Способ размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления

Способ размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области размагничивания ферромагнитных материалов и изделий, например, после процесса ультразвукового контроля электромагнитоакустическим методом, при проведении которого изделие намагничивается.

Уровень техники

Известен способ размагничивания ферромагнитного изделия, заключающийся в нагревании изделия до температуры Кюри, при которой намагниченность исчезает ("Неразрушающий контроль и диагностика". Справочник под ред. В.В. Клюева, М., Машиностроение, 1995, с.243-244). Недостатком данного способа является изменение механических свойств материала изделия в результате нагрева и в ряде случаев недопустимо.

Известен также способ размагничивания, заключающийся в том, что изделие подвергают воздействию переменного магнитного поля с амплитудой, уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля, и частотой, зависящей от магнитной проницаемости и толщины изделия (стенок изделия), причем переменное магнитное поле может быть в виде последовательности знакопеременных уменьшающихся по амплитуде импульсов, а сами импульсы генерируются размагничивающей обмоткой ("Неразрушающий контроль металлов и изделий". Справочник под ред. Г.С. Самойловича, М., Машиностроение, 1976, с.162-165).

Недостатком этого известного способа являются затраты времени, в течение которого напряженность размагничивающего поля уменьшается от некоторого максимального значения до нуля. Так, для большинства материалов число размагничивающих периодов должно быть порядка 40-50 при частоте 1-10 Гц.

Ближайшим аналогом является техническое решение, в котором описан способ размагничивания крупногабаритных изделий, при котором изделие подвергают воздействию переменного магнитного поля с амплитудой, уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля, и частотой, которая совпадает с собственной частотой механического резонанса данного изделия, создаваемого путем увеличения крутизны нарастающего и спадающего фронтов импульса за счет подключения обрабатывающей обмотки к аккумуляторной батарее (патент RU 2157014 C1, H 01 F 13/00, 2000 г.). Описанный в патенте способ также не решает задачу уменьшения времени размагничивания ферромагнитных изделий.

Известно устройство для размагничивания изделий из ферромагнитного материала, обеспечивающее автоматическое слежение за уровнем размагничивания, содержащее блок размагничивания и блок сравнения (SU 1497644 А2, H 01 F 13/00, 1989 г.).

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является уменьшение времени размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий, что обеспечивает работу технологического агрегата без снижения его производительности.

Согласно изобретению обеспечивают способ размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий, при котором изделие подвергают воздействию переменного магнитного поля с амплитудой, уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля, причем размагничивание изделия проводят возбуждаемой обмоткой катушки соленоидального типа, через ферромагнитный сердечник, которую подключают к конденсатору и которую перемещают вдоль поверхности изделия, при этом размагничивание проводят поэтапно и локально, для чего размагничиваемое изделие разбивают на n участков воздействия длиной l, обратно пропорциональной толщине изделия или толщине стенок изделия и остаточной индукции В_r магнитного поля материала изделия, и ориентируют катушку таким образом, чтобы вектор напряженности первого импульса размагничивающего магнитного поля на участке воздействия l_x был перпендикулярен вектору напряженности собственного магнитного поля изделия и противоположно направлен вектору напряженности на участке l_x-1, причем после воздействия на все локальные участки l остаточную намагниченность снимают дополнительным воздействием на последний участок путем уменьшения величины напряженности магнитного поля, возбуждаемого в противофазе, относительно воздействия на остальные участки.

Преимущественно на последнем участке уменьшение величины напряженности магнитного поля осуществляют удалением катушки от поверхности изделия, сдвигая ее по сердечнику на расстояние, прямо пропорциональное толщине изделия.

Устройство для осуществления способа размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий содержит блок размагничивания, представляющий собой колебательный контур, состоящий из катушки соленоидального типа с ферромагнитным сердечником, подключенной к батареи конденсаторов, и которую перемещают вдоль поверхности изделия, а устройство дополнительно содержит датчик наличия металла, подающий сигнал контроллеру о наличии изделия, и датчик определения полярности магнитного поля изделия, электронный ключ для коммутации цепей блока размагничивания, содержащий схему согласования сигналов, поступающих на него с контроллера, представляющего собой микроЭВМ и осуществляющего управление процессом размагничивания, блок питания, вырабатывающий необходимое напряжение питания для всех узлов устройства, при этом во время работы устройства датчик наличия металла подает сигнал контроллеру о наличии изделия, а датчик определения полярности сообщает направление его намагниченности, после чего микроЭВМ, управляя электронным ключом, заряжает конденсатор от блока питания и разряжает его на катушку, инициируя колебательный процесс в системе катушка - конденсатор - упомянутое изделие таким образом, что возбуждаемое магнитное поле в изделии противоположно направлено его собственному магнитному полю.

Блок размагничивания может представлять собой колебательный контур, который состоит из размагничивающей обмотки катушки соленоидального типа и блока конденсаторов.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1: Схема осуществления способа размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий.

Фиг.2: Схема устройства для размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий.

Осуществление изобретения

Для осуществления размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий применяют колебательный размагничивающий контур, воздействующий на локальные участки изделия (см. фиг.1), при этом, когда участок изделия подвергают циклическому перемагничиванию затухающим магнитным полем, время разрядки конденсатора составляет менее 1 секунды. Это возможно благодаря резкому нарастанию амплитуды напряженности размагничиващих магнитных полей и широкому спектру гармоник в размагничивающем импульсе. Создаваемые колебания вектора напряженности магнитного поля действуют поперечно вектору напряженности магнитного поля в зоне воздействия и одновременно параллельны с осью изделия в прилежащих зонах.

На фиг.1 позицией 1 обозначено размагничиваемое изделие, позицией 2 - катушка, позицией 3 - ферромагнитный сердечник.

Так как размагничивание длинномерного изделия целиком является проблематичным, изделие разбивают на участки воздействия для создания затухающего магнитного поля в предыдущих участках воздействия, что приводит к полному размагничиванию. При воздействии по участкам достигается эффект затухающего магнитного поля на участках, удаленных от места воздействия, удаление необходимо для снятия малой намагниченности изделия малым магнитным полем, иначе происходит перемагничивание. Для проведения размагничивания разбивают изделие на n участков воздействия длиной l, обратно пропорциональной толщине изделия или толщине стенок изделия и остаточной индукции В_r магнитного поля материала изделия, и ориентируют катушку таким образом, чтобы вектор напряженности первого импульса размагничивающего магнитного поля на участке воздействия l_x был перпендикулярен вектору напряженности собственного магнитного поля изделия и противоположно направлен вектору напряженности магнитного поля на участке l_x-1. Процесс размагничивания реализуется в несколько этапов: первый этап - зарядка конденсатора; второй - разрядка на катушку с сердечником, приставленным к первому размагничиваемому участку изделия; далее повторяют предыдущие действия на каждом последующем участке изделия до последнего включительно; остаточную намагниченность изделия снимают следующим образом: зарядка конденсатора производится с другой полярностью, удаляют катушку от поверхности изделия, сдвигая ее по сердечнику на расстояние, прямо пропорциональное толщине изделия.

Поставленная задача решается за счет использования комбинации колебательного контура, в котором образуется большое число гармоник в импульсе электрического тока и обеспечивается быстрое его затухание, и способа ввода размагничивающего магнитного поля, которое позволяет сочетать действие продольной и поперечных электромагнитных волн.

Устройство для размагничивания представляет собой комплекс, состоящий из четырех основных систем: блока размагничивания 1, драйвера 2, контроллера 3, блока питания 4.

Блок размагничивания 1, представляющий собой колебательный контур, состоит из катушки 5 соленоидального типа с сердечником 6 и батареи конденсаторов, датчиков наличия металла (ДНМ) и датчика определения полярности (ДОП) магнитного поля изделия. Коммутация цепей блока размагничивания осуществляется при помощи драйвера 2 - электронного ключа, содержащего цепи защиты и схему согласования уровней сигналов с контроллера. Контроллер 3 представляет собой микроЭВМ, осуществляющую управление процессом размагничивания и следящую за работоспособностью устройства. Блок питания 4 вырабатывает необходимые напряжения питания для всех узлов устройства, имеет цепи защиты по току и напряжению.

Работа устройства происходит следующим образом.

При подаче изделия 7 на блок размагничивания 1 система автоматики технологического агрегата дает разрешающий сигнал на начало процесса размагничивания, ДНМ подает сигнал контроллеру 3 о наличии изделия, а ДОП сообщает направление намагниченности изделия. С учетом этого контроллер 3, управляя ключами драйвера 2, заряжает конденсатор от блока питания 4 и разряжает его на катушку 5. При этом возникает колебательный процесс в системе катушка 5 + конденсатор + изделие 7. Первый импульс электрического тока превосходит по амплитуде предыдущие, его полярность такова, что возбуждаемое магнитное поле в изделии 7 противоположно направлено его собственному магнитному полю. Блок размагничивания 1 может содержать несколько катушек 5, распределенных по длине изделия 1 - это технически целесообразно, для увеличения скорости размагничивания и надежности. В этом случае контролер 3 будет запускать процесс заряда и разряда конденсатора несколько раз по числу катушек 5.

Во время работы устройство может синхронизироваться с системой автоматики 8 технологического агрегата, сообщая, к примеру, о начале и завершении процесса размагничивания изделия 7, аварийной ситуации и т.д.

Обратные связи между узлами служат для оперативной блокировки технологического агрегата при превышении допустимых параметров, условий работы. Например, драйвер 2 выдает сигнал о КЗ в катушке 5, контроллер 3 отключает блок питания 4.

Благодаря расположению катушки 5, конденсатора и электронного ключа драйвера 2 в непосредственной близости друг от друга, потери энергии минимизированы. При разрядке конденсатора возникает большой импульс тока с крутым фронтом, затухания его очень быстры.

Пример реализации изобретения.

Параметры системы:

Катушки содержат 6000 витков провода ПЭВ-2 0.8, с индуктивностью 1 Гн.

Сердечники выполнены из электротехнической стали длиной 50 см, диаметром 65 мм.

Батарея конденсаторов имеет общую емкость 700 мкФ.

Напряжение зарядки конденсатора составляет 310 В.

Устройство смонтировано на агрегате, состоит из 20 катушек, распределенных по длине изделия. Алгоритм работы зависит от габаритов и материала изделия и задается оператором.

Осуществляли размагничивание горячекатаного круга из стали 40ХН длиной 6 метров, диаметром 65 мм.

Экспериментально установлено, что при таких параметрах системы и устройства число участков воздействия равно 20, соответственно их длина 30 см. Расстояние сдвига катушки по сердечнику на последнем участке равно 15 см. Время, затрачиваемое на размагничивание такого изделия, составляет около 7 с (время зарядки конденсаторов + время колебательных процессов в контуре + время коммутации электронных ключей).

При смене диаметра размагничиваемой детали до 25 мм параметры устройства не менялись, изменилось лишь количество участков воздействия. Число участков составило 10, соответственно их длина 60 см. Расстояние сдвига катушки по сердечнику на последнем участке равно 25 см. Время, затрачиваемое на размагничивание такого изделия, составляет около 4 с.

Использование предложенного способа и устройства для его осуществления позволяет: снизить продолжительность процесса размагничивания не менее чем в несколько раз, что позволит проводить размагничивание в потоке, на действующих агрегатах, без снижения производительности; размагничивать изделия в условиях затрудненного доступа; снизить себестоимость размагничивания.

1. Способ размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий, при котором изделие подвергают воздействию переменного магнитного поля с амплитудой, уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля, отличающийся тем, что размагничивание изделия проводят возбуждаемой обмоткой катушки соленоидального типа через ферромагнитный сердечник, которую подключают к конденсатору и перемещают вдоль поверхности изделия, при этом размагничивание проводят поэтапно и локально, для чего размагничиваемое изделие разбивают на n участков воздействия длиной l, обратно пропорциональной толщине изделия или толщине его стенок и остаточной индукции В_r собственного магнитного поля материала изделия и ориентируют катушку таким образом, чтобы вектор напряженности первого импульса размагничивающего магнитного поля на участке воздействия l_x был перпендикулярен вектору напряженности собственного магнитного поля изделия и противоположно направлен ему на участке l_x-1, причем после воздействия на все локальные участки l остаточную намагниченность изделия снимают дополнительным воздействием на последний участок путем уменьшения величины напряженности магнитного поля, возбуждаемого в противофазе относительно воздействия на остальные участки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на последнем участке уменьшение величины напряженности магнитного поля осуществляют удалением катушки от поверхности изделия, сдвигая ее по сердечнику на расстояние, прямо пропорциональное толщине изделия.

3. Устройство для размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий, содержащее блок размагничивания, отличающееся тем, что блок размагничивания представляет собой колебательный контур, состоящий из катушки соленоидального типа с ферромагнитным сердечником, подключенной к батареи конденсаторов, и которую перемещают вдоль поверхности изделия, а устройство дополнительно содержит датчик наличия металла, подающий сигнал контроллеру о наличии изделия, и датчик определения полярности магнитного поля изделия, электронный ключ для коммутации цепей блока размагничивания, содержащий схему согласования сигналов, поступающих на него с контроллера, представляющего собой микроЭВМ и осуществляющего управление процессом размагничивания, блок питания, вырабатывающий необходимое напряжение питания для всех узлов устройства, при этом во время работы устройства датчик наличия металла подает сигнал контроллеру о наличии изделия, а датчик определения полярности сообщает направление намагниченности, после чего микроЭВМ, управляя электронным ключом, заряжает конденсатор от блока питания и разряжает его на катушку, инициируя колебательный процесс в системе катушка - конденсатор - упомянутое изделие таким образом, что возбуждаемое магнитное поле в изделии противоположно направлено его собственному магнитному полю.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок размагничивания содержит несколько катушек, распределенных по длине изделия, и в этом случае контроллер запускает процесс заряда и разряда конденсатора несколько раз, по числу катушек.