Патент на изобретение №2157014
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
(57) Реферат: 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. 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;  – относительная магнитная проницаемость материала изделия.
Из формулы следует, что для достижения большей намагниченности при заданном внешнем поле нужно увеличить и уменьшить N.
Коэффициент размагничивания определяется формой объекта и для данного тела практически неизменен. Величина 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 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; cм– 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  = 90o – 8o составит В свою очередь, первая гармоника определяется коэффициентом cos =cos 82o = 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 информации1. 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. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.07.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 13-2004
Извещение опубликовано: 10.05.2004
|
||||||||||||||||||||||||||
