電熱管制造工藝自動化控制與檢測技術

蔣萍萍

JIANG Ping-ping

（江西生物科技職業學院，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]。電熱管質量的好壞以及穩定性對產品的使用期限以及用戶的人身財產安全具有直接性影響，為確保電熱管的安全性及穩定性，需要采用良好的制造控制工藝及檢測技術[2]。

1 基于PLC的電熱管制造工藝自動化控制與檢測系統的構架

本文構建的基于單片機與PC通信的數據采集控制系統基本架構如圖1所示。

圖1 系統基本架構

如圖1所示，被控對象通過傳感器的作用，采集到相應的數據，經過電壓轉換以及模擬/數字轉換之后，向單片機發送，單片機端可以根據數據采集的情況以及預先設置的程序，經過繼電器向被控制對象進行具體的操作，同時也可以通過電平轉換芯片向PC機發送采集到的數據。PC機可以對采集的數據進行存儲、處理，也可以根據這些數據來完善控制算法，然后經過電平轉換芯片發送控制信號，遠程控制被控對象。該系統能夠基于電熱管制造工藝，將電熱管制造過程中的各個步驟中的參數預存，然后根據每一個工藝步驟安裝的傳感器，將數據實施傳遞到計算機，計算機根據具體的工序發布操作指令，實現對電熱管制造的自動化。

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、測試以及入庫[3]。

具體來講，在繞制電熱絲環節，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別。繞制電熱絲需要借助專業繞制機，繞制機又有電動式繞制機以及自動式繞制機之分；判斷電熱絲繞制效果好壞的主要標準就是看排列是否整齊、均勻；按照電熱管的設計長度適當的拉伸線圈間距，將引出棒擰入到電熱絲中，之后再借助電阻表對電阻值進行測定，以最終的測定結果為主要依據來對擰進的長度作出判定；在切割金屬管環節，需要嚴格依據設計規范將事先備好的管子架到切管機上，并進行調試，之后進行切割，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壁及外表的氧化物，經過上述處理程序之后再用清水進行徹底清洗并烘干；氧化鎂磁選及加熱環節，只有利用磁鐵機對氧化鎂進行除鐵處理之后才能加以利用。在對氧化鎂進行灌裝之前要將其置入烘干機中進行干燥處理，烘箱的溫度要設定在125℃，時間為3小時；灌裝，設定電動灌裝機的震動頻率為每分鐘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，之后將套管擰入發熱管中，再對電熱絲上部進行固定之后開啟電動灌裝機，通過灌裝機的震動，氧化鎂會通過漏斗進入到管中，之后將定位管勻速提起，并在此過程中進行鎂粉的灌裝，在將鎂粉灌裝完畢之后將兩邊用橡皮套塞住，并利用耐壓測試儀進行擊穿檢測，如果檢測負荷相關標準便可以進行下一環節的處理；縮管，在專業縮管機中安裝電熱管，經過縮管處理，可以徹底排清殘存的少量空氣，促進密度的提升。密度的最佳值為3.5克/cm3，通常都需要進行三到五次的縮管處理，確保鎂粉的填充度達到3.0!3.5克/cm3的前提下，利用相應的耐電壓儀器加以檢測，檢測合格便可以進入到下一環節；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定為550℃，之后將電熱管置入其中進行熱處理，經過一定時間的熱處理之后可以將殘存的內應力徹底消除，不僅如此，還可以對殘存水分進行退潮，進而將鎂砂中的水分去除掉；彎管，熱處理完畢之后，需要立即對電熱管進行彎管處理。根據電熱管的具體的用途，最終的彎制形狀也有所區別，通常情況下，彎管處理工藝主要有專業彎管機以及手工兩種。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，經過彎曲處理之后，需要對管子的外表進行檢查，看是否存在裂縫，之后利用每秒鐘2000伏的耐壓測試儀加以測試，檢測合格便可以進入到下一環節；焊接，在進行焊接處理的時候，需要將電熱管鎂砂端口利用小環套套住，在設定好電流和電壓之后再進行點焊，并且要注意動作要快，避免電流雜質混入到鎂砂中；封口，通常情況下，環氧樹脂材料是封口材料的最佳選擇，現在電熱管端口諸如已經配置好的樹脂材料，等待其干透凝固之后，用704硅膠進行封口處理，通常情況下，在常溫環境中704硅膠封口可以自行干燥，同時還能確保達到較好的絕緣效果；最后，對電熱管的外表面進行處理，主要目的是避免金屬管內部出現腐蝕或氧化現象，一般情況下金屬管的外表需要進行鍍鉻、鍍銅或者是鍍鋅等處理，只有不銹鋼材質無需進行上述處理，在對電熱管的外表進行相應處理之后，還需要用1800V/3秒的耐壓測試儀進行檢測。

3 電熱管檢測技術

以機械行業標準《日用管狀電熱元件JB/T4088—1999》以及國家標準《家用和類似用途電器安全第一部分：通用要求GB4706.1—2005》中的相關規定為主要依據，嚴格按照GB2828標準對電熱管進行抽樣檢測檢驗，具體的檢測項目主要有以下五項，分別是電氣強度、泄露電流、功率、外觀以及標志等，相應的檢測指標為：電氣強度要達到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%，外表不能出現裂紋，并且具備永久性標志。

第一，檢測分析，對于電熱管而言，所采用的生產工藝和檢測技術之間具有極為密切的聯系。依照之前所采取的電熱管制造工藝，都是在產品制作完成之后在進行檢測，最新的制造工藝對此進行了相應的改進，在每項制造環節中均引入了相應的檢測技術，這樣做的最主要的目的就是確保可以在第一時間發現不合格的產品，為確保產品合格率提供有力保障，同時還可以實現對成本的有效控制，保障最終產品的質量符合相關標準，在實際使用過程中穩定可靠；第二，檢測儀器的選擇，首先，在對電熱管產品進行電氣強度檢測時，必須選擇0!5KV的耐壓測試儀；其次，在進行電流泄露檢測時，所選擇的必須是可調壓式的漏電流儀；最后，在進行功率檢測時，所選擇的電量檢測儀必須是1!6KW規格；第三，對電熱管成品的檢測，首先，電氣強度測試，在1250V/分鐘的電壓環境下進行測試，測試結果未擊穿的產品可以認定為質量合格產品，此外還可以采取等效方法，在1800V/秒環境下進行測試，同樣以不擊穿為產品質量合格的標準。采取這種電氣強度檢測方法，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量較差的情況均可以被及時檢測出來；泄露電流檢測，首先需要將調壓器電壓設定為236V，同時將泄露電流控制在0.5mA以下，檢測時間設定為5秒，按照檢測方法的要求將待檢測器具接入到泄露電流儀之后開啟儀器開關，如果數據保持在極限范圍內可以認定為產品達標氧化鎂材料的質量可以通過氧化鎂含鐵機器雜質等通過泄露電流儀的檢測予以反映；功率測試，依照相關標準的規定，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行調整，在電壓處于穩定狀態的前提下讀取相應的數據，并對輸入功率是否符合標準作出判定。在工藝方面，功率變化主要是受縮管次數以及氧化鎂密度等相關因素的影響，因此，在對功率進行設計時，要對工藝、密度以及電熱絲材料等進行全面的考慮；在外觀方面，首先進行目測[4]，對管子的外表面進行觀察，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識、具體的產品型號、功率以及水壓等永久性標志；最后，在關于成品的檢測方法，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，當水溫達到一百攝氏度的情況喜愛開展耐壓、泄露測試、按地電阻以及外觀等相關測試，除此之外，還可以利用快速檢測法對耐壓進行檢測，但需要對電壓進行調整，使其保持在測試電壓的30%以上，對于一般的電熱管檢測所需時間約是3秒鐘[5]。

電熱絲、金屬管封以及氧化鎂等材料是構成電熱管的主要材料，其質量的好壞對電熱管的質量起到決定性作用。首先，對于電熱絲而言，在實踐中應用較為廣泛的主要是鎳銘絲以及鐵絡絲等合金材料，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，主要是考慮到內部填充的氧化鎂在不同的工作溫度下所出現的化學反應也有所區別，會直接影響到絕緣性能，而絕緣性能的改變優惠對電熱管的使用性能產生直接性的影響；其次，關于填充物氧化鎂，氧化鎂是一種純度較高的絕緣材料，實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，在工作溫度達到一千攝氏度的情況下，需要對氧化鎂進行常規檢查，即觀察所購置的氧化鎂是不是均勻，用磁鐵進行除磁處理；關于金屬管，實踐中應用較多的金屬管主要是鐵質、鋁質、銅質以及不銹鋼等材質的金屬管，需要以加熱介子為主要依據作出具體的選擇，通常用作鑄體傳熱選擇鐵質或者鋁制的金屬管比較適宜，其他用途選擇銅質金屬管即可 。需要注意的是，購置的金屬管在正式使用之前必須進行徹底的清理，用酸將雜質清洗干凈，這樣做主要是為了在鍵入氧化鎂砂的時候有效避免微量元素以及雜質相混合，否則將會給絕緣性能造成極大的負面影響；最后，關于封口材料，通常在實踐中，會選擇環氧樹脂作為電熱管的封口材料，并利用704硅膠硅油進行密封處理，作為電熱管制造過程的最后一個環節，封口材料需要按照具體的使用性能為主要依據進行選擇，一般對于液體加熱而言，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 結束語

綜上所述，作為家用電熱器中一種極為常見的發熱元件，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。電熱管質量以及穩定性直接決定著產品的使用期限以及用戶的人身財產安全，對此需要采用良好的制造控制工藝及檢測技術。電熱管制造過程中，最為關鍵的環節為工藝控制、材料控制以及檢測控制等三大控制，每道工序都對之后的工序的產品質量產生著直接性的影響，而檢測技術控制更是對所有制造工序的產品質量均具有直接性影響，是工藝控制的關鍵所在。通過基于PLC的自動化控制系統，能夠做好檢測技術控制，可以促進電熱管產品合格率的進一步提升，有效控制耗損，確保產品質量的穩定性，進而為產品的使用期限以及用戶的人身財產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技術[J]. 工業設計, 2011, (06).

[2]韋哲, 程自峰, 李凱. 基于LabVIEW 7.0語言的PC機與AVR AT90系列單片機串口通信技術在體溫檢測中的應用[J]. 中國醫學裝備, 2006, (11).

[3]曹預備, 周亞軍. 主從式交流伺服運動控制系統的數據通信[J]. 組合機床與自動化加工技術, 2009, (09).

[4]王宏超, 吳亦鋒. CPM2AH PLC與STC89C52單片機之間的串行通信設計及其應用[J]. 機電工程技術, 2010, (09).

[5]劉妍, 馬艷娥, 陳思. 一種基于單片機串口的數據采集系統設計[J]. 電子測試, 2011, (09).