CC BY
96
УДК 67.02
Прошкин В.Н., Прошкина Л.А.
Пензенский государственный университет
СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПРОВОЛОК ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ
Аннотация. Приведено краткое описание способа термомеханической обработки ферромагнитных проволок для акустических волноводов магнитострикционных преобразователей параметров движений.
Ключевые слова: ФЕРРОМАГНИТНАЯ ПРОВОЛОКА, ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, АКУСТИЧЕСКИЙ ВОЛНО-
ВОД, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ
В магнитострикционных преобразователях параметров движений (МППД) определяющим конструктивным элементом является цилиндрический акустический волновод (ЦАВ), который в процессе измерения физических параметров перемещения, будучи основным преобразующим элементом, обуславливает общую надежность и точность магнитострикционных приборов [1, 2] . Для изготовления волноводов
используют прецизионные ферромагнитные сплавы со специальными физико-механическими и магнитными свойствами, уровень которых определяется точным химическим составом, чистотой, структурным состоянием, высокой точностью изготовления. Установлено, что современные технологии изготовления холоднотянутых ферромагнитных проволок (методом волочения) для ЦАВ создают по всей ее длине равномерно распределенные остаточные внутренние не только линейные, но и крутильные механические напряжения геликоидального характера [3]. Вектор намагниченности такой проволоки расположен по спирали (эффект Вертгейма). Применение этой проволоки в качестве чувствительного элемента МППД приведет к искажению информационных сигналов и формированию «паразитных» зон.
Существует множество способов уменьшения остаточных внутренних напряжений в ферромагнитной проволоке, например, путем ее термообработки и растягивающей нагрузки [4]. Данная технология устраняет только линейную составляющую остаточных напряжений.
Известен способ уменьшения остаточных напряжений в ферромагнитной проволоке с применением растягивающих и скручивающих устройств [5], с помощью которых нагружают проволоку до определенного значения, затем механически фиксируют и размещают в измерительном преобразователе. Практика показала, что механические способы компенсации внутренних напряжений не позволяют в полной мере избавиться от остаточных напряжений в ферромагнитной проволоке и, кроме того, при работе преобразователей в вибрационных и ударных средах наблюдаются ослабление волноводных механических фиксаторов и увеличению «паразитных» зон в измерительном преобразователе.
Для получения высоких и стабильных во времени и пространстве (по всей длине волновода) магнитоупругих характеристик, уменьшение «паразитных» зон и расширения измерительного диапазона преобразователя разработана новая технология получения акустических волноводов из холоднотянутых ферромагнитных проволок (рисунок 1).
Рисунок 1 - Установка для термомеханической обработке ферромагнитной проволоки
Физическая сущность представленной технологии заключается в разделении процесса нагрева и контроля на определенные временные промежутки, при этом, практически не меняя ее тепловых режимов. Перед началом работы адаптером 1 продольной нагрузки устанавливают необходимое значение растягивающего усилия Рпн на ферромагнитную проволоку 2. По команде «Пуск» с формирователя 3 импульсов тока возбуждения битв через генератор 4 тока проводят предварительную акустическую диагностику, создавая в ее рабочем пространстве крутильные магнитоакустические волны («позитивный» эффект Видемана). Постоянный магнит 5 помещают в начальную точку 6 зоны возможного обнаружения 1зво полезного измерительного сигнала (ПИС) акустоэлектрическим преобразователем (ПАЭ) 7. Адаптером 8 радиальной нагрузки создают радиальное механическое напряжение на проволоку 2 до величины равной Ррн, при этом, одновременно смещают магнит 5 в сторону ПАЭ 7 до значения, при котором зона возможного обнаружения 1зво ПИС имеет наименьшую длину. Подключают генератор 4 тока к проволоке 2 и проводят ее температурную обработку. Величину тока выбирается исходя из габаритных размеров образца, его химического состава и априорных знаний о физических процессах, протекающих при нагреве. В процессе подачи тока 1Т1Эп в обрабатываемую проволоку 2, происходит ее нагрев и одновременно образование вокруг нее кругового магнитного поля, которое в установившемся режиме не способно сформировать в ее среде акустические волны. За короткие промежутки времени t = 1пз/ уМЯв, определяемые исходя из длительности «паразитной» зоны !Пз и скорости магнитоакустической волны Умав в проволоке 2, периодически, с интервалами времени ТТ1Эп отключают генератор 4 тока от термообрабатываемого образца 2. В результате чего, в области воздействия на проволоку 2 поля постоянного магнита 5 возникают крутильные магнитоакустические волны («негативный» эффект Видемана). Эти волны достигают ПАЭ 7, наводят в нем импульсы тока считывания и далее поглощаются токопроводящими акустическими демпферами 9 и 10, расположенные на концах проволоки 2. На первом цикле термомеханической обработки, блоком 11 управлением и контроля, после кратковременного выключения тока 1Т1Эп проводят измерение и фиксацию начальных параметров ПИС. На втором и последующих циклах, с интервалами времени ТТоп, ведется сравнение принимаемых ПИС с предшествующими сигналами. Такой контроль продолжается до тех пор, пока амплитуда ПИС не достигнет предельного конечного значения 1Паэ кон., после чего блок 11 формирует команду на прекращение термомеханической обработки проволоки. Термомеханическую обработку про-
водили для холоднотянутых проволок диаметром 1.0 мм из сплавов 42НХТЮ, 44НХТЮ, 44НХМТ, 44Н5ХМТ, 49К2Ф и 52KIЗФ.
Представленная технология термомеханической обработки ферромагнитных проволок позволяет получить стабильные во времени и по всей длине проволоки магнитострикционные и упругие свойства, а также добиться значительно меньших остаточных внутренних механических напряжений и, как следствие, снижение длительностей «паразитных» зон с 35...40 мм до 26 мм. Длительность зон «естественного» затухания для обработанных проволок увеличился приблизительно на 50 % и составил: 49К2Ф - 3300 мм; 42НХТЮ, 44НХТЮ, 44НХМТ - 20000 мм; 52К1ЗФ - 62000 мм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Прошин И. А., Прошкин В. Н., Тимаков В. М. Магнитострикционные преобразователи параметров движений тренажеров транспортных средств // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - Курск: 2008. - № 11. - С. 106 - 112.
2. Артемьев Э. А., Прошкин В. Н. Материалы для чувствительных элементов магнитострикционных преобразователей параметров движения // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. - Т. 2 - С. 258-258.
3. Прошкин В. Н. Конструкторско-технологические способы совершенствования магнитострикционных преобразователей линейных перемещений для специальных условий эксплуатации: Дис...канд.
техн. наук. - Астрахань.: АГТУ, 2007. - 173 с.
4. А.с. 930438 СССР. МКИ: H01L41/22. Способ определения оптимального режима термообработки звукопроводов магнитоакустических устройств / В.Б. Есиков, С.В. Петровых, Б.С. Петровский, В.И. Хмелевский // Опубл. 23.05.82. - Бюл. №19.
5. Демин С.Б. Информационные измерительные системы с использованием магнитострикционных приборов: Дис.докт. техн. наук. - Пенза, 2003. - 443 с.
