Расчет намагничивающего устройства для магнитопорошкового метода неразрушающего контроля
Введение
Электромагнитным устройствам принадлежит заметная роль в современной радиоэлектронной аппаратуре и средствах автоматики при решении широкого круга технических задач в приводных, программных, переключающих, тормозных, фиксирующих, блокировочных и многих других устройствах.
Относительная простота, компактность конструкций, широкие функциональные возможности электромагнитных устройств обусловили применение их в системах автоматики и телемеханики, управления, сигнализации, контроля, защиты, информационных и других отраслях техники, науки, производства.
Электромагнитные устройства получили широкое применение в неразрушающем контроле, в частности в магнитопорошковом методе.
Широкое применение неразрушающих методов контроля, не требующих вырезки образцов или разрушения готовых изделий, позволяет избежать больших потерь времени и материальных затрат, обеспечить частичную или полную автоматизацию операций контроля при одновременном значительном повышении качества и надежности изделий. В настоящее время ни один технологический процесс получения ответственной продукции не внедряется в промышленность без соответствующей системы неразрушающего контроля.
Одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля стальных деталей является магнитопорошковый. Он нашел широкое применение в авиации, железнодорожном транспорте, химическом машиностроении, судостроении, автомобильной и во многих других отраслях промышленности. Этот метод часто является единственно возможным для оценки закалочных трещин, шлифовочных прижогов и других дефектов. Большие объемы применения магнитопорошкового метода объясняются его высокой чувствительностью к трещиноподобным дефектам, наглядностью результатов.
Крайне важной чертой в подобной дефектологии является то, что неразрушающая диагностика позволяет заблаговременно выявить слабые узлы и дефекты внутри деталей или объектов. На сегодняшний день методы неразрушающего контроля получили широкое применение практически во всех областях промышленности. Большое количество различных методов и технологий позволяют применять их в самых разных областях.
Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля используют при поиске поверхностных и подповерхностных микродефектов в сварных швах, деталях и конструкциях из ферромагнитных материалов. С этой целью изделие намагничивают и покрывают магнитным порошком, который оседает на неоднородностях магнитного поля в зоне дефектов, формируя видимые «следы» дефектов.
Этот метод позволяет обнаруживать тонкие, невидимые глазом поверхностные дефекты, материала типа трещин (закалочных, сварочных, шлифовочных, усталостных, штамповочных, литейных и др.), волосовин, закатов, заковов, надрывов, некоторых видов расслоений.
Подобный метод дефектологии используется для диагностики важных узлов или материалов, где обычные способы дефектологии не применимы. Это могут быть крупногабаритные и высоконагруженные объекты повышенной опасности или объекты с ограниченным доступом к поверхности контроля. К таким объектам относятся сосуды давления, трубопроводы, агрегаты и др. В этих случаях приборы неразрушающего контроля показывают хорошие результаты и дают достоверные оценки целостности материалов.
Магнитный метод неразрушающего контроля активно применяется сегодня при поиске микродефектов в различных изделиях из ферромагнитных материалов. В основе данного метода лежит использование свойств магнитных частиц концентрироваться на неоднородностях магнитного поля объекта. Данные неоднородности обусловлены наличием в изделии дефектов.
Магнитопорошковый контроль нашел очень широкое применение на железнодорожном транспорте, в авиации, судостроении, химическом машиностроении, автомобилестроении, нефтедобывающей и газодобывающей отраслях (контроль трубопроводов). Магнитно порошковый контроль имеет очень высокую производительность, чувствительность, также удобную наглядность результатов контроля. При грамотном использовании данного метода могут быть обнаружены дефекты даже в начальной стадии их появления.
Цель данного курсового проекта рассчитать намагничивающий элемент для магнитопорошкового метода неразрушающего контроля.
В первом разделе данного курсового проекта рассматривается природа магнитного поля, его основные характеристики; магнитные свойства различных веществ и источники магнитного поля.
Во втором разделе подробно рассматривается устройство электромагнитов, их классификация, применение и примеры использования.
В третьем разделе рассматривается соленоид и его применение.
В четвертом разделе данного курсового проекта рассчитывается намагничивающее устройство для магнитопорошкового метода неразрушающего контроля.
1 Магнитное поле
1.1 Основные характеристики магнитного поля
При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле. Магнитное поле представляет собой один из видов материи. Оно обладает энергией, которая проявляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на отдельные движущиеся электрические заряды (электроны и ионы) и на их потоки, т.е. электрический ток. Под влиянием электромагнитных сил движущиеся заряженные частицы отклоняются от своего первоначального пути в направлении, перпендикулярном полю в соответствии с рисунком 1.1. Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется тоже лишь на движущиеся заряды.
Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют совместно единое электромагнитное поле. Всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля и, наоборот, всякое изменение магнитного поля сопровождается возникновением электрического поля. Электромагнитное поле распространяется со скоростью света, т.е. 300 000 км/с.
Графически магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями, которые проводят так, чтобы направление силовой линии в каждой точке поля совпадало с направлением сил поля; магнитные силовые линии всегда являются непрерывными и замкнутыми. Направление магнитного поля в каждой точке может быть определено при помощи магнитной стрелки. Северный полюс стрелки всегда устанавливается в направлении действия сил поля. Конец постоянного магнита, из которого выходят силовые линии соответствии с рисунком 1.2-а, принято считать северным полюсом, а противоположный конец, в который входят силовые линии, – южным полюсом.
Распределение силовых линий между полюсами плоского магнита можно обнаружить при помощи стальных опилок, насыпанных на лист бумаги, положенный на полюсы соответствии с рисунком 1.2-б. Для магнитного поля в воздушном зазоре между двумя параллельно расположенными разноименными полюсами постоянного магнита характерно равномерное распределение силовых магнитных линий соответствии с рисунком 1.3.
Рисунок 1.1 – Схемы действия магнитного поля на движущиеся электрические заряды: положительный ион (а) и электрон (б).
Рисунок 1.2 – Магнитное поле, созданное постоянным магнитом
Рисунок 1.3 – Однородное магнитное поле между полюсами постоянного магнита
Рисунок 1.4 – Магнитный поток, пронизывающий катушку при перпендикулярном (а) и наклонном (б) ее положениях по отношению к направлению магнитных силовых линий
Для более наглядного изображения магнитного поля силовые линии располагают реже или гуще. В тех местах, где магнитное роле сильнее, силовые линии располагают ближе друг к другу, там же, где оно слабее, – дальше друг от друга. Силовые линии нигде не пересекаются.
Во многих случаях удобно рассматривать магнитные силовые линии как некоторые упругие растянутые нити, которые стремятся сократиться, а также взаимно отталкиваются друг от друга (имеют взаимный боковой распор). Такое механическое представление о силовых линиях позволяет наглядно объяснить возникновение электромагнитных сил при взаимодействии магнитного поля и Проводника с током, а также двух магнитных полей.
Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость и напряженность магнитного поля.
Интенсивность магнитного поля, т.е. способность его производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией. Чем сильнее магнитное поле, созданное постоянным магнитом или электромагнитом, тем большую индукцию оно имеет. Магнитную индукцию В можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий, т.е. числом силовых линий, проходящих через площадь 1 м2 или 1 см2, расположенную перпендикулярно магнитному полю.
Различают однородные и неоднородные магнитные поля. В однородном магнитном поле магнитная индукция в каждой точке поля имеет одинаковое значение и направление. Однородным может считаться поле в воздушном зазоре между разноименными полюсами магнита или электромагнита при некотором удалении от его краев в соответствии с рисунком 1.3. Магнитный поток Ф, проходящий через какую-либо поверхность, определяется общим числом магнитных силовых линий, пронизывающих эту поверхность, например катушку 1 в соответствии с рисунком 4-а, следовательно, в однородном магнитном поле
(1.1)
где S – площадь поперечного сечения поверхности, через которую проходят магнитные силовые линии.
Отсюда следует, что в таком поле магнитная индукция равна потоку, поделенному на площадь S поперечного сечения:
(1.2)
Если какая-либо поверхность расположена наклонно по отношению к направлению магнитных силовых линий в соответствии с рисунком 1.4-б, то пронизывающий ее поток будет меньше, чем при перпендикулярном ее положении, т.е. Ф2 будет меньше Ф1.
В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в веберах (Вб), эта единица имеет размерность В*с (вольт-секунда). Магнитная индукция в системе единиц СИ измеряется в теслах (Тл); 1 Тл = 1 Вб/м2.
Магнитная индукция зависит не только от силы тока, проходящего по прямолинейному проводнику или катушке, но и от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, служит абсолютная магнитная проницаемость μа. Единицей ее измерения является генри на метр (1 Гн/м = 1 Ом*с/м).
В среде с большей магнитной проницаемостью электрический ток определенной силы создает магнитное поле с большей индукцией. Установлено, что магнитная проницаемость воздуха и всех веществ, за исключением ферромагнитных материалов, имеет примерно то же значение, – что и магнитная проницаемость вакуума.
Абсолютную магнитную проницаемость вакуума называют магнитной постоянной, μо = 4π*10-7 Гн/м. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов в тысячи и даже десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости неферромагнитных веществ. Отношение магнитной проницаемости μа какого-либо вещества к магнитной проницаемости вакуума μо называют относительной магнитной проницаемостью:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
