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。大量的試驗表明,這種鎧裝熱電偶電纜能夠滿足特定情況下溫度的測量要求。
1引言
　　制作某特定情況下溫度測量的傳感器,不僅要求熱電偶具有較高的精度和穩(wěn)定性,而且由于測量電路的特殊性，對熱電偶回路電阻也提出了嚴格的要求。英國、法國等國在此特定環(huán)境中均采用專用鎧裝熱電偶產品。為解決國產新型溫度測量的傳感器問題,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量的專用鎧裝熱電偶電纜。大量的試驗表明這種鎧裝熱電偶電纜能夠滿足測量要求。
2選材和鎧裝熱電偶材料制備方法
2.1外套管材料
　　由于傳感器長期處于高溫燃氣環(huán)境,同時系統(tǒng)對傳感器響應時間、結構尺寸有--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氣環(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、鉬固溶強化，并用硼、鈰、鋯強化晶界的鎳基高溫合金。具有強度高、抗高溫氧化和耐持久蠕變的優(yōu)點,同時該合金具有優(yōu)良加工塑性和焊接等性能，適用于制造在950℃下長期工作的航空發(fā)動機燃燒室火焰筒、加力燃燒室殼體、調節(jié)片及其它高溫零部件。合金的化學成分表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。測溫范圍為-200~1300℃,它具有測量溫度高,靈敏度較高,線性度好,抗氧化能力強,穩(wěn)定性和均勻性好的優(yōu)點。為進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成分,防止絕緣材料中的有害雜質與偶絲發(fā)生化學反應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狀態(tài)瓷柱,瓷柱的尺寸對鎧裝熱電偶材料在拉拔過程中壁厚及偶絲的變化量也有-定的影響,必須嚴格控制。
2.4結構尺寸設計
　　除了外套管和偶絲的原始尺寸對成品尺寸構成影響以外,在制造工藝過程中,絕緣瓷拄的尺寸及燒結溫度、拉拔的配模.道次及熱處理制度均會影響成品的尺寸。根據工藝過程中尺寸參數的變化規(guī)律,進行試驗和計算,并根據用戶提出的鎧裝熱電偶的技術要求,結合我們長期的鎧裝加工工藝經驗,從而確定工藝參數。產品結構示意圖見圖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程。鎧裝加工工藝流程如圖2。

2.5.1拉拔工藝
　　為嚴格控制尺寸要求,在常規(guī)拉拔工藝基礎上,設計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品質量。
2.5.2熱處理工藝
　　采用先進的保護氣氛連續(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,防止熱處理工藝對性能影響以及芯線晶粒長大,確保力學性能。
3結果與討論
3.1尺寸檢驗
　　外徑為φ2.5mm的鎧裝熱電偶材料尺寸檢驗數據見表3,芯線、壁厚頭尾均勻，均滿足指標要求。

3.2熱電勢分度試驗[)]
　　鎧裝電纜分度試驗數據見表4所示。

3.3絕緣電阻試驗
　　航空專用鎧裝熱電偶材料絕緣電阻采用ZC-7兆
　　歐表進行檢測,測量電壓為500V，其室溫絕緣電阻高溫絕緣電阻見表5、6。其結果均滿足JB/T8205-1999標準要求。

3.4每米電阻試驗
　　將4支樣品一端正負極短接,測量正負極回路每米電阻值,結果均為合格。測量結果見表7。

3.5可撓度試驗
　　根據JIB/T8205-1999規(guī)定的試驗方法對4支φ
2.5鎧裝熱電偶材料樣品進行5倍外徑可饒度試驗,表面質量、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
　　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長期穩(wěn)定性試驗
　　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穩(wěn)定性的標準試驗方法》進行850℃,1000h穩(wěn)定性試驗,試驗結果見圖3。在1000h穩(wěn)定性試驗中,熱電勢變化滿足±5℃的要求。

4結論
　　通過研究，我們可以得出以下結論:
(1)研制的專用鎧裝熱電偶測量精度高,-致性好,其允差可以控制在0.375%絕對值以內;回路電阻的變化可以控制在士5%以內。且生產工藝具有較好的重復性。
(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)定性試驗中,熱電勢變化不超過士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量要求。