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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)界仍有爭論的問題,由于兩種磁化方法各有其優(yōu)點, 因此國內(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。直流沒有集膚效應(yīng),在距表面較深處有大的磁通密度,能檢測表面下深的缺陷,是大家公論的優(yōu)點,有些國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用直流磁場磁粉探傷, 例如美國軍隊(MIL)標(biāo)準(zhǔn)《磁粉檢測規(guī)范》規(guī)定:“磁通應(yīng)由直流電或永久磁鐵產(chǎn)生,”美國波音標(biāo)準(zhǔn)《磁粉檢驗》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”。美國軍隊(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家廣泛使用直流磁場磁粉探傷。
目前,除了國內(nèi)本身探傷工作的需要外,隨著對外開放政策的推進(jìn), 與國外協(xié)作和貿(mào)易事業(yè)的往來在不斷發(fā)展, 按照國外標(biāo)準(zhǔn)用直流磁場進(jìn)行磁粉探傷的越來越多,我國國家標(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強(qiáng)度不得大于1000/2π,A/m(≤2O e)”同時由于受傳統(tǒng)習(xí)慣和交流磁場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,我們采用了國家《磁探傷探傷機(jī)》標(biāo)準(zhǔn),參照采用了美國軍隊(MIL)和波音標(biāo)準(zhǔn),同時,結(jié)合國外同類產(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輸出(此時直流為單相半波)的多功能磁探傷探傷機(jī),經(jīng)過努力,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)我國國家標(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)美國軍隊(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),衰減點應(yīng)有30點或更多點。 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。
為實施上述方案,我們專門設(shè)計了既能用于磁化,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工作, 每組中的每個整流元件將導(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元件只通過一半的平均電流。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產(chǎn)晶體管條件下,不必用并聯(lián)均流等措施,大大簡化了電路和結(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衰減電路中,兼作無觸開關(guān)和自動調(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輸出三個半波直流或一路交流和兩路半波直流。經(jīng)計算, 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,用戶的要求,并取國外多種磁粉探傷機(jī)的優(yōu)點, 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), 它是有三個定時計數(shù)器,正如滿足三相電源不同的定時器需要,為了達(dá)到一套系統(tǒng)同時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、顯示器管理芯片), 在系統(tǒng)軟件中,設(shè)計了磁化電流、磁化時間等多種參數(shù)的預(yù)選功能,使用者在操作前可首先預(yù)選所需電流,毋需估計電流大小和作大電流調(diào)節(jié),設(shè)計了磁化電流自動調(diào)節(jié)裝置,使負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時,輸出電流基本不變,免除了通常由于電纜長度、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)計了用控制電壓作自動衰減的方法,具有五種不同頻率的超低頻、 幅度自動衰減的自動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,需要快速過電流保護(hù),我們采用了集成霍爾開關(guān)作為傳感器, 它能很快地將磁信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號分兩路送出,其中一路送CPU系統(tǒng), 使觸發(fā)電路無觸發(fā)脈沖輸出,晶曾管不工作,同時另一路送保護(hù)電路斷開主接觸器和整機(jī)電源,達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的。