實驗室熱電偶簡易焊接工裝制作方法及注意事項

張偉，劉福來，聞建中，吳阿明

（合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

實驗室安全測試中使用最多的溫度測試傳感器是熱電偶。根據GB 4706.1 中11 章的測試和OD-5014 儀器精度限值的要求，測試發熱時溫度使用的細絲熱電偶是指線徑不超過0.3mm 的J 型、K 型、T 型熱電偶。由于熱電偶的使用頻率高，使用量大。熱電偶的測試端容易損壞。經常需要自行維修。維修后，熱電偶需要滿足OD-5012 及OD-5014 的要求。使用熱電偶點焊機固然是一種修復方法，但其購買成本較高，筆者以下介紹一款依托實驗室現有設備，較為實用簡單的自制工裝以滿足熱電偶焊接的需求。

1 熱電偶焊接方法的選擇

熱電偶的焊接方法主要有5 種，分別是氣焊法、電弧焊法、對焊、直流氬弧焊、鹽浴焊接法。電弧焊法又分為直流電弧焊法和交流電弧焊法。直流電弧焊法一般用于貴金屬熱電偶。而交流電弧焊法一般用于賤金屬熱電偶。

我們常見的點焊機是直流電弧焊法，示意圖如圖1，是由電容存儲的電量在閉合瞬間釋放出大電流，利用大電流穿過小面積時產生的局部熱效應達到焊接熱電偶的目的。把熱電偶的熱電極交叉疊放在點焊機的點焊棒上，在點焊鉗被壓合的瞬間，電路導通產生強電流，此時熱電極交疊點會產生瞬間的高溫，從而把熱電極熔合在一起。

而交流焊接方法原理就是利用高溫電弧將熱電偶測量端融化為球。示意圖為圖2。設備結構上比直流焊接法簡單。便于制作。所以選取交流焊機法制作熱電偶焊接工裝。

圖1 熱電偶直流電弧焊裝置示意圖

圖2 熱電偶交流電弧焊裝置示意圖

2 工裝的制作

2.1 需要準備的設備和材料

自耦式調壓變壓器一臺（或者是交流變頻電源一臺），萬用表，2.5mm2導線若干，鱷魚夾，墨鏡和廢舊的一號干電池一節。

2.2 制作及焊接步驟

（1）把一號干電池的碳棒拆出來，把一頭磨尖，將導線在碳棒上繞幾圈后用鋼絲鉗擰緊，然后接至調壓器低壓輸出端或變頻電源輸出端。輸出端另一極接熱電偶。

（2）調節電源輸出值至所需要的電壓，用碳棒尖端和雙絞的熱電偶相觸，利用尖端放電的電弧把雙絞的熱電偶兩極焊接。

（3）焊完后觀察焊點是否牢固，是否圓滑。

2.3 焊接過程可能碰到的問題和注意事項

首先，制作工裝和焊接中要注意安全，操作人員需戴絕緣手套，使用適當絕緣夾具，佩戴墨鏡等防止危險發生。其次，剛開始焊接可能掌握不好，會出現焊點不圓滑或燒斷熱電偶的情況。容易燒斷熱電偶說明電壓高了，焊點不圓滑說明電壓低了。可以通過調整電壓后再次嘗試。焊接最重要的是電流合適，熱電偶材質，直徑不同，所需焊接的電壓也不同。根據經驗，安全實驗室使用的φ0.3mm 的細絲熱電偶，所需的焊接電壓在18～20V 之間。

最后，焊接后的熱電偶外觀要符合OD-5012 的要求，電極裸露1.5mm 左右，最外絕緣層距熱端測點15mm 左右（如圖3），并且熱電偶的結果需要符合1 級精度的要求，這樣焊接好的熱電偶才能投入使用。

3 試驗驗證

（1）以焊接實驗室常用的0.3mm 線徑的T 型熱電偶為例，選取5kVA 艾諾變頻電源一臺，Fluke 萬用表一臺，2.5mm2線若干，碳棒一個。按原理圖制作好工裝。按如下流程進行焊接。

（2）焊接后的熱電偶測點如下圖5。

（3）校準驗證結果見表1。

圖3 熱電偶焊接后外觀示意圖

圖4 焊接流程

圖5 焊接后的熱電偶測點

通過校準結果，我們可以看出，焊接后的熱電偶在使用的溫度區間內，校準的最大偏差是0.2 ℃。根據GB/T 16839.1-2018 的規定，焊接后的熱電偶在45～120℃范圍內滿足1 級精度的要求。

通過實際焊接操作，發現最好要用穩壓電源供電，以避免電網電壓波動對焊接電壓的影響。其次，預估的焊接電流大約在18～20V，每次調整電壓不要過大，熱電偶焊接錢可以雙絞下，但不要絞的太多，絞兩絞就可以了。焊接時碳棒尖頭對熱電偶成垂直狀態。碳棒和熱電偶絲盡可能少接觸以避免滲碳。

總之，初次嘗試焊接時要多操作幾次，總結經驗后，就會焊接的很好。

表1 部分校準數據

4 結語

筆者從熱電偶焊接的原理出發，利用現有儀器設備詳細闡述了焊接工裝的制作，從而低成本地實現了熱電偶測點的修復。對于實驗室快速修復熱電偶并重新投入使用提供了可行的方法。