CN103000800B - N型铠装热电偶变截面的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种N型铠装热电偶变截面的制备方法，将符合性能要求的铠装热电偶由Φ4mm拉拔变径到Φ3.5mm，完成第一次变径，将完成第一次变径的铠装热电偶的较小直径端的端头直径轧至小于第二变径直径，形成轧头，由Φ3.5mm拉拔变径到Φ3.2mm，完成第二次变径。采用本发明所述方法制备的N型铠装热电偶，测量结果准确、完整，稳定好，可靠性高，响应快，并且还有一致性好的优点，可以用于大批量生产。

Description

N型铠装热电偶变截面的制备方法

技术领域

本发明涉及一种热电偶，特别涉及一种铠装热电偶变截面的制备方法，一种高精度、高稳定性、高可靠性、快响应的温度传感器。

背景技术

温度传感器在电站等特殊环境下使用越来越广泛，为了满足我国大力发展的电力对温度传感器的高要求，保障我国能源供应的安全，并实现电力工业结构优化和可持续发展，需要研制一种高精度、高稳定性、高可靠性、快响应的温度传感器。目前市面上用于电站的温度传感器采用的是K型铠装热电偶（K型铠装热电偶的热电偶丝正级为镍铬,负级为镍硅或镍铝），由于K型热电偶材料本身存在着较大的缺憾，如在高温下长期使用时，合金成份的变化或由于在中子辐射过程中元素的蜕变而发生成份不均匀，引起热电势的缓慢漂移等。K型铠装热电偶变截面可以克服高温下使用引起热电势的缓慢漂移缺点，但由于目前K型铠装热电偶变截面采用旋锻方法制作，该方法靠锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击，施加压应力的滚子随主传动轴围绕锤头转动，旋锻时主传动轴每转动一周，每个锤头被4个滚子分别锻击一次，从而将动力由锤头传至锻模，直到作用在坯料上，完成对加工材料的数次锤击。制作变截面放到旋锻机上旋锻时，主传动轴高速旋转，每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，每次锤击的加工量比较小，加工坯料每次都受到均匀分布在周向上的压缩变形，从而消除加工坯料内部的气孔、空洞缺陷，破碎粗大的晶粒，改变材料的组织结构。由于旋锻方法工作效率太低，在加工工艺过程中，对加工坯料还需选择进行多次退火处理，每天最多只能旋转加工2根变截面热电偶，不能满足大批量生产的需求。

发明内容

本发明的目的是提供N型铠装热电偶变截面制备方法（N型铠装热电偶的热电偶丝正极为镍铬硅，负极为镍硅镁），采用该方法制备的N型铠装热电偶，测量结果准确、完整，稳定好，可靠性高，响应快，并且还有一致性好的优点，可以用于大批量生产。

本发明的技术方案是：

N型铠装热电偶变截面的制备方法，有以下步骤：

1）取热电偶丝放进绝缘瓷柱中，再将绝缘瓷柱放进金属管中，通过拉拔变形，使金属管与热电偶丝之间的绝缘瓷柱破粹成粉状绝缘材料，热电偶丝的一端焊接为热接点，热接点端的金属管与封头焊接密封，另一端伸出金属管，灌胶烘干并密封，得到铠装热电偶，将该铠装热电偶拉拔到直径为Φ4mm；

2）检测铠装热电偶性能：

3）将符合性能要求的铠装热电偶放入第一模具中，定位，拉拔铠装热电偶，其由Φ4mm变径到Φ3.5mm，完成第一次变径，800℃退火30分钟，空冷至室温，取出；

4）将完成第一次变径的铠装热电偶的较小直径端的端头直径轧至小于第二变径直径，形成轧头，轧头放入第二模具，定位，拉拔铠装热电偶至变截面处，其由Φ3.5mm变径到Φ3.2mm，完成第二次变径，热电偶在800℃退火30分钟，随炉冷却至室温。

所述第一次变径的变径角度α为10°～15°，变径长度为在2.55～4.03mm。

所述第二次变径的变径角度α为0°～15°，变径长度为在1.53～2.41mm。

第一次变径后，保留的铠装热电偶长度大于从第一变径端至第二次变径端的距离。

所述第一模具和第二模具由模套和模坯组成，模坯套在模套内，与模套过度配合，模坯的内壁依次设置有定径段、变径段和进线段，其中进线段的直径大于定径段的直径，变径段的两端分别连接定径段和进线段，变径段的夹角为10°～15°。

所述第一模具定径段的直径为3.5mm，长度为2.55～4.03mm。

所述第二模具定径段的直径为3.2mm，长度为1.53～2.41mm。

步骤2）需检测铠装热电偶的性能为：

分度：温度0～400℃满足±1.5℃的要求；

分散性：200～400℃范围内，每50℃进行分度，要求铠装热电偶的分散性＜0.7℃；

升降温测试：把铠装热电偶在300℃～500℃范围内，每50℃进行分度，并做升降温试验，要求温差＜0.6℃。

本发明的积极效果：

1.采用拉丝模多次拉拔技术，使热端结构达到技术要求，解决了变截面工艺难制作的局面，同时提高了工作效率。

2.用N型热电偶在电站上进行测温，保证了温度测量的准确性和可靠性，在国内外电站的应用是首创。

本发明所述方法采用不同直径的模具反复拉拔并联合热处理工艺，使N型铠装热电偶不断变径，所制得的N型铠装热电偶，经测试，其外观尺寸、精度、长期稳定性、分散性、响应时间以及金相、晶粒度、非金属夹杂等都满足用于电站温度传感器的要求。

本发明所述方法和变截面的N型铠装热电偶，国内外公开文献均没有记载。

附图说明

图1为本发明所述方法的工艺流程图；

图2为本发明所述N型铠装热电偶的结构简图；

图3为图2中B-B向的剖视图；

图4为图2中C-C向的剖视图；

图5为模具结构简图。

图中，1为模套，2为模坯，3为进线段，4为变径段，5为定径段，6为封头，7为金属管，8为氧化镁粉，9为镍铬硅热电偶丝，10为镍硅镁热电偶丝，11为热接点，12为变截面。

具体实施方式

参见图1-图5：

N型（N型铠装热电偶偶丝正极为镍铬硅，负极为镍硅镁）铠装热电偶变截面的制备方法，有以下步骤：

1）取镍铬硅（正极）热电偶丝9和镍硅镁（负极）热电偶丝10各两根，校直并擦净后按极性间差穿入已经经过高温烧接的绝缘瓷柱中，通过整型，确保穿入偶丝的每一段绝缘瓷柱任意相邻两段之间无缺损和大于10mm以上的间隙。再将已经整好型并穿了偶丝的绝缘瓷柱穿入已经擦洗干净的金属管7中，本发明所述金属管采用不锈钢金属管，然后通过反复拉拔变形和热处理，铠装热电偶内的绝缘材料被破碎成粉状，填充于金属管与热电偶丝之间。本实施例的绝缘材料为氧化镁粉8。将该铠装热电偶拉拔到直径为Φ4mm时，截掉并丢弃有可能受污染的铠装热电偶材料后，把无污染的铠装热电偶一端去掉约5mm的绝缘粉，然后把热电偶丝焊接为热接点11，再回填绝缘粉，放在200℃的管状炉内加热30分钟，然后用氩弧焊机使热接点端的金属管与封头6焊接密封，保证端头完全密封，然后剥出另一端的偶丝，烘烤，除去绝缘材料里的水分，灌胶烘干并密封，得到N型铠装热电偶。

2）检测铠装热电偶性能：

分度：温度0～400℃满足±1.5℃的要求；

分散性：200～400℃范围内，每50℃进行分度，要求铠装热电偶的分散性＜0.7℃；

升降温测试：铠装热电偶在300℃～500℃范围内，每50℃进行分度，并做升降温试验，要求温差＜0.6℃。

3）制作模具

采用钨钢制作第一模具和第二模具，第一模具和第二模具由模套1和模坯2组成，模坯套在模套内，与模套过度配合。模坯的内壁依次设置有定径段5、变径段4和进线段3，其中进线段的直径大于定径段的直径，变径段的两端分别连接定径段和进线段，变径段的夹角α为10°～15°。第一模具定径段的直径为3.5mm，长度为2.55～4.03mm，第二模具定径段的直径为3.2mm，长度为1.53～2.41mm。

为了使两次变径的变截面有效衔接，变截面角度连续并在同一直线上，用符合上述要求的第一模具和第二模具预拉热电偶，找出无缝配合的两套模具（即预拉热电偶的两次变径的夹角重合，则该第一模具和第二模具无缝配合），做好标记备用；

4）将符合2）所述的性能要求的铠装热电偶放入第一模具中，定位，拉拔铠装热电偶，其由Φ4mm变径到Φ3.5mm，其行程约为1.5米，完成第一次变径。800℃退火30分钟，空冷至室温，取出。第一次变径的变径角度α为10°～15°，变径长度为在2.55～4.03mm。

5）将完成第一次变径的铠装热电偶的较小直径端的端头直径轧至小于第二变径直径，形成轧头，本实施例所述的轧头为Φ2.3mm，将轧头插入第二模具中，定位，拉拔铠装热电偶，当拉拔到由Φ4mm变径到Φ3.5mm的变截面处500mm时，关掉拉丝机，拉丝机在惯性作用下缓慢滑行，当第二模具碰到变截面处时，将产生一碰撞力，使得轧为Φ2.3mm的热电偶轧头端瞬间断裂，保证第2次拉拔准确到位，而且不会损伤变截面及其完成第二次变径。第二次变径的变径角度α为10°～15°，变径长度为在1.53～2.41mm。

拉拔好N型铠装热电偶的变截面12后，连同钨钢模以及热电偶一起取出，调头拉拔（反拉，即通过反向受力，把仍在钨钢模内的铠装热电偶从变截面处拔出），退出第二模具（钨钢模），并检验变截面热电偶。

检验合格的变截面热电偶放置在800℃的检定炉内退火30分钟，随炉冷却至室温后取出，得到具有变截面的N型铠装热电偶。

外观检验，检验变截面角度是否满足10°～15°的要求，同时要求N型铠装热电偶表面光滑无毛刺、划痕等缺陷；

本发明所述N型铠装热电偶的性能测试：

1.分度：0～400℃仍满足±1.5℃为初步合格产品；

2.分散性：把初步合格的产品放置在相同测试条件下，在200～400℃范围内分度（表1），试验结果表明，铠装变截面热电偶一致性很好。

表1N型铠装热电偶分散性

3.升降温试验：把铠装变截面热电偶在300℃～500℃范围内，每50℃进行分度，进行升降温试验（表2），试验结果表明，铠装变截面热电偶复现性很好。

表2升降温试验对N型铠装变截面热电偶的影响

4.N型热电偶与K型热电偶性能比较

N型热电偶与K型热电偶相比，其稳定性、可靠性、特殊性能方面具有明显优势，采用本专利多次拉拔及热处理制作铠装变截面热电偶技术，保证了电站用N型热电偶的高精度、高稳定性、高绝缘、高可靠性等。试验数据对比如表3：

表3K型和N型热电偶对比

Claims (6)

1.一种N型铠装热电偶变截面的制备方法，其特征在于，有以下步骤：

1）取热电偶丝放进绝缘瓷柱中，再将绝缘瓷柱放进金属管中，通过拉拔变形，使金属管与热电偶丝之间的绝缘瓷柱破粹成粉状绝缘材料，热电偶丝的一端焊接为热接点，热接点端的金属管与封头焊接密封，另一端伸出金属管，灌胶烘干并密封，得到铠装热电偶，将该铠装热电偶拉拔到直径为Φ4 mm；

2）检测铠装热电偶性能；

3）将符合性能要求的铠装热电偶放入第一模具中，定位，拉拔铠装热电偶，其由Φ4 mm变径到Φ3.5 mm，完成第一次变径，800℃退火30分钟，空冷至室温，取出；第一次变径的变径角度α为10°～15°，变径长度为在2.55～4.03 mm；

4）将完成第一次变径的铠装热电偶的较小直径端的端头直径轧至小于第二变径直径，形成轧头，轧头放入第二模具，定位，拉拔铠装热电偶至变截面处，其由Φ3.5mm变径到Φ3.2 mm，完成第二次变径，热电偶在800℃退火30分钟，随炉冷却至室温，第二次变径的变径角度α为0°～15°，变径长度为在1.53～2.41 mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一次变径后，保留的铠装热电偶长度大于从第一变径端至第二次变径端的距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模具和第二模具由模套和模坯组成，模坯套在模套内，与模套过度配合，模坯的内壁依次设置有定径段、变径段和进线段，其中进线段的直径大于定径段的直径，变径段的两端分别连接定径段和进线段，变径段的夹角为10°～15°。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模具定径段的直径为3.5mm，长度为2.55～4.03 mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二模具定径段的直径为3.2mm，长度为1.53～2.41 mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）需检测铠装热电偶的性能为：

分度：温度0～400℃满足±1.5℃的要求；

分散性：200～400℃范围内，每50℃进行分度，要求铠装热电偶的分散性＜0.7℃；

升降温测试：把铠装热电偶在300℃～500℃范围内，每50℃进行分度，并做升降温试验，要求温差＜0.6℃。