一种快速响应钨铼热电偶焊接方法与流程

本发明属于焊接技术领域，涉及一种热电偶的焊接方法，特别是一种快速响应钨铼热电偶的焊接方法。

背景技术：

钨铼热电偶具有测量温度高、热稳定好、价格便宜等优点，部分取代了铂、铑等贵金属的热电偶制作材料，成为了一种重要的测温元件，广泛应用于冶金建材、航空、航天、核能、兵器等行业，特别是其材料的高强度、高硬度的特点，能够耐受爆炸场瞬态冲击波压力的作用，在温压炸药爆炸热效应测试中得到应用，能够满足了温压弹药爆炸场高温效应的测量。

目前，对于热电偶的制作，通常采用电弧放电的焊接方法，如中国专利zl201310120888.1，一种热电偶的焊接方法及其装置，是以水银和机油作为导电材料，通过热电偶待焊点与水银表面的瞬时短路产生的电弧高温焊接热电偶偶结，这种焊接方法用于焊接难溶钨铼热电偶时，存在如下的缺点：一是焊接成偶的偶结不牢固，并且焊接中经常出现一个偶丝被熔断，而另一根没熔化的现象，二是由于水银的汽化温度较低，在常温状态下可以挥发，在电弧放电焊接过程中，产生的高温进一步增大了水银的挥发强度，水银气体被人体吸收将产生中毒现象，损害操作者身体健康。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种快速响应钨铼热电偶的焊接方法，该方法以镓合金为导电介质，通过调整热电偶放电电路的电阻，控制偶丝的放电电流，从而提高热电偶的成偶率，提高偶结焊接质量，并且在焊接过程中无有毒、有害气体产生，保障了操作人员的身体健康。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种快速响应钨铼热电偶焊接方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，导电介质的熔化：

选择熔点为65℃左右的镓合金作为导电介质，采用水浴法，将固态镓合金材料熔化，留待焊接时使用。

步骤二，钨铼热电偶偶丝的对接：

取一个装配好的热电偶半成品，确定偶丝伸出壳体端面的长度后，将两根裸露热偶丝端部弯曲，使端头对接，形成圆拱形的对接形状。

步骤三，焊接装置线路的连接：

按照图1所示电路连接各组成部件。将电极板放入盛装液态导电介质的玻璃器皿中，控制开关通过导线将220v电源与交流变压器的输入端连接；交流变压器的一个输出端，通过导线连接电极板，另一接线端子一方面通过导线与热电偶信号输出线号线的正极端连接，另一方面通过导线连接变阻器、热电偶信号输出信号线的负极端。

步骤四，调整钨铼热电偶放电电路电阻，并达到相等：

测量从交流变压器一输出端到热电偶输出信号正极线联接的热电偶偶丝端部的电阻，测量该输出端经过变阻器到热电偶输出线负极线连接的热电偶偶丝端部的电阻，比较测量电阻值结果，当不相等时，调整变阻器的电阻，直到两条线路的电阻相等为止。

步骤五，装配并固定钨铼热电偶：

将热电偶偶丝端部向下，用夹具固定到支座上。在热电偶的下方放置盛放导电介质液体的玻璃器皿。调整夹具，使热电偶丝对接点靠近导电介质的液面。

步骤六，钨铼热电偶的焊接：

调整交流变压器输出电压，达到要求后，按压控制开关后快速释放，在热偶丝对接点与镓合金表面之间产生放电高温，热电偶对接点熔化成偶。

本发明的有益效益如下：

(1)该焊接方法中通过调整热电偶放电线路的电阻，使通过两根偶丝端部的放电电流相等，从而在电弧放电高温作用下，两根偶丝对接端均融化成偶，形成了体积小、结构牢固的偶结，避免出现偶丝在放电过程中一根偶丝被加热熔化，甚至被熔断，而另一根热偶丝没有融化的现象，提高了热电偶的成品率，大大节省人力、物力和时间，节省制作成本；

(2)该焊接方法中以镓合金作为导电介质，镓合金材料不但导热、导电性能优良，焊接的钨铼热电偶偶结牢固，并且其低熔点、高沸点，在电弧放电加热过程，偶结中几乎不存在导电介质，偶结材料的纯度高，确保了钨铼热电偶的测量精度；

(3)该焊接方法中不产生有毒有害气体，与常用的汞导电介质比较，不伤害操作人员的身体健康；

(4)该焊接方法简单，操作、实施方便。

附图说明

图1是本发明的焊接电路示意图。

图2是该焊接方法焊接的钨铼热电偶测量的爆炸火球温度曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述。

参见图1所示的焊接电路图，按照上述技术方案，本发明给出的一种快速响应钨铼热电偶焊接方法，包括如下步骤：

步骤一，导电介质8的熔化：

将盛放导电介质8的玻璃器皿7放入装有开水的敞口容器中，待导电介质8完全溶化后，取出备用。

导电介质8选择熔点为65℃左右的镓合金材料，镓是熔点30℃、沸点2400℃的低熔点高沸点的金属，与铟、铊、锡、铋、锌等可形成熔点在3℃-100℃范围的金属合金材料，选择熔点为65℃左右的镓合金材料，常温下是固体形态，方便存放，并且在电弧放电产生的高温作用下，在偶丝对接端融化成偶，没有镓合金材料结合到偶结中，确保了偶结材料的纯度，保障了钨铼热电偶的测量精度。同时，也是最重要的是在电弧放电焊接过程中，镓合金不产生有毒、有害气体，代替常温状态下易于挥发的汞导电材料，避免焊接过程中由于汞的挥发造成的人体中毒等伤害事件。

步骤二，钨铼热电偶4偶丝的对接：

取一个半成品钨铼热电偶4，测量并确定偶丝伸出壳体端面的长度，然后，将两根裸露热偶丝端部弯曲，使端头对接，形成圆拱形的对接形状。

对于偶丝直径为(0.1～0.2)mm的钨铼热电偶丝，偶丝长度大约10mm。该长度的偶丝结构强度高，在10mpa瞬态冲击波超压作用下不易损坏，并且该长度的热电偶安装于测量平面时，偶结超出了测量平面附近(1-3)mm范围的空气平流层，使偶结充分与环境中的高温爆炸气体接触，确保准确测量爆炸气体温度。如果钨铼热电偶4偶丝直径大于0.2mm，偶丝长度可以适当加长。

热电偶偶丝采用圆拱型的对接方式，在焊接中易于形成体积较小的热电偶偶结，比偶丝铰接方式下的形成的偶结体积小，热惯性小，能够实现热电偶快速响应的要求，能够满足爆炸场爆炸热效应的测量。对于偶丝直径为(0.1～0.2)mm的钨铼热电偶丝，该方式焊接热电偶的响应时间小于2ms(水浴测量法)。

步骤三，焊接线路的连接：

将电极板9放入盛装导电介质8的玻璃器皿7中，按照图1所示电路连接各组成部件：将电极板9放入盛装液态导电介质的玻璃器皿7中，控制开关1通过导线将220v电源与变压器2的输入端连接；变压器的一个输出端通过导线连接电极板9，另一接线端子一方面通过导线连接热电偶信号输出线4-1的正极端连接，另一方面通过导线连接变阻器3、热电偶信号输出信号线4-1的负极端。

步骤四，调整热电偶放电电路电阻，并达到相等：

测量从变压器2一输出端到热电偶信号输出线4-1正极端联接的热偶丝端部的电阻，测量该输出端经过变阻器到热电偶信号输出线4-1负极线连接的热偶丝端部的电阻，比较电阻值，当阻值不相等时，调整变阻器3的电阻，直到两条线路的电阻相等为止。

对于以低噪声电缆为信号输出线的热电偶，其输出信号线的正负极导线的电阻不相等，导线越长差异越大。当焊接热电偶时，由于两根偶丝放电线路的电阻不相等，通过热电偶两根偶丝对接点的电流不同，电弧放电释放的热量也不同，放电电流越大，偶丝端点放热量越多，偶丝端头就能够被熔化；放电电流越小，偶丝端头放热量也越少，偶丝端头可能不能熔化，可能出现不成偶，或一根被熔断另一根没熔化的现象，因此，在热电偶的放电电路中设置了变阻器3，通过调整变阻器3接入电路的电阻，使热电偶信号输出线负极与正极的放电线路电阻相等。

对于直径φ0.2mm的5\26钨铼热偶丝，热电偶信号输出线4-1为长度5m的低噪声电缆时，变阻器3接入电路的电阻值为2.9ω。

步骤五，装配并固定钨铼热电偶4：

将钨铼热电偶4有偶丝的一端向下，用夹具6固定到支座5上。在钨铼热电偶4对接点的下方放置盛放导电介质8的玻璃器皿7，调整夹具6高度，使钨铼热电偶4偶丝对接点靠近导电介质8液体表面0.5mm。

步骤六，钨铼热电偶4的焊接：

调整变压器4输出电压，达到要求后，按压控制开关1后快速释放，在热偶丝对接点与导电体液面间产生高温电弧，释放热量使热电偶对接点熔化成偶。

交流变压器2的输出电压与钨铼热电偶的偶丝直径有关，对于直径为0.1mm的钨铼丝，输出电压约等于24v。

申请人采用本发明方法，焊接了偶丝直径为0.2mm的钨铼热电偶，应用该热电偶在爆炸罐内测量了2kg某温压药爆炸热，取得的热电偶响应温度曲线如图2所示，响应温度峰值为1980℃，也测量了2kgtnt装药爆炸热，热电偶的响应温度峰值为950℃。该试验数据为温压炸药的爆炸热效应评估提供了支撑数据。