СПОСОБ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ПРУТКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H01F13/00 

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля качества продукции металлургической промышленности с применением электромагнитно-акустических преобразователей и может быть использовано при ультразвуковом контроле сортового проката, в частности, стальных прутков.

В ходе ряда технологических процессов, в частности при проведении неразрушающего контроля, происходит значительное намагничивание прутков (до 200 А/см).

После УЗК стальных прутков их необходимо по требованию потребителей размагничивать. Остаточная намагниченность после размагничивания не должна быть более 10 А/см.

Существуют теории и методы, суть которых сводится к созданию релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала [1].

Известны способы размагничивания прутков воздействием переменного магнитного поля регулируемой величины и частоты, создаваемого соленоидом, сквозь который пропускаются прутки. Однако эти способы недостаточно эффективны без полной компенсации статических магнитных полей, которые всегда присутствуют в месте расположения соленоида. Для компенсации статических магнитных полей в некоторых устройствах применяются либо дополнительный соленоид постоянного тока, либо постоянный компенсационный магнит [2, 3].

Кроме этого, процедура настройки параметров для достижения оптимального размагничивания в таких устройствах является трудоемкой операцией, связанной с измерением остаточной намагниченности прутка ручным прибором и внесением коррекции в настройки устройства размагничивания по результатам измерения. Измерение и внесение коррекции последовательно повторяются до достижения необходимого результата.

К недостаткам существующих способов и устройств размагничивания относятся их сложность, большие габариты устройств и высокая себестоимость изготовления.

Задачей изобретения является упрощение способа размагничивания и снижение себестоимости изготовления устройства для размагничивания прутков.

Это достигается тем, что в способе, включающем воздействие на пруток переменным магнитным полем соленоида и компенсацию стационарных магнитных полей с автоматической настройкой параметров размагничивания, размагничивание стального прутка производят путем одновременного воздействия на пруток переменным и постоянным полями в одной точке с автоматической настройкой их значений посредством устройства управления размагничиванием, имеющего обратную связь по остаточной намагниченности прутка, при помощи соленоида создают не только переменное электромагнитное поле, непосредственно размагничивающее пруток, но и постоянное электромагнитное поле, компенсирующее статические магнитные поля, изменяют форму тока, протекающего через соленоид так, чтобы кривая тока представляла собой синусоиду, смещенную в одну из полярностей на величину, необходимую для создания постоянной составляющей поля, при этом остаточную намагниченность прутка оценивают датчиком остаточной намагниченности и в случае превышения допустимого значения намагниченности, автоматически, по программе микроконтроллера корректируют амплитуду и частоту переменного тока и значение постоянного тока.

Контроль остаточной намагниченности прутка осуществляется специально разработанным для этого датчиком. В случае превышения допустимого значения намагниченности, автоматически, по программе микроконтроллера корректируются амплитуда и частота переменного тока и значение постоянного тока.

Для реализации предлагаемого способа предложено устройство, которое, в дополнение к общепринятым элементам, содержит блок управления инвертором, управляющий микроконтроллер и датчик остаточной намагниченности. Эти элементы, в совокупности со специально написанной программой, позволяют создать одним соленоидом сразу две составляющие магнитного поля - переменную и постоянную.

Фиг.1 - изменение формы тока при предлагаемом способе размагничивания;

фиг.2 - структурная схема устройства размагничивания.

Описание структурной схемы

Устройство размагничивания содержит следующие блоки:

1 - регулятор напряжения,

2 - однофазный выпрямитель,

3 - стабилизатор напряжения,

4 - инвертор постоянного напряжения в переменное,

5 - соленоид,

6 - управляющий микроконтроллер,

7 - блок управления инвертором,

8 - датчик остаточной намагниченности,

9 - датчик наличия прутка в соленоиде.

Описание способа размагничивания

Способ заключается в одновременном воздействии на пруток переменного и постоянного полей, в одной точке, с автоматической настройкой их значений, посредством устройства размагничивания, имеющего обратную связь по остаточной намагниченности прутка.

Соленоид создает не только переменное электромагнитное поле, непосредственно размагничивающее пруток, но и постоянное электромагнитное поле, компенсирующее статические магнитные поля.

Чтобы этого достичь, изменяется форма тока, протекающего через соленоид. Кривая тока теперь представляет собой синусоиду, смещенную в одну из полярностей на величину, необходимую для создания постоянной составляющей тока. Графическое изображение формы тока приведено на фиг.1.

Кроме этого, в динамике контролируется остаточная намагниченность прутка специально разработанным для этого датчиком. В случае превышения допустимого значения намагниченности, автоматически, по программе микроконтроллера корректируются амплитуда и частота переменного тока и значение постоянного тока.

Описание устройства размагничивания

Устройство размагничивания стальных прутков включает регулятор напряжения 1, однофазный выпрямитель 2, стабилизатор напряжения 3, инвертор постоянного напряжения в переменное 4, соленоид 5 и датчик 6 наличия прутка (условно не показан) в соленоиде 5, управляющий микроконтроллер 7, в который вводится информация о марке стали и диаметре прутка и который анализирует остаточную намагниченность прутка по сигналу датчика 8 остаточной намагниченности, при этом микроконтроллер 7 управляет уровнем напряжения при помощи регулятора напряжения 1 и параметрами блока управления инвертором 9, который корректирует форму тока для создания магнитного поля, необходимого для полного размагничивания прутка.

Устройство работает следующим образом.

В управляющий микроконтроллер 7 (фиг.2) вводят значение диаметра прутка и марку стали, из которой он изготовлен.

По этим значениям микроконтроллер 7 управляет регулятором напряжения 1 так, чтобы на входе однофазного выпрямителя 2 присутствовало напряжение амплитуды, достаточной для создания необходимого тока. Выпрямитель 2 преобразует переменное напряжение в постоянное, стабилизатор напряжения 3 устраняет пульсации напряжения и подготавливает его для использования инвертором постоянного напряжения 4 в переменное, который формирует ток необходимой формы в соленоиде 5.

При появлении прутка датчик наличия прутка 6 в соленоиде 5 передает в микроконтроллер 7 сигнал, по которому в блок управления инвертором 8 начинают поступать управляющие сигналы. При этом блок управления 9 преобразует их в сигналы управления инвертором 4, с которого на соленоид 5 подается напряжение, сформированное по программе, заложенной в микроконтроллер 7.

В программе заложена зависимость амплитуды и частоты переменной составляющей, а также значение постоянной составляющей напряжения, формируемого инвертором 4, от диаметра прутка и марки стали, из которой он изготовлен. Эта зависимость получена экспериментально:

-U, -U, F=f(d, c),

где ˜U - амплитуда переменной составляющей напряжения;

-U - значение постоянной составляющей напряжения;

F - частота переменной составляющей напряжения;

d - диаметр прутка;

с - марка стали.

После воздействия на пруток переменного и постоянного полей соленоида 5 оценивают остаточную намагниченность прутка датчиком остаточной намагниченности 8, не останавливая пруток и не снижая производительность. Сигнал от датчика 8, пропорциональный остаточной намагниченности, поступает в микроконтроллер 7. В случае превышения допустимого значения намагниченности, автоматически, по программе микроконтроллера 7 корректируются параметры размагничивания ˜U, -U и F.

Микроконтроллер 7 работает по уникальной программе, в которой описаны логика управления регулятором напряжения 2 и инвертором 4, закон формирования синусоидального напряжения регулируемой частоты и величины смещения в зависимости от марки стали и диаметра прутка. Ввод данных о марке стали и диаметре прутка в программу осуществляется в бинарном коде.

Преимущества нового способа

В отличие от известных способов размагничивания переменным полем либо переменным полем с использованием дополнительных устройств компенсации наведенных полей (соленоид постоянного тока или компенсационный магнит) более высокая эффективность в нашем случае достигается за счет компенсирования воздействия внешних статических полей именно в соленоиде, т.е. в точке воздействия на пруток переменного магнитного поля, что приводит к более полному размагничиванию каждого элементарного участка по длине прутка.

Без компенсации наведенных внешних статических полей размагничивание неэффективно.

При способе же компенсации наведенных полей дополнительным соленоидом постоянного тока либо компенсационным магнитом наведенные поля компенсируются именно в точках размещения этих дополнительных элементов, а не в точке размагничивания. Из-за габаритных ограничений точка размагничивания при этом находится на некотором расстоянии от точки, в которой скомпенсированы наведенные поля. Поэтому в точке размагничивания наведенные поля скомпенсированы не полностью.

В предлагаемом способе точка размагничивания и точка компенсации наведенных полей совпадают.

Автоматическая коррекция параметров размагничивания при работе устройства в технологическом потоке не снижает производительность установки неразрушающего контроля, т.к. не требуется производить ручные замеры остаточной намагниченности, что является существенным преимущественным фактором на производстве.

Пример.

Проводили неразрушающий контроль прутков из стали 40Х диаметром 40 мм. Без использования устройства размагничивания остаточная намагниченность прутков после проведения контроля составила 120 А/см. Затем последовательно использовали 3 способа размагничивания.

Сначала устройством размагничивания создавали только переменное поле.

Затем то же, но применили внешний компенсационный магнит.

Затем, одновременно, одним соленоидом - как переменное, так и постоянное поле (без компенсационного магнита). Результаты замеров остаточной намагниченности прутков приведены в табл.1.

Таблица 1
Результаты замеров остаточной намагниченности прутков№ п/пСпособ размагничиванияОстаточная намагниченность*, А/см1Без размагничивания1202Размагничивание только переменным полем273Размагничивание только переменным полем, но с использованием компенсационного магнита124Размагничивание переменным полем с применением постоянного поля6* - приведены усредненные значения по пачке из 30 прутков.

Из представленных в таблице результатов испытаний следует, что создание постоянного поля для компенсации статических магнитных полей повышает эффективность размагничивания переменным полем.

Способ создания постоянного и переменного поля одним соленоидом, без использования дополнительных устройств дает возможность размагничивания при полном отсутствии наведенных полей в точке размагничивания, что приводит к положительному результату.

Источники информации

1. Мужицкий В.Ф., Загидулин Р.В. Расчет величины релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала // Контроль. Диагностика №3. 2006, С.14-16.

2. http://www.lgrflab.ru/physbook/tom4 Распространение электромагнитных волн в веществе. Скин-эффект.

3. http://www.foerster.ru/ts_dept/comp_ts/2980.pdf. Устройство размагничивания EMAG пр-ва FOERSTER.

Использование: для размагничивания стальных прутков. Сущность: заключается в том, что размагничивание стального прутка производят путем одновременного воздействия на пруток переменным и постоянным полями в одной точке с автоматической настройкой их значений посредством устройства управления размагничиванием, имеющего обратную связь по остаточной намагниченности прутка, при помощи соленоида создают не только переменное электромагнитное поле, непосредственно размагничивающее пруток, но и постоянное электромагнитное поле, компенсирующее статические магнитные поля, изменяют форму тока, протекающего через соленоид так, чтобы кривая тока представляла собой синусоиду, смещенную в одну из полярностей на величину, необходимую для создания постоянной составляющей поля, при этом остаточную намагниченность прутка оценивают датчиком остаточной намагниченности и в случае превышения допустимого значения намагниченности, автоматически, по программе микроконтроллера корректируют амплитуду и частоту переменного тока и значение постоянного тока. Технический результат: упрощение способа размагничивания и повышение эффективности размагничивания. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ размагничивания стальных прутков, включающий воздействие на пруток переменным магнитным полем соленоида и компенсацию стационарных магнитных полей с автоматической настройкой параметров размагничивания, отличающийся тем, что размагничивание стального прутка производят путем одновременного воздействия на пруток переменным и постоянным полями в одной точке, с автоматической настройкой их значений, посредством устройства управления размагничиванием, имеющего обратную связь по остаточной намагниченности прутка, при помощи соленоида создают не только переменное электромагнитное поле, непосредственно размагничивающее пруток, но и постоянное электромагнитное поле, компенсирующее статические магнитные поля, изменяют форму тока, протекающего через соленоид так, чтобы кривая тока представляла собой синусоиду, смещенную в одну из полярностей на величину, необходимую для создания постоянной составляющей поля, при этом остаточную намагниченность прутка оценивают датчиком остаточной намагниченности и в случае превышения допустимого значения намагниченности, автоматически, по программе микроконтроллера корректируют амплитуду и частоту переменного тока и значение постоянного тока.2. Устройство размагничивания стальных прутков, включающее регулятор напряжения, однофазный выпрямитель, стабилизатор напряжения, инвертор постоянного напряжения в переменное, соленоид и датчик наличия прутка в соленоиде, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит управляющий микроконтроллер, в который вводится информация о марке стали и диаметре прутка и который анализирует остаточную намагниченность прутка по сигналу датчика остаточной намагниченности, при этом микроконтроллер управляет уровнем напряжения при помощи регулятора напряжения и параметрами блока управления инвертором, который корректирует форму тока для создания магнитного поля, необходимого для полного размагничивания прутка.