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低頻退磁磁粉探傷機(jī)擬定方案
前言
在磁粉探傷中,選擇直流磁化還是交流磁化是學(xué)術(shù)界仍有爭(zhēng)論的問(wèn)題,由于兩種磁化方法各有其優(yōu)點(diǎn), 因此國(guó)內(nèi)外很多磁粉探傷的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都肯定了兩種磁化方法。直流沒(méi)有集膚效應(yīng),在距表面較深處有大的磁通密度,能檢測(cè)表面下深的缺陷,是大家公論的優(yōu)點(diǎn),有些國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用直流磁場(chǎng)磁粉探傷, 例如美國(guó)軍隊(duì)(MIL)標(biāo)準(zhǔn)《磁粉檢測(cè)規(guī)范》規(guī)定:“磁通應(yīng)由直流電或永久磁鐵產(chǎn)生,”美國(guó)波音標(biāo)準(zhǔn)《磁粉檢驗(yàn)》規(guī)定:“除非另有規(guī)定, 只采用下例幾種磁粉檢查方法:(1)熒光直流濕連續(xù)法;(2)非熒光直流濕連續(xù)法;(3)熒光直流干連續(xù)法;(4)非熒光直流干連續(xù)法”。美國(guó)軍隊(duì)(MIL) 標(biāo)準(zhǔn)《磁粉探傷設(shè)備》中Ⅱ型固定式設(shè)備和V型移動(dòng)式設(shè)備也規(guī)定磁化電流有三相全波整流電,因此北美和西歐一些國(guó)家廣泛使用直流磁場(chǎng)磁粉探傷。
目前,除了國(guó)內(nèi)本身探傷工作的需要外,隨著對(duì)外開(kāi)放政策的推進(jìn), 與國(guó)外協(xié)作和貿(mào)易事業(yè)的往來(lái)在不斷發(fā)展, 按照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)用直流磁場(chǎng)進(jìn)行磁粉探傷的越來(lái)越多,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《磁探傷探傷機(jī)》也規(guī)定磁化電流有全波整流電,又規(guī)定:“退磁裝置:一般采用何種方法磁化則采用何種方法退磁, 退磁后試件表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度不得大于1000/2π,A/m(≤2O e)”同時(shí)由于受傳統(tǒng)習(xí)慣和交流磁場(chǎng)表面靈敏度高易退磁等一系列因素的影響, 很多用戶又希望直流探傷機(jī)能保持有交流輸出的功能,為了解決用戶的這種需求,我們采用了國(guó)家《磁探傷探傷機(jī)》標(biāo)準(zhǔn),參照采用了美國(guó)軍隊(duì)(MIL)和波音標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),結(jié)合國(guó)外同類產(chǎn)品之不足, 研制了這種既具有三相全波整流電和超低頻退磁功能, 又具有交流輸出和退磁或交直流同時(shí)輸出(此時(shí)直流為單相半波)的多功能磁探傷探傷機(jī),經(jīng)過(guò)努力,我們研制成功了CEW-10000型超低頻退磁多功能磁粉探傷機(jī)。
研制CEW-10000型超低頻退磁多功能磁探傷探傷機(jī)的方案
根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《磁探傷探傷機(jī)》規(guī)定, 本機(jī)屬固定立式磁化電源及其控制部分, 可利用本機(jī)附件支桿探頭和其它附件作直流探傷和超低頻退磁或作交直流復(fù)合磁化用。也可與10000A以下的多種新老式夾持裝置配合使用。
(1)主電路方案
根據(jù)美國(guó)軍隊(duì)(MIL)標(biāo)準(zhǔn)《磁粉探傷設(shè)備》規(guī)定,額定電流符合該標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ規(guī)定即2000安培、5000安培、6000安培;該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定:“磁化電流應(yīng)是低電壓大電流,……用干式整流器或半導(dǎo)體整流器從三相電源經(jīng)三相整流獲得直流電”、……“磁化電流應(yīng)能從滿載電流的10%到100%,可調(diào)節(jié)”、“用作縱向磁化的線圈應(yīng)是低電壓”大電流激磁的……”。“退磁電流應(yīng)是低電壓大電流的衰減式換極性直流電和交流電(由使用者選擇),衰減點(diǎn)應(yīng)有30點(diǎn)或更多點(diǎn)。 最大退磁電流應(yīng)是以達(dá)到表Ⅰ所列輸出磁化電流的大小以對(duì)零件退磁”。我們選擇了磁化電流、縱向磁化線圈激磁電流和退磁電流都是低電壓、大電流,其額定值為10000安培,且從0~10000安培可調(diào)節(jié),可預(yù)選。
為實(shí)施上述方案,我們專門(mén)設(shè)計(jì)了既能用于磁化,又能用于退磁的帶平衡電抗器的雙得星形晶閘管整流電路。這種電路能夠使用兩組整流電路同時(shí)工作, 每組中的每個(gè)整流元件將導(dǎo)電1/3周期,從而提高了主變壓器的利用率, 而且每組整流元件只負(fù)擔(dān)總電流的一半。與三相橋式電路相比, 只有一半管壓降損耗和每個(gè)元件只通過(guò)一半的平均電流。這種電路適合低電壓大電流輸出用, 并且在目前可能提供的國(guó)產(chǎn)晶體管條件下,不必用并聯(lián)均流等措施,大大簡(jiǎn)化了電路和結(jié)構(gòu); 更主要的是這種電路能使晶閘管在大電流退磁的換及性和幅度自動(dòng)衰減電路中,兼作無(wú)觸開(kāi)關(guān)和自動(dòng)調(diào)壓元件。 配合觸發(fā)電路將主電路進(jìn)行不同的組合可同時(shí)輸出三個(gè)半波直流或一路交流和兩路半波直流。經(jīng)計(jì)算, 要磁粉探傷所需的工作周期下,元件溫升也可控制在安全范圍內(nèi)。
(2)控制電路方案
根據(jù)主電路的特點(diǎn),用戶的要求,并取國(guó)外多種磁粉探傷機(jī)的優(yōu)點(diǎn), 我們采用了目前比較先進(jìn)而且技術(shù)比較成熟的MCS-51系列的8032單片機(jī), 它是有三個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器,正如滿足三相電源不同的定時(shí)器需要,為了達(dá)到一套系統(tǒng)同時(shí)控制十二路可控硅及與輸入輸出各種信息的通信,在8032基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一片2764(程序程貯器)一片2816A轉(zhuǎn)換器和一片8279(鍵盤(pán)、顯示器管理芯片), 在系統(tǒng)軟件中,設(shè)計(jì)了磁化電流、磁化時(shí)間等多種參數(shù)的預(yù)選功能,使用者在操作前可首先預(yù)選所需電流,毋需估計(jì)電流大小和作大電流調(diào)節(jié),設(shè)計(jì)了磁化電流自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置,使負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時(shí),輸出電流基本不變,免除了通常由于電纜長(zhǎng)度、零件大小、接觸不良等負(fù)載電阻的變化,而造成電流達(dá)不到預(yù)置值的煩腦,設(shè)計(jì)了用控制電壓作自動(dòng)衰減的方法,具有五種不同頻率的超低頻、 幅度自動(dòng)衰減的自動(dòng)換極性退磁控制系統(tǒng),使用者可根據(jù)退磁需要,選擇退磁頻率, 并使退磁滿足上述標(biāo)準(zhǔn)所提出的要求。
(3)保護(hù)電路方案
除了用熔斷器作過(guò)電流保護(hù)外, 考慮到本機(jī)所用接在低電壓一邊的大電流晶閘管較多,需要快速過(guò)電流保護(hù),我們采用了集成霍爾開(kāi)關(guān)作為傳感器, 它能很快地將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)分兩路送出,其中一路送CPU系統(tǒng), 使觸發(fā)電路無(wú)觸發(fā)脈沖輸出,晶曾管不工作,同時(shí)另一路送保護(hù)電路斷開(kāi)主接觸器和整機(jī)電源,達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的。