Разработка технических средств и методики контроля кольцевых швов малогабаритных емкостей

 

где F- магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходный участок.

 

Рисунок  2.6 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от потока в нем

                           

Так как отношение потоков  и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям и , то

 

                                    ;  ,                                          (7)

 

где - магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита

 

                                            [ ],                                                    (8)

 

где - проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства)

 

                                         ,                                      (9)

 

где = 0,188 м;                                                                                             (10)

                                   ln(1+ );                                          (11)

                            .                                  (12)

 

x_f = 3,147; y_f = 0,127 м.

Подставим значения из формул (10), (11), (12) в (13) получим

 

Гн

 

Из (6) и (7)

 

                                                                                                (13)

 

где получаем из (9) и (10)

 

 

 

R_F – постоянная величина, R_у – тоже постоянно.

 

                                         ,                                                          (14)

 

где   

 

 

                                          ,                                           (15)

 

где - длина средней линии в изделии (l_и=L+d+b=90+40+16=106 мм);

       и - соответствуют оптимальному режиму намагничивания.

 

.

 

Путем пересчета с использованием формулы (15) получают зависимость 

 

 

Рисунок  2.7 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии

 

Затем суммируя получают зависимость . Зная сечение изделия, строят вторую ось , т.е. аналогичную зависимость , где .

По известному значению оптимальной  индукции В_опт = 1,7 Тл в контролируемом сечении по рисунку 2.8 определяют .  U₁ = 4921 А. Затем с учетом коэффициента заполнения К_з =0,4 и площади S окна, занимаемого витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков определяют число витков обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами (d=1,2,3 мм)      

                                                                        

                                                ,                                                   (16)

 

Где -коэффициент заполнения окна,

        d- диаметр провода, мм,

        S -площадь окна, занимаемого всеми витками катушки, равна приблизительно 80%  от площади сердечника и определяется как

       

,                           (17)

 

 

Рисунок 2.8  – Зависимость суммарного магнитного напряжения  в магнитопроводе от индукции в изделии

 

Таким образом:

 витков,

W₂=1723 витков,

W₃=766 витков.

Определяем величину тока в катушке  по известной намагничивающей силе и числу витков

 

                                                I= ,                                                         (18)

 

где U₁ – оптимальное значение намагничивающей силы,

      W – число витков.

Значения токов в катушке  для разных диаметров провода получились:

I₁=0,714A;

I₂=2,855 A;

I₃=6,424 A.

Определяем электрическое сопротивление  обмотки

                                          ,                                                   (19)

 

где 1,043 м.

Получим значения:

R₁=165,068 Ом; 

R₂=10,317 Ом;

R₃=2,038 Ом.                                  

Теперь определим потребляемую мощность

 

                                                                                                       (20)

 

 Мощность получилась для всех трех случаев одинаковой и составила

252 Вт.

  Т. к. потребляемые мощности не зависят от диаметра провода, то диаметр провода выбирают исходя из приемлемого числа витков катушки.

   Выберем  число витков катушки – 766, что соответствует диаметру провода 3 мм.

 

2.3 Разработка устройства для  поперечного намагничивания объекта  контроля

 

2.3.1 Компоновка устройства для  поперечного намагничивания объекта  контроля. Устройство для поперечного намагничивания сварного шва должно состоять из станины высотой около 0,9 метра, на которой должны быть размещены два нижних электромагнита. Два верхних электромагнита должны быть подвижные, приводимые в движение пневмоцилиндрами расположенными под станиной. Верхние электромагниты приводятся в движение через рычаги с закрепленными на них держателями электромагнитов.

2.3.2 Описание устройства для  поперечного намагничивания объекта  контроля и принципа его действия. Устройство для поперечного намагничивания объекта контроля изображено на чертеже 1.54.01.02.02.00.000 СБ. Основными узлами которого являются: станина 2 – состоящая из двух швеллеров, что обеспечивает ей достаточную жесткость; электромагниты 4 – для данного устройства необходимо четыре электромагнита, которые обеспечивают намагничивание кольцевого шва сразу по всей его длине; пневмоцилиндры 14 – в данном устройстве используется два пневмоцилиндра, они предназначены для разведения двух верхних электромагнитов 4, что необходимо для установки ресивера в устройство и его извлечения после проведения контроля.

Устройство работает следующим  образом. Изначально в пневмоцилиндрах 14 создается отрицательное давление, что обеспечивает разведение в стороны четырех верхних электромагнитов 4. На четыре нижних электромагнита на прокладку из поролона, укладывается магнитная лента, на нее укладывается ресивер, так чтобы швы были расположены примерно по середине ленты. Далее свободными концами ленты обхватывают верхнюю часть шва, осуществляется привязка ленты к шву (помечается конец и начало ленты), после чего в пневмоцилиндры 14 подается сжатый воздух, вследствие чего, подвижные электромагниты устанавливаются на верхнюю часть трубы, а их полюсы плотно прижимаются к ресиверу. Магнитная лента прижимается к поверхности контролируемого шва поролоновой подушкой, находящейся в межполюсном пространстве электромагнита 4. После намагничивания, контролируемое изделие извлекается из устройства, а запись с магнитной ленты считывают на дефектоскопе, и делают выводы о наличии или отсутствии недопустимых дефектов

.

2.4 Разработка устройства для  продольного намагничивания кольцевых сварных швов объекта контроля

 

2.4.1 Компоновка устройства  для продольного намагничивания  объекта контроля. Устройство для продольного намагничивания должно состоять из станины, на которой должны размещаться намагничивающий и дополнительный электромагниты. Также на станину должен быть установлен лентопротяжный механизм, механизм вращения объекта контроля, дефектоскоп и система направляющих роликов.

2.4.2 Описание устройства  для продольного намагничивания  объекта контроля и принципа  его действия. Устройство для продольного намагничивания кольцевых швов изображено на чертеже 1.54.01.02.01.00.000 СБ. Разработанное устройство состоит из: станины – состоящей из П-образных профелей, двух электромагнитов 13 и 14, один из которых применяется для намагничивания шва, а второй используется для прижатия изделия к вращающему механизму, лентопротяжного механизма, который обеспечивает протягивание магнитной ленты, склеенной в кольцо, вдоль шва, устройства для автоматической регистрации дефектов, размагничивающего соленоида.

Устройство работает следующим  образом. В устройство устанавливается магнитная лента, склеенная в кольцо. Затем устанавливается ресивер, таким образом, чтобы контролируемый шов находился по середине ленты. После подачи тока в катушки электромагнитов, электромагниты прижмут ресивер к вращающему механизму, который обеспечит равномерное вращение ресивера. Лентопротяжный механизм обеспечит протяжку ленты вдоль контролируемого шва по мере вращения ресивера, с последующей подачей ленты на устройство для автоматической регистрации дефектов.

 

 

Выводы

 

Анализ литературных источников, который показал что, наиболее приемлемым для обнаружения характерных дефектов сварных швов ресиверов является магнитографический метод. Определено оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях объекта (В=1,65 Тл) и рассчитан электромагнит намагничивающего устройства (диаметр обмоточного провода 3 мм, число витков 766, сечение полюса 12х230 мм). Была установлена компоновка установок для продольного и поперечного намагничивания кольцевых швов ресиверов, также было разработана их краткое описание и принцип действия.

Разработана установка для  контроля кольцевых сварных швов малогабаритных емкостей на наличие протяженых дефектов, содержащая 2 электромагнита на которые укладывается объект контроля и 2 подвижных электромагнита приводимых в движение двумя пневмоцилиндрами, данная система из 4 электромагнитов позволяет одновременно намагнитить всю длину кольцевого шва ресивера. Поролоновая подкладка в полости электромагнитов позволяет плотно прижать магнитную ленту к поверхности контролируемого шва.

Разработана установка для контроля кольцевых  сварных швов малогабаритных емкостей на наличие компактных дефектов, содержащая электромагнит для намагничивания объекта контроля, электромагнит  для прижатия изделия к поворотному  устройству, механизм вращения объекта  вокруг его оси и лентопротяжный механизм, обеспечивающая перемотку  магнитной ленты, склеенной в  кольцо, ее перемещение вдоль контролируемого  шва со скоростью его вращения, прижатие ленты к контролируемой поверхности, намагничивание шва в  продольном направлении,  считывание записи с магнитной ленты на дефектоскопе. 

3 Разработка  устройства для подсчета и  индикации дефектов

 

3.1 Выбор  и описание элементов

 

Микросхема 80С51ВН [28]. Данная микросхема является высокопроизводительным 8-разрядным микроконтроллером. Микросхема конструктивно оформлена в 40-контактном пластиковом корпусе типа DIP.

Микросхема  имеет следующие основные параметры:

─  полная совместимость с микроконтроллерами семейства MCS-51;

─  диапазон частот тактового генератора (до – 12) МГц.;

─  трехуровневая  защита памяти программ;

─  128 байт внутреннего ОЗУ;

─  32 программируемых линии ввода/вывода;

─  два 16-битных таймера-счетчика;

─  ток  потребления 18 мА;

─ напряжение питания +5 В.

Условное  графическое обозначение микросхемы приведено на 
рисунке 3.1.

Назначение  выводов.

Р0.0-Р0.7 ─  восьмиразрядный двунаправленный порт Р0.

Р1.0-Р0.7 ─  восьмиразрядный двунаправленный порт Р1.

Х1, Х2 ─  выводы для подключения кварцевого резонатора.

ЕА ─  сигнал блокировки работы с внутренним ПЗУ.

RST ─ вход сигнала общего сброса.

VCC, GND ─ выводы для подключения к источнику питания.

Р2.0-Р2.7 ─  восьмиразрядный двунаправленный  порт Р2, на выводах которого формируется старший байт адреса (А8-А15).

Р3.0-Р3.7 ─  двунаправленный восьмиразрядный  порт Р3, выводы которого имеют следующие дополнительные функции.

Р3.0 (RXD) ─  вход последовательного порта.

P3.1 (TXD) ─ выход последовательного порта.

P3.2 (INT0) ─ вход внешнего прерывания 0.

Р3.3 (INT1) ─ вход внешнего прерывания 1.

P3.4 (T0) ─ вход таймера/счетчика 0.

P3.5 (T1) ─ вход таймера/счетчика 1.

P3.6 (WR) ─ выход сигнала для синхронизации записи данных, выводимых из МП во внешнее устройство.

P3.7 (RD) ─ выход сигнала для синхронизации чтения данных и пересылки их из внешнего устройства в МП.

ALE ─ выходной сигнал, разрешающий фиксацию младшего байта адреса во внешнем регистре.

PSEN ─ выходной сигнал, разрешающий работу внешнего ПЗУ.

 

Рисунок 3.1 ─ Условное обозначение микросхемы

 

Кварцевый резонатор подключается к выводам  Х1, Х2 и является внешним элементом  встроенного в микросхему микропроцессора  генератора тактовых импульсов. Схема  подключения кварцевого резонатора представлена на рисунке 3.2.