Projeto de processo e teste de desempenho de um novo tipo de tubo de aquecimento infravermelho de fibra de carbono

Devido às suas excelentes propriedades, como aquecimento e resfriamento rápidos, pequena histerese de calor, aquecimento uniforme e radiação de calor de longa distância, os elementos de aquecimento de fibra de carbono desenvolveram-se rapidamente e têm sido amplamente utilizados em vários campos. No campo da pesquisa de elementos de aquecimento de fibra de carbono, foram desenvolvidos novos tubos de aquecimento de infravermelho distante de fibra de carbono práticos. Este novo tipo de tubo de aquecimento utiliza fibra de carbono flexível como elemento de aquecimento, que tem as vantagens de alta eficiência de conversão térmica e longa vida útil. Tem sido amplamente utilizado em eletrodomésticos e equipamentos médicos. Este artigo apresenta principalmente a estrutura, o processo de produção, a tecnologia de inspeção e os métodos do tubo de aquecimento de fibra de carbono recém-desenvolvido e testa e estuda o efeito térmico do produto.

1. Estrutura de Tubo de aquecimento de fibra de carbono

O tubo externo do tubo de aquecimento de fibra de carbono é feito principalmente de quartzo como matéria-prima, e seu corpo de aquecimento em espiral é principalmente uma estrutura oca. O material principal é a fibra de carbono, que é formada pela torção de longos filamentos e enrolamento através de um determinado processo. Ele serve como elemento de aquecimento central do tubo de aquecimento de fibra de carbono. O corpo principal do novo tubo de aquecimento de fibra de carbono é o novo fio de fibra de carbono, que adota uma forma especial de envolvimento em ambas as extremidades. O material do fio de fibra de carbono é uma folha de molibdênio e há fios instalados em ambas as extremidades do aquecedor de árvore de brasagem de carbono. O corpo do tubo de aquecimento de fibra de carbono é um tubo transparente e seus parâmetros de configuração elétrica são 220V-240V, 2.000W. O fio condutor adota UL3122, núcleo de ramificação 50 ~ 52, fio de fibra de vidro resistente a altas temperaturas 300V-500V 200 ℃. Os eletrodos em ambas as extremidades são compostos de molibdênio metálico insolúvel branco prateado de alto ponto de fusão, folhas e hastes de molibdênio, terminais de fiação, etc.

2. Processo de produção e fabricação de tubo de aquecimento de fibra de carbono

O processo de produção de tubos de aquecimento de fibra de carbono inclui principalmente as seguintes etapas:
(1) Com base no diâmetro e comprimento do produto, selecione os tubos internos e externos com o diâmetro selecionado para cortar os tubos internos e externos.

(2) Escolha o tamanho, espessura e outras especificações para tecelagem, determine uma quantidade razoável de alimentação e prossiga com a tecelagem.

(3) Selecione as especificações do enrolamento do fio, meça a resistência, determine a potência, meça o comprimento do fio para o enrolamento do fio.

(4) Ajuste a máquina de modelagem, determine a tensão de modelagem e execute o tratamento de modelagem.

(5) Selecione eletrodos adequados e realize soldagem por pontos.

(6) Realize a vedação e exaustão de pressão, prestando atenção se há alguma distorção da haste de molibdênio, vazamento de pressão ou vazamento de pressão.

(7) Realizar testes maduros, amostragem de potência e amostragem de vida útil.

(8) Imprima e cole pontos, linhas e peças cerâmicas.

(9) Inspeção do produto acabado, mais uma vez confirme a tensão, potência, comprimento e inspecione as roscas internas.

Requisitos técnicos e métodos de inspeção para tubos de aquecimento de fibra de carbono

3.1 Requisitos Técnicos para Inspeção de Tubos de aquecimento de fibra de carbono

Após a conclusão da produção dos tubos de aquecimento de fibra de carbono, eles precisam ser inspecionados de acordo com os requisitos técnicos para garantir a segurança dos tubos de aquecimento de fibra de carbono. Os requisitos técnicos de inspeção incluem principalmente o seguinte conteúdo.
(1) Itens de inspeção de aparência:

① A superfície do novo tubo de ar de aquecimento de fibra de carbono deve ter no máximo 4 pontos pretos limpos e contaminados, que devem ser inferiores a 0,5 mm. O comprimento de cada passagem de ar na superfície do tubo não deve exceder 5 mm.

② O formato do tubo do aquecedor de fibra de carbono está correto e a superfície externa do tubo não pode deformar, torcer ou ter espessura irregular, o que não está em conformidade com o gerenciamento de aparência de segurança nacional A tensão e a potência estão em conformidade com os regulamentos Se não há arranhões óbvios na superfície do tubo de quartzo e há uma leve névoa branca em ambas as extremidades da porta de exaustão, ela pode ser retraída A conexão da luva de silicone é firme e não há adesão entre a luva de silicone e peças não relacionadas A conexão do chumbo é segura e protegida, com a fibra de carbono posicionada no centro.

(2) Inspeção de tamanho: O diâmetro do tubo da lâmpada de fibra de carbono deve estar dentro de ± 0,05 mm do tamanho do projeto, o comprimento deve estar dentro de ± 1 mm do tamanho do projeto e o comprimento do fio condutor deve estar dentro de ± 5 mm de o tamanho do desenho. Execute a inspeção de montagem.

(3) Detecção de energia: Ilumine o tubo de fibra de carbono em sua tensão nominal e teste sua potência com um medidor de potência, que deve estar na faixa de 3% a -7% de sua potência nominal.

(4) Detecção de brilho: Quando o tubo de fibra de carbono está aceso, o brilho dos dois tubos está próximo e o elemento de aquecimento deve emitir luz uniformemente, sem diferenças significativas. O brilho de um único tubo de fibra de carbono deve ser uniforme e não deve haver pontos escuros ou pontos brilhantes anormais na área local.

(5) Testes de vida útil: Após certas inspeções, o novo tubo de aquecimento de fibra de carbono deve ter uma vida útil de mais de 6.000 horas em condições normais de operação (tensão nominal e corrente nominal).

(6) Detecção de impacto: Quando a tensão é AC1,3 vezes a tensão nominal e a energia é ligada instantaneamente, os seguintes fenômenos anormais não ocorrem:
① Não deve haver faíscas no ponto de soldagem de molibdênio localizado no tubo da lâmpada.

② O tubo da lâmpada funciona continuamente por 6 horas e passa por verificações pontuais em AC1,3 vezes a tensão nominal, sem fios quebrados ou escurecimento.

(7) Teste de desempenho:
① A lâmpada não deve apresentar impurezas, descoloração, oxidação de hastes de níquel ou molibdênio, rachaduras na vedação de pressão ou outros fenômenos.

② A folha de molibdênio não deve apresentar nenhum fenômeno de quebra ou crescimento de rachaduras, e o plano do orifício do processo do elemento de aquecimento deve ser consistente com o projeto do plano do bocal de exaustão. A distância entre a folha de molibdênio dentro da placa de vedação e a porta de vedação deve ser maior que 1,0 mm (porta externa) O fio deve estar firmemente conectado ao tubo da lâmpada e o fio não deve se soltar quando submetido a uma força de tração de 25N. As placas de vedação de pressão em ambas as extremidades do tubo da lâmpada não são fáceis de quebrar e podem suportar uma força de 10N em qualquer direção A altura do bocal de exaustão no tubo da lâmpada não deve exceder 4 mm Os condutores no tubo da lâmpada são configurados com condutores apropriados de acordo com a tensão e a potência Use um detector de faíscas a vácuo para detectar que não há ar vazamento no tubo da lâmpada (inspeção completa).

3.2 Métodos de Inspeção

Os produtos de tubo de aquecimento de fibra de carbono produzidos pela fábrica geralmente precisam estar em conformidade com o padrão nacional GB/T7287-2008; GB4706.1-1992, métodos de inspeção específicos referem-se às especificações técnicas para inspeção de tubos de aquecimento de fibra de carbono da Heyuan Xinda Quartz Electrical Appliance Co., Ltd.
(1) Inspeção de aparência:
① A superfície deve ser plana, arrumada e limpa, sem manchas, defeitos, cicatrizes, ferrugem, corrosão, danos ou deformações; Pico do lote ≤ 0,05. Use inspeção visual e paquímetro.

② A superfície do tubo de vidro é lisa e livre de arranhões e manchas pretas, e a superfície da chapa metálica fixa está livre de ferrugem, sujeira e manchas de óleo; O elemento de aquecimento não apresenta fenômeno de inclinação, a superfície é plana, a cor é uniforme e não há buracos, danos ou rachaduras. Não há itens diversos dentro do tubo de vidro. A soldagem entre a haste de molibdênio e a folha de níquel conjunta deve ser boa, sem quaisquer defeitos de soldagem, como soldagem virtual, soldagem falsa ou soldagem perdida.

(2) Inspeção dimensional: As dimensões atendem aos requisitos do desenho. Use paquímetros e micrômetros.

(3) Inspeção de identificação: Os componentes devem ter o fabricante ou marca registrada, especificações do modelo, tensão nominal, potência, área nominal da seção transversal do fio e marcações de número do fio. A identificação deve ser clara e fácil de ler. Use um pano de algodão embebido em gasolina para esfregar para frente e para trás por 15 segundos e, em seguida, use um pano de algodão embebido em água para esfregar para frente e para trás por 15 segundos. A identificação deve ser clara e fácil de ler. Use inspeção visual e limpeza.

(4) Inspeção estrutural:
① A cabeça magnética não deve estar torta ou solta, e o eletrodo na vedação externa do produto não deve estar torto ou quebrado.

② A conexão entre o cabo de conexão externo e o tubo de aquecimento deve ser puxada verticalmente com uma tensão de 30N, e o cabo não deve estar quebrado ou a luva não deve estar solta. O cabo de conexão externo e a conexão do tubo de aquecimento devem ser agitados para a esquerda e para a direita 30 vezes (em um ângulo de 45 graus, 5N, 30 vezes/minuto, com a posição de agitação a cerca de 10 centímetros de distância da cabeça de cerâmica), e o cabo não deve estar desconectado.

(5) Inspeção de brilho e temperatura de cor do elemento de aquecimento: Enquanto o produto está funcionando normalmente, o elemento de aquecimento central pode ficar um pouco mais escuro e o efeito térmico do elemento de aquecimento central deve ser consistente, ou seja, após ligado, inspecione visualmente e descreva se o elemento de aquecimento interno está completamente vermelho. A temperatura de cor do elemento de aquecimento deve atingir uma temperatura de cor inferior a 1600K. Depois de ligar, inspecione visualmente e use um cronômetro e um colorímetro.

(6) Qualidade da embalagem: O produto precisa ser inspecionado por meio de um detector de vácuo. Após a extração a vácuo, se a vedação estiver boa e não houver vazamento de gás, o produto está qualificado.

(7) Potência nominal e resistência elétrica: Usando um instrumento de medição de parâmetros elétricos, teste o estado de funcionamento da tensão nominal e certifique-se de que o desvio de potência esteja entre -8% e 4%. Fixe o eletrodo entre o eletrodo e o invólucro do tubo de aquecimento e fixe o eletrodo entre as chapas metálicas. Aplique 1800V/5mA/1min entre o pino e o tubo da lâmpada sem quebrar.

(8) Temperatura de vedação do tubo de vidro: Operar em um estado de desenvolvimento estável a 1,15 vezes a tensão de saída nominal, com uma temperatura de ≤ 250 ℃ em ambas as extremidades do tubo de vidro e na área de vedação (20 ℃± 5 ℃ para diferentes ambientes temperaturas).

(9) Resistência mecânica do pino: Aplique uma força de tração fixa (50N) na direção do pino usando um testador de tração e, dentro de 1 minuto, não deverá haver folgas ou rachaduras no corpo do pino.

(10) Teste de queda: Após o produto ser montado normalmente, solte-o e deixe-o cair livremente sobre uma placa de madeira dura de 20 mm. Se o produto não estiver danificado, ele está qualificado. Use um instrumento de medição de parâmetros elétricos de bancada de teste de queda.

(11) Teste de alta e baixa temperatura: Sob a tensão nominal especificada de 1,25, o produto é continuamente ligado por 10 minutos e colocado em água a 10 ℃. O produto não deve ter nenhuma circunstância especial e, em seguida, ser colocado continuamente em um ambiente de temperatura constante (-20 ℃) ​​por 5 horas. O tubo de aquecimento é observado e nenhuma reação anormal é permitida.

(12) Teste de corrente de fuga e resistência de isolamento normal: Quando o tubo de aquecimento opera de forma estável na tensão nominal (1,06 vezes), o vazamento de corrente permitido do invólucro é menor ou igual a 0,25 mA. A resistência entre os dois eletrodos de resistência do novo tubo de aquecimento de fibra de carbono e as folhas de molibdênio em ambas as extremidades do tubo de aquecimento central deve ser maior ou igual a 20M Ω. Use um testador de corrente de fuga e um testador de resistência de isolamento para testar.

(13) Teste de vida rápido equivalente: Realize testes usando testadores de parâmetros elétricos, fontes de alimentação de frequência variável, etc., e trabalhe continuamente por 36 horas em tensão nominal (1,35 vezes); Após a conclusão do teste, pode haver alguns vestígios de névoa, como objetos, na extremidade do tubo de aquecimento e nenhuma outra reação anormal é permitida; E a potência do tubo de aquecimento após a conclusão do experimento não pode exceder ± 3% da potência real.

4. Teste de eficiência térmica de Tubo de aquecimento de fibra de carbono

O teste de eficiência térmica do tubo de aquecimento de fibra de carbono é realizado na sala, conforme mostrado na Figura 3. Após ligar o tubo de aquecimento elétrico e começar a trabalhar, realize verificações de temperatura no centro da sala, no centro da parede, e os quatro cantos da sala para testar o impacto do uso de produtos de tubos de aquecimento de fibra de carbono na temperatura ambiente circundante.

O tubo de aquecimento de fibra de carbono recém-desenvolvido tem perdas mínimas durante a condução térmica e melhora muito a eficiência de conversão de calor, economizando 15% -30% de energia em comparação com outros tubos de aquecimento metálico de níquel-cromo e tungstênio-molibdênio. Também tem uma longa vida útil e melhor desempenho ambiental, e será amplamente utilizado na área de aquecimento no futuro.