玻璃鋼低溫粘接性能的研究.pdf

1、SQUID(即超導(dǎo)量子干涉儀)所用無磁杜瓦中不同的玻璃鋼部件之間采用螺紋粘接的方式連接。既保證低溫下粘接的牢固性，又保證其真空密封性和耐久性，是低溫粘接技術(shù)的關(guān)鍵。本文采用氦質(zhì)譜儀對螺紋粘接接頭的真空性能進行了實驗研究。結(jié)果表明螺紋粘接接頭在常溫、一次液氮浸泡及高溫烘烤后均可以保持較好的真空密封性，但承受多次冷卻并復(fù)溫后盡管沒有發(fā)生機械破壞，卻發(fā)生真空失效。 為驗證真空失效是否是由循環(huán)的熱應(yīng)力載荷所引起，本文作了兩方面工作：一是

2、用MTS810試驗機向試樣施加循環(huán)壓縮載荷以模擬冷熱循環(huán)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，結(jié)果在一定次數(shù)后，接頭首先發(fā)生了真空失效；二是針對試樣進行熱應(yīng)力分析，結(jié)果表明試樣上端接頭的應(yīng)力水平更高，而發(fā)生真空失效的接頭恰好均位于試樣兩端。因此無磁杜瓦中粘接接頭在低溫下真空性能的破壞是由于冷熱循環(huán)過程中反復(fù)出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)和瞬時熱應(yīng)力所引起的，這種真空失效和機械破壞不一致的，并先于機械破壞發(fā)生。無磁杜瓦中粘接接頭的設(shè)計應(yīng)以真空失效為主要依據(jù)。 因熱應(yīng)力是引

3、起真空失效的主要原因，本文對低溫下的紋粘接接頭進行了幾何非線性穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力分析以及瞬時熱應(yīng)力分析。結(jié)果表明幾何非線性的結(jié)果與線性結(jié)果相差一般不大于6％，是否要考慮應(yīng)根據(jù)具體情況而定。瞬時熱應(yīng)力峰值遠高于穩(wěn)態(tài)時的熱應(yīng)力水平，可達到穩(wěn)態(tài)時數(shù)值的2.5倍以上。這是因為穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力主要由接頭區(qū)域從常溫到低溫的溫度變化所引起，而瞬時熱應(yīng)力則是由溫度變化和溫度梯度共同引起的。穩(wěn)態(tài)時應(yīng)力集中發(fā)生在膠填角的兩端，而瞬時應(yīng)力集中發(fā)生在膠填角的外邊緣，因此在無

4、磁杜瓦的粘接過程中要十分注意擠壓出來的膠填角的形狀。此外本文盡可能寬的合理范圍內(nèi)討論了物性參數(shù)變化、螺紋長度、螺距以及膠層厚度對粘接接頭處應(yīng)力分布以及應(yīng)力水平的影響，對膠和玻璃鋼的物性參數(shù)提出了要求，并建議加注液氮時可先用氮氣預(yù)冷，以減小瞬時峰值應(yīng)力。 增加低溫粘接耐久性的另一措施是進行表面處理以提高接頭的粘接強度。本文將改進的單粗糙源模型與整個表面的統(tǒng)計模型相結(jié)合，建立了完整的粗糙度——粘接強度數(shù)學(xué)模型。所建立模型由單粗糙源的