專利名稱：N型鎧裝熱電偶變截面的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種熱電偶，特別涉及一種鎧裝熱電偶變截面的制備方法，一種高精度、高穩定性、高可靠性、快響應的溫度傳感器。
背景技術：
溫度傳感器在電站等特殊環境下使用越來越廣泛，為了滿足我國大力發展的電力對溫度傳感器的高要求，保障我國能源供應的安全，并實現電力工業結構優化和可持續發 展，需要研制一種高精度、高穩定性、高可靠性、快響應的溫度傳感器。目前市面上用于電站的溫度傳感器采用的是K型鎧裝熱電偶(K型鎧裝熱電偶的熱電偶絲正級為鎳鉻，負級為鎳硅或鎳鋁)，由于K型熱電偶材料本身存在著較大的缺憾，如在高溫下長期使用時，合金成份的變化或由于在中子輻射過程中元素的蛻變而發生成份不均勻，引起熱電勢的緩慢漂移等。K型鎧裝熱電偶變截面可以克服高溫下使用引起熱電勢的緩慢漂移缺點，但由于目前K型鎧裝熱電偶變截面采用旋鍛方法制作，該方法靠鍛模之間產生往復相對運動，對加工材料施加壓應力，產生鍛擊，施加壓應力的滾子隨主傳動軸圍繞錘頭轉動，旋鍛時主傳動軸每轉動一周，每個錘頭被4個滾子分別鍛擊一次，從而將動力由錘頭傳至鍛模，直到作用在坯料上，完成對加工材料的數次錘擊。制作變截面放到旋鍛機上旋鍛時，主傳動軸高速旋轉，每個道次的加工量通過數十甚至上百次鍛擊完成，采用數十副異型鍛模錘鍛加工坯料，每次錘擊的加工量比較小，加工坯料每次都受到均勻分布在周向上的壓縮變形，從而消除加工坯料內部的氣孔、空洞缺陷，破碎粗大的晶粒，改變材料的組織結構。由于旋鍛方法工作效率太低，在加工工藝過程中，對加工坯料還需選擇進行多次退火處理，每天最多只能旋轉加工2根變截面熱電偶，不能滿足大批量生產的需求。
發明內容
本發明的目的是提供N型鎧裝熱電偶變截面制備方法(N型鎧裝熱電偶的熱電偶絲正極為鎳鉻硅，負極為鎳硅鎂)，采用該方法制備的N型鎧裝熱電偶，測量結果準確、完整，穩定好，可靠性高，響應快，并且還有一致性好的優點，可以用于大批量生產。本發明的技術方案是N型鎧裝熱電偶變截面的制備方法，有以下步驟I)取熱電偶絲放進絕緣瓷柱中，再將絕緣瓷柱放進金屬管中，通過拉拔變形，使金屬管與熱電偶絲之間的絕緣瓷柱破粹成粉狀絕緣材料，熱電偶絲的一端焊接為熱接點，熱接點端的金屬管與封頭焊接密封，另一端伸出金屬管，灌膠烘干并密封，得到鎧裝熱電偶，將該鎧裝熱電偶拉拔到直徑為04mm;2)檢測鎧裝熱電偶性能3)將符合性能要求的鎧裝熱電偶放入第一模具中，定位，拉拔鎧裝熱電偶，其由04mm變徑到03. 5mm，完成第一次變徑，800°C退火30分鐘，空冷至室溫，取出；4)將完成第一次變徑的鎧裝熱電偶的較小直徑端的端頭直徑軋至小于第二變徑直徑，形成軋頭，軋頭放入第二模具，定位，拉拔鎧裝熱電偶至變截面處，其由Φ 3. 5mm變徑到Φ3. 2mm,完成第二次變徑，熱電偶在800°C退火30分鐘，隨爐冷卻至室溫。所述第一次變徑的變徑角度α為10° 15°，變徑長度為在2. 55 4. 03mm。所述第二次變徑的變徑角度α為O。 15°，變徑長度為在1. 53 2. 41mm。第一次變徑后，保留的鎧裝熱電偶長度大于從第一變徑端至第二次變徑端的距離。所述第一模具和第二模具由模套和模坯組成，模坯套在模套內，與模套過度配合，模坯的內壁依次設置有定徑段、變徑段和進線段，其中進線段的直徑大于定徑段的直徑，變徑段的兩端分別連接定徑段和進線段，變徑段的夾角為10° 15。。所述第一模具定徑段的直徑為3. 5mm,長度為2. 55 4. 03mm。所述第二模具定徑段的直徑為3. 2mm,長度為1. 53 2. 41mm。步驟2)需檢測鎧裝熱電偶的性能為分度溫度O 400°C滿足±1. 5°C的要求；分散性200 400°C范圍內，每50°C進行分度，要求鎧裝熱電偶的分散性< O. 7 0C ；升降溫測試把鎧裝熱電偶在300°C 500°C范圍內，每50°C進行分度，并做升降溫試驗,要求溫差< O. 6°C。本發明的積極效果1.采用拉絲模多次拉拔技術，使熱端結構達到技術要求，解決了變截面工藝難制作的局面，同時提高了工作效率。2.用N型熱電偶在電站上進行測溫，保證了溫度測量的準確性和可靠性，在國內外電站的應用是首創。本發明所述方法采用不同直徑的模具反復拉拔并聯合熱處理工藝，使N型鎧裝熱電偶不斷變徑，所制得的N型鎧裝熱電偶，經測試，其外觀尺寸、精度、長期穩定性、分散性、響應時間以及金相、晶粒度、非金屬夾雜等都滿足用于電站溫度傳感器的要求。本發明所述方法和變截面的N型鎧裝熱電偶，國內外公開文獻均沒有記載。
圖1為本發明所述方法的工藝流程圖；圖2為本發明所述N型鎧裝熱電偶的結構簡圖；
圖3為圖2中B-B向的剖視圖；圖4為圖2中C-C向的剖視圖；圖5為模具結構簡圖。圖中，I為模套，2為模坯，3為進線段，4為變徑段，5為定徑段，6為封頭，7為金屬管，8為氧化鎂粉，9為鎳鉻硅熱電偶絲，10為鎳硅鎂熱電偶絲，11為熱接點，12為變截面。
具體實施例方式參見圖1-圖5 :N型(N型鎧裝熱電偶偶絲正極為鎳鉻硅，負極為鎳硅鎂)鎧裝熱電偶變截面的制備方法，有以下步驟I)取鎳鉻硅(正極)熱電偶絲9和鎳硅鎂(負極)熱電偶絲10各兩根，校直并擦凈后按極性間差穿入已經經過高溫燒接的絕緣瓷柱中，通過整型，確保穿入偶絲的每一段絕緣瓷柱任意相鄰兩段之間無缺損和大于IOmm以上的間隙。再將已經整好型并穿了偶絲的絕緣瓷柱穿入已經擦洗干凈的金屬管7中，本發明所述金屬管采用不銹鋼金屬管，然后通過反復拉拔變形和熱處理，鎧裝熱電偶內的絕緣材料被破碎成粉狀，填充于金屬管與熱電偶絲之間。本實施例的絕緣材料為氧化鎂粉8。將該鎧裝熱電偶拉拔到直徑為04mm時，截掉并丟棄有可能受污染的鎧裝熱電偶材料后，把無污染的鎧裝熱電偶一端去掉約5mm的絕緣粉，然后把熱電偶絲焊接為熱接點11，再回填絕緣粉，放在200°C的管狀爐內加熱30分鐘，然后用氬弧焊機使熱接點端的金屬管與封頭6焊接密封，保證端頭完全密封，然后剝出另一端的偶絲，烘烤，除去絕緣材料里的水分，灌膠烘干并密封，得到N型鎧裝熱電偶。2)檢測鎧裝熱電偶性能 分度溫度0 400°C滿足±1. 5°C的要求；分散性200 400°C范圍內，每50°C進行分度，要求鎧裝熱電偶的分散性< 0. 7 0C ；升降溫測試鎧裝熱電偶在300°C 500°C范圍內，每50°C進行分度，并做升降溫試驗，要求溫差< 0. 6°C。3)制作模具采用鎢鋼制作第一模具和第二模具，第一模具和第二模具由模套I和模坯2組成，模坯套在模套內，與模套過度配合。模坯的內壁依次設置有定徑段5、變徑段4和進線段3，其中進線段的直徑大于定徑段的直徑，變徑段的兩端分別連接定徑段和進線段，變徑段的夾角a為10° 15°。第一模具定徑段的直徑為3. 5_，長度為2. 55 4. 03_，第二模具定徑段的直徑為3. 2mm，長度為1. 53 2. 41mm。為了使兩次變徑的變截面有效銜接，變截面角度連續并在同一直線上，用符合上述要求的第一模具和第二模具預拉熱電偶，找出無縫配合的兩套模具(即預拉熱電偶的兩次變徑的夾角重合，則該第一模具和第二模具無縫配合)，做好標記備用；4)將符合2)所述的性能要求的鎧裝熱電偶放入第一模具中，定位，拉拔鎧裝熱電偶，其由04mm變徑到03. 5_，其行程約為1. 5米，完成第一次變徑。800°C退火30分鐘，空冷至室溫，取出。第一次變徑的變徑角度a為10° 15°，變徑長度為在2. 55 4. 03mm。5)將完成第一次變徑的鎧裝熱電偶的較小直徑端的端頭直徑軋至小于第二變徑直徑，形成軋頭，本實施例所述的軋頭為0 2. 3mm，將軋頭插入第二模具中，定位，拉拔鎧裝熱電偶，當拉拔到由C>4mm變徑到C>3. 5mm的變截面處500mm時,關掉拉絲機,拉絲機在慣性作用下緩慢滑行，當第二模具碰到變截面處時，將產生一碰撞力，使得軋為02. 3mm的熱電偶軋頭端瞬間斷裂，保證第2次拉拔準確到位，而且不會損傷變截面及其完成第二次變徑。第二次變徑的變徑角度a為10° 15°，變徑長度為在1. 53 2. 41mm。拉拔好N型鎧裝熱電偶的變截面12后，連同鎢鋼模以及熱電偶一起取出，調頭拉拔(反拉，即通過反向受力，把仍在鎢鋼模內的鎧裝熱電偶從變截面處拔出)，退出第二模具(鎢鋼模)，并檢驗變截面熱電偶。檢驗合格的變截面熱電偶放置在800°C的檢定爐內退火30分鐘，隨爐冷卻至室溫后取出，得到具有變截面的N型鎧裝熱電偶。外觀檢驗，檢驗變截面角度是否滿足10° 15°的要求，同時要求N型鎧裝熱電偶表面光滑無毛刺、劃痕等缺陷；本發明所述N型鎧裝熱電偶的性能測試1.分度0 400°C仍滿足土1. 5°C為初步合格產品；2.分散性把初步合格的產品放置在相同測試條件下，在200 400°C范圍內分度(表I)，試驗結果表明，鎧裝變截面熱電偶一致性很好。
表IN型鎧裝熱電偶分散性
3.升降溫試驗把鎧裝變截面熱電偶在300°C 500°C范圍內，每50°C進行分度，進行升降溫試驗(表2)，試驗結果表明，鎧裝變截面熱電偶復現性很好。表2升降溫試驗對N型鎧裝變截面熱電偶的影響
權利要求
1.一種N型鎧裝熱電偶變截面的制備方法，其特征在于，有以下步驟1)取熱電偶絲放進絕緣瓷柱中，再將絕緣瓷柱放進金屬管中，通過拉拔變形，使金屬管與熱電偶絲之間的絕緣瓷柱破粹成粉狀絕緣材料，熱電偶絲的一端焊接為熱接點，熱接點端的金屬管與封頭焊接密封，另一端伸出金屬管，灌膠烘干并密封，得到鎧裝熱電偶，將該鎧裝熱電偶拉拔到直徑為Φ4πιπι;2)檢測鎧裝熱電偶性能3)將符合性能要求的鎧裝熱電偶放入第一模具中，定位，拉拔鎧裝熱電偶，其由Φ4_ 變徑到Φ3. 5_，完成第一次變徑，800°C退火30分鐘，空冷至室溫，取出；4)將完成第一次變徑的鎧裝熱電偶的較小直徑端的端頭直徑軋至小于第二變徑直徑，形成軋頭，軋頭放入第二模具，定位，拉拔鎧裝熱電偶至變截面處，其由Φ 3. 5mm變徑到 Φ3. 2_，完成第二次變徑，熱電偶在800°C退火30分鐘，隨爐冷卻至室溫。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述第一次變徑的變徑角度α為10° 15°，變徑長度為在2. 55 4. 03mm。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述第二次變徑的變徑角度α為0° 15°，變徑長度為在1. 53 2. 41mm。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于第一次變徑后，保留的鎧裝熱電偶長度大于從第一變徑端至第二次變徑端的距離。
5.根據權利要求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還組成，模坯套在模套內，與模套過度配合，模坯的內壁依次設置有定徑段、變徑段和進線段， 其中進線段的直徑大于定徑段的直徑，變徑段的兩端分別連接定徑段和進線段，變徑段的夾角為10° 15°。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模具定徑段的直徑為3.5mm，長度為 2. 55 4. 03mm。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二模具定徑段的直徑為3.2mm，長度為1. 53 2. 41mmη
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)需檢測鎧裝熱電偶的性能為分度溫度O 400°C滿足±1. 5°C的要求；分散性200 400°C范圍內，每50°C進行分度，要求鎧裝熱電偶的分散性< O. 7V ；升降溫測試把鎧裝熱電偶在300°C 500°C范圍內，每50°C進行分度，并做升降溫試驗，要求溫差< O. 6°C。
全文摘要
本發明涉及一種N型鎧裝熱電偶變截面的制備方法，將符合性能要求的鎧裝熱電偶由Φ4mm拉拔變徑到Φ3.5mm，完成第一次變徑，將完成第一次變徑的鎧裝熱電偶的較小直徑端的端頭直徑軋至小于第二變徑直徑，形成軋頭，由Φ3.5mm拉拔變徑到Φ3.2mm，完成第二次變徑。采用本發明所述方法制備的N型鎧裝熱電偶，測量結果準確、完整，穩定好，可靠性高，響應快，并且還有一致性好的優點，可以用于大批量生產。
文檔編號H01L35/34GK103000800SQ20121055494
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者張祖力, 王 華, 羅松, 唐銳, 徐麗艷 申請人:重慶材料研究院