CN108387322A - 一种用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶及其制备方法 - Google Patents

一种用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶及其制备方法 Download PDF

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赵鹏
李建崇
魏战雷
南海
罗倩
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Abstract

本发明公开了一种用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶及其制备方法。该热电偶材料选择常规的钨‑铼偶丝，采用高纯氧化物陶瓷管作为电偶丝隔绝和保护材料，为了更好的防止热电偶、陶瓷管与钛合金熔体发生反应，外部设计了具有良好导热性能以及高惰性的石墨管。采用此热电偶对钛合金熔体温度进行了接触式测量，并能够获得其钛合金熔体内部温度，其测温范围可达：500℃～1800℃。

Description

一种用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种测量金属熔体温度的热电偶，特别是测量钛合金熔模铸造熔体温度的热电偶及其制备方法。
背景技术：
钛合金具有比强度高、耐热性好、耐腐蚀性好、生物相容性好等优点，被广泛应用于航空航天、化学、医疗工业等。航空航天工业强调控制零件重量，因而许多零件均具有复杂的外形结构。由于钛合金机械加工性能较差，通过锻造+机加工获得复杂形状的钛合金零件成本高昂，而钛合金熔模铸造能够获得近净成形的复杂结构零件，成本相对较低，熔模铸造技术在航空航天钛合金零件生产上占据了十分重要的地位。
在熔模铸造生产过程中，钛合金熔体由于温度高(1700℃上下)，化学活性极强，测量熔体温度难度极大。目前已有测量高温熔体温度的热电偶/保护管等技术，但这些技术均面向钢水测温，其外层保护材料会与钛合金熔体发生化学反应而导致测温失去准确性，而非接触式测量则只能测量熔体开放表面的温度，无法测量型壳内部熔体的温度，因而在生产中很难测量熔体及铸件的温度变化过程，对于掌握铸造过程中钛合金铸件的温度变化规律十分不利，对于铸造缺陷的控制缺乏坚实的依据，对铸件凝固及冷却过程中铸造应力的演化也难以准确量化分析。
发明内容：
针对上述问题，本发明提供一种测量钛合金熔模铸造铸型内熔体温度的热电偶及其制备方法，该方法现场可操作性强，容易实现，可以获取熔模铸造过程中钛合金熔体及铸件的温度变化情况。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
提供一种用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶及其制备方法，其特征在于，包括电偶丝(2)、转接头(7)、陶瓷管(3)和保护套(4)；
陶瓷管(3)分别包裹电偶丝正极和电偶丝负极形成绝缘套；
保护套套装在陶瓷管(3)和电偶丝(2)的工作端形成感温探头，保护套(4)为耐高温、高导热的惰性材料；在陶瓷管(3)与保护套之间设置所述的铝箔(1)，使得陶瓷管(3)与保护套紧固；
电偶丝(2)与转接头(7)固定连接，从转接头用于连接导线。
进一步的，所述电偶丝(2)为钨铼热电偶，电偶丝直径
进一步的，所述双孔陶瓷管(3)采用Al2O3、ZrO2、Y2O3、CaO等高纯氧化物，熔点高于1800℃；双孔陶瓷管外径孔径
进一步的，所述保护套外径内径
进一步的，陶瓷管(3)为具有双通孔。
进一步的，陶瓷管(3)为两个，每个陶瓷管为单通孔。
进一步的，保护套(4)为石墨材质、氧化钇或碳化硅。
另提供一种上述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将陶瓷管套装在电偶丝外部，保证两股电偶丝之间的绝缘；
步骤二、在陶瓷管外部包裹铝箔，之后将电偶丝与陶瓷管的工作端置入保护套中，使得陶瓷管与保护套固定连接，且电偶丝工作端与保护套充分接触；
步骤三、将电偶丝(2)与转接头(7)固定连接。
与现有技术相比，本发明优点在于：1、采用高密度石墨保护套可以抵抗钛合金熔体的浸蚀，而且石墨导热率高，可以获得比较准确的温度；2、整个热电偶的组装简单，石墨保护套和双孔陶瓷管价格低廉，降低了使用成本。
附图说明：
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。附图仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
图1是本发明测量钛合金熔模铸造铸型内熔体温度的热电偶结构示意图。
图2是本发明测量钛合金熔模铸造铸型内熔体温度的热电偶与熔模铸造型壳相对位置关系示意图。
图3是本发明测量钛合金熔模铸造铸型内熔体温度的热电偶测量熔体温度的示意图。
其中：1-铝箔；2-电偶丝；3-陶瓷管；4-保护套；5-熔模铸造型壳；6-导线；7-转接头。
具体实施方式：
实施例
提供一种用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶及其制备方法，其特征在于，包括电偶丝(2)、转接头(7)、陶瓷管(3)和保护套(4)；
陶瓷管(3)分别包裹电偶丝正极和电偶丝负极形成绝缘套；
保护套套装在陶瓷管(3)和电偶丝(2)的工作端形成感温探头，保护套(4)为耐高温、高导热的惰性材料；在陶瓷管(3)与保护套之间设置所述的铝箔(1)，使得陶瓷管(3)与保护套紧固；
电偶丝(2)与转接头(7)固定连接，从转接头用于连接导线；
所述电偶丝(2)为钨铼热电偶，电偶丝直径
所述陶瓷管(3)采用Al2O3双孔陶瓷管(3)，双孔陶瓷管外径孔径
所述保护套外径内径
保护套(4)为石墨材质。
使用中：
(1)将组装好的钨铼热电偶与双孔陶瓷管置入石墨保护套中，保持热电偶工作端与石墨保护套顶端间的接触。
(2)通过组装完成的热电偶外包覆铝箔调节热电偶与预留测温孔的型壳之间的摩擦力，使热电偶固定在型壳的测温孔中。
(3)将固定位置的热电偶和熔模铸造型壳置于真空自耗凝壳电弧炉中，并将热电偶一端通过补偿导线连接温度记录仪系统。
至此完成本发明测量钛合金熔模铸造铸型内熔体温度的热电偶的制备及与外围设备的连接组装。将型壳及其上的热电偶、温度记录仪等按照一般钛合金熔模铸造流程移至真空自耗电极电弧炉中进行钛合金的熔炼和浇注，即可实现对钛合金熔模铸造过程中熔体及铸件温度的测量。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶及其制备方法，其特征在于，包括铝箔(1)、电偶丝(2)、转接头(7)、陶瓷管(3)和保护套(4)；
陶瓷管(3)分别包裹电偶丝正极和电偶丝负极形成绝缘套；
保护套套装在陶瓷管(3)和电偶丝(2)的工作端形成感温探头，保护套(4)为耐高温、高导热的惰性材料；
在陶瓷管(3)与保护套之间设置所述的铝箔(1)，使得陶瓷管(3)与保护套紧固；
电偶丝(2)与转接头(7)固定连接，从转接头用于连接导线。
2.如权利要求1所述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶，其特征在于，所述电偶丝(2)为钨铼热电偶，电偶丝直径
3.如权利要求1所述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶，其特征在于，所述双孔陶瓷管(3)采用Al2O3、ZrO2、Y2O3、CaO等高纯氧化物，熔点高于1800℃；双孔陶瓷管外径孔径
4.如权利要求1所述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶，其特征在于，所述保护套外径内径
5.如权利要求1所述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶，其特征在于，陶瓷管(3)为具有双通孔。
6.如权利要求1所述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶，其特征在于，陶瓷管(3)为两个，每个陶瓷管为单通孔。
7.如权利要求1所述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶，其特征在于，保护套(4)为石墨材质、氧化钇或碳化硅。
8.一种如权利要求1～7之一所述的用于钛合金熔模铸造熔体测温的热电偶的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)将陶瓷管套装在电偶丝外部，保证两股电偶丝之间的绝缘；
(2)在陶瓷管外部包裹铝箔，之后将电偶丝与陶瓷管的工作端置入保护套中，使得陶瓷管与保护套固定连接，且电偶丝工作端与保护套充分接触；
(3)将电偶丝(2)与转接头(7)固定连接。
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