專用K型鎧裝熱電偶制作工藝的研究

摘要:介紹了專用K型鎧裝熱電偶材料制作工藝的研究，經(jīng)采用--種新型高溫合金和性能高偶絲試制出某專用鎧裝熱電偶電纜。大量的試驗(yàn)表明,這種鎧裝熱電偶電纜能夠滿足特定情況下溫度的測(cè)量要求。
1引言
　　制作某特定情況下溫度測(cè)量的傳感器,不僅要求熱電偶具有較高的精度和穩(wěn)定性,而且由于測(cè)量電路的特殊性，對(duì)熱電偶回路電阻也提出了嚴(yán)格的要求。英國(guó)、法國(guó)等國(guó)在此特定環(huán)境中均采用專用鎧裝熱電偶產(chǎn)品。為解決國(guó)產(chǎn)新型溫度測(cè)量的傳感器問(wèn)題,我們采用新型高溫合金和性能高偶絲,試制了某特定情況下溫度測(cè)量的專用鎧裝熱電偶電纜。大量的試驗(yàn)表明這種鎧裝熱電偶電纜能夠滿足測(cè)量要求。
2選材和鎧裝熱電偶材料制備方法
2.1外套管材料
　　由于傳感器長(zhǎng)期處于高溫燃?xì)猸h(huán)境,同時(shí)系統(tǒng)對(duì)傳感器響應(yīng)時(shí)間、結(jié)構(gòu)尺寸有--定限制,常用GH3030和GH3039等高溫合金制成的鎧裝熱電偶在高溫燃?xì)猸h(huán)境中效果不理想。因此,我們選用了一種新型高溫合金材料用于鎧裝熱電偶的外套管。新合金是一種以鎢、鉬固溶強(qiáng)化，并用硼、鈰、鋯強(qiáng)化晶界的鎳基高溫合金。具有強(qiáng)度高、抗高溫氧化和耐持久蠕變的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)該合金具有優(yōu)良加工塑性和焊接等性能，適用于制造在950℃下長(zhǎng)期工作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室火焰筒、加力燃燒室殼體、調(diào)節(jié)片及其它高溫零部件。合金的化學(xué)成分表1。

2.2熱電偶絲
　　K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶。測(cè)溫范圍為-200~1300℃,它具有測(cè)量溫度高,靈敏度較高,線性度好,抗氧化能力強(qiáng),穩(wěn)定性和均勻性好的優(yōu)點(diǎn)。為進(jìn)一步改善鎧裝熱電偶材料的高溫穩(wěn)定性,我們選用摻稀土的性能高K型熱電偶絲。偶絲合金成分表2。

2.3絕緣材料
　　合理控制絕緣材料的化學(xué)成分,防止絕緣材料中的有害雜質(zhì)與偶絲發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是提高鎧裝熱電偶材料高溫穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。將絕緣粉末制成半燒結(jié)狀態(tài)瓷柱,瓷柱的尺寸對(duì)鎧裝熱電偶材料在拉拔過(guò)程中壁厚及偶絲的變化量也有-定的影響,必須嚴(yán)格控制。
2.4結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
　　除了外套管和偶絲的原始尺寸對(duì)成品尺寸構(gòu)成影響以外,在制造工藝過(guò)程中,絕緣瓷拄的尺寸及燒結(jié)溫度、拉拔的配模.道次及熱處理制度均會(huì)影響成品的尺寸。根據(jù)工藝過(guò)程中尺寸參數(shù)的變化規(guī)律,進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算,并根據(jù)用戶提出的鎧裝熱電偶的技術(shù)要求,結(jié)合我們長(zhǎng)期的鎧裝加工工藝經(jīng)驗(yàn),從而確定工藝參數(shù)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

2.5鎧裝工藝
　　鎧裝熱電偶材料的鎧裝加工是將偶絲、絕緣材料及外套管組合在一起,采用拉拔變形至成品尺寸的一系列工藝過(guò)程。鎧裝加工工藝流程如圖2。

2.5.1拉拔工藝
　　為嚴(yán)格控制尺寸要求,在常規(guī)拉拔工藝基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了新的拉拔配模工藝。拉制的鎧裝電纜芯線電阻的均勻性大幅提高,并提高了成品率及產(chǎn)品質(zhì)量。
2.5.2熱處理工藝
　　采用先進(jìn)的保護(hù)氣氛連續(xù)熱處理，確保均勻充分。為保證電纜的加工,采用較高的中間熱處理溫度,選用較低的成品熱處理溫度,防止熱處理工藝對(duì)性能影響以及芯線晶粒長(zhǎng)大,確保力學(xué)性能。
3結(jié)果與討論
3.1尺寸檢驗(yàn)
　　外徑為φ2.5mm的鎧裝熱電偶材料尺寸檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3,芯線、壁厚頭尾均勻，均滿足指標(biāo)要求。

3.2熱電勢(shì)分度試驗(yàn)[)]
　　鎧裝電纜分度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4所示。

3.3絕緣電阻試驗(yàn)
　　航空專用鎧裝熱電偶材料絕緣電阻采用ZC-7兆
　　歐表進(jìn)行檢測(cè),測(cè)量電壓為500V，其室溫絕緣電阻高溫絕緣電阻見(jiàn)表5、6。其結(jié)果均滿足JB/T8205-1999標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4每米電阻試驗(yàn)
　　將4支樣品一端正負(fù)極短接,測(cè)量正負(fù)極回路每米電阻值,結(jié)果均為合格。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表7。

3.5可撓度試驗(yàn)
　　根據(jù)JIB/T8205-1999規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)4支φ
2.5鎧裝熱電偶材料樣品進(jìn)行5倍外徑可饒度試驗(yàn),表面質(zhì)量、電連續(xù)性、絕緣電阻性能完好,滿足要求。.
3.6外管完整性試驗(yàn)
　　將4支φ2.5鎧裝熱電偶材料兩端密封后水浸,60min后絕緣電阻≥1000MΩ.m,滿足JB/T8205-1999要求。
3.7長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)
　　將4支φ2.5mm鎧裝熱電偶材料樣品參考AST-ME601-1997<《在空氣中比較單極廉金屬熱電偶材料熱電勢(shì)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》進(jìn)行850℃,1000h穩(wěn)定性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。在1000h穩(wěn)定性試驗(yàn)中,熱電勢(shì)變化滿足±5℃的要求。

4結(jié)論
　　通過(guò)研究，我們可以得出以下結(jié)論:
(1)研制的專用鎧裝熱電偶測(cè)量精度高,-致性好,其允差可以控制在0.375%絕對(duì)值以內(nèi);回路電阻的變化可以控制在士5%以內(nèi)。且生產(chǎn)工藝具有較好的重復(fù)性。
(2)由于采用新型高溫合金作為外套管,鎧裝熱電偶的高溫穩(wěn)定性大大提高,在850℃,1000h穩(wěn)定性試驗(yàn)中,熱電勢(shì)變化不超過(guò)士5℃。
(3)研究表明,該專用鎧裝熱電偶可以滿足特定情況下溫度的測(cè)量要求。