Каждый металлический материал имеет фиксированный коэффициент линейного теплового расширения, а несоответствие между коэффициентом расширения сплава оболочки термопары и стали литейной формы является легко упускаемым из виду фактором, вызывающим долговременную -нестабильность контакта и температурный дрейф. Когда горячеканальный канал нагревается до производственной температуры, оболочка зонда и стенка монтажного отверстия коллектора/сопло расширяются с разной скоростью, изменяя плотность сжатия пружинной байонетной конструкции, образуя переменные воздушные зазоры между чувствительным наконечником и дном отверстия, что приводит к постепенному увеличению отклонения измерений после нескольких недель непрерывного производства. Подбор материалов оболочки термопары с такими же коэффициентами расширения, как и у формованной стали, и оптимизация хода сжатия пружины позволяют поддерживать стабильный тесный контакт во всем температурном диапазоне.
Горячеканальные пластины пресс-форм в основном изготавливаются из литейной стали P20, H13, S136 с коэффициентами линейного теплового расширения от 11,0×10⁻⁶/градус до 13,5×10⁻⁶/градус. Различные сплавы оболочек термопар имеют совершенно разные коэффициенты расширения: обычная нержавеющая сталь 304 составляет 17,2×10⁻⁶/градус, нержавеющая сталь 316L — 16,0×10⁻⁶/градус, сплав Hastelloy — 12,8×10⁻⁶/градус, сплав Инконель — 13,1×10⁻⁶/градус. Чем ближе коэффициент расширения оболочки к формовке стали, тем меньше разница расширения при нагреве и тем стабильнее контактное давление пружинного зонда.
Обычные оболочки из нержавеющей стали 304 имеют гораздо более высокий коэффициент расширения, чем литейная сталь H13. Когда форма нагревается до 300 градусов, внешний диаметр оболочки расширяется намного больше, чем внутренний диаметр монтажного отверстия, плотно сжимая стенку отверстия и чрезмерно сжимая встроенную-пружину. После длительного-чрезмерного-сжатия пружина испытывает упругую усталость и теряет силу отскока. Когда форма остывает, оболочка сжимается, и уставшая пружина не может подтолкнуть чувствительный наконечник к дну отверстия, образуя фиксированный воздушный зазор размером 0,3–0,6 мм, вызывая постоянный температурный дрейф на 4–9 градусов. Этот дрейф развивается медленно и не имеет тревожного сигнала, отражаясь только в нестабильных допусках по размерам и дефектах внешнего вида продукции после массового производства.
Оболочки из жаропрочных-сплавов хастеллоя и инконеля имеют коэффициенты расширения, максимально соответствующие коэффициентам расширения горячеканальной стали H13 и S136. Разница в расширении между оболочкой и стенкой монтажного отверстия после нагрева контролируется в чрезвычайно небольшом диапазоне, пружина выдерживает только умеренную сжимающую нагрузку без длительной -пере-усталости от экструзии, а упругая сила сжатия может сохраняться в течение более 5 месяцев при непрерывном производстве в течение 24-часов. Для высокотемпературных-форм из горячеканального пластика, армированного стекловолокном PEEK, с длительной-рабочей температурой выше 320 градусов, обязательны оболочки из высококачественного сплава, чтобы избежать затухания контакта, вызванного несоответствием расширения.
Даже при одинаковых коэффициентах расширения стали оболочки и пресс-формы нерациональная конструкция хода пружины все равно приведет к нарушению контакта. При изготовлении байонетных термопар по индивидуальному заказу зарезервированный ход сжатия пружины должен оставлять буферное пространство 1–2 мм в соответствии с максимальной разницей теплового расширения оболочки и отверстия формы. Если ход сжатия пружины слишком мал, даже небольшая разница в расширении приведет к полному сжатию пружины до предела, что приведет к усталостному разрушению; чрезмерный ход приведет к тому, что чувствительный кончик будет свободно трястись внутри отверстия во время вибрации формы, что приведет к колебаниям показаний температуры.
Поддержка мер по оптимизации для компенсации рисков несоответствия коэффициентов расширения. Для существующих форм, оснащенных датчиками из нержавеющей стали 304, которые не могут быть заменены партиями, увеличьте резервируемую глубину монтажного отверстия термопары на 1,5 мм, чтобы расширить диапазон буфера сжатия пружины, и модернизируйте стандартные пружины до пружин с большим-ходом, противо-усталостным сплавом, чтобы противостоять чрезмерному-упругому ослаблению при сжатии. При проектировании новых горячеканальных форм отдавайте предпочтение термопарам с оболочкой из хастеллоя для форм непрерывного производства при высоких-температурах и оставляйте стандартные буферные ходовые отверстия для датчиков на этапе чертежа. Во время регулярного ежемесячного технического обслуживания вынимайте щупы, чтобы проверить эластичность пружины; Медленный и неполный отскок указывает на то, что длительное-сжатие при расширении вызвало усталость, и датчик необходимо заменить заранее, чтобы исключить скрытые опасности, связанные с дрейфом.
Разумное соответствие коэффициента расширения оболочки термопары и материала стали пресс-формы позволяет поддерживать контактный зазор между чувствительным наконечником и дном отверстия менее 0,1 мм во всем диапазоне температур от комнатной температуры до высокой производственной температуры, что фундаментально устраняет долгосрочные-скрытые дефекты температурного дрейфа, вызванные непостоянной деформацией теплового расширения металлических компонентов.
