热浸镀锌模拟试验机故障诊断与维修

2018-09-04刘志军陈京巍

安徽冶金科技职业学院学报 2018年3期

刘志军，王旭陈京巍

(马钢股份公司技术中心安徽马鞍山 243000)

热浸镀锌模拟试验机是用于汽车板和家电板的高耐蚀镀层与合金化等方面产品开发和检测的大型实验设备。模拟机应用现代物理模拟技术，在兼顾连续热镀锌工艺和核心设备参数的基础上，实现在实验室条件下完全模拟工业化连续退火、镀锌和合金化的各个工艺段。同时，模拟机也可以用于高耐蚀合金、镀液成分、低温退火等方面的技术开发，为涂镀企业的工艺开发和技术发展奠定了基础。因此，该模拟试验机的应用对于工业研究和技术开发具有重要的指导作用。

1 热浸镀锌模拟试验机工作原理及结构组成

该模拟试验机主机高达6米，从上到下，主要由马达驱动、冷却区、红外加热退火区、感应加热合金化区和锌锅等组成，如图1所示。辅助系统包括冷却水供给系统、保护气氛气路系统、压缩空气供应系统、露点和气氛测量系统、真空系统和自动化控制系统等。

热浸镀锌整个实验工艺流程如下：

装卡试样→抽真空→调节气氛→退火→快冷或缓冷→等待镀锌→镀锌→气刀吹扫→合金化→记录数据→取试样

1.1 马达驱动系统

马达驱动系统主要采用直线单元驱动方式，带动试样在冷却区、退火区、合金化区和热浸镀锌区间运行，完成热浸镀锌模拟试验。伺服电机、滚珠丝杠、进给杆和卡具等组成了马达驱动系统。驱动系统是可编程控制的，可根据预先设定的进给距离、速度和方向运行。其工作流程为试样安装在卡具上以后，伺服电机接受控制命令，驱动滚珠丝杠转动，带动进给杆运动，实现试样在模拟系统中的上下运动，并能够在真空或者压力情况下，仍保持良好的密封性。

图1 热浸镀锌模拟试验机结构图

1.2 红外加热退火区

红外加热退火区是通过红外辐射对试样进行加热或保温，实现退火功能。短波红外加热模块内表面有镀金涂层，易实现红外辐射波的漫反射，反射率达到95%以上，大大加强了加热均匀性。试样置于石英玻璃管中进行双面加热，加热部分单面设置12只单功率为2200W的红外辐射加热管，双面共24只，功率为52.8KW。

马达驱动系统将试样按设定速度下降到红外加热区，到达设定加热位置后按一定频率开始上下反复移动。计算机控制系统按照预先设定值，调节红外辐射各区功率，使功率按一定比例进行输出，保证加热均匀性，按照设定的加热速度对试样进行加热。到达目标温度后，再保持温度恒定。

1.3 冷却区

试样在红外加热退火区完成退火流程后，马达驱动系统按照设定速度把试样带到预定的冷却位置，然后控制系统通过控制He、N2、H2气体流量，按照工艺要求的冷却速度，喷吹试样，实现快速冷却。

1.4 热浸镀锌区

锌锅主要用于锌锭的熔化，其加热方式为电阻式，负载为三相星型不接零，采用可控硅调压控制实现加热控制。按锌液的成分要求往锌锅内添加合金锭，按照可视化操作界面设置好的锌液目标温度及加热功率，进行加热熔锭。待锌锭熔化后，把锌锅固定于主机上。

试样到达浸镀的目标温度后，按照设定的下降速度驱动试样进入到锌锅。达到设定的浸镀位置后，试样停止，进行浸镀。到达设定的浸镀时间后，开启气刀，气刀按设定的气流量以及事先调好的吹扫角度对试样进行吹扫。同时，马达驱动系统带动试样以设定的速度上升，到达合金化工艺模块的指定位置。

1.5 感应加热合金化区

感应加热方式就是感应器输出交变的电磁场，当电磁场穿过被加热物体时在物体自身产生感应电流使该物体被加热。感应加热系统主要包括整流电路、滤波电路、逆变电路、功率调节电路和负载电路等。采用调压调功方式进行功率调节，即通过调整可控硅的触发角调整输出功率。电路中还设有软启动、电压和电流反馈、直流电压上限幅和下限幅，保证系统稳定工作。

试样到达合金化位置后，马达驱动系统驱动试样以20-30mm/s的速度，上下轻微移动，保证合金化均匀。计算机系统控制高频加热器开启，按照设定的加热速度，自动调节输出功率，加热到合金化目标温度后，停止高频加热器，然后试样按照设定的上升速度，达到红外退火保温试样位置，进行保温处理，然后再上升到快速冷却位置，进行快速冷却。达到设定温度后，打开样品室门，取下试样，完成试验。

2 典型故障的诊断与维修

通过对热浸镀锌模拟试验机的工作原理及结构组成的研究，分析出可能存在的故障，建立了相应的故障诊断与维修方法，具体如下：

2.1 高频感应加自动停止加热故障的排除

高频感应加热自动停止的故障主要是由保护电路引起的。通过保护指示灯的状态，能快速诊断出故障原因，通过相应的处理，可以快速排除故障。主要有水流低灯亮，表示水流量不足，检查冷却水路是否畅通；水压低灯亮，表示冷却水压力不足，检查水路及水冷机组工作是否正常；过流灯亮，表示该桥臂电流超过了额定值，检查IGBT是否损坏或者负载是否变小了；缺相保护灯亮，表示有缺相，检查保险丝及供电电源等；过压灯亮，表示电压高于420V，检查供电电源等。

2.2 感应加热困难或无法启动加热故障的排除

假如加热功率模块IGBT和它的控制信号异常，都会导致加热困难或无法启动加热故障。IGBT的好坏利用万用表就可以判断。把G与E短接，选用数字万用表的二极管档测量E与C间的二极管正向压降是否正常。再把数字万用表打到电阻档，GE短接，测量CE间正向电阻是否大于100K欧姆；CG短接，测量CE间正向电阻是否小于几十欧姆。若是测量值异常，更换正常的IGBT后，故障可排除。

假如没有控制信号，功率模块IGBT也无法工作，系统不加热。可通过示波器检查门极和源机之间的信号进行诊断，如检测不到驱动信号，再检查驱动板是否有信号输出，若是没有信号，说明驱动信号板有故障，更换后，可排除故障；若是有信号，说明信号线连接有问题，采用万用表进行通断检查，通过更换连接线或者插头接触不良的处理，排除故障。

2.3 锌锅加热系统烧可控硅故障的排除

锌锅是采用电阻式加热，加热功率的大小由可控硅控制。阻容电路异常、负载对地绝缘性能变差或负载短路等都可能导致烧可控硅。

若是阻容电路异常，可控硅在反相关断时所承受的瞬时高压无法被吸收，可能会烧可控硅。用万用表对阻容电路进行测量，若是电阻阻值与电容容抗值异常，更换之即可排除故障。

若负载对地绝缘性能差，负载有地打火的可能，造成触发时间受干扰或可控硅两端承受高压，导致可控硅烧坏。断电后利用绝缘表测量负载对地绝缘电阻大小，使绝缘性能良好即可以排除该原因引起的故障。

若是加热电阻丝有短路现象，在加热过程中，可控硅要承受很大的短路电流，有可能烧坏可控硅。利用万用表测量电阻丝是否短路，若有短路现象，更换电阻丝后可排除故障。

2.4 GPR氧分析仪故障排除

GPR氧分析仪主要用于测量锌锅腔体内氢中的氧气含量。假如腔体内氧气含量高于具体工艺要求，影响镀锌质量。

GPR氧分析仪主要故障有读数为负数或接近“0”且吹空气有反应、读数为“0”且吹空气无反应、响应和恢复慢等故障。针对读数为负数或接近“0”且吹空气有反应故障，如果吹空气时能达到15%以上时，则说明零点校准错误，通过恢复出厂零点设置后重新进行量程“SPAN”校准，可以排除故障。针对读数为“0”且吹空气无反应故障，检查电极是否被污染，若是污染了，清洗后可排除故障；否则，说明传感器物理损坏，更换即可排除故障。针对响应和恢复慢故障，主要是检查气路系统是否有泄漏和流量是否太小，若是有泄漏，要重新密封气路、接头、过滤器等，若是流量小于1升/分，通过调整气路阀门，保证流量；除此之外，传感器性能下降也会出现响应和恢复慢故障，更换新传感器后。故障排除。