[发明专利]一种评价金属管状电热元件耐久性的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种评价金属管状电热元件耐久性的试验装置及方法，该试验装置包括带盖试验槽、试验电路和监测系统，带盖试验槽的槽盖上开有大小不同的4个孔，分别安装有电加热管样品、回流冷凝器、搅拌器和温度计，试验槽侧壁下部开设有排水口；所述试验电路包括试验电源、隔离式调压器和熔断器；所述试验电源的两极先与隔离式调压器的输入端连接，再在隔离式调压器引出端的零线上连接所述的熔断器，最后再连接所述的电加热管样品；所述监测系统包括并联接入试验电路的电压表和串联接入试验电路的电流表。该试验装置能够较好地模拟电加热管的工作状态，考核电加热管的耐久性。本发明同时公开了评价金属管状电热元件耐久性的试验方法。

技术领域

本发明涉及一种金属管状电热元件耐久性试验设备，具体是指一种评价金属管状电热元件耐久性的试验装置及方法。

背景技术

金属管状电热元件(简称电加热管)，是电热水器等家用电器的核心部件。家电用金属管状电热元件的作用是加热水。由于在使用过程中，水中含有氯离子等腐蚀性介质，长期使用会导致加热管腐蚀穿孔、泄露甚至爆管。电加热管的腐蚀穿孔还有可能造成漏电，带来人员触电等安全风险。电加热管的腐蚀隐患在出厂测试时难以检出，是影响电加热管长期可靠性的最主要原因，困扰行业多年。目前行业中尚未有有效的检测方法。

电加热管以金属管为外壳，合金电热丝作为发热体，在一端或两端具有引出棒，在金属管内填装有绝缘材料以固定发热体。电加热管的腐蚀指的是金属管外壳的腐蚀。目前家用电器中的电加热管的外壳绝大多数是采用奥氏体不锈钢制成。奥氏体不锈钢在自来水中的主要腐蚀形态是点腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。奥氏体不锈钢的应力腐蚀往往起源于表面的点蚀，在应力集中区域向内部延伸形成纵深发展贯穿的裂纹，是发生电加热管腐蚀穿孔、泄漏、爆管的主要原因。而电加热管外壳是用奥氏体不锈钢无缝钢管经冷弯成型制成，冷弯、装配过程中会产生加工应力，因此电加热管外壳的应力腐蚀不容忽视。测量奥氏体不锈钢材料耐应力腐蚀敏感性的方法目前最为常用的YB/T 5362《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》，这种方法要求将不锈钢材料制成带残余应力的样品，例如U型样品，并在42％的沸腾的氯化镁溶液中持续浸煮24小时或更长时间，试验温度需保持在143℃。试验结束后，通过在显微镜下观察样品是否产生应力腐蚀裂纹、产生应力腐蚀裂纹的时间、以及裂纹的长度来判断材料的应力腐蚀敏感性。但是电加热管的应力是在制作成成品时引入的，影响其耐久性的因素不仅有材料因素，还有后期加工和装配工艺带来的影响，仅考核电加热管外壳材料的应力腐蚀敏感性并不能充分反映电加热管的耐久性。

其次，为了保护热水器等电器产品，保证产品安全，电加热管的控制电路设置了自动断电功能。即电加热管在将水加热到一定温度，例如电热水器中的电加热管会将水箱中的水加热到70～90℃后自动断电，热水壶中的电加热管设定的是将水烧开(100℃)后自动断电。待水温下降到一定温度，电加热管会自动重新启动，重新加热，这样可以保证用水一直维持在合适的温度下。这种设计造成在评价电加热管耐久性时，无法使用YB/T 5362《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》，因为电加热管无法将试验溶液加热到143℃。另外，在考核不锈钢材料的应力腐蚀敏感性的时候，因为试样尺寸较小，所需溶液较少，通常为500-1000mL，可以在带有回流冷凝器的玻璃仪器中完成。通过对试验溶液蒸发出的水蒸汽回流冷凝重新回到试验溶液中，可保持试验溶液一直处于饱和状态。且因为试验溶液不多，试验过程中仅会在玻璃仪器管壁上析出少量氯化镁晶体，不会污染试验环境。但电加热管尺寸较大，耐久性评价试验不能在玻璃仪器中完成。对电热管进行耐久性评价时如果采用饱和的氯化镁溶液，试验过程中试验溶液中的水分蒸发，饱和的氯化镁会析出大量的氯化镁晶体，污染试验环境。

为此，需要从产品整体角度考虑，开发一种适用于评价电加热管耐久性的试验装置，并提出相关的试验方法。该装置和方法要能够在帮助企业在出厂前抽检产品性能，帮助专业机构评估电加热管产品的安全性和可靠性，就显得十分重要而且迫切。

发明内容