专利名称：一种变截面端头不发热铠装加热器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种加热器，特别涉及一种变截面端头不发热铠装加热器及其制备方法。
背景技术：
铠装加热器作为一种加热装置而广泛应用于现代工、农业以及特种作业等领域。 铠装加热器是将带有绝缘物的发热体材料装入金属套管内，三者经拉拔而制成致密坚实的组合体。随着现代工、农业生产的高速发展，对加热装置技术的要求越来越高，特别是在较苛刻的环境下使用既要确保装置的功能性，又要确保其可靠性和安全性。传统的铠装加热器受自身结构和性能以及特殊工况的限制已不能满足生产所需。铠装加热器的端头是加热器件的关键部位，因端头在铠装加热电缆中担负着传输电能的重要作用，加热器端头的设计要考虑加热器件的安全可靠、操作方便、灵活、加热器件的负荷性质和大小等，端头制作技术难度大，制作工艺十分复杂。端头部位又是加热器的薄弱环节，特别是应用于特殊工况下的小直径加热器，当前工装的绝大部分加热器线路故障的发生都是由于端头失效造成的。加热器因工作时端头发热，端头的密封材料或因在长期工作时因温度过高而发生碳化而失效(有机胶类密封材料如常用胶密封等)，或因材料的热膨胀而产生微裂纹(无机类密封材料如玻璃密封等)，从而影响加热器的绝缘性能。此外， 热量不断聚集使发热体材料形成较厚的氧化皮，导致接触不好而打火花，甚至因热量不断聚集导致发热体材料烧断。同时，对于外径小于Φ 2. Omm的小直径加热器，因加热丝与铠装外壳金属之间的绝缘层厚度很薄，但又要保证加热功率，由于以上情况更容易被击穿而使加热器失效。因此，本专利通过设计结构合理的铠装加热器，使端头聚集的热量尽可能小， 达到端头不发热的效果，不仅能简化端头制作工艺，更能保证加热器的整体性能特别是可靠性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种端头聚集的热量尽可能小，达到端头不发热的效果，能保证加热器的整体性能特别是可靠性的一种变截面端头不发热铠装加热器及其制备方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种变截面端头不发热铠装加热器，包括金属套管、电阻加热丝，电阻加热丝置于金属套管的轴线上，在金属套管与电阻加热丝之间填充有绝缘材料，在金属套管的左右两端连接有简易帽，电阻加热丝穿过简易帽的端部与加热牵引棒连接，简易帽内灌装有密封胶，其特征在于所述金属套管两端为加热端，金属套管的中部为中间加热段，加热端的直径D大于中间加热段的直径d。加热端构成不发热端头，加热器件的加热端和加热段形成均勻变形的整体式“哑铃”型结构，由于加热端的直径D大于中间加热段的直径d，加热端的电阻相对于加热段显著变小，因此加热端在通电工作时发热量低，达到端头不发热的技术效果。
优选的，所述加热端的直径D为加热段直径d的1. 5 3倍，加热端(4)的直径 1. 5mm ^ D ^ IOmm0。优选的，所述金属套管上的加热端与中间加热段之间设有圆锥筒。由加热端、圆锥筒、加热段构成一个连续的整体，加热段的两端为圆锥筒，圆锥筒外侧为加热端，它是将金属套管的中间段经旋锻后，使金属套管均勻变形，形成加热端、加热段、圆锥筒的整体式“ 铃”型结构。优选的，所述的电阻加热丝为Cr20Ni80合金丝、Cr30Ni70合金丝、Crl5Ni60合金丝、Cr20Ni30合金丝、0Cr21A16合金丝中的一种。在此只是选择了常用的几种电阻加热丝， 其他与上述电阻加热丝有同等效果的电阻加热丝视为等同物也落入本发明的保护范围。优选的，所述的金属套管由不锈钢材料制成。进一步优选的，所述的不锈钢材料为lCrl8Ni9Ti、304、316、Inconel 600中的一种。在此只是选择了常用的几种不锈钢材料，其他与上述不锈钢材料有同等效果的不锈钢材料视为等同物也落入本发明的保护范围。优选的，所述的绝缘材料为Mg0、Al203中的一种或两种。进一步优选的，所述的Mg0、Al203绝缘材料为轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。优选的，所述的中间加热段的长度0. 05m^L^20mo变截面端头不发热铠装加热元器件中间加热段的长度0. 05m只有在非常特殊的使用环境中出现，例如对精密设备的小功率加热。上述变截面端头不发热铠装加热器的制备方法，其特征在于包括以下步骤
a)、拉拔
将电阻加热丝和缘材料装入金属套管内，用绳式拉拔机拉拔，拉拔至金属套管的外径为Φ ，制成外径为Φ 致密坚实的组合体加热电缆，使金属套管的外径为Φ 尺寸的加热电缆；
b)、旋锻
通过旋锻机送料轮将加热电缆送入旋锻机锻锤位置，对加热电缆的中部进行旋锻，旋锻至端部的直径D为被旋锻部位直径d的1. 5 3倍，直径为D端部即为加热端，被旋锻部位直径d的部位即为加热段，同时在加热端与加热段之间形成圆锥筒；用旋锻机对Φ 尺寸的加热电缆的中部进行旋锻，获得与未旋锻部分过渡均勻的加热段，二者尺寸D为d的 1. 5 3倍，获得均勻变形的整体式“哑铃”型结构； C)、端头制作
将简易帽与加热端通过机械方式连接并灌装密封胶进行密封和定位；所述的机械方式连接为螺纹连接、过盈连接中的一种； d)、焊接加热牵引棒
将加热牵引棒与电阻加热丝通过焊接连接，所述的焊接为氩弧焊、银铜焊中的一种。采用传统铠装拉拔工艺将带有MgO或Al2O3等绝缘矿物的电阻加热丝装入不锈钢金属套管内，三者经拉拔而制成致密坚实的铠装加热电缆。采用旋锻工艺制作均勻变形的整体式“ 铃”型变截面结构加热器，使加热器的端部加热端的直径为加热段部位直径的 1.5 3倍(图1所示，其中，加热端的直径以Φ 表示，加热段部位直径以Φ(1表示，图2为加热器剖面结构)。上述制作工艺特征包括以下过程将带有MgO或Al2O3等绝缘矿物的电阻加热丝装入不锈钢金属套管内成一组合体，在绳式拉拔机上按照109Γ35%的冷加工变形量进行冷变形拉拔加工，直至拉拔制成密实的组合体以获得图1所示Φ 尺寸的加热电缆，经拉拔的加热电缆在H2保护气氛下进行退火处理，并将尺寸为Φ D的退火态加热电缆进行校直处理，再对加热电缆中部区域按照变形量为59Γ30%范围进行冷旋转锻压至图1所示Φ(1 尺寸，Φ(1加热工作区长度可获得L为50士5mnT20000士5mm范围长度。经旋锻后的加热电缆在吐保护气氛下进行退火处理。加热端头制作采用氩弧焊或银铜焊的方式将加热牵引棒焊在铠装加热器件的加热丝上，并将简易帽与铠装电缆通过机械连接方式连接，内灌常用的密封胶起密封和定位的作用。本发明提出了一种变截面端头不发热铠装加热器，具体是采用均勻变形工艺将铠装加热元器件端头部位制作成变截面结构，让铠装加热器和端头不需要通过焊接方式即可成为一个可靠的整体式“ 铃”状结构，避免了由于焊接方式带来的焊点而存在的诸多安全隐患，目的是使端部部位变粗，从而获得较粗的加热丝(相对于加热段工作区)，使端头聚集的热量尽可能小，以达到端头不发热的效果，有效保证了端头的可靠性和绝缘性能，同时大大简化了端头的制作工艺，提高了加热器的运行可靠性。本发明一种变截面端头不发热铠装加热器及其制备方法的有益效果是，通过设计结构合理的铠装加热器，使端头聚集的热量尽可能小，达到端头不发热的效果，不仅能简化端头制作工艺，更能保证加热元器件的整体性能特别是可靠性。
图1是本发明的结构示意图； 图2是图1中A-A断面结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。实施例1
参见图1、图2，一种变截面端头不发热铠装加热器，包括金属套管1、电阻加热丝2，电阻加热丝2置于金属套管1的轴线上，在金属套管1与电阻加热丝2之间填充有绝缘材料 3，在金属套管1的左右两端连接有简易帽7，电阻加热丝2穿过简易帽7的端部与加热牵引棒8连接，简易帽7内灌装有密封胶，其特征在于所述金属套管1两端为加热端4，金属套管1的中部为中间加热段5，加热端4的直径D大于中间加热段5的直径d。加热端4的直径D为Φ 10. 0mm,中间加热段5的直径d为Φ 3. 3mm。所述金属套管1上的加热端4与中间加热段5之间设有圆锥筒6。所述的电阻加热丝2为Cr20Ni80合金丝。所述的金属套管1由不锈钢材料制成。所述的不锈钢材料为ICrlSNiOTi合金。所述的绝缘材料3为由MgO构成的轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。所述的中间加热段5的长度20m。上述的变截面端头不发热铠装加热器的制备方法，其特征在于包括以下步骤a、拉拔
将电阻加热丝2和绝缘材料3装入金属套管1内，用绳式拉拔机拉拔，拉拔至金属套管 1的外径为Φ 为10. Omm,拉拔冷加工变形量为35%，制成外径为Φ 为10. Omm的致密坚实的组合体加热电缆，使金属套管1的外径为Φ0为10. Omm尺寸的加热电缆；
b、旋锻
通过旋锻机送料轮将加热电缆送入旋锻机锻锤位置，对加热电缆的中部进行旋锻，旋锻至被旋锻部位直径d为Φ3. 3mm，冷变形加工量为30%。外径为Φ 为10. Omm的端部即为加热端4，被旋锻部位直径d为Φ3. 3mm的部位即为加热段5，同时在加热端4与加热段 5之间形成圆锥筒6; C、端头制作
将简易帽7与加热端4通过机械方式连接，灌装密封胶进行密封和定位；所述的机械方式连接为螺纹连接； d、焊接加热牵引棒
将加热牵引棒8与电阻加热丝2通过焊接连接，所述的焊接为氩弧焊。实施例2
其他同实施例1，加热端4的直径D为Φ 10. 0mm，中间加热段5的直径d为Φ6. 7mm。所述的电阻加热丝2为Cr30Ni70合金丝。所述的金属套管1由不锈钢材料制成。所述的不锈钢材料为304合金。所述的绝缘材料3为MgO构成的轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。所述的中间加热段5的长度L为10m。变截面端头不发热铠装加热器的制备方法同实施例1，只是在步骤a拉拔中冷加工变形量为10%，步骤b旋锻冷变形加工量为5%。在步骤C端头制作中简易帽7与加热端 4的机械方式连接为过盈连接；在步骤d中将加热牵引棒8与电阻加热丝2通过焊接连接， 所述的焊接为银铜焊。实施例3
其他同实施例1，加热端4的直径D为Φ 10. 0mm，中间加热段5的直径d为Φ 5. 0mm。所述的电阻加热丝2为Crl5Ni60合金丝。所述的金属套管1由不锈钢材料制成。所述的不锈钢材料为316合金。所述的绝缘材料3为MgO构成的轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。所述的中间加热段5的长度L为10m。变截面端头不发热铠装加热器的制备方法同实施例1，只是在步骤a拉拔中冷加工变形量为20%，步骤b旋锻冷变形加工量为15%。实施例4
其他同实施例1，加热端4的直径D为Φ 1. 5mm，中间加热段5的直径d为Φ 1. 0mm。所述的电阻加热丝2为Cr20Ni30合金丝。所述的金属套管1由不锈钢材料制成。所述的不锈钢材料为hconel 600合金。所述的绝缘材料3为Al2O3构成的轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。所述的中间加热段5的长度L为0. 05m，用于超小器件的加热。变截面端头不发热铠装加热器的制备方法同实施例1。
实施例5
其他同实施例1，加热端4的直径D为Φ 3. 0mm，中间加热段5的直径d为Φ 1. 0mm。所述的电阻加热丝2为Cr20Ni30合金丝。所述的金属套管1由不锈钢材料制成。所述的不锈钢材料为hconel 600合金。所述的绝缘材料3为Al2O3构成的轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。所述的中间加热段5的长度L为lm，用于超小器件的加热。变截面端头不发热铠装加热器的制备方法同实施例1。实施例6
其他同实施例1，加热端4的直径D为Φ 5. 0mm，中间加热段5的直径d为Φ 2. 5mm。所述的电阻加热丝2为0Cr21A16合金丝。所述的金属套管1由不锈钢材料制成。所述的不锈钢材料为lCrl8Ni9Ti。所述的绝缘材料3为MgO和Al2O3混合物构成的轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。所述的中间加热段5的长度L为10m。变截面端头不发热铠装加热器的制备方法同实施例1。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种变截面端头不发热铠装加热器，包括金属套管(1)、电阻加热丝(2)，电阻加热丝(2)置于金属套管(1)的轴线上，在金属套管(1)与电阻加热丝(2)之间填充有绝缘材料 (3)，在金属套管(1)的左右两端连接有简易帽(7)，电阻加热丝(2)穿过简易帽(7)的端部与加热牵引棒(8)连接，简易帽(7)内灌装有密封胶，其特征在于所述金属套管(1)两端为加热端(4)，金属套管(1)的中部为中间加热段(5)，加热端(4)的直径D大于中间加热段 (5)的直径d。
2.根据权利要求1所述的变截面端头不发热铠装加热器，其特征在于所述加热端(4) 的直径D为加热段(5)直径d的1. 5 3倍，加热端(4)的直径1. 5mm彡D彡10mm。
3.根据权利要求1所述的变截面端头不发热铠装加热器，其特征在于所述金属套管 (1)上的加热端(4)与中间加热段(5)之间设有圆锥筒(6)。
4.根据权利要求1所述的变截面端头不发热铠装加热器，其特征在于所述的电阻加热丝(2)为Cr20Ni80合金丝、Cr30Ni70合金丝、Crl5Ni60合金丝、Cr20Ni30合金丝、 0Cr21A16合金丝中的一种。
5.根据权利要求1所述的变截面端头不发热铠装加热器，其特征在于所述的金属套管(1)由不锈钢材料制成。
6.根据权利要求5所述的变截面端头不发热铠装加热元器件，其特征在于所述的不锈钢材料为 lCrl8Ni9Ti、304、316、Inconel 600 中的一种。
7.根据权利要求1所述的变截面端头不发热铠装加热器，其特征在于所述的绝缘材料(3)为Mg0、Al203中的一种或两种。
8.根据权利要求7所述的变截面端头不发热铠装加热元器件，其特征在于所述的 Mg0、Al203绝缘材料(3)为轴线有通孔的圆柱形陶瓷柱。
9.根据权利要求1所述的变截面端头不发热铠装加热器，其特征在于所述的中间加热段(5)的长度0. 05m ^ L ^ 20m。
10.权利要求1所述变截面端头不发热铠装加热器的制备方法，其特征在于包括以下步骤a)、拉拔将电阻加热丝(2 )和绝缘材料(3 )装入金属套管(1)内，用绳式拉拔机拉拔，拉拔至金属套管(1)的外径为Φ0，制成外径为Φ 致密坚实的组合体加热电缆，使金属套管(1)的外径为ΦD尺寸的加热电缆；b)、旋锻通过旋锻机送料轮将加热电缆送入旋锻机锻锤位置，对加热电缆的中部进行旋锻，旋锻至端部的直径D为被旋锻部位直径d的1. 5^3倍，直径为D端部即为加热端(4)，被旋锻部位直径d的部位即为加热段(5)，同时在加热端(4)与加热段(5)之间形成圆锥筒(6)；C)、端头制作将简易帽(7)与加热端(4)通过机械方式连接，并灌装密封胶进行密封和定位；所述的机械方式连接为螺纹连接、过盈连接中的一种；d)、焊接加热牵引棒将加热牵引棒(8)与电阻加热丝(2)通过焊接连接，所述的焊接为氩弧焊、银铜焊中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种变截面端头不发热铠装加热器及其制备方法，包括金属套管、电阻加热丝，电阻加热丝置于金属套管的轴线上，在金属套管与电阻加热丝之间填充有绝缘材料，在金属套管的左右两端连接有简易帽，电阻加热丝穿过简易帽的端部与加热牵引棒连接，简易帽内灌装有有机密封胶，其特征在于所述金属套管两端为加热端，金属套管的中部为中间加热段，加热端的直径D大于中间加热段的直径d。制备方法，包括以下步骤a)拉拔；b)旋锻；c)端头制作；d)焊接加热牵引棒。本发明通过设计结构合理的铠装加热元器件，使端头聚集的热量尽可能小，达到端头不发热的效果，不仅能简化端头制作工艺，更能保证加热元器件的整体性能特别是可靠性。
文档编号H05B3/56GK102361522SQ20111032164
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者唐会毅, 张立新, 王 华, 罗维凡, 陈洁, 鞠华 申请人:重庆仪表材料研究所