隔爆外壳上观察窗玻璃的粘结技术
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摘 要：从IEC标准对隔爆型电气设备用透明件视窗防爆结构的要求入手，通过实验，从胶粘材料、表面预处理、胶接尺寸和膠接工艺四个方面来分析观察窗玻璃胶接的可行性。
关键词：胶接观察窗;胶黏材料;工艺
中图分类号：TD684 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）11-0105-03
Abstract： According to the requirements of IEC standard for the explosion-proof structure of transparent windows for flameproof electrical equipment， the feasibility of window glass bonding is analyzed and observed from four aspects： adhesive material， surface pretreatment， bonding size and bonding technology.
Keywords： adhesive observation window; adhesive material; technology
引言
目前，隔爆外壳观察窗的安装方式主要采用密封式观察窗和胶接两种方式。胶接方式相对于密封式来讲：该种结构省去了金属垫圈，直接把透明件粘接在视窗座内，使得透明件和视窗座接合一体。该种结构与金属衬垫视窗结构对比，弥补了由于加工工艺或衬垫材料所带来的无法满足防爆性能的问题，因为胶粘剂的使用，可以弥补加工中的缺陷造成的间隙，固化后使得视窗座和透明件接合一体。
采用胶接方式的难点在于胶粘剂应通过标准规定的耐热耐寒、耐化学腐蚀、燃烧、外壳耐压等实验，试验后胶粘材料不得有明显影响防爆性能的损坏。本文通过实验，从胶粘材料的选择、被胶接件的表面预处理、胶接尺寸和胶接工艺四个方面来分析以上四种因素对观察窗玻璃胶接性能的影响，并确定最适合的胶粘剂和胶接参数及工艺，从而使该结构能符合IEC标准。
根据IEC60079-0：2014第12章要求： 如果粘接材料持续运行温度（COT）的极限值不超过最低工作温度且高于最高运行温度至少20K，则应认为有足够的热稳定性。因此我们选择胶粘材料时，首先要考虑的是胶粘材料的热稳定性，其次要考虑胶粘材料的粘接强度。
环氧树脂分子结构含有的醚键与极性基团使其具有很高的胶粘强度，环氧胶粘剂对各种金属和大部分非金属材料均具有良好的粘接性能，因此在防爆电气生产领域得到广泛应用。
有机硅胶粘剂由于具有优异的耐热、耐寒性、抗老化性以及电性能等，目前在航天航空、深海潜水等领域有着广泛的应用。
经过市场调研和咨询有关专家，我们选择了三种型号的胶粘剂用于后续实验。分别是环氧胶a、硅胶b和环氧胶c。
2 被胶接件的表面预处理
玻璃表面在胶接前需用丙酮或汽油等溶剂把玻璃表面擦洗干净，待溶剂挥发干即可进行胶接。
在涂覆胶粘剂之前，需对金属粘结表面进行除油、除锈、除尘处理，以增加粘接强度。常用的方法有打磨、喷砂、酸洗、磷化等。
经有关文献的试验数据表明：环氧胶粘涂层的剪切强度与表面粗糙度呈抛物线关系，当Ra为5.8μm时，剪切强度达到最佳值。
本次试验采用3种方法对观察窗底座胶接面进行处理：
（1）胶接面用电动金属磨头除去表面浮锈后用汽油擦洗干净，隔爆面表面粗糙度为3.2um。
（2）胶接面除油、除锈后涂磷化膏进行冷磷化处理。隔爆面表面粗糙度为3.2um。
（3）胶接面用60目粗砂纸打磨均匀，然后用汽油擦洗干净，砂纸打磨后表面粗糙度为6.3um。
3 玻璃和底座的装配尺寸的选择
根据《IEC60079-1：2014第6.3胶粘接合面的宽度》要求：如果V>100cm3时，不小于10mm。由于本次试验壳体V>100cm3，因此胶粘接合面宽度（L）取三个试验值：15mm、18mm、20mm。
观察窗玻璃（钢化玻璃）外形尺寸误差在实际加工中一般为-1～0mm，观察窗底座装配玻璃的内孔尺寸误差在实际加工中一般为±0.2mm。此次观察窗玻璃和底座四周装配间隙（G）取三个试验值：0.3mm、0.5mm、1mm。L和G的尺寸具体见图1。
4 胶接工艺
胶粘施工需要若干步骤完成，其具体工艺如下：
（1）检查玻璃和观察窗底座表面质量和尺寸是否符合要求（底座胶接面是否磷化处理）。
（2）用丙酮或汽油等溶剂把玻璃和底座胶接面擦洗干净，待溶剂挥发干即可进行胶接。
（3）拧开（或削开）高强度粘接密封硅胶管盖帽，最好根据施胶面的大小决定削胶管的大小尺寸，然后把硅胶管安装到手动硅胶枪上。
（4）首先将胶液涂到隔爆面上，然后用橡胶刮板刮涂均匀，放上玻璃后用手轻压，使胶液流匀。
（5）然后在玻璃与底座间隙处涂满胶水，不应有缝隙，涂好胶液后，放上橡胶垫，压上压板，压压板时不要过紧，只要螺钉受力即可，避免胶液挤出过多。
（6）将涂好高强度粘接密封硅胶的产品放置于平稳
处，未固化前不要随意挪动，让其自然固化（常温固化时间为24小时）。
（7）检查固化是否完全，有无粘接质量缺陷。
（8）待完全固化后，除去加压时挤出的多余胶液。（沿着观察窗外表面用小刀轻划一圈，即可将玻璃表面的多余胶液撕掉）。
5 实验数据及结果分析 本次实验我们采用DOE实验设计（田口）方法，该试验的四個因素为：A、胶粘剂;B、表面处理;C、隔爆面宽度;D、玻璃与底座四周间隙。
实验选用9（34）正交表。各因素的位极关系如表1，实验数据及结果如表2。
从试验结果可以得出得出以下结论：
（1）环氧胶a经过耐热、耐寒实验后，打水压结果3号、8号、9号门盖观察窗玻璃处均产生渗漏，而且胶粘剂产生变色现象，说明该胶粘剂不符合IEC标准要求。
（2）硅胶b经过耐热、耐寒、耐化学腐蚀实验后，打水压结果2号、4号、5号门盖观察窗玻璃处均无渗漏现象，说明该胶粘剂符合欧标要求，而且对于各种参数均能满足要求，具有优良的粘结、密封性能。
（3）环氧胶c经过耐热、耐寒、耐化学腐蚀实验后，打水压结果只有6号门盖观察窗玻璃无渗漏，说明对于环氧胶c最优化设计参数为：观察窗胶接面选用冷磷化处理;接合面宽度选取最大值;玻璃和观察窗底座间隙选取最小值。
6 结束语
（1）观察窗的结构应严格按照IEC标准要求设计，在条件允许的范围内尽量加大观察窗座与玻璃胶接面的宽度，尽量减小观察窗座玻璃与四周的间隙。
（2）冷磷化处理后表面粗糙度不高，在表面形成了孔隙结构，粘结剂/金属粘结强度高于砂纸打磨试样，因此观察窗底座的表面处理优先选用冷磷化工艺。
（3）硅胶的耐热、耐寒和耐化学腐蚀性能优于环氧胶，而且硅胶固化时收缩率比环氧胶小，因此在同等条件下观察窗玻璃的胶粘剂优先选用硅胶。
通过本次实验，我们发现在选用合适的胶粘剂和胶接参数，并按照正确的胶接工艺进行胶接的前提下，使观察窗玻璃的胶接性能符合IEC相关标准是完全可行的。
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