不锈钢管固溶处理装置研究

摘要

在管式换热器的生产中，由于不锈钢U形管冷弯成型使得U形管R部位晶间结构发生变化，引起材料的抗腐蚀能力下降。当U形管工作时受到较严重腐蚀作用会发生破裂。所以在制造过程中，不锈钢U形管的固溶处理，恢复晶间结构也是非常重要的一个环节。
　　 U形管的制造工艺要求必须进行固溶处理，恢复晶间结构。常规的固溶处理虽然可以进行处理，但是处理效率低，工人的劳动强度大，处理过程的稳定性差，使处理效果不理想。国外的U形管固溶处理设备虽然先进，但价格昂贵，而且难以维护。目前，国内只有少数几家企业有设计开发此装置的经历，但是都没有定型产品推向市场，并且他们基本都是根据自己企业特殊情况设计开发的，不能推广为其他企业所用。
　　 基于此背景，在使用厂家的要求下，我们对此装置进行了开发研究。本课题在对固溶处理工艺要求、工况条件分析之后，采用了以单片机为控制系统的核心，强电无触点控制加热、红外测温仪测温并实时传给控制器、冷却水冷却、气体快速排水等环节。给出了加电控制算法，实现了固溶处理的自动化处理，并且提高了目前存在的温度测量不准确，反应慢且不稳定的问题。本课题主要完成的工作包括：
　　 (1)固溶处理装置方案分析确定。通过搜集国内外相关资料、对各种方案分析论证之后，确定了加热系统、温度信号采集系统、冷却系统等环节的方案。
　　 (2)固溶处理装置的机械结构分析改进，包括U形管夹紧、松开结构、支架系统、冷却系统的各部分改进。
　　 (3)固溶处理装置的关键电气控制环节硬件设计，包括加热系统、温度信号采集系统、冷却系统相关功能部分电路设计。
　　 (4)固溶处理装置的软件开发，给出了系统主程序流程图、初始化、温度控制系统程序和中断子程序流程图。
　　 (5)固溶处理装置的人机界面开发，包括液晶显示器选型及硬件电路连接和部分功能模块程序设计；键盘和指示灯电路设计等。

目录

文摘

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论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2课题的国内外历史及研究发展现状

1.3不锈钢U形管固溶处理现有装置

1.4课题的研究内容

第2章装置工艺要求分析及设计方案构思

2.1固溶处理工艺要求分析

2.2固溶处理工况条件分析

2.3不锈钢的传热学分析

2.3.1传热学相关理论

2.3.2加热电流计算分析

2.4固溶处理装置方案及分析

2.4.1加热系统方案论证

2.4.2加热电路的方案及分析

2.4.3冷却系统及U形管处理过程方案

2.4.4整机控制及管理系统的构成分析

2.5本章小结

第3章装置系统机械结构设计

3.1系统总体方案

3.2支架夹紧系统结构设计

3.3动支架及导轨系统设计

3.4进气、排气路切换阀的选型

3.5本章小结

第4章基于MCU的装置控制系统硬件开发

4.1固溶处理装置的基本功能设计

4.1.1加热系统设计

4.1.2 U形管夹紧动作功能

4.1.3给水给气冷却系统

4.1.4加热过程温度采集系统

4.2固溶处理装置控制器的基本形式确定

4.3固溶处理装置控制系统配置

4.4控制系统过程通道设计

4.4.1前向通道设计

4.4.2后向通道设计

4.5 U型管电气系统其他电路设计

4.5.1看门狗电路

4.5.2电平转换电路

4.5.3存储器扩展电路

4.6固溶处理装置系统控制电路图

4.7本章小结

第5章基于MCU的装置控制系统软件开发

5.1固溶处理系统控制程序主流程框图设计

5.2初始化

5.3热电偶测温算法

5.4固溶处理系统温度控制算法设计和控制过程

5.5功率控制原理及过零检测、触发电路算法

5.6参数备份

5.7本章小结

第6章装置人机界面设计

6.1液晶显示器简介

6.2 12232液晶显示器与单片机的硬件电路连接、时序操作

6.3 12232液晶显示器操作程序框图及部分功能模块程序设计

6.4键盘及指示灯电路

6.5固溶处理装置人机界面操作功能确定

6.6本章总结

第7章系统抗干扰设计

7.1夹紧结构抗干扰技术

7.2时钟电路抗干扰措施

7.3过程通道干扰的抑制设计

7.4印刷电路板的抗干扰设计

7.5看门狗技术和故障自动恢复处理

7.6本章总结

结论与展望

参考文献

致谢

附录