Записка / Курс.Раб_2.(ЭМК)

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, В_опт= 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 U_п:

(5)

Значения В_п и Н_п 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 В_опт= 1,7 Тл находится на уровне 2700 А. Затем с учетом коэффициента заполнения К_з = 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.