电热管制造工艺自动化控制与检测技术

蒋萍萍

JIANG Ping-ping

（江西生物科技职业学院，南昌 330200）

0 引言

电热管是日常电热器中一种极为常见的发热元件，主要适用于诸如电饭锅、电热水器、电水壶以及电火锅等家用电热电器[1]。电热管质量的好坏以及稳定性对产品的使用期限以及用户的人身财产安全具有直接性影响，为确保电热管的安全性及稳定性，需要采用良好的制造控制工艺及检测技术[2]。

1 基于PLC的电热管制造工艺自动化控制与检测系统的构架

本文构建的基于单片机与PC通信的数据采集控制系统基本架构如图1所示。

图1 系统基本架构

如图1所示，被控对象通过传感器的作用，采集到相应的数据，经过电压转换以及模拟/数字转换之后，向单片机发送，单片机端可以根据数据采集的情况以及预先设置的程序，经过继电器向被控制对象进行具体的操作，同时也可以通过电平转换芯片向PC机发送采集到的数据。PC机可以对采集的数据进行存储、处理，也可以根据这些数据来完善控制算法，然后经过电平转换芯片发送控制信号，远程控制被控对象。该系统能够基于电热管制造工艺，将电热管制造过程中的各个步骤中的参数预存，然后根据每一个工艺步骤安装的传感器，将数据实施传递到计算机，计算机根据具体的工序发布操作指令，实现对电热管制造的自动化。

2 电热管制造工艺流程

电热管工艺流程大致为：绕制电阻丝、切割金属管、磁选氧化镁、灌装氧化镁、缩管、退火、弯管、焊接、封口、表面处理、测试以及入库[3]。

具体来讲，在绕制电热丝环节，在具体的操作工艺方面，绕制电热丝的工艺和弹簧的制造工艺之间并没有明显区别。绕制电热丝需要借助专业绕制机，绕制机又有电动式绕制机以及自动式绕制机之分；判断电热丝绕制效果好坏的主要标准就是看排列是否整齐、均匀；按照电热管的设计长度适当的拉伸线圈间距，将引出棒拧入到电热丝中，之后再借助电阻表对电阻值进行测定，以最终的测定结果为主要依据来对拧进的长度作出判定；在切割金属管环节，需要严格依据设计规范将事先备好的管子架到切管机上，并进行调试，之后进行切割，将两边毛刺去掉；之后还要在将金属管外表油脂清除干净之后将其置入到浓度为10%的硝酸溶液中，一边彻底清除金属管内壁及外表的氧化物，经过上述处理程序之后再用清水进行彻底清洗并烘干；氧化镁磁选及加热环节，只有利用磁铁机对氧化镁进行除铁处理之后才能加以利用。在对氧化镁进行灌装之前要将其置入烘干机中进行干燥处理，烘箱的温度要设定在125℃，时间为3小时；灌装，设定电动灌装机的震动频率为每分钟300次，在定位套管中装好螺旋电热丝，并且要用硬胶管将下端引出棒套住，之后将套管拧入发热管中，再对电热丝上部进行固定之后开启电动灌装机，通过灌装机的震动，氧化镁会通过漏斗进入到管中，之后将定位管匀速提起，并在此过程中进行镁粉的灌装，在将镁粉灌装完毕之后将两边用橡皮套塞住，并利用耐压测试仪进行击穿检测，如果检测负荷相关标准便可以进行下一环节的处理；缩管，在专业缩管机中安装电热管，经过缩管处理，可以彻底排清残存的少量空气，促进密度的提升。密度的最佳值为3.5克/cm3，通常都需要进行三到五次的缩管处理，确保镁粉的填充度达到3.0!3.5克/cm3的前提下，利用相应的耐电压仪器加以检测，检测合格便可以进入到下一环节；退火，也就是通常所说的热处理，具体操作就是在将烘箱温度设定为550℃，之后将电热管置入其中进行热处理，经过一定时间的热处理之后可以将残存的内应力彻底消除，不仅如此，还可以对残存水分进行退潮，进而将镁砂中的水分去除掉；弯管，热处理完毕之后，需要立即对电热管进行弯管处理。根据电热管的具体的用途，最终的弯制形状也有所区别，通常情况下，弯管处理工艺主要有专业弯管机以及手工两种。需要提醒的是，要控制好弯曲的半径，最低不能低于管子的四倍，经过弯曲处理之后，需要对管子的外表进行检查，看是否存在裂缝，之后利用每秒钟2000伏的耐压测试仪加以测试，检测合格便可以进入到下一环节；焊接，在进行焊接处理的时候，需要将电热管镁砂端口利用小环套套住，在设定好电流和电压之后再进行点焊，并且要注意动作要快，避免电流杂质混入到镁砂中；封口，通常情况下，环氧树脂材料是封口材料的最佳选择，现在电热管端口诸如已经配置好的树脂材料，等待其干透凝固之后，用704硅胶进行封口处理，通常情况下，在常温环境中704硅胶封口可以自行干燥，同时还能确保达到较好的绝缘效果；最后，对电热管的外表面进行处理，主要目的是避免金属管内部出现腐蚀或氧化现象，一般情况下金属管的外表需要进行镀铬、镀铜或者是镀锌等处理，只有不锈钢材质无需进行上述处理，在对电热管的外表进行相应处理之后，还需要用1800V/3秒的耐压测试仪进行检测。

3 电热管检测技术

以机械行业标准《日用管状电热元件JB/T4088—1999》以及国家标准《家用和类似用途电器安全第一部分：通用要求GB4706.1—2005》中的相关规定为主要依据，严格按照GB2828标准对电热管进行抽样检测检验，具体的检测项目主要有以下五项，分别是电气强度、泄露电流、功率、外观以及标志等，相应的检测指标为：电气强度要达到1250V或者是不击穿；泄露电流要低于0.5mA，功率不得低于10%或者是超出5%，外表不能出现裂纹，并且具备永久性标志。

第一，检测分析，对于电热管而言，所采用的生产工艺和检测技术之间具有极为密切的联系。依照之前所采取的电热管制造工艺，都是在产品制作完成之后在进行检测，最新的制造工艺对此进行了相应的改进，在每项制造环节中均引入了相应的检测技术，这样做的最主要的目的就是确保可以在第一时间发现不合格的产品，为确保产品合格率提供有力保障，同时还可以实现对成本的有效控制，保障最终产品的质量符合相关标准，在实际使用过程中稳定可靠；第二，检测仪器的选择，首先，在对电热管产品进行电气强度检测时，必须选择0!5KV的耐压测试仪；其次，在进行电流泄露检测时，所选择的必须是可调压式的漏电流仪；最后，在进行功率检测时，所选择的电量检测仪必须是1!6KW规格；第三，对电热管成品的检测，首先，电气强度测试，在1250V/分钟的电压环境下进行测试，测试结果未击穿的产品可以认定为质量合格产品，此外还可以采取等效方法，在1800V/秒环境下进行测试，同样以不击穿为产品质量合格的标准。采取这种电气强度检测方法，遇到电热丝与金属管的中心相偏离的情况、爬电距离与电气间隙小于两毫米的情况或者是材料质量较差的情况均可以被及时检测出来；泄露电流检测，首先需要将调压器电压设定为236V，同时将泄露电流控制在0.5mA以下，检测时间设定为5秒，按照检测方法的要求将待检测器具接入到泄露电流仪之后开启仪器开关，如果数据保持在极限范围内可以认定为产品达标氧化镁材料的质量可以通过氧化镁含铁机器杂质等通过泄露电流仪的检测予以反映；功率测试，依照相关标准的规定，所允许的额定功率偏差为额定值的+5%!-10%。在电源接通并且处于正常额定电压的情况下，首先将功率输入并进行调整，在电压处于稳定状态的前提下读取相应的数据，并对输入功率是否符合标准作出判定。在工艺方面，功率变化主要是受缩管次数以及氧化镁密度等相关因素的影响，因此，在对功率进行设计时，要对工艺、密度以及电热丝材料等进行全面的考虑；在外观方面，首先进行目测[4]，对管子的外表面进行观察，看其是否光滑、具备均匀的光泽，是否有裂缝或者是不平整等问题，除此之外，还必须具备诸如厂家标识、具体的产品型号、功率以及水压等永久性标志；最后，在关于成品的检测方法，首先将电热管置入水中，并保持接线端外露，将引出的电源线连接好并接通电源，当水温达到一百摄氏度的情况喜爱开展耐压、泄露测试、按地电阻以及外观等相关测试，除此之外，还可以利用快速检测法对耐压进行检测，但需要对电压进行调整，使其保持在测试电压的30%以上，对于一般的电热管检测所需时间约是3秒钟[5]。

电热丝、金属管封以及氧化镁等材料是构成电热管的主要材料，其质量的好坏对电热管的质量起到决定性作用。首先，对于电热丝而言，在实践中应用较为广泛的主要是镍铭丝以及铁络丝等合金材料，一般情况下，在表面温度不超过七百摄氏度的情况下，常选择铁络丝，而工作温度超过八百摄氏度的情况下，就需要选择镍洛合金丝，之所以这样，主要是考虑到内部填充的氧化镁在不同的工作温度下所出现的化学反应也有所区别，会直接影响到绝缘性能，而绝缘性能的改变优惠对电热管的使用性能产生直接性的影响；其次，关于填充物氧化镁，氧化镁是一种纯度较高的绝缘材料，实践中使用较多的氧化镁颗粒的尺寸最好控制在0.3毫米以内，在工作温度达到一千摄氏度的情况下，需要对氧化镁进行常规检查，即观察所购置的氧化镁是不是均匀，用磁铁进行除磁处理；关于金属管，实践中应用较多的金属管主要是铁质、铝质、铜质以及不锈钢等材质的金属管，需要以加热介子为主要依据作出具体的选择，通常用作铸体传热选择铁质或者铝制的金属管比较适宜，其他用途选择铜质金属管即可 。需要注意的是，购置的金属管在正式使用之前必须进行彻底的清理，用酸将杂质清洗干净，这样做主要是为了在键入氧化镁砂的时候有效避免微量元素以及杂质相混合，否则将会给绝缘性能造成极大的负面影响；最后，关于封口材料，通常在实践中，会选择环氧树脂作为电热管的封口材料，并利用704硅胶硅油进行密封处理，作为电热管制造过程的最后一个环节，封口材料需要按照具体的使用性能为主要依据进行选择，一般对于液体加热而言，选择120℃-200℃封口材料，铸铁传热选择250℃-450℃封口材料，软玻璃材料主要适用于超过500℃的情况。

4 结束语

综上所述，作为家用电热器中一种极为常见的发热元件，电热管主要适用范围为电饭锅、电热水器、电水壶以及电火锅等家用电热电器。电热管质量以及稳定性直接决定着产品的使用期限以及用户的人身财产安全，对此需要采用良好的制造控制工艺及检测技术。电热管制造过程中，最为关键的环节为工艺控制、材料控制以及检测控制等三大控制，每道工序都对之后的工序的产品质量产生着直接性的影响，而检测技术控制更是对所有制造工序的产品质量均具有直接性影响，是工艺控制的关键所在。通过基于PLC的自动化控制系统，能够做好检测技术控制，可以促进电热管产品合格率的进一步提升，有效控制耗损，确保产品质量的稳定性，进而为产品的使用期限以及用户的人身财产安全提供最有力保障。

[1]王广宁, 莫锋, 李凌文. 电热管制造工艺控制与检测技术[J]. 工业设计, 2011, (06).

[2]韦哲, 程自峰, 李凯. 基于LabVIEW 7.0语言的PC机与AVR AT90系列单片机串口通信技术在体温检测中的应用[J]. 中国医学装备, 2006, (11).

[3]曹预备, 周亚军. 主从式交流伺服运动控制系统的数据通信[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2009, (09).

[4]王宏超, 吴亦锋. CPM2AH PLC与STC89C52单片机之间的串行通信设计及其应用[J]. 机电工程技术, 2010, (09).

[5]刘妍, 马艳娥, 陈思. 一种基于单片机串口的数据采集系统设计[J]. 电子测试, 2011, (09).