Устройства для намагничивания магнитов

Используют следующие виды намагничивания: полюсный (продольный, поперечный, нормальный), циркулярный (бесполюсный), комбинированный и во вращающемся магнитном поле. Вид, способ и схему намагничивания выбирают в зависимости от геометрической формы и размеров ОК, материала и толщины немагнитного защитного (естественного) покрытия, а также от типа, местоположения и направления подлежащих выявлению дефектов.

При полюсном продольном намагничивании магнитные силовые линии направлены вдоль продольной оси или наибольшего размера детали, пересекая поверхность и образуя на ее концевых участках магнитные полюсы. Этот способ намагничивания служит для выявления дефектов, направление которых перпендикулярно линиям намагничивающего поля или составляет с ними угол не менее 30°. Дефекты, ориентированные строго параллельно линиям поля, не выявляются. Как видно из рис. 33, полюсное намагничивание осуществляется путем размещения детали между полюсами постоянного магнита (рис. 33, а – г), электромагнита (рис. 33, д), помещения детали в соленоид (рис. 33, е) и обвивки детали или ее части гибким кабелем (рис. 33, ж, и).

Использование постоянного магнита (см. рис. 33, а – г) удобно, особенно в полевых условиях или когда отсутствует специальное дополнительное оборудование магнитного контроля.

а б

Рис. 33. Схемы реализации полюсного намагничивания:

а – с помощью подковообразного постоянного магнита; б, в – приставных постоянных магнитов типа МСН-11 и МСН-11.01; г – приставного постоянного магнита с гибким магнитопроводом типа МСН-12; д – электромагнита; е – соленоида; ж – гибкого кабеля, намотанного соленоидом; з – магнитного контакта; и – обвивкой зубьев шестерни кабелем

на рис. 33 обозначено: 1 – объект контроля (деталь); 2 – магнитопровод; 3 – обмотка; 4 – кабель; 5 – зона контроля; 6, 7 – перемещаемый магнит; 8 – дефект.

В то же время изменение напряженности намагничивающего поля почти невозможно. Линии поля в местах входа в деталь и выхода из нее образуют зоны магнитных полюсов S и N. Эти зоны – области с ярко выраженной неоднородностью магнитного поля – вносят неоднозначность дефектоскопирования, так как их образование не связано с дефектами. Участки между полюсами намагничиваются преимущественно равномерно.

Участок детали, в пределах которого значение тангенциальной составляющей Нt достаточно для выявления дефектов с требуемой чувствительностью, называют зоной достаточной намагниченности (ДН). Достоинством электромагнита (см. рис. 33, д) является возможность управления режимом контроля. Постоянные магниты и электромагниты применяют при контроле плоских или слабо искривленных участков поверхности детали. намагничивание электромагнитами используют преимущественно для намагничивания участков крупных деталей и всей детали, которую располагают между полюсами электромагнита как замыкающее звено магнитопровода. Примером такой схемы является намагничивание надрессорной балки и боковых рам тележек вагонов с помощью намагничивающих систем МСН-10, МСН-31 или МСН-32. Направление выявляемых дефектов – поперечное.

Продольное намагничивание соленоидом применяют в основном для осесимметричных деталей или по участкам деталей типа валов, например, на участках средней и подступичных частей, а также шеек оси колесной пары. При этом сказывается влияние размагничивающего фактора, поэтому и истинная напряженность магнитного поля внутри ОК оказывается меньше расчетной. Зона ДН включает в себя зону, занятую витками соленоида с прилегающими участками по обеим сторонам (примерно по 150 мм). Длина зоны зависит от формы и размеров детали, положения соленоида относительно детали и величины зазора между корпусом соленоида и контролируемой поверхностью. Максимальная длина зоны ДН обеспечивается при зазоре между корпусом соленоида и контролируемой поверхностью h,равном 40 – 60 мм (рис. 34). Отношение Нп/Нt возрастает при перемещении соленоида от середины к концам детали и достигает наибольшего значения на участках, прилегающих к торцам детали (рис. 35). На этих же участках длина зоны ДН уменьшается из-за возрастания Нп.

Гибкий кабель для выявления поперечных дефектов наматывают (см. рис. 33, ж) в виде соленоида непосредственно на деталь или жесткий каркас из немагнитного материала. Между кабелем и деталью должен быть зазор от 10 до 20 мм. Интересен вариант схемы полюсного поперечного (рис. 33, и) намагничивания зубьев шестерен путем пропускания импульсного тока по кабелю, проложенному в межзубных впадинах. В индукторах дефектоскопов типа УМДЗ, используемых в локомотивном хозяйстве для контроля венцов зубчатых колес и шестерен, данный кабель жестко закреплен в корпусе индуктора.

Рис. 35. Уменьшение зоны ДН при перемещении соленоида к торцу детали

Определение тока в соленоиде осуществляется по упрощенным в сравнении с выражениями (18) и (19) формулам:

и , (42)

где – тангенциальная составляющая напряженности поля в ОК, А/см;

– постоянная соленоида w/l;

w – число витков;

l и D – длина и диаметр соленоида, см.

Намагничивание способом магнитного контакта (рис. 33, з) применяют при контроле СОН. При этом полюс постоянного магнита или электромагнита перемещают по контролируемой поверхности. Зона контроля равна ширине полюсного наконечника.

При циркулярном намагничивании магнитные силовые линии замыкаются преимущественно в детали. Этот вид намагничивания осуществляется пропусканием электрического тока по детали (рис. 36, а) или ее части (рис. 36, д, е), по проводнику или кабелю, проходящему через сквозное отверстие в детали (рис. 36, б), тороидальной обмотке (рис. 36, в), путем индуцирования тока в кольцевой детали (рис. 36, г). Наиболее эффективно циркулярное намагничивание деталей, имеющих форму тел вращения. При этом вокруг детали образуется магнитное поле, деталь намагничивается круговым потоком силовых линий, расположенных в плоскостях, перпендикулярных направлению тока. Магнитный поток из детали не выходит, он замыкается внутри детали, исключая зоны трещин.

При намагничивании с помощью тороидальной обмотки, например, свободных внутреннего или внешнего кольца буксового подшипника (см. рис. 36, д), магнитные линии в детали также имеют вид концентрических окружностей. Такое намагничивание применяют для выявления на торцах трещин радиальных и расположенных вдоль образующей на цилиндрической поверхности.

в г

Рис. 36. Схемы реализации циркулярного намагничивания: а – пропусканием

тока через деталь; б – с помощью шины с током, помещенной в отверстие

детали; в – пропусканием тока по тороидальной обмотке; г – путем

индуцирования тока в деталь; д – с помощью контактных головок,

устанавливаемых на деталь; е – пропусканием тока по участку детали

на рис. 36 обозначено: 1 – объект контроля (деталь); 2 – магнитопровод; 3 – обмотка; 4 – кабель; 5 – шина с током; 6, 7 – контактные головки; 8 – дефекты.

Определение намагничивающего тока в схеме, приведенной на рис. 36, производят по формуле:

, (43)

где – тангенциальная составляющая напряженности поля в ОК, А/см;

l – длина средней линии тороида, см;

w – число витков обмотки.

Циркулярное намагничивание по схеме рис. 36, б применяют при контроле втулок и фланцев. При этом используют неферромагнитный стержень (медную шину) или кабель. Выявляются продольные дефекты на внутренней и внешней поверхностях втулок (труб), а также радиальные дефекты на торцах втулок и фланцев. Удобно выявлять радиальные дефекты вокруг отверстий.

Расчет намагничивающих токов при циркулярном намагничивании производят по формулам: – для схем, изображенных на рис. 36, а, б; – для схемы на рис. 36, е.

здесь Ht – тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля, А/см; D – внешний диаметр объекта, см; l – длина участка, см; с – ширина участка (рекомендуемые значения: l = (7 – 25) см, с » 0,6l). Расчет тока для схемы, приведенной на рис. 36, д, производят по формуле , когда расстояние l между контактами 6 значительно больше внешнего диаметра D детали, т. е. при l/D > 5 – 10.

В случае циркулярного намагничивания пластин расчет менее точен, но можно полагать, что при соотношении сторон сечения более 10 – 15 напряженность магнитного поля на поверхности пластины определяется соотношением:

, (44)

где b – большая сторона сечения пластины.

Для деталей более сложной формы расчет неточен, поэтому приходится пользоваться или очень приближенными оценками, или, в конечном счете, устанавливать режим намагничивания экспериментально на образцах с дефектами.

Комбинированное намагничивание достигается в результате одновременного продольного и циркулярного намагничивания и использования для него токов одного вида или токов разного вида с соответствующими моментами включения или с изменением их значений и направления. В этом случае возникает результирующее поле, величина которого зависит от параметров каждого из полей. Необходимо, чтобы суммарный вектор намагниченности поворачивался относительно оси детали в пределах 90°. Комбинированное намагничивание позволяет выявлять трещины, направленные под разными углами к оси контролируемой детали. Его осуществляют пропусканием тока по детали и с помощью электромагнита (рис. 37, а) и соленоида (рис. 37, б), путем индуктирования тока в детали и током, проходящим по проводнику, помещаемому в отверстие детали (рис. 37, в), и пропусканием двух (или более) сдвинутых по фазе токов по детали во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 37, г). при этом намагничивающий ток для циркулярного и полюсного намагничивания определяют по формулам (42), (43).

В депо и на вагоноремонтных заводах широко применяют комбинированное намагничивание по схеме, приведенной на рис. 37, б, в установке МДУ1-КПВ, МДУ2-КПВ для магнитного контроля осей колесных пар с напрессованными внутренними кольцами буксовых подшипников.

Намагничивание во вращающемся магнитном поле используют при контроле СОН объектов контроля с большим размагничивающим фактором, с неэлектропроводящими покрытиями. При одновременном наложении на ферромагнетик двух магнитных полей различной направленности в нем образуется векторное поле, величина и направление которого определится сложением составляющих. Если одна или обе составляющие поля переменны, то результирующее векторное поле будет изменяться по углу, величине и направлению и при известном соотношении фаз может формировать вращающееся поле. Из-за неоднородного распределения его компонентов вытекает характерное для этого способа намагничивания практическое следствие: в различных участках детали дефекты выявляются неодинаково, что снижает надежность контроля. Однако при отсутствии более выгодного дефектоскопического оборудования данный способ может оказать пользу: например, намагнитить деталь в двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Рис. 37. Схемы реализации комбинированного намагничивания: а – с помощью электромагнита; б – пропусканием тока по детали и с помощью соленоида;

в – путем индуцирования тока в деталь и пропускания тока по проводнику,

помещаемому в отверстие детали; г – пропусканием двух (или более) сдвинутых по фазе токов по детали во взаимно перпендикулярных направлениях

на рис. 37 обозначено: 1 – объект контроля (деталь); 2 – магнитопровод; 3 – обмотка; 5 – шина с током; 6 – контактные головки.

Каждый из видов намагничивания и средств его осуществления является эффективным тогда, когда обеспечивается достаточное значение напряженности намагничивающего поля детали и создается наивыгоднейшее направление линий этого поля по отношению к ориентации трещин.

Важнейшим вопросом эффективного использования магнитнотвердых материалов является высокое качество намагничивания систем с постоянными магнитами.

Обычно магниты (кроме магнитов из феррита бария) намагничиваются после сборки системы, так как при этом после магнитной стабилизации значение индукции в зазоре оказывается больше, чем при намагничивании без системы, с последующей сборкой и магнитной стабилизацией (рис. 57). На рисунке OA — линия коэффициента размагничивания, характеризующая магнитную систему после сборки; ОС — линия коэффициента размагничивания для магнита без арматуры; В и Ва — индукции в зазоре, получаемые после магнитной стабилизации соответственно для системы, намагниченной до и после сборки.

Намагничивание до сборки связано также и с трудностями технологического характера, возникающими при сборке устройства с намагниченным магнитом (необходимость иметь немагнитный инструмент. возможность засорения ферромагнитной пылью и т. п.).

Исследования показали, что для понятного состояния при лучения предельных магнитных характе-

Намагничивании до и пИСТИК напряженность намагничивающе — после сборки г г, г п ґ

Го поля должна быть в 5—7 раз больше

Коэрцитивной силы. Эти данные относятся к тому случаю, когда весь объем магнита пронизывается полем указанной величины, что имеет место, например, при намагничивании магнита с плоскопараллельными полюсами, зажатого между полюсами электромагнита постоянного тока. В большинстве случаев из-за влияния потоков рассеивания, магнитного сопротивления воздушных промежутков, вихревых токов (при намагничивании переменным полем) значение намагничивающего поля должно быть больше указанного и соответствовать 3000—10 000 э.

Для создания полей такой величины в объеме, достаточном для помещения в зазор магнитной системы, требуются значительные намагничивающие ампервитки. При одновитковом намагничивании, которое применяется в ряде случаев, для этого необходимо иметь токи в десятки тысяч ампер.

Применяется намагничивание в установках, питаемых постоянным током, переменным, при одновременном действии постоянного и переменного токов, а также импульсное.

Рис. 57. Изменение маг-

ЛУЧШИЙ ХОСТИНГ 2023

14 лет дарим людям удовольствие от работы с хостингом

⭐ Есть бесплатный тариф
⭐ Бесплатный SSL сертификат
⭐ Автоматическое резервное копирование
⭐ Быстрая техническая поддержка.

ПОЛУЧИТЬ ХОСТИНГ

Намагничивание постоянным током производится в электро
магнитах [47]. Такие электромагниты получаются громоздкими и для них требуются мощные источники питания.

Например, пермеаметр сильных полей установки типа У-541, создающий поле, равное 4000 э в зазоре 50 мм, имеет массу, равную 250 кг, а электромагнит, созданный для намагничивания постоянных магнитов, при поле в 40 000 э и зазоре 12 мм потребляет мощность, равную 28 кет.

На переменном токе требуемое значение тока в результате применения трансформаторов получить относительно просто. Однако в этом случае возникают другие трудности: нельзя гарантировать высокое качество намагничивания, так как в зависимости от того, при каком мгновенном значении тока произойдет выключение, магнит может оказаться намагниченным хуже, лучіпе и даже совсем не намагниченным. Для устранения этого недостатка надо или обеспечить выключение тока при достижении им максимального значения, или иметь большой запас по намагничивающему току, что уменьшает вероятность плохого намагничивания.

Следует также иметь в виду влияние вихревых токов, действие которых приводит к тому, что в результате затухания электромагнитной волны при ее проникновении в глубь металла внутренний объем магнита может оказаться ненамагни — ченным.

Связь между минимальной продолжительностью импульса Т, при которой весь объем магнита промагничивается, размерами магнита и его физическими свойствами может быть представлена следующей эмпирической формулой:

Читайте также: Несколько макетов в печатной форме

Рис. 58. Схематическое устройство ударного трансформатора

Где К — удельная проводимость материала магнита (для желе- зоникельалюминиевых сплавов К= 1,7-104 ом

1) В — индукция в магните, гс Н — напряженность намагничивающего поля, э D — эффективный диаметр магнита, см.

Практическое осуществление метод намагничивания переменным током нашел в ударном трансформаторе (рис. 58).

Трансформатор состоит из первичной обмотки W с большим числом витков и вторичной обмотки ®2 = 1 в виде короткозамк — нутой толстой медной шины. При размыкании ключом К цепи первичной обмотки во вторичной возникает импульс тока в несколько десятков тысяч ампер, который и используется для намагничивания магнита.

Б. М. Яновский предложил производить намагничивание по идеальной кривой, для получения которой магнит помещают в постоянное поле и одновременно воздействуют на него переменным полем с убывающей до нуля амплитудой. При этом значение постоянного тока, необходимое для намагничивания до насыщения, может быть взято приблизительно в три раза меньше, чем при отсутствии переменного поля.

Для намагничивания широкое применение находят схемы, в которых используется явление заряда и разряда мощной батареи конденсаторов. Для исключения колебаний в таких схемах применяют различные выпрямляющие устройства, позволяющие пропускать ток в одном направлении, т. е. производить импульсное намагничивание.

Установки с импульсным намагничиванием накапливают энергию в конденсаторе длительно, а отдают ее в процессе разряда за короткий промежуток времени. Поэтому для создания мощного импульса не требуется большого тока потребления, что позволяет использовать для питания установки обычную осветительную сеть. К достоинствам импульсных установок надо отнести также их малые габариты и относительную простоту устройства.

Одна из возможных схем импульсной намагничивающей установки приведена на рис. 59.

Рассматриваемое устройство может быть использовано не только для намагничивания магнитных систем, но также и для их размагничивания. В первом случае должен быть замкнут штепсельный разъем НУ и разомкнут штепсельный разъем РУ, во втором случае — наоборот.

Рассмотрим работу схемы в качестве намагничивающего устройства. При замыкании ключа К напряжение сети подается через трансформатор Тр в обмотку реле Р, которое срабатывает и замыкает контакт К, создавая тем самым цепь заряда конденсаторов С, и С2 (через выпрямитель В, зарядное сопротивление 7*ь контакт /Сі и штепсельный разъем НУ). Емкости конденсаторов С] и С2 равны 700 мкф.

Вольтметр V, включенный через делитель напряжения (сопротивления г2 и г3), измеряет текущее напряжение на емкостях. В зависимости от необходимой величины тока в импульсе схема позволяет при помощи сопротивления г4 устанавливать максимальное значение зарядного напряжения от 600 до 1000 в. При достижении заданного значения напряжения срабатывает реле

Рг и размыкает через контакт К.2 цепь питания реле Контакт Ki размыкается, и процесс заряда емкостей заканчивается.

Нажатием кнопки А подается питание на реле Яз, которое, замкнув контакты /Сз, создает цепь питания игнитрона И. Игнитрон зажигается, и батарея конденсаторов разряжается через намагничивающую катушку, подключенную к зажимам 1 и 2. В цепь разряда входят также сопротивления r5 = Ю-2 ом и г6. Первое сопротивление используется при включении осциллографа для наблюдения намагничивающего импульса. Второе сопротивление необходимо для исключения возможности возник-

Рис. 59. Принципиальная схема установки для импульсного намагничивания

Новения обратной полуволны и устанавливается в зависимости от индуктивности намагничивающей обмотки с магнитом.

При использовании схемы для размагничивания штепсель переставляется из гнезда НУ в гнездо РУ, а к зажимам 1, 2 и 3 подключается размагничивающее устройство. Оно представляет собой воздушный трансформатор с двумя обмотками. Начала обмоток соединяются с зажимами 1 и 3, а концы — с зажимом 2. В данном случае при включении питания заряжается только конденсатор Сг. Во время его разряда через игнитрон и первичную обмотку размагничивающего трансформатора во вторичной цепи, представляющей собой колебательный контур, состоящий из индуктивности обмотки и емкости Сь возникают затухающие колебания. Они создают переменное поле с убывающей до нуля амплитудой, которое и используется для размагничивания.

Техника намагничивания зависит от формы и размеров магнита.

Подковообразные магниты можно намагничивать, например, так, как показано на рис. 60.

Устройство для намагничивания состоит из железной плиты с малым магнитным сопротивлением, на котором располагается катушка с большим числом витков. Магниты ставят на плиту, охватывая катушку и замыкая полюса через железо. Установка позволяет осуществить одновременное намагничивание большого числа магнитов.

Рис. 60. Намагничивание подко — Рис. 61. Намагничивание рогооб — вообразных магнитов на плите разных массивных магнитов

Для намагничивания массивных магнитов рогообразной формы массой до 50—100 кг применяют метод последовательного намагничивания, заключающийся в следующем. На магниты одевают плоские катушки и полюса замыкают железными перемычками (рис. 61).

Катушки рассчитывают так, чтобы при включении тока магнит промагнитился в месте их расположения до насыщения. Включают ток, т. е. промагничивают участок под катушками. Ток выключают, катушки передвигают по магниту, включают ток, снова передвигают катушки и так до полного сближения катушек.

Приведенные примеры показывают, что каждый раз, исходя из конкретных условий задачи, надо продумывать вопрос о методе намагничивания и выборе конструкции намагничивающего устройства.