電熱管制造工藝自動(dòng)化控制與檢測(cè)技術(shù)

蔣萍萍

JIANG Ping-ping

（江西生物科技職業(yè)學(xué)院，南昌 330200）

0 引言

電熱管是日常電熱器中一種極為常見的發(fā)熱元件，主要適用于諸如電飯鍋、電熱水器、電水壺以及電火鍋等家用電熱電器[1]。電熱管質(zhì)量的好壞以及穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品的使用期限以及用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全具有直接性影響，為確保電熱管的安全性及穩(wěn)定性，需要采用良好的制造控制工藝及檢測(cè)技術(shù)[2]。

1 基于PLC的電熱管制造工藝自動(dòng)化控制與檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)架

本文構(gòu)建的基于單片機(jī)與PC通信的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

如圖1所示，被控對(duì)象通過傳感器的作用，采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換以及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換之后，向單片機(jī)發(fā)送，單片機(jī)端可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集的情況以及預(yù)先設(shè)置的程序，經(jīng)過繼電器向被控制對(duì)象進(jìn)行具體的操作，同時(shí)也可以通過電平轉(zhuǎn)換芯片向PC機(jī)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。PC機(jī)可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，也可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)來完善控制算法，然后經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片發(fā)送控制信號(hào)，遠(yuǎn)程控制被控對(duì)象。該系統(tǒng)能夠基于電熱管制造工藝，將電熱管制造過程中的各個(gè)步驟中的參數(shù)預(yù)存，然后根據(jù)每一個(gè)工藝步驟安裝的傳感器，將數(shù)據(jù)實(shí)施傳遞到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)具體的工序發(fā)布操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電熱管制造的自動(dòng)化。

2 電熱管制造工藝流程

電熱管工藝流程大致為：繞制電阻絲、切割金屬管、磁選氧化鎂、灌裝氧化鎂、縮管、退火、彎管、焊接、封口、表面處理、測(cè)試以及入庫[3]。

具體來講，在繞制電熱絲環(huán)節(jié)，在具體的操作工藝方面，繞制電熱絲的工藝和彈簧的制造工藝之間并沒有明顯區(qū)別。繞制電熱絲需要借助專業(yè)繞制機(jī)，繞制機(jī)又有電動(dòng)式繞制機(jī)以及自動(dòng)式繞制機(jī)之分；判斷電熱絲繞制效果好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)就是看排列是否整齊、均勻；按照電熱管的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)睦炀€圈間距，將引出棒擰入到電熱絲中，之后再借助電阻表對(duì)電阻值進(jìn)行測(cè)定，以最終的測(cè)定結(jié)果為主要依據(jù)來對(duì)擰進(jìn)的長(zhǎng)度作出判定；在切割金屬管環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范將事先備好的管子架到切管機(jī)上，并進(jìn)行調(diào)試，之后進(jìn)行切割，將兩邊毛刺去掉；之后還要在將金屬管外表油脂清除干凈之后將其置入到濃度為10%的硝酸溶液中，一邊徹底清除金屬管內(nèi)壁及外表的氧化物，經(jīng)過上述處理程序之后再用清水進(jìn)行徹底清洗并烘干；氧化鎂磁選及加熱環(huán)節(jié)，只有利用磁鐵機(jī)對(duì)氧化鎂進(jìn)行除鐵處理之后才能加以利用。在對(duì)氧化鎂進(jìn)行灌裝之前要將其置入烘干機(jī)中進(jìn)行干燥處理，烘箱的溫度要設(shè)定在125℃，時(shí)間為3小時(shí)；灌裝，設(shè)定電動(dòng)灌裝機(jī)的震動(dòng)頻率為每分鐘300次，在定位套管中裝好螺旋電熱絲，并且要用硬膠管將下端引出棒套住，之后將套管擰入發(fā)熱管中，再對(duì)電熱絲上部進(jìn)行固定之后開啟電動(dòng)灌裝機(jī)，通過灌裝機(jī)的震動(dòng)，氧化鎂會(huì)通過漏斗進(jìn)入到管中，之后將定位管勻速提起，并在此過程中進(jìn)行鎂粉的灌裝，在將鎂粉灌裝完畢之后將兩邊用橡皮套塞住，并利用耐壓測(cè)試儀進(jìn)行擊穿檢測(cè)，如果檢測(cè)負(fù)荷相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)便可以進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的處理；縮管，在專業(yè)縮管機(jī)中安裝電熱管，經(jīng)過縮管處理，可以徹底排清殘存的少量空氣，促進(jìn)密度的提升。密度的最佳值為3.5克/cm3，通常都需要進(jìn)行三到五次的縮管處理，確保鎂粉的填充度達(dá)到3.0!3.5克/cm3的前提下，利用相應(yīng)的耐電壓儀器加以檢測(cè)，檢測(cè)合格便可以進(jìn)入到下一環(huán)節(jié)；退火，也就是通常所說的熱處理，具體操作就是在將烘箱溫度設(shè)定為550℃，之后將電熱管置入其中進(jìn)行熱處理，經(jīng)過一定時(shí)間的熱處理之后可以將殘存的內(nèi)應(yīng)力徹底消除，不僅如此，還可以對(duì)殘存水分進(jìn)行退潮，進(jìn)而將鎂砂中的水分去除掉；彎管，熱處理完畢之后，需要立即對(duì)電熱管進(jìn)行彎管處理。根據(jù)電熱管的具體的用途，最終的彎制形狀也有所區(qū)別，通常情況下，彎管處理工藝主要有專業(yè)彎管機(jī)以及手工兩種。需要提醒的是，要控制好彎曲的半徑，最低不能低于管子的四倍，經(jīng)過彎曲處理之后，需要對(duì)管子的外表進(jìn)行檢查，看是否存在裂縫，之后利用每秒鐘2000伏的耐壓測(cè)試儀加以測(cè)試，檢測(cè)合格便可以進(jìn)入到下一環(huán)節(jié)；焊接，在進(jìn)行焊接處理的時(shí)候，需要將電熱管鎂砂端口利用小環(huán)套套住，在設(shè)定好電流和電壓之后再進(jìn)行點(diǎn)焊，并且要注意動(dòng)作要快，避免電流雜質(zhì)混入到鎂砂中；封口，通常情況下，環(huán)氧樹脂材料是封口材料的最佳選擇，現(xiàn)在電熱管端口諸如已經(jīng)配置好的樹脂材料，等待其干透凝固之后，用704硅膠進(jìn)行封口處理，通常情況下，在常溫環(huán)境中704硅膠封口可以自行干燥，同時(shí)還能確保達(dá)到較好的絕緣效果；最后，對(duì)電熱管的外表面進(jìn)行處理，主要目的是避免金屬管內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕或氧化現(xiàn)象，一般情況下金屬管的外表需要進(jìn)行鍍鉻、鍍銅或者是鍍鋅等處理，只有不銹鋼材質(zhì)無需進(jìn)行上述處理，在對(duì)電熱管的外表進(jìn)行相應(yīng)處理之后，還需要用1800V/3秒的耐壓測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)。

3 電熱管檢測(cè)技術(shù)

以機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《日用管狀電熱元件JB/T4088—1999》以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《家用和類似用途電器安全第一部分：通用要求GB4706.1—2005》中的相關(guān)規(guī)定為主要依據(jù)，嚴(yán)格按照GB2828標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電熱管進(jìn)行抽樣檢測(cè)檢驗(yàn)，具體的檢測(cè)項(xiàng)目主要有以下五項(xiàng)，分別是電氣強(qiáng)度、泄露電流、功率、外觀以及標(biāo)志等，相應(yīng)的檢測(cè)指標(biāo)為：電氣強(qiáng)度要達(dá)到1250V或者是不擊穿；泄露電流要低于0.5mA，功率不得低于10%或者是超出5%，外表不能出現(xiàn)裂紋，并且具備永久性標(biāo)志。

第一，檢測(cè)分析，對(duì)于電熱管而言，所采用的生產(chǎn)工藝和檢測(cè)技術(shù)之間具有極為密切的聯(lián)系。依照之前所采取的電熱管制造工藝，都是在產(chǎn)品制作完成之后在進(jìn)行檢測(cè)，最新的制造工藝對(duì)此進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，在每項(xiàng)制造環(huán)節(jié)中均引入了相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)，這樣做的最主要的目的就是確保可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，為確保產(chǎn)品合格率提供有力保障，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的有效控制，保障最終產(chǎn)品的質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際使用過程中穩(wěn)定可靠；第二，檢測(cè)儀器的選擇，首先，在對(duì)電熱管產(chǎn)品進(jìn)行電氣強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，必須選擇0!5KV的耐壓測(cè)試儀；其次，在進(jìn)行電流泄露檢測(cè)時(shí)，所選擇的必須是可調(diào)壓式的漏電流儀；最后，在進(jìn)行功率檢測(cè)時(shí)，所選擇的電量檢測(cè)儀必須是1!6KW規(guī)格；第三，對(duì)電熱管成品的檢測(cè)，首先，電氣強(qiáng)度測(cè)試，在1250V/分鐘的電壓環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果未擊穿的產(chǎn)品可以認(rèn)定為質(zhì)量合格產(chǎn)品，此外還可以采取等效方法，在1800V/秒環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，同樣以不擊穿為產(chǎn)品質(zhì)量合格的標(biāo)準(zhǔn)。采取這種電氣強(qiáng)度檢測(cè)方法，遇到電熱絲與金屬管的中心相偏離的情況、爬電距離與電氣間隙小于兩毫米的情況或者是材料質(zhì)量較差的情況均可以被及時(shí)檢測(cè)出來；泄露電流檢測(cè)，首先需要將調(diào)壓器電壓設(shè)定為236V，同時(shí)將泄露電流控制在0.5mA以下，檢測(cè)時(shí)間設(shè)定為5秒，按照檢測(cè)方法的要求將待檢測(cè)器具接入到泄露電流儀之后開啟儀器開關(guān)，如果數(shù)據(jù)保持在極限范圍內(nèi)可以認(rèn)定為產(chǎn)品達(dá)標(biāo)氧化鎂材料的質(zhì)量可以通過氧化鎂含鐵機(jī)器雜質(zhì)等通過泄露電流儀的檢測(cè)予以反映；功率測(cè)試，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，所允許的額定功率偏差為額定值的+5%!-10%。在電源接通并且處于正常額定電壓的情況下，首先將功率輸入并進(jìn)行調(diào)整，在電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)的前提下讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)輸入功率是否符合標(biāo)準(zhǔn)作出判定。在工藝方面，功率變化主要是受縮管次數(shù)以及氧化鎂密度等相關(guān)因素的影響，因此，在對(duì)功率進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)工藝、密度以及電熱絲材料等進(jìn)行全面的考慮；在外觀方面，首先進(jìn)行目測(cè)[4]，對(duì)管子的外表面進(jìn)行觀察，看其是否光滑、具備均勻的光澤，是否有裂縫或者是不平整等問題，除此之外，還必須具備諸如廠家標(biāo)識(shí)、具體的產(chǎn)品型號(hào)、功率以及水壓等永久性標(biāo)志；最后，在關(guān)于成品的檢測(cè)方法，首先將電熱管置入水中，并保持接線端外露，將引出的電源線連接好并接通電源，當(dāng)水溫達(dá)到一百攝氏度的情況喜愛開展耐壓、泄露測(cè)試、按地電阻以及外觀等相關(guān)測(cè)試，除此之外，還可以利用快速檢測(cè)法對(duì)耐壓進(jìn)行檢測(cè)，但需要對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，使其保持在測(cè)試電壓的30%以上，對(duì)于一般的電熱管檢測(cè)所需時(shí)間約是3秒鐘[5]。

電熱絲、金屬管封以及氧化鎂等材料是構(gòu)成電熱管的主要材料，其質(zhì)量的好壞對(duì)電熱管的質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。首先，對(duì)于電熱絲而言，在實(shí)踐中應(yīng)用較為廣泛的主要是鎳銘絲以及鐵絡(luò)絲等合金材料，一般情況下，在表面溫度不超過七百攝氏度的情況下，常選擇鐵絡(luò)絲，而工作溫度超過八百攝氏度的情況下，就需要選擇鎳洛合金絲，之所以這樣，主要是考慮到內(nèi)部填充的氧化鎂在不同的工作溫度下所出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)也有所區(qū)別，會(huì)直接影響到絕緣性能，而絕緣性能的改變優(yōu)惠對(duì)電熱管的使用性能產(chǎn)生直接性的影響；其次，關(guān)于填充物氧化鎂，氧化鎂是一種純度較高的絕緣材料，實(shí)踐中使用較多的氧化鎂顆粒的尺寸最好控制在0.3毫米以內(nèi)，在工作溫度達(dá)到一千攝氏度的情況下，需要對(duì)氧化鎂進(jìn)行常規(guī)檢查，即觀察所購(gòu)置的氧化鎂是不是均勻，用磁鐵進(jìn)行除磁處理；關(guān)于金屬管，實(shí)踐中應(yīng)用較多的金屬管主要是鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、銅質(zhì)以及不銹鋼等材質(zhì)的金屬管，需要以加熱介子為主要依據(jù)作出具體的選擇，通常用作鑄體傳熱選擇鐵質(zhì)或者鋁制的金屬管比較適宜，其他用途選擇銅質(zhì)金屬管即可 。需要注意的是，購(gòu)置的金屬管在正式使用之前必須進(jìn)行徹底的清理，用酸將雜質(zhì)清洗干凈，這樣做主要是為了在鍵入氧化鎂砂的時(shí)候有效避免微量元素以及雜質(zhì)相混合，否則將會(huì)給絕緣性能造成極大的負(fù)面影響；最后，關(guān)于封口材料，通常在實(shí)踐中，會(huì)選擇環(huán)氧樹脂作為電熱管的封口材料，并利用704硅膠硅油進(jìn)行密封處理，作為電熱管制造過程的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，封口材料需要按照具體的使用性能為主要依據(jù)進(jìn)行選擇，一般對(duì)于液體加熱而言，選擇120℃-200℃封口材料，鑄鐵傳熱選擇250℃-450℃封口材料，軟玻璃材料主要適用于超過500℃的情況。

4 結(jié)束語

綜上所述，作為家用電熱器中一種極為常見的發(fā)熱元件，電熱管主要適用范圍為電飯鍋、電熱水器、電水壺以及電火鍋等家用電熱電器。電熱管質(zhì)量以及穩(wěn)定性直接決定著產(chǎn)品的使用期限以及用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)此需要采用良好的制造控制工藝及檢測(cè)技術(shù)。電熱管制造過程中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)為工藝控制、材料控制以及檢測(cè)控制等三大控制，每道工序都對(duì)之后的工序的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生著直接性的影響，而檢測(cè)技術(shù)控制更是對(duì)所有制造工序的產(chǎn)品質(zhì)量均具有直接性影響，是工藝控制的關(guān)鍵所在。通過基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠做好檢測(cè)技術(shù)控制，可以促進(jìn)電熱管產(chǎn)品合格率的進(jìn)一步提升，有效控制耗損，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，進(jìn)而為產(chǎn)品的使用期限以及用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全提供最有力保障。

[1]王廣寧, 莫鋒, 李凌文. 電熱管制造工藝控制與檢測(cè)技術(shù)[J]. 工業(yè)設(shè)計(jì), 2011, (06).

[2]韋哲, 程自峰, 李凱. 基于LabVIEW 7.0語言的PC機(jī)與AVR AT90系列單片機(jī)串口通信技術(shù)在體溫檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備, 2006, (11).

[3]曹預(yù)備, 周亞軍. 主從式交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2009, (09).

[4]王宏超, 吳亦鋒. CPM2AH PLC與STC89C52單片機(jī)之間的串行通信設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J]. 機(jī)電工程技術(shù), 2010, (09).

[5]劉妍, 馬艷娥, 陳思. 一種基于單片機(jī)串口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子測(cè)試, 2011, (09).