СПОСОБ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2000 года по МПК H01F13/00 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий, конкретно к способам размагничивания ферромагнитных изделий.

Известен способ размагничивания ферромагнитного изделия [1], заключающийся в нагревании изделия до температуры Кюри, при которой намагниченность исчезает. Недостатком данного способа является изменение механических свойств материала изделия в результате этого нагрева и в ряде случаев не допустимо.

Наиболее близким техническим решением является способ размагничивания [1], 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 специальной размагничивающей обмоткой.

Недостатком этого известного способа является необходимость затрат на размагничивание изделия значительного количества электроэнергии. Эти затраты особенно велики при размагничивании крупногабаритных изделий, и особенно при намагничивании их в направлении наименьшего габаритного размера, например трубы или вала, намагниченных в поперечном направлении.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение энергоемкости процесса размагничивания крупногабаритных ферромагнитных конструкций (изделий).

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе размагничивания, заключающемся в воздействии на изделие переменного магнитного поля с амплитудой, уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля, и частотой, зависящей от магнитной проницаемости и толщины изделия (стенок изделия), на изделие, кроме низкочастотных импульсов, одновременно воздействуют переменным магнитным полем, частота которого совпадает с собственной основной частотой механического резонанса данного изделия.

Воздействие магнитного поля с частотой механического резонанса достигают увеличением крутизны нарастающего и спадающего фронтов импульса, воздействие создают подключением обрабатывающей обмотки к аккумуляторной батарее.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники наличие новых признаков отличает заявляемое изобретение от прототипа, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

При проведении размагничивания изделия, поле в его материале создается внешним магнитным полем, возбуждаемым обмоткой соленоидального типа, наложенной непосредственно на изделие. При этом намагниченность J материала определяется формулой

где H - внешнее поле;
N - коэффициент размагничивания;
μ - относительная магнитная проницаемость материала изделия.

Из формулы следует, что для достижения большей намагниченности при заданном внешнем поле нужно увеличить μ и уменьшить N.

Коэффициент размагничивания определяется формой объекта и для данного тела практически неизменен. Величина μ может быть изменена, например, при использовании магнитострикционного эффекта, к которому относят механические напряжения, возникающие в ферромагнитном материале при действии в нем изменяющегося магнитного поля. Обычно эти напряжения малы, но при достижении частоты магнитомеханического резонанса они возрастают почти на порядок [2].

При достижении механического резонанса величина μ возрастает в 3-6 раз, что увеличивает намагниченность приблизительно в 2 раза.

Частота собственных колебаний f₀ ферромагнитной конструкции при возбуждении изменяющимся током обмотки определяется по следующей приближенной формуле

где l - длина изделия, см;
c_м- скорость звука в металле, см/с.

На фиг. 1 показано низкочастотное знакопеременное затухающее магнитное поле, используемое в известных способах размагничивания.

На фиг. 2 показаны низкочастотные затухающие импульсы, обусловленные дополнительным воздействием поля резонансной частоты.

При разложении в ряд Фурье низкочастотных импульсов, имеющих медленно нарастающие фронты, высшие гармоники такого цикла резко убывают с ростом частоты

При использовании крутых фронтов нарастания импульсов, обусловленных дополнительным воздействием поля резонансной частоты, амплитуды высших гармоник убывают значительно медленнее

Амплитуда тока резонансной частоты в этом случае всего лишь в 1 - 2 раза оказывается меньше амплитуды низкочастотных колебаний тока (основных). Эффективность размагничивания возрастает почти в 2 раза, для достижения заданной эффективности величина возбуждающего тока в обмотке может быть уменьшена в 2 раза.

Для увеличения скорости изменения фронтов необходимо использовать в качестве источника питания постоянного тока типа аккумуляторной батареи, являющейся практически безинерционным звеном.

В качестве примера рассмотрим использование способа при проведении размагничивания изделия, длина которого равна 10 м. Скорость звука в материале изделия примем равной 4,2 10⁶ см/с.

В этом случае собственная частота механических резонансных колебаний составит

Для основной частоты знакопеременного затухающего магнитного поля, не превышающей 3 Гц, амплитуда 7 гармоники при α = 90^o - 8^o составит

В свою очередь, первая гармоника определяется коэффициентом cos α =cos 82^o = 0,14, т.е. амплитуда 7 гармоники ненамного меньше амплитуды первой, а следовательно и убывание поля, обусловленное седьмой гармоникой, фактически не начинает сказываться. Совместное действие первой и седьмой гармоник (резонансная) увеличивает эффективность обработки (размагничивания) более чем в 2 раза, что позволяет снизить величину тока в этом случае в 2 раза. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить продолжительность обработки на 15% - 20%.

Использование предложенного способа позволяет снизить энергоемкость процесса размагничивания не менее чем в 1,5 раза, а его продолжительность не менее чем на 15%.

Источники информации
1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник в 2-х книгах под ред. В.В.Клюева, кн.2. - М.: Машиностроение, 1976, с. 8.

2. И. Г. Хорбенко. Ультразвук в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1966.

Использование: в области неразрушающего контроля материалов и изделий. Технический результат заключается в уменьшении энергоемкости процесса размагничивания крупногабаритных ферромагнитных изделий. Размагничивание ферромагнитных изделий осуществляется путем воздействия на изделие переменного магнитного поля с амплитудой, уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля, и частотой, зависящей от магнитной проницаемости и толщины изделия. На основное низкочастотное магнитное поле накладывается переменное магнитное поле, частота которого совпадает с собственной основной частотой механического резонанса данного изделия. При этом достигается увеличение вклада поля высших гармоник в общее магнитное поле в материале изделия. Это позволяет сформировать необходимое магнитное состояние изделия при меньших токах в обрабатывающей обмотке. Воздействие магнитного поля с частотой механического резонанса достигают увеличением крутизны нарастающего и спадающего фронтов импульса. Воздействие создают подключением обрабатывающей обмотки к аккумуляторной батарее. 2 ил.

Способ размагничивания крупногабаритных изделий, при котором изделие подвергают воздействию переменного магнитного поля с амплитудой, уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля, и частотой, зависящей от магнитной проницаемости и толщины изделия, отличающийся тем, что на изделие одновременно воздействуют переменным магнитным полем, частота которого совпадает с собственной основной частотой механического резонанса данного изделия, создаваемого путем увеличения крутизны нарастающего и спадающего фронтов импульса за счет подключения обрабатывающей обмотки к аккумуляторной батарее.