專利名稱：一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種加熱器，特別涉及一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器及其制備方法。
背景技術：
鎧裝加熱器作為一種加熱裝置而廣泛應用于現代工、農業以及特種作業等領域。 鎧裝加熱器是將帶有絕緣物的發熱體材料裝入金屬套管內，三者經拉拔而制成致密堅實的組合體。隨著現代工、農業生產的高速發展，對加熱裝置技術的要求越來越高，特別是在較苛刻的環境下使用既要確保裝置的功能性，又要確保其可靠性和安全性。傳統的鎧裝加熱器受自身結構和性能以及特殊工況的限制已不能滿足生產所需。鎧裝加熱器的端頭是加熱器件的關鍵部位，因端頭在鎧裝加熱電纜中擔負著傳輸電能的重要作用，加熱器端頭的設計要考慮加熱器件的安全可靠、操作方便、靈活、加熱器件的負荷性質和大小等，端頭制作技術難度大，制作工藝十分復雜。端頭部位又是加熱器的薄弱環節，特別是應用于特殊工況下的小直徑加熱器，當前工裝的絕大部分加熱器線路故障的發生都是由于端頭失效造成的。加熱器因工作時端頭發熱，端頭的密封材料或因在長期工作時因溫度過高而發生碳化而失效(有機膠類密封材料如常用膠密封等)，或因材料的熱膨脹而產生微裂紋(無機類密封材料如玻璃密封等)，從而影響加熱器的絕緣性能。此外， 熱量不斷聚集使發熱體材料形成較厚的氧化皮，導致接觸不好而打火花，甚至因熱量不斷聚集導致發熱體材料燒斷。同時，對于外徑小于Φ 2. Omm的小直徑加熱器，因加熱絲與鎧裝外殼金屬之間的絕緣層厚度很薄，但又要保證加熱功率，由于以上情況更容易被擊穿而使加熱器失效。因此，本專利通過設計結構合理的鎧裝加熱器，使端頭聚集的熱量盡可能小， 達到端頭不發熱的效果，不僅能簡化端頭制作工藝，更能保證加熱器的整體性能特別是可靠性。
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種端頭聚集的熱量盡可能小，達到端頭不發熱的效果，能保證加熱器的整體性能特別是可靠性的一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器及其制備方法。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，包括金屬套管、電阻加熱絲，電阻加熱絲置于金屬套管的軸線上，在金屬套管與電阻加熱絲之間填充有絕緣材料，在金屬套管的左右兩端連接有簡易帽，電阻加熱絲穿過簡易帽的端部與加熱牽引棒連接，簡易帽內灌裝有密封膠，其特征在于所述金屬套管兩端為加熱端，金屬套管的中部為中間加熱段，加熱端的直徑D大于中間加熱段的直徑d。加熱端構成不發熱端頭，加熱器件的加熱端和加熱段形成均勻變形的整體式“啞鈴”型結構，由于加熱端的直徑D大于中間加熱段的直徑d，加熱端的電阻相對于加熱段顯著變小，因此加熱端在通電工作時發熱量低，達到端頭不發熱的技術效果。
優選的，所述加熱端的直徑D為加熱段直徑d的1. 5 3倍，加熱端(4)的直徑 1. 5mm ^ D ^ IOmm0。優選的，所述金屬套管上的加熱端與中間加熱段之間設有圓錐筒。由加熱端、圓錐筒、加熱段構成一個連續的整體，加熱段的兩端為圓錐筒，圓錐筒外側為加熱端，它是將金屬套管的中間段經旋鍛后，使金屬套管均勻變形，形成加熱端、加熱段、圓錐筒的整體式“ 鈴”型結構。優選的，所述的電阻加熱絲為Cr20Ni80合金絲、Cr30Ni70合金絲、Crl5Ni60合金絲、Cr20Ni30合金絲、0Cr21A16合金絲中的一種。在此只是選擇了常用的幾種電阻加熱絲， 其他與上述電阻加熱絲有同等效果的電阻加熱絲視為等同物也落入本發明的保護范圍。優選的，所述的金屬套管由不銹鋼材料制成。進一步優選的，所述的不銹鋼材料為lCrl8Ni9Ti、304、316、Inconel 600中的一種。在此只是選擇了常用的幾種不銹鋼材料，其他與上述不銹鋼材料有同等效果的不銹鋼材料視為等同物也落入本發明的保護范圍。優選的，所述的絕緣材料為Mg0、Al203中的一種或兩種。進一步優選的，所述的Mg0、Al203絕緣材料為軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。優選的，所述的中間加熱段的長度0. 05m^L^20mo變截面端頭不發熱鎧裝加熱元器件中間加熱段的長度0. 05m只有在非常特殊的使用環境中出現，例如對精密設備的小功率加熱。上述變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法，其特征在于包括以下步驟
a)、拉拔
將電阻加熱絲和緣材料裝入金屬套管內，用繩式拉拔機拉拔，拉拔至金屬套管的外徑為Φ ，制成外徑為Φ 致密堅實的組合體加熱電纜，使金屬套管的外徑為Φ 尺寸的加熱電纜；
b)、旋鍛
通過旋鍛機送料輪將加熱電纜送入旋鍛機鍛錘位置，對加熱電纜的中部進行旋鍛，旋鍛至端部的直徑D為被旋鍛部位直徑d的1. 5 3倍，直徑為D端部即為加熱端，被旋鍛部位直徑d的部位即為加熱段，同時在加熱端與加熱段之間形成圓錐筒；用旋鍛機對Φ 尺寸的加熱電纜的中部進行旋鍛，獲得與未旋鍛部分過渡均勻的加熱段，二者尺寸D為d的 1. 5 3倍，獲得均勻變形的整體式“啞鈴”型結構； C)、端頭制作
將簡易帽與加熱端通過機械方式連接并灌裝密封膠進行密封和定位；所述的機械方式連接為螺紋連接、過盈連接中的一種； d)、焊接加熱牽引棒
將加熱牽引棒與電阻加熱絲通過焊接連接，所述的焊接為氬弧焊、銀銅焊中的一種。采用傳統鎧裝拉拔工藝將帶有MgO或Al2O3等絕緣礦物的電阻加熱絲裝入不銹鋼金屬套管內，三者經拉拔而制成致密堅實的鎧裝加熱電纜。采用旋鍛工藝制作均勻變形的整體式“ 鈴”型變截面結構加熱器，使加熱器的端部加熱端的直徑為加熱段部位直徑的 1.5 3倍(圖1所示，其中，加熱端的直徑以Φ 表示，加熱段部位直徑以Φ(1表示，圖2為加熱器剖面結構)。上述制作工藝特征包括以下過程將帶有MgO或Al2O3等絕緣礦物的電阻加熱絲裝入不銹鋼金屬套管內成一組合體，在繩式拉拔機上按照109Γ35%的冷加工變形量進行冷變形拉拔加工，直至拉拔制成密實的組合體以獲得圖1所示Φ 尺寸的加熱電纜，經拉拔的加熱電纜在H2保護氣氛下進行退火處理，并將尺寸為Φ D的退火態加熱電纜進行校直處理，再對加熱電纜中部區域按照變形量為59Γ30%范圍進行冷旋轉鍛壓至圖1所示Φ(1 尺寸，Φ(1加熱工作區長度可獲得L為50士5mnT20000士5mm范圍長度。經旋鍛后的加熱電纜在吐保護氣氛下進行退火處理。加熱端頭制作采用氬弧焊或銀銅焊的方式將加熱牽引棒焊在鎧裝加熱器件的加熱絲上，并將簡易帽與鎧裝電纜通過機械連接方式連接，內灌常用的密封膠起密封和定位的作用。本發明提出了一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，具體是采用均勻變形工藝將鎧裝加熱元器件端頭部位制作成變截面結構，讓鎧裝加熱器和端頭不需要通過焊接方式即可成為一個可靠的整體式“ 鈴”狀結構，避免了由于焊接方式帶來的焊點而存在的諸多安全隱患，目的是使端部部位變粗，從而獲得較粗的加熱絲(相對于加熱段工作區)，使端頭聚集的熱量盡可能小，以達到端頭不發熱的效果，有效保證了端頭的可靠性和絕緣性能，同時大大簡化了端頭的制作工藝，提高了加熱器的運行可靠性。本發明一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器及其制備方法的有益效果是，通過設計結構合理的鎧裝加熱器，使端頭聚集的熱量盡可能小，達到端頭不發熱的效果，不僅能簡化端頭制作工藝，更能保證加熱元器件的整體性能特別是可靠性。
圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是圖1中A-A斷面結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。實施例1
參見圖1、圖2，一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，包括金屬套管1、電阻加熱絲2，電阻加熱絲2置于金屬套管1的軸線上，在金屬套管1與電阻加熱絲2之間填充有絕緣材料 3，在金屬套管1的左右兩端連接有簡易帽7，電阻加熱絲2穿過簡易帽7的端部與加熱牽引棒8連接，簡易帽7內灌裝有密封膠，其特征在于所述金屬套管1兩端為加熱端4，金屬套管1的中部為中間加熱段5，加熱端4的直徑D大于中間加熱段5的直徑d。加熱端4的直徑D為Φ 10. 0mm,中間加熱段5的直徑d為Φ 3. 3mm。所述金屬套管1上的加熱端4與中間加熱段5之間設有圓錐筒6。所述的電阻加熱絲2為Cr20Ni80合金絲。所述的金屬套管1由不銹鋼材料制成。所述的不銹鋼材料為ICrlSNiOTi合金。所述的絕緣材料3為由MgO構成的軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。所述的中間加熱段5的長度20m。上述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法，其特征在于包括以下步驟a、拉拔
將電阻加熱絲2和絕緣材料3裝入金屬套管1內，用繩式拉拔機拉拔，拉拔至金屬套管 1的外徑為Φ 為10. Omm,拉拔冷加工變形量為35%，制成外徑為Φ 為10. Omm的致密堅實的組合體加熱電纜，使金屬套管1的外徑為Φ0為10. Omm尺寸的加熱電纜；
b、旋鍛
通過旋鍛機送料輪將加熱電纜送入旋鍛機鍛錘位置，對加熱電纜的中部進行旋鍛，旋鍛至被旋鍛部位直徑d為Φ3. 3mm，冷變形加工量為30%。外徑為Φ 為10. Omm的端部即為加熱端4，被旋鍛部位直徑d為Φ3. 3mm的部位即為加熱段5，同時在加熱端4與加熱段 5之間形成圓錐筒6; C、端頭制作
將簡易帽7與加熱端4通過機械方式連接，灌裝密封膠進行密封和定位；所述的機械方式連接為螺紋連接； d、焊接加熱牽引棒
將加熱牽引棒8與電阻加熱絲2通過焊接連接，所述的焊接為氬弧焊。實施例2
其他同實施例1，加熱端4的直徑D為Φ 10. 0mm，中間加熱段5的直徑d為Φ6. 7mm。所述的電阻加熱絲2為Cr30Ni70合金絲。所述的金屬套管1由不銹鋼材料制成。所述的不銹鋼材料為304合金。所述的絕緣材料3為MgO構成的軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。所述的中間加熱段5的長度L為10m。變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法同實施例1，只是在步驟a拉拔中冷加工變形量為10%，步驟b旋鍛冷變形加工量為5%。在步驟C端頭制作中簡易帽7與加熱端 4的機械方式連接為過盈連接；在步驟d中將加熱牽引棒8與電阻加熱絲2通過焊接連接， 所述的焊接為銀銅焊。實施例3
其他同實施例1，加熱端4的直徑D為Φ 10. 0mm，中間加熱段5的直徑d為Φ 5. 0mm。所述的電阻加熱絲2為Crl5Ni60合金絲。所述的金屬套管1由不銹鋼材料制成。所述的不銹鋼材料為316合金。所述的絕緣材料3為MgO構成的軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。所述的中間加熱段5的長度L為10m。變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法同實施例1，只是在步驟a拉拔中冷加工變形量為20%，步驟b旋鍛冷變形加工量為15%。實施例4
其他同實施例1，加熱端4的直徑D為Φ 1. 5mm，中間加熱段5的直徑d為Φ 1. 0mm。所述的電阻加熱絲2為Cr20Ni30合金絲。所述的金屬套管1由不銹鋼材料制成。所述的不銹鋼材料為hconel 600合金。所述的絕緣材料3為Al2O3構成的軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。所述的中間加熱段5的長度L為0. 05m，用于超小器件的加熱。變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法同實施例1。
實施例5
其他同實施例1，加熱端4的直徑D為Φ 3. 0mm，中間加熱段5的直徑d為Φ 1. 0mm。所述的電阻加熱絲2為Cr20Ni30合金絲。所述的金屬套管1由不銹鋼材料制成。所述的不銹鋼材料為hconel 600合金。所述的絕緣材料3為Al2O3構成的軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。所述的中間加熱段5的長度L為lm，用于超小器件的加熱。變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法同實施例1。實施例6
其他同實施例1，加熱端4的直徑D為Φ 5. 0mm，中間加熱段5的直徑d為Φ 2. 5mm。所述的電阻加熱絲2為0Cr21A16合金絲。所述的金屬套管1由不銹鋼材料制成。所述的不銹鋼材料為lCrl8Ni9Ti。所述的絕緣材料3為MgO和Al2O3混合物構成的軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。所述的中間加熱段5的長度L為10m。變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法同實施例1。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，包括金屬套管(1)、電阻加熱絲(2)，電阻加熱絲(2)置于金屬套管(1)的軸線上，在金屬套管(1)與電阻加熱絲(2)之間填充有絕緣材料 (3)，在金屬套管(1)的左右兩端連接有簡易帽(7)，電阻加熱絲(2)穿過簡易帽(7)的端部與加熱牽引棒(8)連接，簡易帽(7)內灌裝有密封膠，其特征在于所述金屬套管(1)兩端為加熱端(4)，金屬套管(1)的中部為中間加熱段(5)，加熱端(4)的直徑D大于中間加熱段 (5)的直徑d。
2.根據權利要求1所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，其特征在于所述加熱端(4) 的直徑D為加熱段(5)直徑d的1. 5 3倍，加熱端(4)的直徑1. 5mm彡D彡10mm。
3.根據權利要求1所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，其特征在于所述金屬套管 (1)上的加熱端(4)與中間加熱段(5)之間設有圓錐筒(6)。
4.根據權利要求1所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，其特征在于所述的電阻加熱絲(2)為Cr20Ni80合金絲、Cr30Ni70合金絲、Crl5Ni60合金絲、Cr20Ni30合金絲、 0Cr21A16合金絲中的一種。
5.根據權利要求1所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，其特征在于所述的金屬套管(1)由不銹鋼材料制成。
6.根據權利要求5所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱元器件，其特征在于所述的不銹鋼材料為 lCrl8Ni9Ti、304、316、Inconel 600 中的一種。
7.根據權利要求1所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，其特征在于所述的絕緣材料(3)為Mg0、Al203中的一種或兩種。
8.根據權利要求7所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱元器件，其特征在于所述的 Mg0、Al203絕緣材料(3)為軸線有通孔的圓柱形陶瓷柱。
9.根據權利要求1所述的變截面端頭不發熱鎧裝加熱器，其特征在于所述的中間加熱段(5)的長度0. 05m ^ L ^ 20m。
10.權利要求1所述變截面端頭不發熱鎧裝加熱器的制備方法，其特征在于包括以下步驟a)、拉拔將電阻加熱絲(2 )和絕緣材料(3 )裝入金屬套管(1)內，用繩式拉拔機拉拔，拉拔至金屬套管(1)的外徑為Φ0，制成外徑為Φ 致密堅實的組合體加熱電纜，使金屬套管(1)的外徑為ΦD尺寸的加熱電纜；b)、旋鍛通過旋鍛機送料輪將加熱電纜送入旋鍛機鍛錘位置，對加熱電纜的中部進行旋鍛，旋鍛至端部的直徑D為被旋鍛部位直徑d的1. 5^3倍，直徑為D端部即為加熱端(4)，被旋鍛部位直徑d的部位即為加熱段(5)，同時在加熱端(4)與加熱段(5)之間形成圓錐筒(6)；C)、端頭制作將簡易帽(7)與加熱端(4)通過機械方式連接，并灌裝密封膠進行密封和定位；所述的機械方式連接為螺紋連接、過盈連接中的一種；d)、焊接加熱牽引棒將加熱牽引棒(8)與電阻加熱絲(2)通過焊接連接，所述的焊接為氬弧焊、銀銅焊中的一種。
全文摘要
本發明公開了一種變截面端頭不發熱鎧裝加熱器及其制備方法，包括金屬套管、電阻加熱絲，電阻加熱絲置于金屬套管的軸線上，在金屬套管與電阻加熱絲之間填充有絕緣材料，在金屬套管的左右兩端連接有簡易帽，電阻加熱絲穿過簡易帽的端部與加熱牽引棒連接，簡易帽內灌裝有有機密封膠，其特征在于所述金屬套管兩端為加熱端，金屬套管的中部為中間加熱段，加熱端的直徑D大于中間加熱段的直徑d。制備方法，包括以下步驟a)拉拔；b)旋鍛；c)端頭制作；d)焊接加熱牽引棒。本發明通過設計結構合理的鎧裝加熱元器件，使端頭聚集的熱量盡可能小，達到端頭不發熱的效果，不僅能簡化端頭制作工藝，更能保證加熱元器件的整體性能特別是可靠性。
文檔編號H05B3/56GK102361522SQ20111032164
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者唐會毅, 張立新, 王 華, 羅維凡, 陳潔, 鞠華 申請人:重慶儀表材料研究所