作为螺纹型机械接口最主要的封装密封形式，具有不可取代的特点。
        本文主要针对航空发动机领域压力传感器的接管嘴与螺纹型芯体的粘接密封技术，航空发动机领域压力传感器的实际工况复杂多变，需满足高负荷、高温、高压、高速、高振动、高疲劳寿命等恶劣与苛刻的环境条件。该工艺属压力传感器生产制造的关键工艺技术，是产品试制成功的重要环节，该工艺环节的典型故障模式为：由于工艺不成熟，在受到实际使用过程中环境条件变化的影响，传感器所用的胶粘剂容易产生热应力失效，导致密封性能下降[7]，未能有效密封，致使接管嘴感受到的压力大部分泄露，因而测得的压力未能真实反映所测量的压力，最终导致压力传感器失效。
thread技术        1压力传感器螺纹型芯体粘接
        1.1粘接接头
        粘接接头即为压力传感器的接管嘴与螺纹型芯体，接管嘴材料为316L不锈钢，芯体的材料为15-5PH不锈钢，结构尺寸如图1所示，均属具有代表性的典型结构。
        1.2胶粘剂选择
        考虑到航空发动机领域压力传感器的实际工况恶劣且环境条件苛刻。胶粘剂的选择有如下几点要求。
        1.2.1耐温性能优良
        耐温性能包括两个方面：一方面是耐高温性能，一般胶粘剂的粘接强度会随着温度的升高而下降，达到一定温度时胶粘剂甚至会失去粘接能力;另一方面是耐低温性能，它同样会影响胶粘剂的粘接强度。所以要求粘接剂具有良好的使用温度，以适应产品不同的工况要求。典型航空发动机领域压力传感器的温度要求为-55～150 ℃。
        1.2.2粘接的耐久性要长
        耐久性是指粘接结构能长期正常使用的期限，其受多种因子的影响，主要有胶粘剂的老化性能、表面处理的质量和环境因子等。环境因子要求胶粘剂具备好的耐热性、耐寒性、耐水性、耐光性、耐介质性、耐候性等。
        1.2.3工艺性
        一方面是配胶，双组分胶粘剂在使用时必须按照规定的比例配胶，而单组分胶粘剂无配胶的步骤;另一方面是固化工艺，往往是固化温度越高，粘接强度越高，耐久性亦越好。
        1.2.4粘接强度高
        根据以上选型原则，结合实际使用需要，选择的胶粘剂如表1所示。最终选择中蓝晨光DG-3S和Loctite 263。
        1.3被粘表面处理
        对被粘物进行表面处理，主要是脱脂除油、除锈、粗化和表面活化等，可使被粘表面获得最佳的表面状态，有利于胶粘剂的充分浸润与黏附，获得良好的粘接效果。根据实践证明
表面处理可提高粘接强度及其使用寿命。表面处理后，需尽快涂胶，不宜放置过久，因空气中的水分会使被粘物表面结成一薄层水膜，以及金属表层会迅速氧化而形成一薄层氧化膜，表层产生的水膜和氧化膜都会极大地影响粘接强度。
        首先在化学试验台内用脱脂棉蘸取航空洗涤汽油或航空洗涤汽油与无水乙醇1∶1比例的混合液体擦拭接管嘴整体和螺纹型芯体整体，常溫下晾干。晾干后在化学试验台内用脱脂棉蘸取无水乙醇擦拭接管嘴内螺纹与螺纹型芯体外螺纹，清洗后的零件在常温下晾干，最后放入100 ℃高温箱内烘30 min。清洗合格的判据为：外观观察必须保持清洁和干燥，去除油污并洗掉任何可能影响粘接的污染物。由于表面处理后需尽快涂胶，不宜放置过久，因而在烘干过程中，可同步进行下述步骤的配胶。

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