Способ предварительной электромагнитной обработки крупногабаритной детали перед сваркой и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике размагничивания изделий и может быть использовано в машиностроении, в частности для устранения вреднего влияния магнитных полей рассеяния преимущественно крупногабаритных ферромагнитных деталей при дуговой и электронно-лучевой сварке. Цель изобретения - повышение эффективности снижения и магнитных полей рассеяния деталей, улучшение повторяемости и производительности. Деталь помещают в нулевое внешнее магнитное поле и воздействует на нее сначала магнитным полем низкой частоты, а затем - магнитным полем высокой частоты. Число полупериодов поля низкой частоты устанавливают четным и больше двух, а начальную амплитуду поля высокой частоты устанавливают в зависимости от числа полупериодов поля низкой частоты. Устройство содержит регулируемый источник питания высокой частоты с контуром высокой частоты, два ортогональных контура компенсации магнитного поля Земли и источник питания постоянного тока с двумя независимо регулируемыми выходами, подключенными к контурам компенсации. Контуры компенсации охватывают объем, в котором на деталь воздействуют полями низкой и высокой частоты. Повышение производительности процесса размагничивания деталей перед сваркой обеспечивается путем сокращения цикла низкочастотной магнитной обработки. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) . (51)4 Н 01 F 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (.21) 4338430/25-27

22) 19.10,87

46) 23.11.89. Бюл, М- 43 (72 ) И,В, Адуев, A.Â. Бакаев, А.В. Найденов и Б.Н. Цырульников (53) 621.318.25 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 637881, кл. Н 01 Г 13/00, 1978, (54) СПОСОБ ПРГДВАРИТГЛБ)1ОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОг1 ОБ1 АБОТКИ КРУПНОГАБАРИТНОЙ

ДЕТАЛИ ПЕРГД СВАРКОЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ГГО ОСУ1 (ЕСТ ВЛЕПИ! (57) Изобретение относится к технике размагничивания изделий и может бить использовано в машиностроении, в частности для устранения вредного влияния магнитных полей рассеяния преимущественно крупногабаритных ферромагнитных деталей при дуговой и электронно-лучевой сварке, Цель изобретения — повышение эффективности снижения магнитных полей рассея° ния деталей, улучшение повторяемости и производительности, Деталь помещают в нулевое внешнее магнитное

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для предварительной обработки деталей перед сваркой, которая проводится для улуч" шения качества сварных швов, и, в частности, может бить использовано для устранения вредного влияния магнитных полей рассеяния, преимущественно, крупногабаритных массивных ферромагнитных деталей при элЕктродуговой и электроннолучевой сварке.

2 поле и воздействуют на нее сначала магнитным полем низкой частоты, а затем — магнитным полем высокой частоты. Число полупериодов поля >п(экой частоты устанавливают четным и больше двух, а начальную амплитуду поля высокой частоты устанавливают в зависимости от числа полупериодов поля низкой частоты. Устройство содержит регулируемый источник питания высокой частоты с контуром высокой частоты, два ортогональных контура компенсации магнитного поля

Земли и источник питания постоянного тока с двумя независимо регулируемыми выходами, подключенными к контурам компенсации, Контуры компенсации охватывают объем, в котором на деталь воздействуют полями низкой и высокой частоты. Повышение производительности процесса размагничивания деталей перед сваркой обеспечивается путем сокращения цикла низкочастотной магнитной обработки, 2 с,п, ф-лы

5 ил.

В процессе изготовления в магнитном поле земли, при электромагнитной дефектоскопии и при использовании для перемещения деталей транспортных средств с электромагнитами ферромагнитные детали и изделия приобретают значительную намагниченность„ Намагниченные детали создают вокруг себя, особенно вблизи поверхности, сильные неоднородные магнитные поля рассеяния, При сварке эти поля воздейству1524098 ют па дугу или электронный луч и вызывают их нерегулярное отклонение, Это приводит к резкому ухудшению качества сварки и увеличению трудностей ее выполнения. Поэтому узлы сварочных аппаратов, непосредственно взаимодействующие с деталями, должны быть за«пицены от внешних магнитнь«х полей, создаваемых свариваемыми деталями.

Защиту можно осуществить путем снижеш«я маг««ит««ых полей рассеяния ферромагнит««ых деталей.

Целью изобретения является повышение эффективности снижения магнитных полей рассеяш«я, улучшение повторяемости и производительности.

На фиг. 1 представлено расположение контуров устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 — «0 зависимости напряженности магнитного поля рассеяния детали от начальной амплитуды поля высокой частоты дпя четного и нечетного числа предварительно приложенных полуперйодов поля 5 низкой частоты, па фиг. 3 — экспериментальная зависимость начальной ампв лптуды H магнитного поля высокой

И«1 частоты от числа И предварительно приложе ных импульсов магнитного поля низ- 30 кой частоты;на фиг.4 и 5 — фазовые диаграммы для 5=2 и N=4 соответственно. устройство для осуцествления способа содерж««т первый контур 1 низкой частоты, второй контур 2 высокой час- 35 тоты, третий контур 3 компенсации вертикальной составляющей магнитного полн Земли, состоящий иэ двух секций и четвертый контур 4 компенсации горизонтальной составляющей магнит- 40 ного поля Земл««. Первый 1 и второй

2, третий 3 и четвертый 4 контуры подключены соответственно к источнику

5 питания низкой частоты, источнику

6 питания высокой частоты и источнику 7 постоянного тока. Механизм перемецения детали 8 на фиг.! не показан.

Разделение контуров на секции выполнено для создания однородного магнитного поля в объеме пространства, и котором расположена обрабатываемая деталь. Части (секции.) контуров

3 «« 4 выполнены в ниде витков электрического провода, имеющих, например, форму кольца. Витки секций кон55 тура 3 расположены в горизонтальных плоскостях симметрично относительно горизонтальной центральной оси детали. Витки секции конткра 4 расположены в вертикаль««ых плоскостях симметрично относительно вертикальной центральной оси детали, Количество витков в секциях каждого контура одинаково.

В каждом контуре секции соединены согласно. Встречное соединение секций не имеет смысла, так как при этом создаваемое контуром магнитное поле равно нулю. Секции показаны утолщенной (двойной) линией.

Сущность способа состоит в следующем, В третьем контуре 3 компенсации устанавливают такое значение электрического тока, при котором внутри него вертикальная составляющая постоянного магнитного поля равна нулю (скомпенсирована вертикальная составляющая магнитного поля Земли). В четвертом контуре 4 компенсации устанавливают такое значение электрического тока, при котором внутри него горизонтальная составляющая постоянного магнитного поля равна нулю (скомпенсирована горизонтальная сост авпяющая магнитного поля Земли).

С помощью механизма перемещения внутри первого контура 1 низкой частоты устанавливают деталь. Включают источник 5 питания низкой частоты, от которого в контур 1 поступают знакопеременные импульсы электрического тока низкой частоты, например 0,2 Гц, а««плитуду которых снижают от импульса к импульсу с больп«им декрементом, например 1,9. Количество импульсов задают четным и сравнительно небольшим, например 6-8. Амплитуду первого импульса устанавливают такой, при которзй для данного материала заканчиваюгся процессы необратимого намагничивания. Для подавляющего большинства материалов необратимое намагничивание практически прекращается в магнитных полях, напряженность которых составляет примерно 5-7 Н, где

H с — коэрцитивная сила материала детали. После подачи в контур 1 установленного количества импульсов источник 5 питания выключают. Включают источник 6 питания высокой частоты.

При указанной низкой частоте

0,2 Гц в качестве электрического напряжения высокой частоты можно использовать, например, напряжение промьпп98 6

5 15240 лепной частоты 50 Гц. Начальную амплитуду Н этого напряжения устанавливают в зависимости от числа N предварительно приложенных полупериодов (импульсов) низкой частоты из соотв ношения Н,-Ч = К, где К = 1О Н . Для деталей особенно сложных форм можно установить из предварительного эксперимента с учетом декремента затухания 10 поля низкой частоты, если он выбран не равным 1,9-2. После установки начальной амплитуды электрического тока промышленной частоты с помощью ме,ханизма перемещения деталь удаляют из контура высокой частоты, чем обеспечивают плавное убывание напряженности магнитного поля, воздействующего на деталь, практически до нуля. Выключают источник питания высокой часто- 20 ты. деталь готова к выполнению сварочных работ.

Компенсацию однородного магнитного поля Земли с напряженностью И

3 во всем объеме крупногабаритной дета- 25 ли выполняют с помощью однородного магнитного поля, создаваемого контурами 3 и 4. При этом размеры контуров выбирают из условия обработки детали с наибольшими размерами. 30

В способе не требуется введения специального измерителя магнитного поля Земли, Известны карти (таблицы) распределения составляющих магнитного поля для всех районов поверхности

Земли, Максимальное значение Н принимает в плоскости магнитного меридиана, а нулевое — в плоскости, перпендикулярной ему. В общем случае, если деталь расположена под углом ц к плоскости магнитного меридиана, то Н,, действующая вдоль детали равна k. 3 соя ч,. Зная 7 з, Г1 ц и размеры наибольшей детали определяют характеристики компенсационных контуров

3 и 4 (постоянные контуров, число витков в секциях, р асс тоя ни е между секциями, параметры источника питания и т.д,),с учетом того, чтобы во всем объеме детали, расположенном между секцияли, магнитное поле имело заданную однородность и величину, равную компенсируемому магнитному полю Земли. Постоянной контура назы-; вают отношение величины магнитного

55 поля к электрическому току, который его создает. Расчеты магнитного поля контура могут быть выполнены с высокой степенью точности, поэтому не требуется дополнительный приборный контроль степени компенсации ГП13.

Зная постоянные контуров 3 и 4 и регулиря токи, подаваемые в контуры 3 и 4 от источника питания, при необходимости корректируют степень компенсации магнитного поля Земли отдель но по составляющим Z и Нз, Для этого источник 7 литания выполнен с двумя регулируемыми выходами.

В изобретении не использован прием традиционного размагничивания ферромагнитных тел, состоящий в уменьшении остаточной намагниченности во всем объеме тела одинаково путем воздействия на тело напряженностью магнитного поля с достаточным для полного промагничивания периодом и плавно уменьшающейся до нуля амплитудой.

Предлагаемый способ основан на явлении так називаемого кажущегося размагничивания, заключающемся в

If том, что ферромагнетик, внутри которого имеются противопопожно намагниченные макрообпасти, образующие внутренние устойчиво замкнутые магнитные потоки, обладает нулевым результирующим магнитним моментом и не создает во внешнем пространстве магнитных полей рассеяния.

Технология способа направлена на создание внутри крупногабаритной массивной детали замкнутых магнитных потоков. Так как при выполнении способа внутри детали могут оставаться намагниченные макрослои, то жесткие требования к точности соблюдения параметров воздействующих полей могут бить сильно ослаблены. Так, магнитное поле низкой частоты может содержать всего несколько полупериодов (6-10), скорость его убывания может быть весьма большой (декремент около двух) и не обязательно точно выдерживаемой, а начальная амплитуда поля высокой частоты может бить выбрана значительно меньше (в 610 раз), чем требуется для технического насыщения. Поэтому предлагаелый способ магнитной обработки деталей перед сваркой обладает значительно более высокой повторяемостью результатов по сравнению с традиционным размагничиванием, По внешним проявлениям (созданию магнитных полей рассеяния) магнитное состояние детали с замкнутым внутри нее магнитным потоком имеет высокую

1524098 стабильность к воздействию на нее механических ударов и сотрясений.

Устойчивость результирующего магнитного состояния к механическим воэдеиствиям важна, так как при переме5 щении и установке на месте сварки деталь может подвергатьси случайным ударам и сотрясениям, в результате чего снова появляются магнитные поля рассеяния. Высокая устойчивость магнитного состояния детали, полученного по предлагаемому способу, объясняется тем, что при механических воздействиях внутри детали одновременно перемагничиваются противоположно намагниченные области. Это приводит к взаимной компенсации полей рассеяния этих областей.

В способе магнитное поле низкой

20 частоты используют дпя грубого снижения остаточного магнитного момента и вызываемых им полей рассеяния детали, а магнитное поле высокой частоты — для точного снижения остаточ- 25 ного момента, так как на высокой частоте и при небольшой силе электрического тока сравнительно легко выдержать форму и плавное затухание напряженцости воздействующего поля.

По технологии способа все операции выполняют в нулевом внешнем магнитном поле, например, сведенном до нуля контурами компенсации магнитном полем Земли. Это вызвано тем аобстоятельством, что даже в сравни35 тельно слабом земном поле при воздействии знакопеременных затухающих полей деталь, имеюц|ая большие продольные и поперечные размеры, намагничивается почти по безгистереэисной кривой и приобретает сильную остаточнуи намагниченность, усложняющую создание внутренних замкнутых магнитных потоков, Установленный при осуществлении предлагаемого способа декремент затухания магнитного поля низкой частоты, равный 1,6-1,9, легко реализуется технически. Дальнейшее увеличение декремента не целесообразно, так

50 как может остаться неразрушенной высококозрцитивная область намагниченности, создающая недопустимо большие поля рассеяния. Для ее разрушения потребовалась бы большая начальная

55 амплитуда магнитного поля выСокой частоты, реализовать которую технически трудно.

Значение низкой частоты f магнитного поля выбирают из условия полного проникновения напряженности поля во внутренние слои детали. Так как поле проникает в деталь, по крайней мере, с двух сторон, то для полного промагничивания необходимо, чтобы глубина проникнозеиия d „ áûëà больше или равна половине толщины d детали

d „ d/2. Значение высокой частоты

Г выбирают наоборот иэ условия неполного промагничивания внутренних слоев. Для этого должно выполняться условие 4 <0,5 dy где I - глубина проникновения магнитного поля высокой частоты. Однако толщина полностью промагничиваемого слоя должна быть достаточной,пля замыкания внутреннего магнитного потока. Если ее сделать весьма малой, то магнитное сопротивление поверхностного промагничиваемого слоя оказывается одного порядка с магнитным сопротивлением рассеяния и напряженность магнитного поля рассеяния возрастает. Тогда для увеличения толщины поверхностного замыкающего слоя потребуется увеличить начальную амплитуду магнитного поля высокой частоты,что нежелательно. Поэтому значение высокой частоты необходимо ограничить сверху условием Р ) 0,05 d.

Учитывая, что глубина d проникновения связана с частотой соотношениам d = =l,/Л бг, получают ограиичания на выбор низкой частоты fH f H — 4 o н высокой частоты « . 400 o()

4d, где М = 1/fi p G h, а толцина детали, Б и р — соответственно удельная электрическая проводимость и магнитная проницаемость материала детали. Величины Б и р характеризуют электромагнитные свойства ма-, териала, Высокая остаточная намагниченность и вызванные ею магнитные поля рассеяния наблюдаются у деталей, изготовленных из материалов с сильно Bütðàæåííûìè магнитными свойствами.

Например, конструкционные стали, у которых наблюдаются сильные магнитные поля рассеяния, имеют 6 порядка (2-3 ) 10 Ом м и магнитную проницаемость (100-800) р,, где р = 4 и

«10 гН/м. Чем ярче выражены электромагнитные свойства материала (т.е. больле Ь и р ), тем меньше значения

f„ и f . Однако их соотношение мож-. но оставлять неизменным в широком ди1524098

lO апазоне изменения свойств материалов, В производственной практике в качестве Г целесообразно испольэовать про<пппленную частоту 50 Гц при Гя

0,2 Гц, что удовлетворяет приведенному соотношению и позволяет уменьшить после рассеяния до допустимого уровня на деталях из различных материалов.

l0

При малой мощности имеющегося источника электрического тока высокой частоты, что иногда имеет место в заводской практике, предлагаемый способ осуществляют при уменьшенной до технически возможного значения начальной амплитуды магнитного поля высокой частоты и увеличенном (достаточно до N = 14-16) числе полупериодов магнитного поля низкой частоты, затухающего с установленным декрементом.

В результате анализа магнитных состояний деталей с помощью фазовых диаграмм и экспериментальнь<х иссле - 25 дований (фиг.2) в способе предложено число полупериодов магнитного поля низкой частоты устанавливать четным и строго больше двух. На фиг,2 кривая I представляет характерную зависимость остаточного магнитного момента М детали от начальной амплитув ды Н магнитного поля высокой частоты при предварительном воздействии на деталь нечетного числа Ч полупериодов низкой частоты, а кривая II

35 аналогичную зависимость при четном

N. Иэ хода кривых видно, что для нечетного N снижение магнитного момента М до допустимого уровня d M дости гается один раэ при начальной амплиь туде Н, - Нв, а для четного N — дважды! первый раэ для значений начальной амплитуды, лежащих в интервале ь (Н,,Н ), когда Н z 7. Н, Н,, и вто- 45 ь рой раз при Н,7 Н, ° Причем соотношения Нв/Н, и Н,/Н, лежат в интервале (3-5), Таким образом, выбором числа полупериодов поля низкой частоты четным достигают значительного снижения (в 3-5 раз) начальной амплиту50 ды поля высокой частоты.

Однако предварительное воздействие на деталь двумя импульсами приводит к резкому увеличению производв ной зависимости М от Н„,, которая от- 55 личается от характерной, особенно для участка малых Н . Поэтому пог-<

<"< в решности в установке Н, могут мешать достижению состояния детали, при котором М АМ, и ухудшать пов. торяемость результатов.

Начальную амплитуду Н магнитв ного поля высокой частоты устанавливают в зависимости от числа N предварительно приложенных импульсов магнитного поля низкой частоты из соотношения Н,.N = К, где К 10 Н, Н с — коэрцитивная сила материала детали. Зная марку материала детали

Н можно определить иэ электротехнических справочников. Приведенное соотношение получено в результате обобщения экспериментальных данных, полученных при испытаниях способа, Оно отражает реальную зависимость в между И и Н ь,. Характерная экспериь ментальная зависимость Н, от четного числа N для детали, магнитное поле рассеяния которой снижено до допустимого уровня, показана на фиг.3.

Данное соотношение получено как результат обработки экспериментальных данных и представляет собой аппроксимирующую аналитическую эависимость.

При Ч = О (математическая неопределенность ), когда низкочастотное магнитное поле отсу-тствует, требуемого снижения сильного почя рассеяния детали с помощью только поля высокой частоты достигнуть не удается, При

N 2 .<агнитное лоле рассеяния уменьшается, так как противоположные по знаку остаточные намагниченности после первого и второго импульсов частично компенсируют друг друга. Знак результирующей остаточной намагниченности соответствует направлению второго импульса. В этом случае Н, дос8 таточно установить равной 5 Н . После воздействия четырех импульсов (N = 4) происходит дальнейшее снижение исходной величины поля рассеяния (остаточной намагниченности), в

Соответственно уменьшается Н,, при которой достигают доп <стимого уровня поля рассеяния (Нь, =?,5 Н,), При

Ч = 6 Н =1,66 Н и т.д. Спадание

tv< 1 с

Н происходит в функции N по закону

2 и N = 4. Диаграммы для этих случаев и представлены соответственно на фиг.4 и 5, где Н „- амплитуда имн пульсов поля низкой частоты, Иэ-за

1524098

50 неравномерностей плотности распределения элементарных ферромагнитных областей на диаграмме вклад в общую намагниченность перемагниченных пло", щадей (треугольников), расположенных

5 внизу, является существенным, При, N четном, как правило, общая намагниченность имеет знак, определяемый знаком самого нижнего треугольника

odc (фиг.4) и одш (фиг.5), При воздействии на деталь магнитным полем высокой частоты сначала перемагничиваются низкокоэрцитивные области (расположенные внизу диаграммы) . Чля получения остаточного магнитного момента М = 0 при .1 = 2 требуется ампли5 туда H „большая, чем при Ч = 4, т. е.

Н", . Н ", (фиг.4 и 5).

Гпособ экспериментально проверен при снижении остаточного магнитного момента и вызываемых им магнитных полей рассеяния крупногабаритной ферромагнитной детали весом 84,6 кг, длиной 1,12 м, наибольшим поперечным размером 0,18 м, наружным диаметром

0,116 и внутренним диаметром 0,044 м.

Материал детали стали 18 ?НЧМЛ, Н вЂ” 2,08 10 А/и, C = 2,?5 10 Ом м

Эквивалентный раэмагничиваюшгiй фактор 30 детали в продольном направлении Л =

0,015. !1пя полного традиционного дина размаг ичивания такой детали необходимо задать начальную амплитуду, примерно 4 10 A/II, Способ проверен при следующих его параметрах: напряженность первого импульса магнитного поля низкой частоты 0,2 Гц составляет 3,48 -10 A/I!

1 ! декремент затухания 1,65, количество 40 импульсов магнитного поля ниэ кой частоты 11 = 12, начальная амплитуда магнитного поля высокой часToTI:

50 Гц равняется 4 .10 А/м, Исходный остаточный магнитный момент детали 45 составляет 1648 А.м -„ После выполнег ния предлагаемого способа остаточный

2 магнитный момент составляет 3 Л м

Такой момент создает магнитное поле рассеяния на поверхности примерно

24 А/м, которое практически не искажает траекторию электронного луча при сварке и допустимо для ее качественного выполнения, Таким образом, способ позволяет

55 существенно повысить эффективность снижения магнитных полей рассеяния, Установлено, что по сравнению с магнитной обработкой детали только инфранизкой частотой повторяемость реэультагав выше, не менее чем в 5 раэ, Формула изобретения

1. Способ предварительной электромагнитной обработки крупногабаритной детали перед сваркой, заключающийся в воздействии на деталь магнитным полем, напряженность которого периодически изменяют по направлению и уменьшают по амплитуде, о тличающийся тем,что,с цепью повышения эффективности снижения магнитных полей рассеяния, улучшения повторяемости и проиэводитепьности, деталь помещают в нулевое внешнее магнитное поле и воздействуют на «ее сначала напряженностью маг нитного поля низкой частоты, затем воздействуют напряженностью магнитно поля высокой частоты, причем число полупериодов магнитного поля низкой частоты устанавливают четным и бопыче двух, а начальную амплитуду магнитного поля высокой частоты устанавливают в зависимости от числа полупериодов магнитного поля низкой частоты из соотношения Н, N = К, где в

К вЂ” коэффициент, равный 10 Н,.; Н

KoýðöèTивная сила материала детали, N — число полупериодон магнитного попя низкой частоты, Н, — начальная амппитуда магнитного поля высокой ч lcToты, 2, Устройство для предварительной электромагнитной обработки крупногабаритной детали перед сваркой, включающее регулируемый источник питания низкой частоты, снабженный переключатепем полярности, первый контур низкой частогы, подключенный к источнику питания низкой часто-ы, механизм перемец!ения деталей сквозь контур, о т л и ч а ю ц! е е с я тем, что, опо содержит Регулируемый источник питания высокой частоты, вторсй контур высокой частоты, подключенный к источнику питания высокой частоты, два ортогональных третий и Ie Tvep TI.III xonTypI:I компенсации внешнегo магнитного поля и источник питания постоянного тока с двумя регулируемыми выходами, соответственно псдключенными к третьему и четвертсму контурам компенсации, охватывающих объем, занимаемый первым и вторьм контурами низкой и высокой чг стоты.

l 524098

9 7 2

ФиГ1 м ниах

2Лн (1524098

Составитель В, Пучинский

Редактор М. Бланар Техред A.Кравчук Корректор М. Максимишинец

Заказ 7048/52 Тира к 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101