真空冶金專用熱電偶

王魁漢，黃明旭.真空爐專用熱電偶及其選擇.真空VACUUM,2014年11月，第51卷第6期沈陽東大傳感技術(shù)有限公司，遼寧沈陽110179;2.沈陽計量測試院，遼寧沈陽110179）真空爐專用熱電偶及其選擇真空爐的共同特點是，在某一特定真空度下的溫度測量。2.1熱電偶的分類國際標(biāo)準化組織（ASTME344-08）將熱電偶分為3類。準化廉金屬熱電偶；②標(biāo)準化貴金屬熱電偶；③難熔金屬熱電偶，難熔金屬熱電偶的定義為：熱電偶的單極材料熔點高于1935°C，且熱電偶的兩極必須是難熔金屬或合金。2.2標(biāo)準化廉金屬熱電偶標(biāo)準化廉金屬熱電偶有，T、J、E、K及N型。當(dāng)真空爐的工作溫度低于1260C時，可選用廉金屬鎧裝熱電偶，由于K型熱電偶高溫穩(wěn)定性欠佳，在1300C以下推薦使用N型鎧裝熱電偶，可部分替代S型熱電偶。1） 鐐鉻硅-鐐硅鎂熱電偶（N型）的特點高溫抗氧化能力強，長期穩(wěn)定性好；在250~500C范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性好，并抑制磁性轉(zhuǎn)變，熱電動勢無明顯變化；在400~1300C范圍內(nèi)，N型熱電偶熱電特性的線性度比K型好。2） N型熱電偶替代S型熱電偶用N型熱電偶替代S型熱電偶，測量多用爐發(fā)熱體的溫度（1180C）。3） 鎧裝熱電偶的選擇耐用型熱電偶分為裝配式和鎧裝式兩大類。從節(jié)約金屬材料、使用方便和降低熱損失考慮，盡可能采用鎧裝熱電偶。熱電偶鎧材主要有如下幾種：①中高溫區(qū)鎧材我國中溫區(qū)鎧材主要是304、321或1Cr18Ni9Ti，而高溫區(qū)有310S、Inconel600、NiCr合金。實驗表明：在1000~1200C溫度范圍，隨著套管材料不同，漂移量大小各異，其規(guī)律為：NiCr<Inconel600<310S漂移量的比值為0.75：1：5。②新型高溫鎧裝熱電偶材料Nicrobell這種合金是在Nicrosil化學(xué)特性的基礎(chǔ)上加入鎂與鈮元素，提高了合金的抗氧化能力與耐高溫強度，用Nicrobell合金制成新型鎧裝熱電偶。用于豐東股份公司1200°C以上溫區(qū)，取得良好效果。2.3標(biāo)準化貴金屬熱電偶標(biāo)準化貴金屬熱電偶有S、R及B型。在1260~1750C范圍內(nèi)，可選用貴金屬熱電偶。t<1260C，不建議選用貴金屬熱電偶有些真空爐企業(yè)在此溫度范圍內(nèi)選用5型熱電偶及GH30或39作保護管，雖然保護管的強度高，不易損壞，但是，高溫下鐐基合金將污染S型熱電偶而引起誤差。目前已逐漸改用特種高溫鎧裝熱電偶，既經(jīng)濟又實惠，頗受歡迎。當(dāng)t>1280C的真空條件下，不建議用S型裸偶工或航空認證企業(yè)，對爐溫均勻性測試精度要求很高或航空認證企業(yè)，對爐溫均勻性測試精度要求很高當(dāng)t>1280C時多采用S型裸偶，但貴金屬裸絲強度很低，為此作者研制出彌散強化S型熱電偶。經(jīng)北京航空材料院用于t>1300C的真空熱處理爐溫均勻性測試，結(jié)果表明：使用壽命在5爐以上，而普通，型裸偶的使用壽命僅一爐，壽命顯著提高。在真空條件下用S型裸偶的弊端在真空條件下采用S型裸偶絲將被污染，其次，在真空環(huán)境中，S型裸偶正極中的銠揮發(fā)至負極。將原來的單鉑銠變成雙鉑銠熱電偶，產(chǎn)生較大的負偏差建議將S型改成日型裸偶在真空條件下，正極的銠必然要揮發(fā)，當(dāng)銠沉積任型負極純鉑上，則變成鉑銠合金熱電偶，將產(chǎn)生如上所述的負偏差。如果改用日型裸偶，雖然高溫下銠仍然要揮發(fā)，但銠沉積在B型熱電偶的負極為含Rh6%的Pt-Rh合金，對負極成分的影響可忽略。其使用壽命要遠大于S型熱電偶。t>1260°C，貴金屬熱電偶應(yīng)選用陶瓷管為了防止金屬或合金對對貴金屬熱電偶的沾污。建議選用剛玉保護管，尤其是日型熱電偶的使用溫度高，更應(yīng)注意選用純度高，清潔的剛玉管。為了提高熱電偶的強度，防止陶瓷保護管破損，可采用金屬與陶瓷復(fù)合管，即有意延長熱電偶夾持管的長度。該種結(jié)構(gòu)的熱電偶兼有陶瓷與金屬保護管兩者的優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)看起來簡單，如果機械模仿肯定失敗。原因是密封不嚴而漏氣，3）在1260?1750C范圍精度要求高，選用貴金屬熱電偶在此溫度范圍內(nèi)，如果測溫精度高（0.5%t以上）或要求穩(wěn)定可靠，則應(yīng)選擇貴金屬熱電偶，如果工作溫度達1800C，應(yīng)選用非標(biāo)準化祐銠40-祐銠20熱電偶。在此溫度范圍內(nèi)，如果熱電偶是垂直安裝是可行的。但是，當(dāng)tN1600C時，如果熱電偶水平安裝，在高溫下，將因懸臂重量作用而發(fā)生彎曲如采用難熔金屬與剛玉復(fù)合管結(jié)構(gòu)，可有效防止高溫下保護管彎曲變形。當(dāng)測溫精度在±1%t或t>1800C時，選用鎢銖熱電偶，其特點是：△熱電極熔點高（3300C），強度大，使用溫度高達2500C；△熱電動勢大、靈敏度高、熱電動勢為B型熱電偶的三倍；△極易氧化；△價格便宜，僅為S型熱電偶的1/5。隨著航空、航天、核能等尖端科技領(lǐng)域的發(fā)展以及替代貴金屬熱電偶，降低成本的剛性要求，鎢銖熱電偶的應(yīng)用前景極其誘人真空專用熱電偶保護管、絕緣管材料（見表2

表2真空專用熱電偶保護管、絕緣管材料Table2Mdltruilsof\dCiiumth€rmiK?iHi[jlcpnUcetiniitubeandinsulationLube保護管材料絕緣管材料單層管單AI4AWhBNHiOiMoTaNbWZrEl復(fù)含管皿+皿Alfl3BNHKhZrO1-bAbOJ"gW+A奶石墨+A10jMCPT+AUhSt+Am3）真空爐專用熱電偶結(jié)構(gòu)與安裝真空爐專用熱電偶的安裝，主要采用法蘭或螺紋連接或固定，真空防漏主要采用膠圈、密封螺紋、法蘭及有機膠等。表3熱電偶皓構(gòu)與安裝Table3I'hcrinocimpkstructureandinsUilhlicm:爐用型號示意圖元固定裝置WRCZ-130WRCZ-1I71IfRCZ-1I91VRCZ-1511 )固定卡套法蘭WRCZ-430WRCZ-471熱電偶*1固定卡套攜墳WRCZ-230凈， ，ViRCZ-271非密封圓柱管螺統(tǒng)英制G、公制M一般密封圓錐管螺紋英制g美制NPT去&真室爐專用袖電偶性能對比Tjibk6PerfbrniQjxcompuriNoiaofthronutHHipktorviaiumlumiLrE-XSO'IEGI獨司SlilAriii司羌國Namr^c不嘗司5+腐號LtJqtDLM悍護管TiMo.ALOL金屬閣瓷“PTMoIiV^A親匿魚底醐漆:曲混：Tm.非.N弭曰主SLOiWn^M^.AljOjw】皿邱