劉志軍，王 旭 陳京巍

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

熱浸鍍鋅模擬試驗機是用于汽車板和家電板的高耐蝕鍍層與合金化等方面產(chǎn)品開發(fā)和檢測的大型實驗設(shè)備。模擬機應(yīng)用現(xiàn)代物理模擬技術(shù)，在兼顧連續(xù)熱鍍鋅工藝和核心設(shè)備參數(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)在實驗室條件下完全模擬工業(yè)化連續(xù)退火、鍍鋅和合金化的各個工藝段。同時，模擬機也可以用于高耐蝕合金、鍍液成分、低溫退火等方面的技術(shù)開發(fā)，為涂鍍企業(yè)的工藝開發(fā)和技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。因此，該模擬試驗機的應(yīng)用對于工業(yè)研究和技術(shù)開發(fā)具有重要的指導(dǎo)作用。

1 熱浸鍍鋅模擬試驗機工作原理及結(jié)構(gòu)組成

該模擬試驗機主機高達6米，從上到下，主要由馬達驅(qū)動、冷卻區(qū)、紅外加熱退火區(qū)、感應(yīng)加熱合金化區(qū)和鋅鍋等組成，如圖1所示。輔助系統(tǒng)包括冷卻水供給系統(tǒng)、保護氣氛氣路系統(tǒng)、壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)、露點和氣氛測量系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)等。

熱浸鍍鋅整個實驗工藝流程如下：

裝卡試樣→抽真空→調(diào)節(jié)氣氛→退火→快冷或緩冷→等待鍍鋅→鍍鋅→氣刀吹掃→合金化→記錄數(shù)據(jù)→取試樣

1.1 馬達驅(qū)動系統(tǒng)

馬達驅(qū)動系統(tǒng)主要采用直線單元驅(qū)動方式，帶動試樣在冷卻區(qū)、退火區(qū)、合金化區(qū)和熱浸鍍鋅區(qū)間運行，完成熱浸鍍鋅模擬試驗。伺服電機、滾珠絲杠、進給桿和卡具等組成了馬達驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)是可編程控制的，可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的進給距離、速度和方向運行。其工作流程為試樣安裝在卡具上以后，伺服電機接受控制命令，驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，帶動進給桿運動，實現(xiàn)試樣在模擬系統(tǒng)中的上下運動，并能夠在真空或者壓力情況下，仍保持良好的密封性。

圖1 熱浸鍍鋅模擬試驗機結(jié)構(gòu)圖

1.2 紅外加熱退火區(qū)

紅外加熱退火區(qū)是通過紅外輻射對試樣進行加熱或保溫，實現(xiàn)退火功能。短波紅外加熱模塊內(nèi)表面有鍍金涂層，易實現(xiàn)紅外輻射波的漫反射，反射率達到95%以上，大大加強了加熱均勻性。試樣置于石英玻璃管中進行雙面加熱，加熱部分單面設(shè)置12只單功率為2200W的紅外輻射加熱管，雙面共24只，功率為52.8KW。

馬達驅(qū)動系統(tǒng)將試樣按設(shè)定速度下降到紅外加熱區(qū)，到達設(shè)定加熱位置后按一定頻率開始上下反復(fù)移動。計算機控制系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定值，調(diào)節(jié)紅外輻射各區(qū)功率，使功率按一定比例進行輸出，保證加熱均勻性，按照設(shè)定的加熱速度對試樣進行加熱。到達目標溫度后，再保持溫度恒定。

1.3 冷卻區(qū)

試樣在紅外加熱退火區(qū)完成退火流程后，馬達驅(qū)動系統(tǒng)按照設(shè)定速度把試樣帶到預(yù)定的冷卻位置，然后控制系統(tǒng)通過控制He、N2、H2氣體流量，按照工藝要求的冷卻速度，噴吹試樣，實現(xiàn)快速冷卻。

1.4 熱浸鍍鋅區(qū)

鋅鍋主要用于鋅錠的熔化，其加熱方式為電阻式，負載為三相星型不接零，采用可控硅調(diào)壓控制實現(xiàn)加熱控制。按鋅液的成分要求往鋅鍋內(nèi)添加合金錠，按照可視化操作界面設(shè)置好的鋅液目標溫度及加熱功率，進行加熱熔錠。待鋅錠熔化后，把鋅鍋固定于主機上。

試樣到達浸鍍的目標溫度后，按照設(shè)定的下降速度驅(qū)動試樣進入到鋅鍋。達到設(shè)定的浸鍍位置后，試樣停止，進行浸鍍。到達設(shè)定的浸鍍時間后，開啟氣刀，氣刀按設(shè)定的氣流量以及事先調(diào)好的吹掃角度對試樣進行吹掃。同時，馬達驅(qū)動系統(tǒng)帶動試樣以設(shè)定的速度上升，到達合金化工藝模塊的指定位置。

1.5 感應(yīng)加熱合金化區(qū)

感應(yīng)加熱方式就是感應(yīng)器輸出交變的電磁場，當電磁場穿過被加熱物體時在物體自身產(chǎn)生感應(yīng)電流使該物體被加熱。感應(yīng)加熱系統(tǒng)主要包括整流電路、濾波電路、逆變電路、功率調(diào)節(jié)電路和負載電路等。采用調(diào)壓調(diào)功方式進行功率調(diào)節(jié)，即通過調(diào)整可控硅的觸發(fā)角調(diào)整輸出功率。電路中還設(shè)有軟啟動、電壓和電流反饋、直流電壓上限幅和下限幅，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

試樣到達合金化位置后，馬達驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動試樣以20-30mm/s的速度，上下輕微移動，保證合金化均勻。計算機系統(tǒng)控制高頻加熱器開啟，按照設(shè)定的加熱速度，自動調(diào)節(jié)輸出功率，加熱到合金化目標溫度后，停止高頻加熱器，然后試樣按照設(shè)定的上升速度，達到紅外退火保溫試樣位置，進行保溫處理，然后再上升到快速冷卻位置，進行快速冷卻。 達到設(shè)定溫度后，打開樣品室門，取下試樣，完成試驗。

2 典型故障的診斷與維修

通過對熱浸鍍鋅模擬試驗機的工作原理及結(jié)構(gòu)組成的研究，分析出可能存在的故障，建立了相應(yīng)的故障診斷與維修方法，具體如下：

2.1 高頻感應(yīng)加自動停止加熱故障的排除

高頻感應(yīng)加熱自動停止的故障主要是由保護電路引起的。通過保護指示燈的狀態(tài)，能快速診斷出故障原因，通過相應(yīng)的處理，可以快速排除故障。主要有水流低燈亮，表示水流量不足，檢查冷卻水路是否暢通；水壓低燈亮，表示冷卻水壓力不足，檢查水路及水冷機組工作是否正常；過流燈亮，表示該橋臂電流超過了額定值，檢查IGBT是否損壞或者負載是否變小了；缺相保護燈亮，表示有缺相，檢查保險絲及供電電源等；過壓燈亮，表示電壓高于420V，檢查供電電源等。

2.2 感應(yīng)加熱困難或無法啟動加熱故障的排除

假如加熱功率模塊IGBT和它的控制信號異常，都會導(dǎo)致加熱困難或無法啟動加熱故障。IGBT的好壞利用萬用表就可以判斷。把G與E短接，選用數(shù)字萬用表的二極管檔測量E與C間的二極管正向壓降是否正常。再把數(shù)字萬用表打到電阻檔，GE短接，測量CE間正向電阻是否大于100K歐姆；CG短接，測量CE間正向電阻是否小于幾十歐姆。若是測量值異常，更換正常的IGBT后，故障可排除。

假如沒有控制信號，功率模塊IGBT也無法工作，系統(tǒng)不加熱?？赏ㄟ^示波器檢查門極和源機之間的信號進行診斷，如檢測不到驅(qū)動信號，再檢查驅(qū)動板是否有信號輸出，若是沒有信號，說明驅(qū)動信號板有故障，更換后，可排除故障；若是有信號，說明信號線連接有問題，采用萬用表進行通斷檢查，通過更換連接線或者插頭接觸不良的處理，排除故障。

2.3 鋅鍋加熱系統(tǒng)燒可控硅故障的排除

鋅鍋是采用電阻式加熱，加熱功率的大小由可控硅控制。阻容電路異常、負載對地絕緣性能變差或負載短路等都可能導(dǎo)致燒可控硅。

若是阻容電路異常，可控硅在反相關(guān)斷時所承受的瞬時高壓無法被吸收，可能會燒可控硅。用萬用表對阻容電路進行測量，若是電阻阻值與電容容抗值異常，更換之即可排除故障。

若負載對地絕緣性能差，負載有地打火的可能，造成觸發(fā)時間受干擾或可控硅兩端承受高壓，導(dǎo)致可控硅燒壞。斷電后利用絕緣表測量負載對地絕緣電阻大小，使絕緣性能良好即可以排除該原因引起的故障。

若是加熱電阻絲有短路現(xiàn)象，在加熱過程中，可控硅要承受很大的短路電流，有可能燒壞可控硅。利用萬用表測量電阻絲是否短路，若有短路現(xiàn)象，更換電阻絲后可排除故障。

2.4 GPR氧分析儀故障排除

GPR氧分析儀主要用于測量鋅鍋腔體內(nèi)氫中的氧氣含量。假如腔體內(nèi)氧氣含量高于具體工藝要求，影響鍍鋅質(zhì)量。

GPR氧分析儀主要故障有讀數(shù)為負數(shù)或接近“0”且吹空氣有反應(yīng)、讀數(shù)為“0”且吹空氣無反應(yīng)、響應(yīng)和恢復(fù)慢等故障。針對讀數(shù)為負數(shù)或接近“0”且吹空氣有反應(yīng)故障，如果吹空氣時能達到15%以上時，則說明零點校準錯誤，通過恢復(fù)出廠零點設(shè)置后重新進行量程“SPAN”校準，可以排除故障。針對讀數(shù)為“0”且吹空氣無反應(yīng)故障，檢查電極是否被污染，若是污染了，清洗后可排除故障；否則，說明傳感器物理損壞，更換即可排除故障。針對響應(yīng)和恢復(fù)慢故障，主要是檢查氣路系統(tǒng)是否有泄漏和流量是否太小，若是有泄漏，要重新密封氣路、接頭、過濾器等，若是流量小于1升/分，通過調(diào)整氣路閥門，保證流量；除此之外，傳感器性能下降也會出現(xiàn)響應(yīng)和恢復(fù)慢故障，更換新傳感器后。故障排除。

3 結(jié)語

只有熟悉掌握儀器的工作原理及結(jié)構(gòu)組成，才能搞好儀器的故障診斷與維修工作。通過熱浸鍍鋅模擬試驗機工作原理及結(jié)構(gòu)組成的研究，分析出可能存在的故障，建立了相應(yīng)的故障診斷與維修方法，使儀器故障得到快速診斷與排除。

參考文獻

[1] 邊軍，張福波，劉相華，王國棟. 新型熱浸鍍鋅模擬試驗機的研制[J].金屬熱處理，2003.9

[2] 郝曉東，袁順華，李更新，張啟福.鍍鋅模擬裝置紅外線熱處理設(shè)備研究[J].新技術(shù)新工藝，2008.3

[3] 王騰，趙云龍，柴立濤.熱浸鍍工藝對熱成型鋼鋁硅鍍層的影響[J].中國冶金，2016.12

[4] 夏虹，劉永闊，謝春麗.設(shè)備故障診斷技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2010.3