Записка / Курс.Раб_2.(ЭМК)
.doc
Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “Физические методы контроля”
Курсовая работа
по предмету:
ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ
«Определить параметры электромагнита намагничивающего устройства для магнитографического контроля ферромагнитных изделий»
(ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА)
Выполнил студент Шурпин А. А.
Группа МПКЗ-071
Шифр 071696
Проверил: Новиков В. А.
Содержание
-
Введение………………………………………………………………………
3
Определение параметров электромагнита намагничивающего устройства…………………………………………………………………….
4
Выводы………………………………………………………………………..
12
Список литературы………………………………………………………….
13
Введение
В современных условиях сварка является одним из основных методов получения неразъемных соединений металлических изделий и благодаря надежности и дешевизне широко используется в машиностроении и строительстве.
Современная дефектоскопия сварных соединений использует многие методы контроля, позволяющие оценивать качество соединений с различной позиции. Наиболее совершенными из них являются методы, контролирующие сплошность металла шва и околошовной зоны без разрушения соединения. При отсутствии несплошностей, являющихся концентраторами напряжений, и применения надлежащих материалов (электродов, проволоки, флюса) сварные соединения могут надежно работать в самых тяжелых условиях.
Многочисленные исследования ученых и практика эксплуатации сварных конструкций ответственного назначения способствовали широкому применению физических неразрушающих методов контроля в различных отраслях промышленности и строительства.
Основные преимущества методов контроля, основанных на достижениях различных областей современной физики, сводятся к следующему:
1 значительно уменьшаются затраты и сокращаются сроки проверки сварных швов по сравнению с ранее применявшимися выборочными механическими испытаниями образцов сварных швов;
2 возможен широкий охват, а иногда и сплошная проверка сварных швов объектов ответственного назначения;
3 возможно выявление дефектных участков шва с последующим их исправлением;
4 наглядны результаты некоторых физических методов контроля, что повышает ответственность сварщиков за качество своей работы.
Современная технология насчитывает сотни различных способов сварки. Качество сварных соединений проверяют выборочными разрушающими испытаниями на прочность и неразрушающими испытаниями с помощью радиационных, ультразвуковых, магнитных и других методов контроля.
Магнитный вид неразрушающего контроля применяют в основном для контроля изделий из ферромагнитных материалов, т.е. из материалов, которые способны существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием внешнего магнитного поля. Операция намагничивания (помещения изделия в магнитное поле) при этом виде контроля является обязательной. Съем информации может быть осуществлен с полного сечения образца (изделия) либо с его поверхности.
Определение параметров электромагнита намагничивающего устройства для магнитографического контроля ферромагнитных изделий
В данной курсовой работе необходимо определить параметры электромагнита намагничивающего устройства для магнитографического контроля ферромагнитных изделий.
Исходные данные к курсовой работе: толщина стенки контролируемого объекта – 6 мм; материал объекта контроля – сталь 09Г2.
Для расчета намагничивающего устройства необходимо знать оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях объекта контроля. Оптимальное значение индукции задано, Вопт= 1,7 Тл.
По данным таблицы Г.1 из [1] строится кривая намагничивания материала контролируемого изделия. Кривая намагничивания стали 09Г2 приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Кривая намагничивания материала ОК
Схема намагничивающего устройства представлена ниже:
Рисунок 2 – Расчетная схема намагничивающего устройства и эквивалентная электрическая схема электромагнита
Целью расчета является определение намагничивающей силы (IW) устройства для создания в изделии необходимой индукции.
Из рекомендаций [2], толщина полюсов намагничивающего устройства должна быть в 2-3 раза больше толщины намагничиваемого изделия. Если же толщина изделия 1…2 мм, то толщина полюсов – 10…20 мм. Для изделия толщиной 6 мм выберем толщину полюсов 16 мм. Остальные размеры намагничивающего устройства выбирают конструктивно, исходя из существующих разработок.
Например, расстояние L между полюсами электромагнита – не менее 70 мм, высота h – не менее 100 мм, С – от 150 до 250 мм.
Исходные данные для расчета устройства: с=180 мм; d=20 мм; h=120 мм; L=90 мм; =1 мм.
Из закона Кирхгофа следует:
, (1)
где- падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи .
Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии в зазорах , в магнитопроводе :
(2)
С помощью выражения (2) при помощи 6-8 значений и , взятых с кривой намагничивания, строим зависимость , а затем зависимость в той же системе координат.
, (3)
где - напряженность поля в зазоре;
- толщина суммарного зазора;
(4)
С учётом выбранных параметров и выражений (3), (4) получаем зависимость :
Рисунок 3 – Зависимость магнитных напряжений в зазоре и в изделии от магнитного потока в изделии
Затем на отдельном графике строится кривая падения магнитного напряжения в магнитопроводе в зависимости от протекающего в нем потока . После рассматривается сумма магнитных напряжений в магнитопроводе Uп:
(5)
Значения Вп и Нп определяют по кривой намагничивания материала магнитопровода. С учетом требований технического, технологического и экономического плана для магнитных приспособлений могут быть рекомендованы стали Ст.3, 10, 20 и сталь Армко [1]. В качестве материала магнитопровода используем сталь Ст3.
Рисунок 4 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от потока в нем
Чтобы пересчитать в зависимости от , запишем уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы
, (6)
где F- магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходный участок.
Так как отношение потоков и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям и , то:
; , (7)
где - магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита.
[ ], (8)
где - проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства).
, (9)
где = 0,104 м; (10)
ln(1+)=2,714 ; (11)
=0,086 м. (12)
Подставим значения из формул (10), (11), (12) в (13) получим:
Гн
Из (6) и (7):
(13)
где получаем из (9) и (10):
, (14)
где
, (15)
где - длина средней линии в изделии; и соответствуют оптимальному режиму намагничивания.
.
Путем пересчета с использованием формулы (15) получают зависимость :
Рисунок 5 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии
Затем суммируя получают зависимость . Зная сечение изделия, строят вторую ось , т.е. аналогичную зависимость , где :
Рисунок 6 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от потока в изделии (а) и от индукции в изделии (б)
По известному значению оптимальной индукции в контролируемом сечении по рисунку 6 определяют .
U1 для Вопт= 1,7 Тл находится на уровне 2700 А. Затем с учетом коэффициента заполнения Кз = 0,4 и площади S окна, занимаемого витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков определяют число витков обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами (d =1, 2, 3 мм):
, (3.17)
где -коэффициент заполнения окна,
d- диаметр провода, мм,
S -площадь окна, занимаемого всеми витками катушки, равна приблизительно 80% от площади сердечника и определяется как:
, (3.18)
Таким образом:
витков, W2=953 витка, W3=424 витка.
Определяем величину тока в катушке по известной намагничивающей силе и числу витков:
I=, (3.19)
где U1 – оптимальное значение намагничивающей силы,
W – число витков.
Значения токов в катушке для разных диаметров провода получились:
I1=0,708 A; I2=2,832 A; I3=6,372 A.
Определяем электрическое сопротивление обмотки:
, (3.20)
где 0,719 м.
Получим значения:
R1=59,328 Ом; R2=3,708 Ом; R3=0,732 Ом.
Теперь определим потребляемую мощность:
(3.21)
Мощность получилась для всех трех случаев одинаковой и составила 29,738 Вт.
Таким образом, можно сделать вывод, что потребляемые мощности не зависят от диаметра провода. Диаметр провода выбирают исходя из приемлемого числа витков катушки.
Выберем число витков катушки – 953, следовательно диаметр провода будет 2 мм.
Выводы
В данной курсовой работе был определен оптимальный режим намагничивания для изделий из стали 09Г2 толщиной 6 мм.
Расчетным путем были определены параметры электромагнита намагничивающего устройства, а именно:
толщина полюсов намагничивающего устройства 20 мм;
расстояние между полюсами электромагнита – 90 мм;
высота магнита – 120 мм;
диаметр обмоточного провода – 2 мм,
число витков обмотки – 953,
потребляемая мощность – 29,7 Вт.
Список литературы
1 Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 20 01 02 –”Приборы и методы контроля качества и диагностики”. / В.А. Новиков – Могилев: БРУ, 2008, - 28 с.
2 Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений. / А.С. Фалькевич, М.Х. Хусанов – М.: Машиностроение, 1966, – 176 с.: ил.