温感元件动作温度的关键在于合金熔点要准

发布日期：2013/1/7    浏览：4059次    来源：慧聪消防网

     摘要：本文阐述温感元件动作温度与控温合金熔点的关系。温感元件的动作温度关键在于控温合金的熔点要准，而合金的熔点准与不准又需经受温感元件动作温度的检验,这是关键的根本。因此，控温合金的熔点必须适应和满足不同温感元件动作温度的诸多需求，处理好温感元件受力与不受力，受力的大与小，以及不受力动作温度中材质的性能、体积、轻重等物理因素对合金熔点影响的关系。

    关键词：控温合金熔点 温感元件 动作温度

    前言

    温感元件的动作温度是防火、防爆、防燃、防电流冲击产品质量的关键部件。它的功能优劣好坏，直接关系到国家财产和人民生命的安全。为此国家对消防、空调、制冷、阀门、电力、化工、汽车等有安全性要求的设备和产品，明确规定必须装置不同要求的温感元件—温感器、熔断器、切断器或控温易熔片、易熔塞、易熔件等。

    温感元件是有控温合金配套组成的，它的动作温度准与不准，关键在于控温合金的熔点准确与否。怎样才能做到合金的熔点准确呢？不仅配方要精确，工艺要科学，还必须使合金的熔点能适应和满足温感元件动作温度的不同需求，处理好合金熔点与温感元件动作温度关系中的“三个不一样”。

    一、温感元件受力与不受力的动作温度不一样

    由于各类产品设计载荷、功能、用途以及使用环境、条件的不同，对温感元件动作温度的要求也不一样，有动态受力动作温度，也有静态不受力动作温度。所谓“受力”，主要反映在钢丝绳索的“拉力”，弹簧的“胀力”，气体的“压力”和“顶力”等方面。

    温感元件受力动作温度与不受力动作温度是不一样的。受力动作温度，是温感元件在执行机构上受到外加拉力、胀力、压力影响下的动作温度；不受力动作温度，是温感元件在常态环境中不受外界任何拉力、胀力、压力影响的动作温度。众所周知，合金的熔化除共晶合金外，一般都有一个从固相线（即曲线ACEDB）到液相线（即曲线AFB）渐变的过程。固相线温度是金属或合金完全凝固的最高温度，液相线温度则是金属或合金完全熔化的最低温度。从固相线到液相线之间存有一定的温差，这就是合金温度的熔化范围。我们讲的熔点，是指液相线温度，而不是固相线温度。受力动作温度因外界加力的作用，在固相线（即合金表面刚软化）时，焊件就被拉力“拉断”，而不受力动作温度没有外界拉力影响，焊件的“熔断”则在液相线（合金呈深软坍铺状），二者动作温度的熔点是不同的。

    对温感元件受力与不受力的动作温度，我们作过验证，采用280℃易熔片，测试设备、工艺、方法、升温速率一样，定温在285℃时，受力3.5kg的易熔片在285℃、38秒时动作、脱落；单片静态不受力的易熔片在288℃、92秒时才动作、脱落，受力片的动作温度比不受力片的动作温度低3℃、时间短54秒。同样熔点的易熔片，为什么受力的先动作，不受力的后动作？这是因为受力温感元件在固相线温度时就动作，而不受力温感元件要在液相线温度时才动作，受力与不受力动作温度的区别点也就在这里。那么，受力的温感元件动作温度提前在固相线，从金属机械性能上来讲，因为金属受到外加拉力、胀力、压力、顶力的影响就会产生“金属疲劳”，使金属中原子的排列发生改变，金属原子间化学键断裂导致金属的松裂，加上温度的影响，所以在合金刚软态时就被“拉断”。

    二、温感元件受力大小的动作温度也不一样

    国家的相关标准对70℃防火阀、150℃排油烟气防火止回阀、280℃排烟防火阀等温感元件提出了受力动作温度的要求，但对受力的大小、多少未作具体规定。因此，生产单位在设计执行机构时，“八仙过海，各显神通”，五花八门，规格不同，形状各异，受力的大小也不等，因而对温感元件动作温度的要求也就不一样。

    在上述消防产品中，尤以280℃排烟防火阀的执行机构对温感元件动作温度影响较大。国家消防检测规定，250℃±2℃恒温五分钟不得动作，285℃±2℃二分钟内必须动作。在实际测试中，往往出现不是250℃五分钟不动作，285℃二分钟也不动作，或者就是250℃不到五分钟就动作了。那么是什么原因造成的呢？原来是执行机构的结构存在“四个不一样”：±2℃恒温五分钟,285℃±2℃二分钟年（1）外管的长短不一样；（2）内芯轴杆的焊接尺寸不一样；（3）弹簧用的钢丝粗细、绕7的圈数不一样；（4）组装时螺顶旋入牙数不一样。其中，尤以弹簧影响最大。不同规格的弹簧，弹力也不同，经测试弹簧的钢丝Φ1，圈数17，长度48mm，当受力压紧2mm时，产生的胀力为0.42-0.43kg；弹簧的钢丝Φ1.5，圈数15，长度54mm，当压力压紧2mm时，产生的胀力为0.64-0.65kg；弹簧的钢丝Φ2，圈数12，长度37mm，当受力压紧2mm时，产生的胀力为0.98-1.0kg。不同的胀力，对动作温度的影响也不同。我们用280℃易熔片装在弹簧规格和结构相同的执行机构上，螺丝进4牙，压紧弹簧9.5mm，其胀力为4kg左右，在285℃油浴中恒温96秒动作；螺丝进6牙，压紧弹簧12.5mm，其胀力为4.9kg左右，在285℃油浴恒温56秒就动作了。由此可见，温感元件受力大小的不同，动作温度就不一样，对合金熔点的要求也不一样。

    用不同的熔点去适应和满足不同规格温感元件受力不同的要求。一个“受力”多就像一把“锁”，一个“熔点”就是一把“钥匙”，用这把钥匙去开一把锁。以280℃执行机构为例，打开这把“锁”，前提先要解决受力相等这个关键问题。我们用“同样”去解决“不一样”，采用“四个同样”即弹簧的规格、粗细、圈数一样，外管长短一样，内芯轴杆焊接尺寸一样，螺丝进牙一样，先使受力得到相等并稳定。在规范受力相等的基础上，还需研制相应受力动作温度的合金熔点，此熔点必须掌握在固相线温度处动作。而不是在液相线温度动作的合金熔点。要使合金熔点的准确，对温感元件—易熔片的配制做到“四个不要变”：（1）已定型的熔点，配方的合金元素配比不要变；（2）成熟的熔炼、焊接工艺不要变；（3）焊料的用量多少不要变；（4）专人、专机操作不要变。经过刻苦钻研，我司研制的70℃、150℃、280℃易熔片、熔断器，2004年、2007年和2010年连续三期经《国家消防装备质量监督检验中心》检测，性能完全符合GB15930-2007标准要求。至今已有一百多个单位采用我司的熔断器进行国家级检测，家家都能一次性获得通过，客户满意地说，现在送检放心，抽检也不担心。

    三、不同材质的物理因素导致感温元件动作温度也不一样

    在正常的情况下，温感元件不受力动作温度的熔点，在液相线温度应该是一样的。但由于易熔件规格的不同、体积的大小、壳体的厚薄、金属热导性等差异物理因素，对合金熔点也会产生不同的影响，对温感元件的动作温度亦会不一样。因物理因素对熔点产生的影响，我们接触到的有：

    1、温感元件体积大小不同的影响，使合金的熔点出现差异。

比如，同样是120℃易熔件，一个体积是Φ12，高7.5mm，达温后一分钟内坍铺；一个Φ65，高40mm，升温至124℃，时间为44分45秒才成坍铺状。这是因为合金熔化从固相线到液相线有一个由表入里逐渐渗透的过程，体积小熔化快，体积大熔化慢而产生的差异。

    2、裸体合金的温感元件与有壳体组装的温感元件，同样用70℃的合金，裸体合金达温就坍铺，壳体内的合金至70.5℃-71℃才坍铺、蠕动、出气泡。壳体的金属越厚，温差就越大。原因是裸体合金直接受热加温，壳体内的合金是间接受热加温而产生的温差。

    3、不同金属热导性能的不同，对合金熔点也会产生一定的温差。一般来讲，铜质壳体比铝质的导热快，铝质壳体比铁、不锈钢的热导快，温差虽不大，但有温差。

    4、温感元件焊接面积的大小，对动作温度也会有影响。比如同样用100℃合金料，一个焊接面积宽40mm，长80mm；一个焊接面积宽10mm，长15mm，大片比小片的熔化时间要长20-30秒，熔点也高0.5℃-1.5℃。原因是小片受热快，大片受热慢产生的不同。

    5、焊件体的轻重，对动作温度也不一样。如用63℃合金焊成的喷头装饰罩盘，一个体重是30克以上，64℃至64.5℃即动作、脱落；一个重20克以下，65℃以上才动作、脱落。原因是受水法理、托力的影响，罩盘重的垂力大，轻的垂力小而致。

    6、合金晶体不同的影响，也会有差异。合金晶体有共晶、亚共晶、非共晶三种形态。共晶合金没有固、液相线，在一个熔点上熔化；亚共晶合金有固、液相线，温差范围在±3℃-5℃之间；非共晶的合金温差范围较大，大的有10℃-20℃。由于共晶合金不多，亚共晶合金较多，非共晶合金更多，这对合金熔点的准确性也带来了一定的差异和难度。

    上述的诸多差异，为我们开发新的熔点提供了新课题。根据金属材质，导热性能，焊件体积大小、轻重，焊接面积长短不同等，我们采取第一、对体积大、焊面长、导热慢和间接的，一对一“开小灶”，“量体裁衣”，从物理性能上适应不同熔点要求的需要；第二，从合金的相线角度探索共晶、亚共晶合金熔点的切合点；第三，重点在寻找动作温度的液相线上下功夫。开发一个与动作温度相匹配的新熔点，并不是一件俯首即拾轻而易举的事，有时需要多次甚至几十次反复调整配方的配比，才能完成的。比如，我们研制一个环保型61℃的合金料，先后调整几十个配方才达到理想的效果。

    研发新熔点的过程，也是产品质量提升的过程，更是适应和满足市场需要的过程。经过多年的努力，我们现已掌握比较成熟的配方有200多个，从50℃-280℃任何熔点的控温合金、易熔片、易熔塞基本上能满足消防、制冷、空调等各行各业的需要，用户已发展到400多个，遍及全国20多个省市，成为许多著名消防单位的核心供应商。

    结束语

    熔点是控温合金质量的核心指标。用合金控温，靠的就是熔点要准。合金达不到控温的要求，那只能叫焊接材料。控温合金既能焊接，又能控温，尤以控温为重。因此，货真价值的控温合金，首要的是熔点要准。只有熔点准，才能使温感元件在气温、火温、油温、水温达到预定要求的温度时准确动作，像机器人一样为守护防火、隔烟、救火任务站好岗、放好哨，成为消防安全、财产安全、人身安全的“卫士”、“守护神”。（作者：上海海图新型焊接材料有限公司 控温合金研究室 李根发 陶文春 李龍琴）

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