消耗型快速热电偶生产质量缺陷产生的成因及对策.docx

消耗型快速热电偶生产质量缺陷产生的成因及对策( 天津钢管集团股份有限公司，天津 300301)宁福宏，袁海芳，刘伟，李义金，娄年利，田甜摘 要 文章简述了冶炼金属用消耗型快速热电偶在生产加工过程中所产生质量缺陷、特点、产生原因，并且用因果分析图进行分析，提出了改进措施及对策。关键词 铂铑快偶; 质量缺陷; 特点; 成因; 对策消耗 型 快 速 热 电 偶， 是指用于测量熔体金属温 度，一次性使用的微型热电偶。它的热端由铂铑丝焊 接机焊接，另一端用冷端精密点焊机焊接，通过对被 焊工件施压并保持一定压力，使两工件之间形成一个 稳定的接触 电 阻，在电源控制器输出的电流 作 用 下， 两工件接 触表面产生热量， 温度升高局部熔化接触 点，调节控制该过程的热量大小，最终使两工件良好 地焊接在一起。近年来，国内外贵金属冶炼、热处理及拔丝技术 有了 突飞猛进的发 展， 超细软态铂铑 丝， 直 径 为0. 05mm、0. 04mm 甚至 0. 02mm 的产品纷纷在市 场登台亮相，特别是铂金、铑粉大幅度涨价以后，很 多快偶生产企业都采用了国际流行的铂铑丝交叉焊接 快偶热点。因铂铑丝交叉焊接方式要比传统的电弧焊 热点优点突出，既焊点均匀又尺寸准确，而且环保无 污染，由于焊机制造商家对焊接设备改进，使直径在0. 05mm、0. 04mm 以下的超细铂铑丝的优势 进 一 步发挥，热点焊接质量和效率再次提高，加工成本大幅度下降。铂铑丝交叉焊接热点在经济效益和新技术 上的优势，为加速生产企业配套改进、完善快偶加工 工艺的进程，提供了保障，同时给企业质量管理提出 了更高的要求。三圆公司生产协力部电子仪表加工区自 1992 年11 月建厂 以 来，存 在 纸 管制造过程粗细不一壁厚不 均、夏季空气湿度大致使电阻值变化较大、水泥头压 制不实等问题而造成测成率低，十几年来我们不断摸 索改进，不仅逐步稳定了加工质量，而且提高了产品 的测成率，形成了产业化生产规模。定的。众 所 周 知， 焦 耳楞 次 定 律Q = KI2 t ( K =0. 24) ，它表明电流通过导体时所产生的热量等于导 体内电流 的 平 方、导体的电阻及通电时间三者的乘 积; 产生焦耳热的原因可理解为，自由电子在金属导 体内运动时，电场力要对它做功，使电子的运动能增 加，这部分能量在电子与晶格相碰撞的过程中，不断 传给晶格，致使晶格的热运动加剧，引起导体的温度 升高，从而使导体发热。精确控制电阻焊接的三个主 要的因素，即 I ( 电流) 、 ( 电阻) 、t ( 电流通过的 时间) ，就可以调整控制 Q ( 热 能) 的大小。焊接 中 的电阻包含电极的电阻、偶丝横面电阻和两丝之间的 接触表面电阻，这三种电阻分布和结构方式也决定了 焊接过程的 热 量 分 布，通常两丝表面接触 电 阻 最 大， 因此最高温度产生在接触点的中心部位，此焊点使两 丝局部熔化并熔结，使快偶正负两极铂铑丝达到了联 接的效果。1. 2质量缺陷特点( 1) 快偶纸管发生型变 ( 弯或径变化) 由于快偶加工时采用纸管做偶头的载体，纸管的选型及制作过程和制作工艺都难免发生意外，致使纸管变形、弯或径变化。( 2) 偶头脱落偶头与纸管间 用 胶 粘 接， 胶 的 质 量、胶 的 用 量、偶头与纸管的配合间隙都决定偶头是否脱落。( 3) 绝缘电阻未达标根据 YB / T 1632008 标 准，其 中 规 定 了 “烘 烤 后的快速热电偶的绝缘电阻不得小于 500M ，在 使用时绝缘电阻不得低于 5M”。在存放时受种种因素 影响要发生改变。1铂铑丝焊接的原理及特点1. 1焊接原理铂铑丝焊接方法是依据著名的焦耳楞次定律制收稿日期 2011 07 2514Industrial Measurement 2011 Supplementary Issue 2冶炼传感器SMELTING SENSO ESEACH( 4) 测成率低快偶测 量 温 度 在 YB / T 1632008 标 准 上 对 普 通选型及制作过程和制作工艺都难免发生意外，致使纸管变形、弯或径变化 ( 见图 1) 。型( P)和精 密 型( J)都 有 严 格 要 求， 超 过 其 值 数测量失败。22. 1产品质量缺陷产生的成因偶丝焊接质量关系( 1)焊接质量与焊接电流( I)成正比。焊接专用设备利用被焊接件之间的接触电阻，通过微电脑调节和同步控制功能作用，在时间、电阻不 变的情况，电流控制在一定数值，焊点牢固。小于其 值，不牢固，超过其值，则两丝间发生电火花。图 1 快偶纸管发生型变 ( 弯或径变化大)致电偶测量失败的因素图( 2)( t)焊接质量与焊接时间成正比。同样当电阻和电流控制在 “一定值” 的 情 况 下，时间短，焊点不牢固，时间长则会熔断铂铑丝炸掉。( 2)偶头脱落偶头与纸管间 用 胶 粘 接， 胶 的 质 量、胶 的 用 量、偶头与 纸管的配合间隙都决定偶头是否脱落 ( 见 图2) 。( 3)( )( 即铂铑丝电阻)焊接质量与焊接电阻关系不大。导体对电流的阻碍作用叫电阻; 因为铂铑丝是由精 密拉拔设备制成的，线径变化甚微，铂铑丝长度偏差也 很小，所以焊接时与丝的电阻关系不明显，无规律可循。( 4)焊接质量与焊核大小，表现明显。焊接电流强弱决定焊核大小，而焊接大小与铂铑丝牢固性 ( 受力) 直接相关。( 5)焊接质量与铂铑丝变形量有一定关系。铂铑丝在焊接时，要承受一个力，而这个力大小决定丝变形量，当变形量超过 “线径的 1 /2 时铂铑丝 的柔软性差，易引起折断。综上所述，焊接质量与电流、时间成正比，但必 须是据焊接设备情况很确定的一个范围，与电阻成正图 2 偶头脱落致电偶测量失败的因素图( 3) 绝缘电阻未达标因为 YB / T 1632008 标 准，规 定 了 “烘 烤 后 的 快速热电偶的绝缘电阻不得小于 500M，在使用时绝 缘电阻不得低于 5M”。在存放时间受种种因素影响 要发生改变 ( 见图 3) 。比它的阻值基本一批一个恒定值，与焊接有关;形量也有一定关系。与变2. 2产品质量缺陷规律经过加工实践和研究发现，上述加工缺陷是有一定规律的。如室内湿度超标就易出现纸管发 生 型 变、偶头脱落、绝缘电阻未达标、测成率低等问题; 烘烤 箱故障易影响测成率、绝 缘 未 达 标; 压 缩 空 气 未 达 标，反应在压实上等等。改进工艺设备，增加可以控制的变量数目，更好 的控制这些变量，降低本厂品的可变性，提高其可靠 性，这是其一; 其二: 帕雷斯原理所阐述的 “极其重 要的小数” 和 “无关紧要的多数”，严控 “小数” 制 约 “多数” 这是产品质量管理的关键所在。2. 3产品质量缺陷原因 ( 因果图分析法) 分析 ( 1) 快偶纸管发生型变 ( 弯或径变化大) 由于快偶加工时采用纸管做偶头的载体，纸管的工业计量 2011 年增刊 2图 3 绝缘电阻未达标致电偶测量失败的因素图( 4)测成率低快偶测量温度在 YB / T 1632008 标准上对普通型15冶炼传感器SMELTING SENSO ESEACH( P)失败( J)都有严格要求，超过其值数测量和精密型33. 1对策消耗型快速热电偶的加工制作基本技术要求( 1) 制作铂铑丝快速热电偶的热电偶丝剪切长度( 见图 4) 。应 27mm。( 2)灌 注 水 泥 ( 耐 高 温 填 材) 后，快 速 热 电 偶测量端露出高度不小于 12mm，参考端不小于 13mm。( 3) 冷点焊接，必须把快偶补偿导线与此对应的 偶丝正负极焊接牢固可靠。消耗型快速热电偶生产存在缺陷的对策质量缺陷原因的对策见图 5。3. 2图 4测成率低致电偶测量失败的因素图图 5质量缺陷原因的对策图( 下转第 19 页)Industrial Measurement 2011 Supplementary Issue 216序号质量缺陷类型造 成 缺 陷 原 因对 策1快偶纸管 发生型变设 备工作台不平清理工作台气泵检验不到位按期维护保养脚踏板移动不到位固定位置空压机压力不足按时维修保养压管装置故障定期点检定修烘干设备故障检修设备，使其在最佳工作状态烘烤温度不足加长时间烘烤 ( 夏季)操 作 者质量意识差强化质量意识2偶头脱落来料检验不严严格把握检验关操作不当加强操作培训，严格按 “三规”进行操作，强化责任心操作失误杜绝违章，强化主人翁意识退火时间有误强化时间观念，严格质量教育现场测试人员没正常使用严格按操作规程操作加 工 方 法手足配合不当加强作业的熟练度纸管与偶头有间隙放慢速度，反复压试粘合剂不均提高操作水平，强化责任教育3绝缘电阻 未达标防潮防护未到位提前做好防潮防护工作 ( 夏季)烘烤温度不足延长烘烤时间水泥封装石英管埋入深度不足下工序严格检查上工序质量测温枪与仪表连接有问题严格检查个连接点原 辅 料切口不齐严把原料进厂关长短不一强化来料检验内径有卷纸清理处理，强化检查关纸与纸胶粘不实及时通知厂家改进工艺4测成率低纸管内径检验不严检验员加强质量意识混 ( 成分有误) 料严格原料管理制度水碾搅拌不均增加搅拌时间石英管壁过薄加强原材料检查力度工 作 环 境室内湿度大做好除湿工作，严格控制湿度室内温度不满足( 15 28 )调整室温成品堆放地点不合要求按标准码放空气导电粉尘含量超标净化空气冶炼传感器SMELTING SENSO ESEACHf( Ni，Si) = 0. 2151x2 + 1. 1080x + 1. 052x x +表 1 不同成分的铜 / 铜基合金在 100时的热电势表NiNiNi Si1. 6208x2Si 4. 3412xSi( 2)合金成分 Cu / CuCuNi1. 87Cu / CuNi1. 63Si0. 45 Cu / CuNi1. 69Si0. 87热电势 / mV1. 3200. 3810. 255根据式( 2)可绘制出铜基合金中 Ni、Si 含量与合金成分 Cu / CuNi2. 31Si0. 22 Cu / CuNi2. 54Si0. 12Cu / CuNi1. 70铜 铜镍硅热电偶的热电势之间的关系，直观的三维图 ( 如 图 4a ) 和 精 确、 快捷确定成分的等高线图 ( 如图 4b) 。热电势 / mV1. 0701. 2551. 277合金成分 Cu / CuNi1. 69Si0. 09 Cu / CuNi1. 73Si0. 09热电势 / mV1. 0781. 099图 4Cu / CuNiSi 合金热电势与成分的关系图将表 4 后面的三组数据带入方程式( 2)导线材料 100 的热电势为 2. 095 2. 202mV。( 3)少量 Si 的 添 加，可 实 现 对 Cu / CuNi 合 金 热当 xNi = 1. 70 时 误差 f = 1. 17%当 xNi = 1. 69，xSi = 0. 09 时当 xNi = 1. 73，xSi = 0. 09 时电性能曲线的调整。100 时，CuNi1. 69Si0. 09 和 Cu-Ni1. 69Si0. 87 两种合金的热电势相差 0. 813mV，Cu / CuNi1. 69Si0. 09 与 Cu / CuNi1. 73Si0. 09 两 种 合 金 的 热 电势相差 0. 024mV。参考文献1 陈德茂 . 快速钨铼热电偶的测温误差 J 工 业 计 量，2006，( S2) : 7 92 陈南光 . Pth10 Pt 热 电 偶 的 Cu CuNi 补 偿 导 线 J误差 f = 3. 47%误差 f = 3. 6%对帮助我们确 定 铜 基从中可以看出方程式( 2 )合金中 Ni、Si 的含量是具有一定的指导意义的。利用( 1 )式模拟出的符合标准热电势值的合 金 成 分 为CuNi( 1. 73 1. 77) Si( 0. 05 0. 09) 。3结论( 1) Ni 的添加明显降低铜的热电势。含 Ni 量为有色金属，2004，( 04) :34 351. 54% 1. 87% wt 的 Cu / CuNi 补偿导线 100 的热电势为 0. 994 1. 320mV。( 2) Co 对铜合金的热电性能的影响比 Ni 更加明 显。添加 0. 35% 0. 46 % wt 的 Co 时，Cu / CuCo 补偿3 功能材料及其应用手册 编写组 . 功能材料及其应用手册 M 北京: 机械工业出版社，1991.4 苏家屯有色金属加工厂译 . 热电偶合金研究 M 1964.编辑: 邓茂焕( 上接第 16 页)成率稳定在 99. 7% 以上，我们有信心将产品质量进一步提升到更高的水平。参考文献1 YB / T 1632008，消耗型快速热电偶 S2 JM朱兰 . 质量控制手册 M 上海: