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低頻退磁磁粉探傷機擬定方案
前言
在磁粉探傷中,選擇直流磁化還是交流磁化是學術界仍有爭論的問題,由于兩種磁化方法各有其優點, 因此國內外很多磁粉探傷的標準和規范都肯定了兩種磁化方法。直流沒有集膚效應,在距表面較深處有大的磁通密度,能檢測表面下深的缺陷,是大家公論的優點,有些國外標準規定使用直流磁場磁粉探傷, 例如美國軍隊(MIL)標準《磁粉檢測規范》規定:“磁通應由直流電或永久磁鐵產生,”美國波音標準《磁粉檢驗》規定:“除非另有規定, 只采用下例幾種磁粉檢查方法:(1)熒光直流濕連續法;(2)非熒光直流濕連續法;(3)熒光直流干連續法;(4)非熒光直流干連續法”。美國軍隊(MIL) 標準《磁粉探傷設備》中Ⅱ型固定式設備和V型移動式設備也規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,除了國內本身探傷工作的需要外,隨著對外開放政策的推進, 與國外協作和貿易事業的往來在不斷發展, 按照國外標準用直流磁場進行磁粉探傷的越來越多,我國國家標準《磁探傷探傷機》也規定磁化電流有全波整流電,又規定:“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度不得大于1000/2π,A/m(≤2O e)”同時由于受傳統習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》標準,參照采用了美國軍隊(MIL)和波音標準,同時,結合國外同類產品之不足, 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,經過努力,我們研制成功了CEW-10000型超低頻退磁多功能磁粉探傷機。
研制CEW-10000型超低頻退磁多功能磁探傷探傷機的方案
根據我國國家標準《磁探傷探傷機》規定, 本機屬固定立式磁化電源及其控制部分, 可利用本機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
根據美國軍隊(MIL)標準《磁粉探傷設備》規定,額定電流符合該標準Ⅰ規定即2000安培、5000安培、6000安培;該標準還規定:“磁化電流應是低電壓大電流,……用干式整流器或半導體整流器從三相電源經三相整流獲得直流電”、……“磁化電流應能從滿載電流的10%到100%,可調節”、“用作縱向磁化的線圈應是低電壓”大電流激磁的……”。“退磁電流應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),衰減點應有30點或更多點。 最大退磁電流應是以達到表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安培可調節,可預選。
為實施上述方案,我們專門設計了既能用于磁化,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擔總電流的一半。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晶體管條件下,不必用并聯均流等措施,大大簡化了電路和結構; 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,兼作無觸開關和自動調壓元件。 配合觸發電路將主電路進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。
(2)控制電路方案
根據主電路的特點,用戶的要求,并取國外多種磁粉探傷機的優點, 我們采用了目前比較先進而且技術比較成熟的MCS-51系列的8032單片機, 它是有三個定時計數器,正如滿足三相電源不同的定時器需要,為了達到一套系統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基礎上擴展了一片2764(程序程貯器)一片2816A轉換器和一片8279(鍵盤、顯示器管理芯片), 在系統軟件中,設計了磁化電流、磁化時間等多種參數的預選功能,使用者在操作前可首先預選所需電流,毋需估計電流大小和作大電流調節,設計了磁化電流自動調節裝置,使負載在一定范圍內變化時,輸出電流基本不變,免除了通常由于電纜長度、零件大小、接觸不良等負載電阻的變化,而造成電流達不到預置值的煩腦,設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,使用者可根據退磁需要,選擇退磁頻率, 并使退磁滿足上述標準所提出的要求。
(3)保護電路方案
除了用熔斷器作過電流保護外, 考慮到本機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,我們采用了集成霍爾開關作為傳感器, 它能很快地將磁信號轉換為數字信號分兩路送出,其中一路送CPU系統, 使觸發電路無觸發脈沖輸出,晶曾管不工作,同時另一路送保護電路斷開主接觸器和整機電源,達到保護晶閘管的目的。