Устройство для намагничивания изделий в циркулярном направлении

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАМАГНИЧИВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ В ЦИРКУЛЯРНОМ НАПРАВЛЕНИИ(71) Заявитель Институт прикладной физики НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт прикладной физики НАН Беларуси(57) Устройство для намагничивания изделий в циркулярном направлении, содержащее источник тока и подсоединенную к нему намагничивающую катушку, отличающееся тем, что намагничивающая катушка выполнена в виде сектора тора, содержащего витки, представляющие собой прямоугольные рамки, плоскости которых расположены перпендикулярно направлению намагничивания, при этом параметры намагничивающей катушки выбирают в соответствии с соотношениями внутренний радиус катушки а 1 а внешний радиус катушки - а 22 а длина катушки 22 а диаметр провода намоткипри допустимой плотности тока 2 число витков в слое 1 число слоев катушки(12/),где а - радиус намагничиваемого изделия- угол сектора зоны намагничивания- параметр, обусловленный зазором между намагничиваемым изделием и внутренним диаметром катушки, выбирается в диапазоне 1,051,2 (чем он ближе к единице, тем большей величины циркулярного поля удается достигнуть)(1/) - ближайшее к (1/) целое число справа по числовой оси Р - мощность намагничивающей системы- напряжение, питающее намагничивающую систему./В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков / Под ред. В.В. Сухорукова. - М. Высшая школа. 1992. 312 с. 2. Абакумов А.А. Магнитная интроскопия. - М. Энергоатомиздат, 1996. - 272 с. 3. Шелихов Г.С. Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов. - М. НТЦ Эксперт, 1995. - 224 с.(прототип). 4. Матюк В.Ф., Горбаш В.Г. Оптимизация размеров устройства для циркулярного намагничивания изделий цилиндрической формы. . Исследование циркулярной составляющей поля однослойной тороидальной катушки // Дефектоскопия. - 9. - 2000. - С. 58-68. Полезная модель относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использована для намагничивания изделий цилиндрической формы в циркулярном направлении при их неразрушающем контроле. Известно устройство 1 для циркулярного намагничивания, содержащее источник тока и контакты, устанавливаемые на торцевой или боковой поверхности намагничиваемой детали. Недостатком известного устройства является сильный разогрев детали и образование прижогов в месте расположения контактов, что не позволяет применить его для намагничивания в циркулярном направлении движущихся изделий. Известно также устройство 2, содержащее источник тока и подсоединенный к нему провод, который продевается через полое изделие. Недостатком известного устройства также является невозможность его применения для намагничивания в циркулярном направлении движущихся изделий, например труб или прутков, в технологическом потоке производстве. Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является устройство 3, содержащее источник питания и тороидальную обмотку, наматываемую на намагничиваемое изделие. Недостатком данного устройства является невозможность его использования для намагничивания движущихся изделий в циркулярном направлении, например труб или прутков, в процессе производства. Сущность устройства заключается в том, что с целью обеспечения намагничивания изделий цилиндрической формы в циркулярном направлении, в том числе движущихся в технологическом потоке производства,оно имеет источник тока и катушку, выполненную в виде сектора тора, содержащую витки, причем каждый виток в катушке представляет собой прямоугольную рамку, плоскость которой перпендикулярна направлению намагничивания, при этом параметры катушки выбраны в соответствии с соотношениями внутренний радиус катушки а 1 а внешний радиус катушки а 22 а длина катушки 22 а диаметр провода намоткипри допустимой плотности тока 2 число витков в слое 112 число слоев катушки,где а - радиус намагничиваемого изделия- угол сектора зоны намагничивания 1,051,2 - параметр, выбор которого обусловлен зазором между намагничиваемым изделием и внутренним диаметром катушки, он определяется из условий обеспечения достаточного для устранения контакта изделия с катушкой зазора между внутренними витками катушки и изделием и связан с технологическими требованиями намагничивания, учитывающими амплитуду колебания изделия внутри катушки (чем он ближе к единице, тем большей величины циркулярного поля удается достигнуть)(1/) - ближайшее к (1/) целое число справа по числовой оси Р - мощность намагничивающей системы- напряжение, питающее намагничивающую систему. В отличие от известного, в устройстве используется не тороидальная катушка, а катушка в виде сектора тора, намотанная на каркас прямоугольного сечения. При этом плоскость каждого витка перпендикулярна направлению намагничивания. 448 Параметры катушки выбираются, исходя из размеров диаметра контролируемого изделия 2 а, угла сектора зоны намагничивания , мощности намагничивающей системы Р, напряжения питанияи допустимой плотности тока в намоточном проводе . Ввиду того, что в предлагаемом устройстве намагничивание производится с помощью накладной катушки в виде сектора тора, обеспечивается возможность намагничивания как неподвижных, так и движущихся изделий с требуемой величиной циркулярной составляющей поля. На фиг. 1 представлена схема взаимного расположения намагничивающей катушки и контролируемого изделия, а также основные параметры катушки. Устройство для намагничивания изделий в циркулярном направлении состоит из катушки, выполненной в виде сектора тора 1 и источника тока (на чертеже не показан). Под катушкой располагается намагничиваемое изделие 2. Работает устройство следующим образом. При прохождении тока через витки катушки, выполненной в виде сектора тора 1, вдоль поверхности намагничиваемого изделия 2, расположенного под катушкой, создается циркулярное поле Ну, которое намагничивает эту поверхность изделия 2. Так как предложенная катушка не имеет никаких ограничений на перемещение ее вдоль поверхности намагничиваемого изделия и не имеет с ним механических контактов, то существует возможность движения этого изделия в процессе намагничивания. Таким образом, обеспечивается возможность намагничивания как неподвижных, так и движущихся изделий. Эффективность секторной тороидальной катушки обусловлена тем, что в сплошной катушке лишь меньшая часть витков, прилегающих к рассматриваемой области, намагничивает изделие в циркулярном направлении,а большая их часть размагничивает его, т.е. создает поле противоположного направления, в то время как секторная существенно изменяет это соотношение витков, вследствие чего результирующее циркулярное поле значительно увеличивается. На фиг. 2 представлены кривые распределения циркулярной составляющей поля по углув области, ограниченной углом /4 для сплошной катушки (фиг. 2 а) и секторных (фиг. 2 б кривая 1 - для , кривая 2 - для /2 и кривая 3 - для /4, углы отсчитываются от края сектора). Из этих кривых видно, что даже в самом худшем случае, когда сектор намагничивающей катушки равен(полуокружности), намагничивающее поле во всей намагничивающей зоне положительно и в сотни раз превышает поле от сплошной катушки, которое в этой области не только сильно изменяется по величине, но и по направлению. Для сектора с /4 имеется значительная зона, в которой поле остается постоянным и достаточно большим по величине. Внутренний радиус намагничивающей катушки а 1 выбирается с учетом диаметра намагничиваемого изделия а и минимального зазора между катушкой и изделием для получения максимального намагничивания. При этом должно выполняться условие создания достаточного для устранения контакта изделия с катушкой зазора между внутренними витками катушки и изделием, чтобы обеспечить ее сохранность в процессе эксплуатации. Это связано с технологическими требованиями намагничивания, учитывающими амплитуду колебания изделия внутри катушки. Он определяется выражением а 1 а, (1) где 1,051,2 (чаще всего 1,1). Диаметр намоточного провода выбирается из условия обеспечения максимальной величины тока через катушку при допустимой плотности тока. Амплитуда поля пропорциональна произведению величины тока на число витков, число витков обратно пропорционально диаметру провода, а сила тока прямо пропорциональна квадрату его диаметра. В результате поле почти линейно зависит от диаметра провода в широком диапазоне изменения последнего. Это же подтверждают графики, представленные на фиг. 3, на которых изображены кривые зависимости циркулярной составляющей поля сектора от диаметра намоточного провода при разных значениях числа слоев М в намагничивающем устройстве (кривая 1 соответствует М 1 кривая 2- М 3 кривая 3 М 5). Число витков в слое определяется соотношением. (2)Это следует из кривых, представленных на фиг. 4, где изображены кривые зависимости циркулярной составляющей поля секторной катушки от числа витков в слое (кривая 1 соответствует М 1, кривая 2 соответствует М 2). Из этих кривых видно, что с увеличением числа витков в слое поле растет примерно по линейному закону. Выражение (2) соответствует максимальному числу витков, размещаемому на секторе. С увеличением числа слоев намагничивающей катушки циркулярная составляющая поля увеличивается. Это подтверждают кривые, представленные на фиг. 5, для проводов разного диаметра (кривая 1 соответствует 1 мм кривая 2 - 2 мм кривая 3 - 3 мм и кривая 4 - 4 мм). Из этих кривых следует, что для диаметра намоточного провода 2 мм число слоев М должно быть не меньше 6, а для 1 мм не меньше 12. Таким образом, число слоев в катушке можно определять как целую часть отношения 12/, где- диаметр провода в миллиметрах. Из графика зависимости поля в циркулярном направлении от внешнего радиуса катушки 2 и ее длины ,представленного на фиг. 6, следует, что для обеспечения максимального поля в циркулярном направлении 3 448 соотношение между внешним диаметром катушки и диаметром намагничиваемого изделия, а также между длиной катушки и диаметром намагничиваемого изделия должно быть а 22 а 22 а. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.