專利名稱：一種通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，屬于電熱元件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉻酸鑭電熱元件是一種非金屬電熱元件，目前種類只有粗端部型和等直徑型，粗端部型已完全被等直徑型所取代。專利號:ZL02102689.0的中國專利“超高溫電致熱陶瓷發(fā)熱體制造方法”中給出了一種鉻酸鑭電熱元件的制備方法，該方法采用整體燒結(jié)工藝來制備鉻酸鑭電熱元件，其缺點是生產(chǎn)周期長、產(chǎn)量低、成本高、產(chǎn)品單一，不適于生產(chǎn)長度在I米以上的鉻酸鑭電熱元件及異型的電熱元件，無法形成工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分段焊接工藝，可以制造任意長度的直型和異型的電熱元件、生產(chǎn)周期短、成本低、能夠形成工業(yè)化生產(chǎn)的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法。本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的:本發(fā)明的一種通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其工藝步驟為:步驟1:分別制備出鉻酸鑭電熱元件的發(fā)熱端、冷端材料的粉體；步驟2:將步驟I中獲得的發(fā)熱端、冷端材料的粉體分別進行干混混勻，將粉體與增塑劑水溶液混合經(jīng)攪拌碾壓，使增塑劑均勻分布，塑性增加，分別制成發(fā)熱端、冷端的坯料；步驟3:將步驟2中獲得的發(fā)熱端、冷端坯料分別在油壓機上預(yù)擠壓兩遍，進一步增大坯料的粘結(jié)力，并壓成所需形狀備用；步驟4:根據(jù)所需直徑規(guī)格分別將各發(fā)熱端、冷端的坯料在螺旋擠壓機或活塞擠壓機上連續(xù)擠壓出圓筒形成型坯體，按需切割長度；步驟5:將切割后的坯體在室溫靜置干燥24小時以上；步驟6:將干燥后的坯體放入窯爐中燒結(jié)出發(fā)熱端、冷端材料；步驟7:將燒成后的發(fā)熱端、冷端材料通過焊接得到所需規(guī)格的鉻酸鑭電熱元件
女口
廣叩；步驟8:清理后在元件的導(dǎo)電端涂銀便于接線。步驟I中的所述的發(fā)熱端、冷端材料的粉體是由專利號:ZL02102689.0的超高溫電致熱陶瓷發(fā)熱體制造方法制備獲得的，粉體的粒度為I ΙΟΟμ ;所述增塑劑是質(zhì)量百分比濃度為1%_10%纖維素的水溶液；所述纖維素是甲基纖維素，乙基纖維素，羧基纖維素中的一種或幾種；增塑劑的用量為1%_50% (質(zhì)量百分比)；步驟3中所述的預(yù)擠壓壓力為20_40Mpa ；步驟4中所述的擠壓成型壓力為20_80Mpa ；步驟4中所述的圓筒形成型坯體的坯壁厚為I 10毫米，坯體外徑為10 200毫米；所述步驟6的燒結(jié)氣氛為大氣或保護氣體，燒結(jié)制度為200 600°C保溫1_24小時、1000 1800°C保溫I 50小時；步驟7中所述的焊接為環(huán)縫焊接，環(huán)縫焊接方式的熱源包括電弧焊、等離子弧焊、激光焊、埋弧焊，氣焊，焊接溫度為1000 3000°C。本發(fā)明的優(yōu)點是:以鉻酸鑭材料的分段焊接工藝代替了過去專利“超高溫電致熱陶瓷發(fā)熱體制造方法”的整體燒結(jié)工藝來制備鉻酸鑭電熱元件，可實現(xiàn)鉻酸鑭電熱元件的工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，成本低；運用本發(fā)明可按需生產(chǎn)包括任意長度的直型和異型電熱元件，大大擴展了傳統(tǒng)鉻酸鑭電熱元件的使用范圍；通過本發(fā)明生產(chǎn)出的產(chǎn)品外觀好，質(zhì)量穩(wěn)定，耐腐蝕，可在室溫至1800°C范圍內(nèi)使用，壽命超過2000小時，可完全替代傳統(tǒng)陶瓷電熱元件在各類電爐中使用。


圖1為實施例1中的鉻酸鑭電熱元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例2中的鉻酸鑭電熱元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例3中的鉻酸鑭電熱元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1附圖1為等直徑型鉻酸鑭電熱元件。元件整體長度為3米，外徑25mm，壁厚5mm。其中發(fā)熱部分總長2米，是由兩段長為一米的發(fā)熱端部分焊接起來，兩段長度分別為0.5米的冷端再焊接到發(fā)熱端兩邊最終獲得附圖1的電熱元件。具體過程為根據(jù)專利“超高溫電致熱陶瓷發(fā)熱體制造方法”制取所需的鉻酸鑭熱端和冷端材料，之后將粉料和纖維素水溶液在機器中攪拌碾壓，纖維素水溶液的加入量為45%wt，濃度10%wt。將經(jīng)過攪拌碾壓的坯料在油壓機上預(yù)擠壓兩遍，將擠壓過的料壓成餅狀。考慮到燒結(jié)收縮，將螺旋擠壓機的參數(shù)調(diào)為外徑26mm，壁厚6mm，發(fā)熱端切割長度為1.05米，冷端切割長度為0.55米，將切好的毛坯在室溫下靜置24小時后放入窯爐中，燒結(jié)制度為300°C保溫4小時，1500°C保溫5小時，燒結(jié)氣氛為大氣環(huán)境，之后隨爐冷卻。先將冷卻后的兩段熱端毛坯在環(huán)縫焊接機上焊接，焊接熱源為電弧，焊接溫度3000°C，然后再將冷端焊接到熱端上，焊接溫度同上。該電熱元件在室溫至1800°C范圍內(nèi)使用，可連續(xù)使用超過2000小時。實施例2附圖2為采用本發(fā)明方法制備的“門”型電熱元件。其中發(fā)熱部分由一段長為0.6米，和兩段長為0.3米的熱端組成，外徑2mm，壁厚5mm。接線端由兩段長為0.3米，外徑和壁厚同上的冷端組成，整體元件按圖中方式焊接獲得。具體過程為根據(jù)專利“超高溫電致熱陶瓷發(fā)熱體制造方法”制取所需的鉻酸鑭熱端和冷端材料，之后將粉料和纖維素水溶液在機器中攪拌碾壓，纖維素水溶液的加入量為50%wt，濃度9%wt。將經(jīng)過攪拌碾壓的坯料在油壓機上預(yù)擠壓兩遍，將擠壓過的料壓成餅狀?？紤]到燒結(jié)收縮，將螺旋擠壓機的參數(shù)調(diào)為外徑21mm，壁厚6mm，熱端切割長度為0.35米和0.65米，冷端切割長度為0.35米，將切好的毛坯在室溫下靜置24小時后放入窯爐中，燒結(jié)制度為500°C保溫3小時，1600°C保溫5小時，燒結(jié)氣氛為大氣環(huán)境，之后隨爐冷卻。將冷卻好的熱端和冷端部分按圖在環(huán)縫焊接機上焊接，焊接熱源為等離子弧，焊接溫度3000°C，然后再將冷端焊接到熱端上，焊接溫度同上。該電熱元件在室溫至1800°C范圍內(nèi)使用，可連續(xù)使用超過2000小時。實施例3附圖3為采用本發(fā)明方法制備的“山”型電熱元件，該元件可連接三項電源使用。其中發(fā)熱部分由一段長為I米，和三段長為0.3米的熱端構(gòu)成，外徑25mm，壁厚6mm。接線端由3段長為0.3米的冷端構(gòu)成，外徑25_，壁厚6_，整體元件按圖中方式焊接獲得。具體過程為根據(jù)專利“超高溫電致熱陶瓷發(fā)熱體制造方法”制取所需的鉻酸鑭熱端和冷端材料，之后將粉料和纖維素水溶液在機器中攪拌碾壓，纖維素水溶液的加入量為40%wt，濃度12%wt。將經(jīng)過攪拌碾壓的坯料在油壓機上預(yù)擠壓兩遍，將擠壓過的料壓成餅狀?？紤]到燒結(jié)收縮，將螺旋擠壓機的參數(shù)調(diào)為外徑26mm，壁厚7mm，熱端切割長度為0.35米和1.05米，冷端切割長度為0.35米，將切好的毛坯在室溫下靜置24小時后放入窯爐中，燒結(jié)制度為200°C保溫6小時，1700°C保溫4小時，燒結(jié)氣氛為大氣環(huán)境，之后隨爐冷卻。將冷卻好的熱端和冷端部分按圖在環(huán)縫焊接機上焊接，焊接熱源為乙炔火焰，焊接溫度3000°C，然后再將冷端焊接到熱端上，焊接溫度同上。該電熱元件在室溫至1800°C范圍內(nèi)使用，可連續(xù)使用超過2000小時。
權(quán)利要求
1.一種通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:其工藝步驟為: 步驟1:分別制備出鉻酸鑭電熱元件的發(fā)熱端、冷端材料的粉體； 步驟2:將步驟I中獲得的發(fā)熱端、冷端材料的粉體分別進行干混混勻，將粉體與增塑劑水溶液混合經(jīng)攪拌碾壓，使增塑劑均勻分布，塑性增加，分別制成發(fā)熱端、冷端的坯料； 步驟3:將步驟2中獲得的發(fā)熱端、冷端坯料分別在油壓機上預(yù)擠壓兩遍，進一步增大坯料的粘結(jié)力，并壓成所需形狀備用； 步驟4:根據(jù)所需直徑規(guī)格分別將各發(fā)熱端、冷端的坯料在螺旋擠壓機或活塞擠壓機上連續(xù)擠壓出圓筒形成型坯體，按需切割長度； 步驟5:將切割后的坯體在室溫靜置干燥24小時以上； 步驟6:將干燥后的坯體放入窯爐中燒結(jié)出發(fā)熱端、冷端材料； 步驟7:將燒成后的發(fā)熱端、冷端材料通過焊接得到所需規(guī)格的鉻酸鑭電熱元件產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:步驟I中的所述的發(fā)熱端、冷端材料的粉體的粒度為I 100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:所述增塑劑是質(zhì)量百分比濃度為1%-10%纖維素的水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:所述纖維素是甲基纖維素，乙基纖維素，羧基纖維素中的一種或幾種； 增塑劑的用量為1%_50% (質(zhì)量百分比)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:步驟3中所述的預(yù)擠壓壓力為20-40Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:步驟4中所述的擠壓成型壓力為20-80Mpa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:步驟4中所述的圓筒形成型坯體的坯壁厚為I 10毫米，坯體外徑為10 200毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:所述步驟6的燒結(jié)氣氛為大氣或保護氣體，燒結(jié)制度為200 600°C保溫1-24小時、1000 1800°C保溫I 50小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是:步驟7中所述的焊接為環(huán)縫焊接，環(huán)縫焊接方式的熱源包括電弧焊、等離子弧焊、激光焊、埋弧焊，氣焊，焊接溫度為1000 3000°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過焊接制備鉻酸鑭電熱元件的方法，其特征是分別制備出鉻酸鑭電熱元件的發(fā)熱端、冷端材料的坯料，坯料經(jīng)加工、切割、燒結(jié)制備出發(fā)熱端、冷端材料，發(fā)熱端、冷端材料通過焊接得到所需規(guī)格的鉻酸鑭電熱元件產(chǎn)品。其優(yōu)點是可實現(xiàn)鉻酸鑭電熱元件的工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，成本低；運用本發(fā)明可按需生產(chǎn)包括任意長度的直型和異型電熱元件，大大擴展了傳統(tǒng)鉻酸鑭電熱元件的使用范圍；通過本發(fā)明生產(chǎn)出的產(chǎn)品外觀好，質(zhì)量穩(wěn)定，耐腐蝕，可在室溫至1800℃范圍內(nèi)使用，壽命超過2000小時，可完全替代傳統(tǒng)陶瓷電熱元件在各類電爐中使用。
文檔編號H05B3/10GK103152847SQ20131006334
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者李德輝, 白洋, 王峰, 成宇, 孫良成 申請人:包頭稀土研究院