Conception de processus et tests de performances d'un nouveau type de tube chauffant infrarouge en fibre de carbone

En raison de ses excellentes propriétés telles qu'un chauffage et un refroidissement rapides, une faible hystérésis thermique, un chauffage uniforme et une longue distance de rayonnement thermique, les éléments chauffants en fibre de carbone se sont développés rapidement et ont été largement utilisés dans divers domaines. Dans le domaine de la recherche sur les éléments chauffants en fibre de carbone, de nouveaux tubes chauffants infrarouges lointains en fibre de carbone ont été développés. Ce nouveau type de tube chauffant utilise de la fibre de carbone flexible comme élément chauffant, ce qui présente les avantages d'une efficacité de conversion thermique élevée et d'une longue durée de vie. Il a été largement utilisé dans les appareils électroménagers et les équipements médicaux. Cet article présente principalement la structure, le processus de production, la technologie et les méthodes d'inspection du tube chauffant en fibre de carbone nouvellement développé, et teste et étudie l'effet thermique du produit.

1. Structure de Tube chauffant en fibre de carbone

Le tube extérieur du tube chauffant en fibre de carbone est principalement constitué de quartz comme matière première, et son corps chauffant en spirale est principalement une structure creuse. Le matériau principal est la fibre de carbone, qui est formée en tordant de longs filaments et en les enroulant selon un certain processus. Il sert d'élément chauffant central du tube chauffant en fibre de carbone. Le corps principal du nouveau tube chauffant en fibre de carbone est le nouveau fil en fibre de carbone, qui adopte une forme d'emballage spéciale aux deux extrémités. Le matériau du fil en fibre de carbone est une feuille de molybdène et des fils sont installés aux deux extrémités du chauffe-arbre de brasage au carbone. Le corps du tube chauffant en fibre de carbone est un tube transparent et ses paramètres de réglage électrique sont 220 V-240 V, 2000 W. Le fil de connexion adopte UL3122, noyau de branche 50 ~ 52, fil de fibre de verre résistant aux hautes températures 300 V-500 V 200 ℃. Les électrodes aux deux extrémités sont composées de molybdène métallique insoluble à point de fusion élevé blanc argenté, de feuilles et de tiges de molybdène, de bornes de câblage, etc.

2. Processus de production et de fabrication du tube chauffant en fibre de carbone

Le processus de production de tubes chauffants en fibre de carbone comprend principalement les étapes suivantes :
(1) En fonction du diamètre et de la longueur du produit, sélectionnez les tubes intérieur et extérieur avec le diamètre sélectionné pour couper les tubes intérieur et extérieur.

(2) Choisissez la taille, l’épaisseur et d’autres spécifications pour le tissage, déterminez une quantité d’alimentation raisonnable et procédez au tissage.

(3) Sélectionnez les spécifications d'enroulement du fil, mesurez la résistance, déterminez la puissance, mesurez la longueur du fil pour l'enroulement du fil.

(4) Ajustez la machine de façonnage, déterminez la tension de façonnage et effectuez le traitement de façonnage.

(5) Sélectionnez les électrodes appropriées et effectuez le soudage par points.

(6) Effectuez l'étanchéité sous pression et l'échappement, en faisant attention s'il y a une distorsion de la tige de molybdène, une fuite de pression ou une fuite de pression.

(7) Effectuer des tests de maturité, un échantillonnage de puissance et un échantillonnage de durée de vie.

(8) Imprimez et collez des points, des lignes et des pièces en céramique.

(9) Inspection du produit fini, confirmez à nouveau la tension, la puissance, la longueur et inspectez les filetages internes.

Exigences techniques et méthodes d'inspection pour les tubes chauffants en fibre de carbone

3.1 Exigences techniques pour l'inspection des Tubes chauffants en fibre de carbone

Une fois la production de tubes chauffants en fibre de carbone terminée, ils doivent être inspectés conformément aux exigences techniques pour garantir la sécurité des tubes chauffants en fibre de carbone. Les exigences techniques d'inspection comprennent principalement le contenu suivant.
(1) Éléments d'inspection d'apparence :

① La surface du nouveau tube d'air chauffant en fibre de carbone doit avoir un maximum de 4 points noirs propres et contaminés, qui doivent être inférieurs à 0,5 mm. La longueur de chaque trajet d'air sur la surface du tube ne doit pas dépasser 5 mm.

② La forme du tube chauffant en fibre de carbone est correcte et la surface extérieure du tube ne peut pas se déformer, se tordre ou avoir une épaisseur inégale, ce qui n'est pas conforme à la gestion nationale de l'apparence de sécurité. La tension et la puissance sont conformes à la réglementation Si il n'y a pas de rayures évidentes sur la surface du tube de quartz et il y a une légère brume blanche aux deux extrémités de l'orifice d'échappement, il peut être rétracté. La connexion du manchon en silicone est ferme et il n'y a aucune adhérence entre le manchon en silicone et les pièces non liées. La connexion du câble est sûre et sécurisée, avec la fibre de carbone positionnée au centre.

(2) Inspection de la taille : le diamètre du tube de lampe en fibre de carbone doit être compris entre ± 0,05 mm de la taille de conception, la longueur doit être inférieure à ± 1 mm de la taille de conception et la longueur du fil conducteur doit être inférieure à ± 5 mm de la taille du dessin. Effectuer une inspection de l'assemblage.

(3) Détection de puissance : allumez le tube en fibre de carbone à sa tension nominale et testez sa puissance avec un wattmètre, qui doit être comprise entre 3 % et -7 % de sa puissance nominale.

(4) Détection de luminosité : lorsque le tube en fibre de carbone est allumé, la luminosité des deux tubes est proche et l'élément chauffant doit émettre de la lumière uniformément sans différences significatives. La luminosité d'un seul tube en fibre de carbone doit être uniforme et il ne doit y avoir aucune tache sombre ou tache lumineuse anormale dans la zone locale.

(5) Tests de durée de vie : après certaines inspections, le nouveau tube chauffant en fibre de carbone devrait avoir une durée de vie de plus de 6 000 heures dans des conditions de fonctionnement normales (tension nominale et courant nominal).

(6) Détection d'impact : lorsque la tension est de 1,3 fois la tension nominale et que l'alimentation est instantanément activée, les phénomènes anormaux suivants ne se produisent pas :
① Il ne doit y avoir aucune étincelle au point de soudage par points en molybdène situé sur le tube de la lampe.

② Le tube de la lampe fonctionne en continu pendant 6 heures et subit des contrôles ponctuels à AC1,3 fois la tension nominale sans aucun fil cassé ni noircissement.

(7) Tests de performances :
① La lampe ne doit présenter aucune impureté, décoloration, oxydation des tiges de nickel ou de molybdène, fissuration du joint sous pression ou autres phénomènes.

② La feuille de molybdène ne doit présenter aucun phénomène de rupture ou de croissance de fissures, et le plan du trou de traitement de l'élément chauffant doit être cohérent avec la conception du plan de la buse d'échappement. La distance entre la feuille de molybdène à l'intérieur de la plaque d'étanchéité et l'orifice d'étanchéité doit être supérieure à 1,0 mm (port extérieur) Le fil doit être fermement connecté au tube de la lampe et le fil ne doit pas se desserrer lorsqu'il est soumis à une force de traction de 25 N. Les plaques d'étanchéité sous pression aux deux extrémités du tube de la lampe ne sont pas faciles à briser et peuvent résister à une force de 10 N dans les deux sens La hauteur de la buse d'échappement sur le tube de la lampe ne doit pas dépasser 4 mm Les fils sur le tube de la lampe sont configurés avec des fils appropriés en fonction de la tension et de la puissance Utiliser un détecteur d'étincelles sous vide pour détecter qu'il n'y a pas d'air fuite dans le tube de la lampe (inspection complète).

3.2 Méthodes d'inspection

Les produits de tubes chauffants en fibre de carbone fabriqués par l'usine doivent généralement être conformes à la norme nationale GB/T7287-2008 ; GB4706.1-1992, les méthodes d'inspection spécifiques font référence aux spécifications techniques pour l'inspection des tubes chauffants en fibre de carbone de Heyuan Xinda Quartz Electrical Appliance Co., Ltd.
(1) Contrôle d'apparence :
① La surface doit être plane, bien rangée et propre, sans taches, défauts, cicatrices, rouille, corrosion, dommages ou déformations ; Pic du lot ≤ 0,05. Utilisez une inspection visuelle et un pied à coulisse.

② La surface du tube de verre est lisse et exempte de rayures et de points noirs, et la surface de la tôle fixe est exempte de rouille, de saleté et de taches d'huile ; L'élément chauffant ne présente aucun phénomène d'inclinaison, la surface est plate, la couleur est uniforme et il n'y a pas de piqûres, de dommages ou de fissures. Il n'y a aucun élément divers à l'intérieur du tube de verre. Le soudage entre la tige de molybdène et la feuille de nickel commune doit être bon, sans aucun défaut de soudage tel qu'un soudage virtuel, un faux soudage ou un soudage manqué.

(2) Contrôle dimensionnel : Les dimensions répondent aux exigences du dessin. Utilisez un pied à coulisse et des micromètres.

(3) Inspection d'identification : les composants doivent porter le fabricant ou la marque déposée, les spécifications du modèle, la tension nominale, la puissance, la section transversale nominale du fil et les marquages ​​du numéro de fil. L'identification doit être claire et facile à lire. Utilisez un chiffon en coton imbibé d'essence pour frotter d'avant en arrière pendant 15 secondes, puis utilisez un chiffon en coton imbibé d'eau pour frotter d'avant en arrière pendant 15 secondes. L'identification doit être claire et facile à lire. Effectuer une inspection visuelle et un essuyage.

(4) Inspection structurelle :
① La tête magnétique ne doit pas être inclinée ou desserrée, et l'électrode au niveau du joint externe du produit ne doit pas être inclinée ou cassée.

② La connexion entre le câble de connexion externe et le tube chauffant doit être tirée verticalement avec une tension de 30 N, et le câble ne doit pas être cassé ou le manchon ne doit pas être desserré. Le fil de connexion externe et le raccord du tube chauffant doivent être secoués à gauche et à droite 30 fois (à un angle de 45 degrés, 5 N, 30 fois/minute, avec la position d'agitation à environ 10 centimètres de la tête en céramique), et le fil ne doit pas être déconnecté.

(5) Inspection de la luminosité et de la température de couleur de l'élément chauffant : pendant que le produit fonctionne normalement, l'élément chauffant central peut être légèrement plus sombre et l'effet thermique de l'élément chauffant central doit être cohérent, c'est-à-dire après la mise sous tension, inspectez visuellement et décrivez que l'élément chauffant interne est complètement rouge. La température de couleur de l'élément chauffant doit atteindre une température de couleur inférieure à 1600K. Après la mise sous tension, inspectez visuellement et utilisez un chronomètre et un colorimètre.

(6) Qualité de l'emballage : Le produit doit être inspecté à l'aide d'un détecteur de vide. Après extraction sous vide, si l’étanchéité est bonne et qu’il n’y a pas de fuite de gaz, le produit est qualifié.

(7) Puissance nominale et résistance électrique : à l'aide d'un instrument de mesure des paramètres électriques, testez l'état de fonctionnement de la tension nominale et assurez-vous que l'écart de puissance est compris entre -8 % et 4 %. Fixez l'électrode entre l'électrode et le boîtier du tube chauffant, et fixez l'électrode entre les tôles. Appliquez 1800 V/5 mA/1 min entre la broche et le tube de la lampe sans panne.

(8) Température de scellage du tube de verre : Fonctionner jusqu'à un état de développement stable à 1,15 fois la tension de sortie nominale, avec une température de ≤ 250 ℃ aux deux extrémités du tube de verre et de la zone de scellage (20 ℃ ± 5 ℃ pour différentes températures ambiantes). températures).

(9) Résistance mécanique de la goupille : appliquez une force de traction fixe (50 N) dans la direction de la goupille à l'aide d'un testeur de traction, et en 1 minute, il ne devrait y avoir aucun jeu ni fissure dans le corps de la goupille.

(10) Test de chute : Une fois le produit érigé normalement, relâchez-le et laissez-le tomber librement sur une planche de bois dur de 20 mm. Si le produit n’est pas endommagé, il est qualifié. Utilisez un instrument de mesure des paramètres électriques pour banc d'essai de chute.

(11) Tests à haute et basse température : Sous la tension nominale spécifiée de 1,25, le produit est allumé en continu pendant 10 minutes et placé dans l'eau à 10 ℃. Le produit ne doit présenter aucune circonstance particulière, puis placé en continu dans un environnement à température constante (-20 ℃) ​​pendant 5 heures. Le tube chauffant est observé et aucune réaction anormale n'est autorisée.

(12) Test de courant de fuite et de résistance d'isolation normale : lorsque le tube chauffant fonctionne de manière stable à la tension nominale (1,06 fois), le courant de fuite admissible de la coque est inférieur ou égal à 0,25 mA. La résistance entre les deux électrodes à résistance du nouveau tube chauffant en fibre de carbone et les feuilles de molybdène aux deux extrémités du tube chauffant central doit être supérieure ou égale à 20 M Ω. Utilisez un testeur de courant de fuite et un testeur de résistance d'isolement pour les tests.

(13) Test de durée de vie rapide équivalent : effectuez des tests à l'aide de testeurs de paramètres électriques, d'alimentations à fréquence variable, etc., et travaillez en continu pendant 36 heures à la tension nominale (1,35 fois) ; Une fois le test terminé, il peut y avoir des traces de brouillard comme des objets à l'extrémité du tube chauffant, et aucune autre réaction anormale n'est autorisée ; Et la puissance du tube chauffant une fois l'expérience terminée ne peut pas dépasser ± 3 % de la puissance réelle.

4. Test d'efficacité thermique de Tube chauffant en fibre de carbone

Le test d'efficacité thermique du tube chauffant en fibre de carbone est effectué dans la pièce, comme le montre la figure 3. Après avoir allumé le tube chauffant électrique et commencé à fonctionner, effectuez des contrôles de température au centre de la pièce, au centre du mur et les quatre coins de la pièce pour tester l'impact de l'utilisation de produits de tubes chauffants en fibre de carbone sur la température ambiante environnante.

Le tube chauffant en fibre de carbone nouvellement développé présente des pertes minimes pendant la conduction thermique et améliore considérablement l'efficacité de la conversion thermique, économisant 15 à 30 % d'énergie par rapport aux autres tubes chauffants en nickel-chrome et tungstène-molybdène. Il a également une longue durée de vie et de meilleures performances environnementales, et sera largement utilisé dans le domaine du chauffage à l'avenir.